專利名稱：一種輪胎-路面最大附著系數(shù)測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測試方法，尤其是涉及一種輪胎-路面最大附著系數(shù)測試方法。
背景技術(shù)：
汽車穩(wěn)定性控制技術(shù)在保證車輛主動安全方面具有十分重大的意義，現(xiàn)已成為 汽車工業(yè)界的研究重點之一。汽車輪胎-路面最大附著系數(shù)//_能夠提供車輛保持穩(wěn) 定性最大裕量的重要信息，是設(shè)計車輛穩(wěn)定性控制器參數(shù)的重要參考依據(jù)。利用車 載普通傳感器對輪胎-路面最大附著系數(shù)//^進(jìn)行實時在線觀測，是車輛穩(wěn)定性控制 所需要的關(guān)鍵技術(shù)之一。
目前，基于車載普通傳感器進(jìn)行輪胎-路面最大附著系數(shù)//_觀測的一種方法 是首先，通過測量輪胎的輪速和車速信息，計算輪胎的滑移率/l;再通過輪胎上 的驅(qū)/制動力矩和輪胎的垂線載荷，計算輪胎的附著率//;最后，通過采集多組(;i,//) 數(shù)據(jù)點，在義-//坐標(biāo)系下擬合當(dāng)前路面的附著曲線，并通過判斷曲線上的定點得到
當(dāng)前輪胎-路面最大附著系數(shù)//_?？梢?，上述方法擬合當(dāng)前路面附著曲線的準(zhǔn)確性 取決于(AW)數(shù)據(jù)點的多少，這樣勢必會影響/z^觀測的實時性。另一種方法是將 采集得到的當(dāng)前(A，/i)數(shù)據(jù)點和若干條標(biāo)稱曲線上同樣滑移率;i的對應(yīng)標(biāo)稱點進(jìn)行 比較，通過比較實際觀測點和對應(yīng)標(biāo)稱點的相似度，再結(jié)合模糊推理的方法得到實 際輪胎-路面最大附著系數(shù)//_。但是，為了能夠在全域內(nèi)觀測//_，需要通過離線 實驗得到若干條(通常4-5條)不同路面下的標(biāo)稱曲線，這需要耗費(fèi)大量的精力和 時間，另外，在不同路面下，同樣的滑移率/l對應(yīng)的物理意義是不同的，對這些數(shù) 據(jù)點進(jìn)行比較的物理意義不清晰，得到的結(jié)果也不準(zhǔn)確。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種高效、準(zhǔn)確并能夠?qū)崟r地在線提供輪 胎-路面最大附著系數(shù)的輪胎-路面最大附著系數(shù)測試方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案 一種輪胎-路面最大附著系數(shù)測 試方法，該方法使用一種測試裝置，該裝置包括 一用于采集汽車信息的信息采集 單元； 一預(yù)設(shè)置有標(biāo)稱曲線的用于處理所述信息采集單元輸入信息并輸出輪胎-路 面最大附著系數(shù)的控制單元；以及一個顯示所述控制單元輸出的顯示裝置；所述測 試方法包括如下步驟1)濾波運(yùn)算處理測得的輪胎的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角輸入、汽 車質(zhì)心縱向加速度和橫向加速度，以獲取汽車車速；2)依據(jù)步驟l)中獲取的車速信息和測得的輪速信息，以獲取汽車車輪滑移率義；3)運(yùn)算處理測得的制動鉗體和 車輪接觸面積、制動鉗作用力等效點到車輪中心的距離和車輪上的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩或制動 力矩，以獲取車輪縱向驅(qū)動力或車輪縱向制動力；4)運(yùn)算處理測得的質(zhì)心縱向加 速度、質(zhì)心橫向加速度、整車質(zhì)量、汽車前軸到質(zhì)心的距離、汽車后軸到質(zhì)心的距 離、汽車前輪間輪距、汽車后輪間輪距和汽車質(zhì)心到路面的距離，以獲取車輪垂向 載荷；5)依據(jù)步驟3)和4)中獲取的車輪縱向驅(qū)動力或車輪縱向制動力和車輪垂 向載荷，以獲取車輪輪胎-路面附著系數(shù)^; 6)依據(jù)步驟2)和5)中獲取的當(dāng)前 車輪滑移率A和當(dāng)前輪胎-路面附著系數(shù)A，以獲取當(dāng)前汽車輪胎滑移斜率；7)在 所述標(biāo)稱曲線上利用映射關(guān)系獲取對應(yīng)步驟6)中當(dāng)前汽車輪胎滑移斜率K的 8)將a/z)對應(yīng)的當(dāng)前輪胎-路面最大附著系數(shù)//_與(^，//。)對應(yīng)的輪胎-路面最大附著系數(shù)//_。進(jìn)行對比，以獲取當(dāng)前最大路面附著系數(shù)//_; 9)對由步 驟8)得到的A^進(jìn)行濾波處理并在所述顯示裝置上顯示。
所述控制單元利用歸一化輪胎理論離線獲取所述標(biāo)稱曲線，該標(biāo)稱曲線上輪胎 -路面最大附著系數(shù)//_。=1。
所述控制單元對所述步驟8)獲取的當(dāng)前最大路面附著系數(shù);/^進(jìn)行二次回歸 濾波運(yùn)算處理。
本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點1、由于本發(fā)明方法采用了 歸一化輪胎理論離線獲取了在標(biāo)稱路面上的附著曲線(簡稱標(biāo)稱曲線)，極大地 減少了標(biāo)稱曲線的離線標(biāo)定工作量，因此本發(fā)明方法效率高，節(jié)約了時間，能夠?qū)?時在線對輪胎-路面最大附著系數(shù)進(jìn)行測量。2、由于本發(fā)明采用了基于遺忘因子的
二次回歸濾波運(yùn)算對觀測結(jié)果進(jìn)行了濾波處理，而且遺忘因子也是根據(jù)實際情況合 理選取的，因此有效地提高了輪胎-路面最大附著系數(shù)觀測的準(zhǔn)確度和平滑度。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
本發(fā)明方法使用一種測試裝置，該裝置包括 一用于釆集汽車信息的信息采集 單元， 一預(yù)設(shè)置有標(biāo)稱曲線的用于處理信息采集單元輸入信息并輸出輪胎-路面最 大附著系數(shù)的控制單元，以及一個顯示控制單元輸出的顯示裝置。其中，信息采集 單元包括輪速傳感器、加速度傳感器、方向盤轉(zhuǎn)矩傳感器、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器、CAN
總線和輪缸壓力傳感器。標(biāo)稱曲線是控制單元利用歸一化輪胎理論離線獲取的，且
在標(biāo)稱曲線上輪胎-路面最大附著系數(shù)//_。=1。本發(fā)明方法包括如下步驟
1)對輪速傳感器測得的輪胎轉(zhuǎn)速W,、方向盤轉(zhuǎn)矩傳感器測得的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角輸 入^、加速度傳感器測得的汽車質(zhì)心縱向加速度^和質(zhì)心橫向加速度^進(jìn)行卡爾曼濾波運(yùn)算處理，以獲取汽車車速V,。其中，卡爾曼濾波運(yùn)算處理運(yùn)用的汽車運(yùn)動離
散狀態(tài)方程包括
Vx(k + l) = Vx(k) + axAT + Wp (1)
rVw(k) = Vx(k) + Wm (2)
Wp=V,AT + Wa (3)
Wm=AV + W: (4)
△V^Wj (5)
AV"/[(l +爭'〗 (6)
式(1)中，VJk + l)是k + l時刻的車速，VJk)是k時刻的車速，AT是測試裝 置的采樣時間，Wp是測試裝置的誤差。
式(2)中，r是汽車輪胎半徑，、(k)是k時刻的車輪輪速，Wm是k時刻的車 速和輪速之差。
式(3)中，Vy是轉(zhuǎn)向車速，y是汽車的橫擺角速度，Wa是加速度傳感器本身 的信號噪聲。
式(4)中，W二是輪速傳感器本身的信號噪聲，AV是輪速與轉(zhuǎn)速之差。 式(5)是汽車驅(qū)動時輪速與轉(zhuǎn)速之差；式(6)是汽車制動時輪速與轉(zhuǎn)速之差。 其中i表示第i個車輪，i={l,2，3,4}。 A是汽車輪胎滑移率，滑移率義可以為汽車縱 向加速度&與車輪加速度r;之差的近似值。x、 y和z分別表示汽車的縱向、橫向 和垂向方向。
2) 依據(jù)步驟1)中求得的汽車車速Vx和測得的車輪i輪胎轉(zhuǎn)速w,，以獲取汽 車車輪滑移率A，其計算式如下
A= w —Vx (7) max(r6 , Vx)
max(r化Vx)指的是rw和Vx之間的最大值。
3) 依據(jù)測得的制動鉗體和車輪接觸面積A、制動鉗作用力等效點到車輪中心 的距離r'和車輪i上的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩或制動力矩T,，獲取車輪i的縱向驅(qū)動力或縱向制 動力Fxi:
當(dāng)汽車處于驅(qū)動狀態(tài)時，直接通過發(fā)動機(jī)控制單元上的CAN總線獲得汽車車輪 i的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩T,，則車輪i的縱向驅(qū)動力&為
F』 (8) r
當(dāng)汽車處于制動狀態(tài)時，首先通過輪缸壓力傳感器測量輪胎的輪缸壓力Pi，再
通過下式獲取汽車輪制動力矩i;，則車輪i的縱向制動力^為
Ti=pwiAr' (9)F一 (10) 4)依據(jù)測得的質(zhì)心縱向加速度^、質(zhì)心橫向加速度^、整車質(zhì)量m、汽車前
軸到質(zhì)心的距離lf、汽車后軸到質(zhì)心的距離lr、汽車前輪間輪距Wf、汽車后輪間輪
距Wr和汽車質(zhì)心到路面的距離h，獲取車輪垂向載荷&，其計算式如下
F = mglr maxh maylrh (U) zl — "^i lwf
_ mglr maxh maylrh (12)
Fz2 21 21 lw
F = mglf , maxh , maylfh (丄"
z3 21 21 lw
_ mglf + maxh maylfh (14)
z4 21 21 lwf
5) 依據(jù)步驟3)和4)中的求得的車輪縱向驅(qū)動力或車輪縱向制動力&和車輪
垂向載荷^i，獲取車輪輪胎-路面附著系數(shù)//，其計算式如下
= & (15) Fzi
6) 依據(jù)步驟2)和5)中的求得的當(dāng)前車輪滑移率;i和當(dāng)前輪胎-路面附著系數(shù)
//，獲取當(dāng)前汽車輪胎滑移斜率K， K的計算公式如下
KJ (16)
;i
7) 在預(yù)設(shè)的標(biāo)稱曲線上利用映射關(guān)系獲取對應(yīng)步驟6)中當(dāng)前汽車輪胎滑移斜 率K的(^,/i。)。
8) 將"http://)對應(yīng)的當(dāng)前輪胎-路面最大附著系數(shù)/i^與a,/0對應(yīng)的輪胎-路面 最大附著系數(shù)//_。進(jìn)行對比，以獲得當(dāng)前最大路面附著系數(shù)//_:由于相同輪胎在 不同路面上具有相同的輪胎滑移斜率K，即
jfi= 一m狀 Q" 〃0 /Anax0
由于標(biāo)稱曲線上輪胎-路面最大附著系數(shù)//_。=1，則當(dāng)前輪胎-路面的最大附著
系數(shù)y"皿為
/^=^ (18)
9) 控制單元采用基于遺忘因子的二次回歸方法對由步驟8)得到的當(dāng)前輪胎-路面的最大附著系數(shù)//_進(jìn)行濾波運(yùn)算處理，處理后的結(jié)果通過顯示單元顯示由
于觀測儀器的限制，步驟8)得到的輪胎-路面最大附著系數(shù)Anax觀測結(jié)果不可避免
的帶有噪聲和毛刺。本發(fā)明方法釆用二次回歸方法對由步驟7)得到的當(dāng)前最大附著系數(shù)//_進(jìn)行濾波運(yùn)算處理，以提高觀測結(jié)果的平滑度和準(zhǔn)確度。二次回fe方法 的具體步驟如下
① 計算觀測誤差^，其計算表達(dá)式如下
式中，Aa^-,是k-l時刻濾波后的觀測結(jié)果，A^》是k時刻的采樣結(jié)果。
② 計算增益矩陣^，其計算表達(dá)式如下
<formula>formula see original document page 7</formula>(20)
式中，i^是k-l時刻的方差矩陣，^是遺忘因子，這里綜合考慮觀測結(jié)果的 平滑性以及觀測的收斂速度，選取&=0.98。 ③計算方差矩陣，其計算表達(dá)式如下
<formula>formula see original document page 7</formula>
(21)
④更新k時刻的濾波后觀測結(jié)果為
^na^-P鵬,W+"A (22) 通過以上的步驟實現(xiàn)帶遺忘因子的二次回歸算法，從而實現(xiàn)對最大路面附著系 數(shù)的觀測。
權(quán)利要求
1、一種輪胎-路面最大附著系數(shù)測試方法，該方法使用一種測試裝置，該裝置包括一用于采集汽車信息的信息采集單元；一預(yù)設(shè)置有標(biāo)稱曲線的用于處理所述信息采集單元輸入信息并輸出輪胎-路面最大附著系數(shù)的控制單元；以及一個顯示所述控制單元輸出的顯示裝置；所述測試方法包括如下步驟1)濾波運(yùn)算處理測得的輪胎的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角輸入、汽車質(zhì)心縱向加速度和橫向加速度，以獲取汽車車速；2)依據(jù)步驟1)中獲取的車速信息和測得的輪速信息，以獲取汽車車輪滑移率λ；3)運(yùn)算處理測得的制動鉗體和車輪接觸面積、制動鉗作用力等效點到車輪中心的距離和車輪上的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩或制動力矩，以獲取車輪縱向驅(qū)動力或車輪縱向制動力；4)運(yùn)算處理測得的質(zhì)心縱向加速度、質(zhì)心橫向加速度、整車質(zhì)量、汽車前軸到質(zhì)心的距離、汽車后軸到質(zhì)心的距離、汽車前輪間輪距、汽車后輪間輪距和汽車質(zhì)心到路面的距離，以獲取車輪垂向載荷；5)依據(jù)步驟3)和4)中獲取的車輪縱向驅(qū)動力或車輪縱向制動力和車輪垂向載荷，以獲取車輪輪胎-路面附著系數(shù)μ；6)依據(jù)步驟2)和5)中獲取的當(dāng)前車輪滑移率λ和當(dāng)前輪胎-路面附著系數(shù)μ，以獲取當(dāng)前汽車輪胎滑移斜率；7)在所述標(biāo)稱曲線上利用映射關(guān)系獲取對應(yīng)步驟6)中當(dāng)前汽車輪胎滑移斜率K的(λ0，μ0)；8)將(λ，μ)對應(yīng)的當(dāng)前輪胎-路面最大附著系數(shù)μmax與(λ0，μ0)對應(yīng)的輪胎-路面最大附著系數(shù)μmax0進(jìn)行對比，以獲取當(dāng)前最大路面附著系數(shù)μmax；9)對由步驟8)得到的μmax進(jìn)行濾波處理并在所述顯示裝置上顯示。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種輪胎-路面最大附著系數(shù)測試方法，其特征在于所述控制單元利用歸一化輪胎理論離線獲取所述標(biāo)稱曲線，該標(biāo)稱曲線上輪胎-路面最大附著系數(shù)//_。=1。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的一種輪胎-路面最大附著系數(shù)測試方法，其特征在于所述控制單元對所述步驟8)獲取的當(dāng)前最大路面附著系數(shù)//_進(jìn)行二次回歸濾波運(yùn)算處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種輪胎-路面最大附著系數(shù)測試方法，該方法使用一種測試裝置，該裝置包括一用于采集汽車信息的信息采集單元；一預(yù)設(shè)置有標(biāo)稱曲線的用于處理信息采集單元輸入信息并輸出輪胎-路面最大附著系數(shù)的控制單元；以及一個顯示控制單元輸出的顯示裝置；測試方法包括如下步驟1)獲取汽車車速；2)獲取汽車車輪滑移率λ；3)獲取車輪縱向驅(qū)動力或車輪縱向制動力；4)獲取車輪垂向載荷；5)獲取車輪輪胎-路面附著系數(shù)μ；6)獲取當(dāng)前汽車輪胎滑移斜率；7)獲取對應(yīng)步驟6)中當(dāng)前汽車輪胎滑移斜率K的(λ₀，μ₀)；8)獲取當(dāng)前最大路面附著系數(shù)μ_max；9)對由步驟8)得到的μ_max進(jìn)行濾波處理并由顯示裝置顯示。本發(fā)明方法高效、準(zhǔn)確并能夠?qū)崟r在線顯示輪胎-路面最大附著系數(shù)。
文檔編號G01N19/00GK101581659SQ20091008654
公開日2009年11月18日 申請日期2009年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月5日
發(fā)明者力 劉, 李克強(qiáng), 楊殿閣, 羅禹貢, 范晶晶, 連小珉, 鄭四發(fā) 申請人:清華大學(xué)