CN102470835A - 用于确定车辆中的车辆纵向速度的方法 - Google Patents

Abstract

在一种用于在车辆中确定车辆纵向速度的方法中，在估算方程式中根据车轮转速来确定车轮纵向作用力并且作为车轮纵向作用力的函数来求得车辆纵向速度。

Description

用于确定车辆中的车辆纵向速度的方法

技术领域

本发明涉及一种按权利要求1的前序部分所述的用于在车辆中确定车辆纵向速度的方法。

背景技术

在DE 102 59 272 A1中说明了一种用于确定车辆基准速度的方法，对于该方法来说在用传感器检测到的加速度值的基础上选取不同的计算途径，用于得到暂时的用于车速的单个值。对所述用于车速的单个值进行加权，其中作为所加权的单个速度的平均值来形成所寻找的车辆基准速度。

从DE 199 36 710 A1中知道，在电子稳定程序（ESP）的包括一个横向加速度传感器、一个驶偏传感器和四个车轮转速传感器的传感装置的基础上求得用于单个的车轮速度值的加权参量并且根据所加权的车轮速度值来形成代表着支撑参量的平均值。所寻找的车速作为所述支撑参量的函数来计算。

不仅在DE 102 59 272 A1中而且在DE 199 36 710 A1中都在自由滚动的车轮速度的基础上计算有待求得的速度大小，所述自由滚动的车轮速度从数学模型中获取，但是数学模型仅仅拥有受限制的有效性。对于更加复杂的可以用更高的质量来求得车速的模型来说，通常使用非线性的模型或者说非线性的算法，但是所述非线性的模型或者说非线性的算法只能用提高了的计算开销来分析。

发明内容

本发明的任务是，以较高的质量和降低的计算开销在车辆中确定车辆纵向速度。

该任务按本发明用权利要求1所述的特征得到解决。从属权利要求表明有利的改进方案。

利用按本发明的方法可以在车辆中确定车辆纵向速度，并且更确切地说优选仅仅在ESP传感装置（电子稳定程序）的基础上确定车辆纵向速度，所述ESP传感装置每个车轮包括转速传感器、驶偏传感器和横向加速度传感器。所述方法仅仅需要较小的计算开销并且尽管如此允许以较高的质量求得车辆纵向速度。

所述方法的基础是，根据车轮转速在估算方程式中确定车轮所独有的车轮纵向作用力并且随后作为相应的车轮纵向作用力的函数来求得车辆纵向速度。所述车轮纵向作用力取决于若干参量，尤其取决于路面摩擦系数、通过轮胎上的纵向滑移引起的纵向滑移摩擦系数和车轮支承力。所述车轮支承力本身已知，它要么作为从车辆质量中计算的稳定的数值而存在，要么从保存在车辆中的调整仪或者说控制仪中的估算方程式中计算。所述纵向滑移摩擦系数作为车轮转速和车辆纵向速度的函数来求得，路面摩擦系数一般不是通过测量技术来检测而是根据车轮力矩和车轮作用力从微分方程组中来计算。此外，作为测量方法的补充也有利地通过计算来确定车轮转速，其中在观测方程组中利用所测量的与所估算的数值之间的差。车轮上的驱动的和制动的力矩同样可以通过计算来求得或者从所测量的参量比如发动机驱动力矩或者制动回路中的制动压力中来确定。

描绘车轮动力的方程式有利地用作观测程序的基础尤其用作非线性的Luenberger观测程序的基础，其中观测程序方程式在观测程序部分中包括具有在刻度上读出的放大系数的放大矢量，所述放大系数要么作为恒定的数值来预先给定要么根据车辆的状态参量来求得。在优选的实施方式中，所述放大系数中的至少一个放大系数取决于相对的车轮速度，所述相对的车轮速度作为与所计算的车轮转速之间的差以和车轮半径及所计算的车速相乘的方式来求得。比如将第一放大系数设置到一个至少近似恒定的正值上，相反放大矢量中的第二放大系数在车轮受到制动时并且在车轮受到驱动时则设置到不同的数值上。在车轮受到制动时，所述第二放大系数有利地占据一个近似恒定的正值，在车轮受到驱动时则占据一个至少近似恒定的负值。在正值朝负值转变时，所述放大系数至少近似线性地根据相对的车轮速度来变化。

这些方程式以足够的方式描绘车轮动力。从所述车轮动力的方程式中可以确定车轮纵向作用力，所述车轮纵向作用力用作车轮纵向速度的计算的基础。在此，有利地设立用于车辆纵向速度的微分方程式，该微分方程式取决于每个车轮的单个车轮纵向作用力的总和除以车辆质量得出的结果。

总之，通过这种方式得到微分-代数的方程组，该方程组包括观测程序，其中所述方程组可以以较高的精度和较少的计算时间来解。相应地，在车辆中的调整仪或者说控制仪中实施时可以较快地并且以较高的质量来求得车辆纵向速度，并且更确切地说原则上仅仅在ESP传感装置的基础上来求得。在所述调整仪或者说控制仪中执行所述方法，该调整仪或者说控制仪有利地是驾驶员辅助系统比如电子稳定程序或者防抱死系统的组成部分或者分配给这样的驾驶员辅助系统。

附图说明

其它的优点和有利的实施方式可以从其它的权利要求、附图说明及附图中获知。附图示出如下：

图1是具有取决于车轮纵向滑移的纵向滑移摩擦系数的简化的示意图的曲线图；

图2是具有在观测程序中使用的取决于相对的车轮速度的第一放大系数的曲线图；

图3是同样取决于相对的车轮速度的第二放大系数的曲线图，所述二放大系数是所述观测程序的组成部分；并且

图4是车辆纵向速度的估算程序的方框图。

具体实施方式

下面的实施例以具有四个比如来自标准ESP传感装置的车轮转速传感器的车辆为基础，所述标准ESP传感装置此外具有驶偏传感器以及横向加速度传感器，从而可以用传感器来在车辆中确定每个车轮上的车轮转速、偏转比率和横向加速度。用于实施所述方法的前提是车轮转速传感器的信息，其中可选可以使用所述驶偏传感器及横向加速度的信息，用于改进精度。除此以外，各个车轮的驱动力矩和制动力矩也应该作为估算值来提供，其中必要时可以在车辆的制动系统中个别地测量车轮制动缸中的制动压力，由此来改进车轮力矩的估算。

首先对描绘车轮动力的关联进行解释：

在轮胎与路面之间的接触面中有效地得到利用的纵向作用力F_w,x取决于若干因数。为估算纵向速度v_x可以近似地通过

来描绘。在此μ_road是通过路面引起的摩擦系数，μ_w｛k｝是通过纵向滑移引起的摩擦系数并且F_w,z是车轮的支承力。

如可以从图1中得知的一样，纵向滑移摩擦系数μ_w首先线性地并且以较大的斜率随着车轮纵向滑移（k）上升并且随着达到极限值而停在一个至少近似恒定的数值上。

所述纵向滑移（k）通过

来给定，其中ω_w表示车轮转速并且r_w表示车轮半径。由此可以根据车轮惯性矩J_w、车轮驱动力矩M_p、车轮制动力矩M_b和车轮纵向作用力F_w,x用以下微分方程式来描绘车轮运动：

。

上面所描绘的方程式形成用于描绘车轮动力的基础，但是通过对路面摩擦系数μ_road的观测来得到完善，所述路面摩擦系数反映了当前给定的路面的抗滑力。该参量在库存车辆中不能通过测量技术来检测，但是其对车轮动力并且因此也对车辆动力具有较大影响。出于这些原因，所述摩擦系数μ_road的未知的特性用取决于系统激励（Systemanregung）的动力按照以下微分方程式来建模：

，

其中g｛M_p,M_b,F_w,z｝表示标准化的代数的函数，该函数包含车轮力矩和作用力。

所述车轮转速ω_w用作所述模型的输出量y：

y=ω_w。

为接下来的函数的形式的观测程序采用数学的系统描述：

,

,

其中

。

对于该系统来说可以如下设立非线性的Luenberger观测程序：

,

。

这里

表示观测程序的放大矢量，该放大矢量具有两个放大系数k₁、k₂：

，

其中所述放大系数k₁、k₂作为相对的车轮速度的函数按照

来求得。

所述相对的车轮速度

作为所计算的车轮转速

、车轮半径r_w和所计算的车辆纵向速度

的函数按照

来确定。

如可以从图2中得知的一样，将所述第一放大因数k₁设置到一个至少近似恒定的正值上，其中必要时也考虑与相对的车轮速度

之间的线性的或者非线性的依赖性。

所述第二放大系数k₂的变化曲线在图3中示出。在车轮受到制动时（左边的一半曲线图）将所述第二放大系数k₂设置到一个至少近似恒定的正值上并且在车轮受到驱动时（右边的一半曲线图）将其设置到一个至少近似恒定的负值上，在从正值到负值的转变中所述第二放大系数k₂至少近似线性地但是以较大的斜度取决于相对的车轮速度

。

作为替代方案，所述放大系数的依赖性可以与另一个与所述相对速度

相关的参量比如纵向滑移k有关。

借助于所介绍的模型以及估算程序方案，可以求得车轮动力以及未知的路面摩擦系数。由此可以随时计算当前产生的沿纵向方向的轮胎作用力

。

原则上也可以使用其它的方法，用于计算所述放大矢量k。用无迹卡尔曼滤波器（UKF）并且用线性的卡尔曼波滤器（KF）已能够获得类似的结果。当然，上面所描述的Luenberger观测程序需要的计算时间及存储资源明显少得多。

所有车轮的所估算的轮胎作用力

用来按照运动方程式

来求得车辆的纵向速度

。如果将该运动方程式与描绘车轮动力的方程式相组合，那就产生完整的用于估算纵向速度的流程，参见图4。该方案可以用在前轮驱动、后轮驱动及全轮驱动方式中。

如可以从图4中得知的一样，作入输入参量，所述驱动力矩M_p、制动力矩M_b、车轮转速ω_w以及用于每个车轮的车轮支承力F_w,z进入到计算框中。除此以外，将事先求得的用于车辆纵向速度

的数值输送给所述计算框。

在计算框中，按照上面所描述的为每个车轮实施的车轮方程式来计算车轮动力。在所述计算框的输出端上提供所计算的用于每个车轮的车轮纵向作用力F_w,x，所述车轮纵向作用力F_w,x在另一个计算框中用于求得车辆的纵向速度

。因为这涉及递归的算法，所以将输出侧的车辆的纵向速度

作为输入参量输送给所述第一计算框。

Claims (14)

1.用于在车辆中确定车辆纵向速度的方法，其中车辆纵向速度（v_x）的计算以通过传感器检测到的车轮转速（ω_w）为基础，其特征在于，在估算方程式中根据所述车轮转速（ω_w）来确定车轮纵向作用力（F_w,x）并且作为所述车轮纵向作用力（F_w,x）的函数来求得车辆纵向速度（v_x）。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，根据车轮支承力（F_w,z）、路面摩擦系数

（μ_road）和取决于车轮纵向滑移（k）的纵向滑移摩擦系数（μ_w）来求得所述车轮纵向作用力（F_w,x）：

。

3.按权利要求2所述的方法，其特征在于，所述车轮纵向滑移（k）取决于车轮转速

（ω_w）、轮胎半径（r_w）和车辆纵向速度（v_x）：

。

4.按权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述纵向滑移摩擦系数（μ_w）随着车轮纵向滑移（k）线性地上升并且随着达到极限值而留在恒定的数值上。

5.按权利要求1到4中任一项所述的方法，其特征在于，车轮转动运动根据车轮惯性矩（J_w）、车轮驱动力矩（M_p）、车轮制动力矩（M_b）和车轮纵向作用力（F_w,x）通过微分方程式

来描绘。

6.按权利要求1到5中任一项所述的方法，其特征在于，路面摩擦系数（μ_road）根据车轮驱动力矩（M_p）、车轮制动力矩（M_b）和车轮支承力（F_w,z）通过微分方程式

来描绘。

7.按权利要求1到6中任一项所述的方法，其特征在于，对于描绘车轮动力的方程式

其中

来说，设立

形式的观测程序-方程式，其中放大矢量（

）包括两个恒定的或者取决于状态参量的放大系数（k₁、k₂）。

8.按权利要求7所述的方法，其特征在于，所述放大矢量（

）

的至少一个放大系数（k₁、k₂）作为相对的车轮速度（

）或者与此相关联的参量的函数按照

来确定，其中所述相对的车轮速度（

）作为所计算的车轮转速（

）、车轮半径（r_w）和所计算的车辆纵向速度（

）的函数按照

来确定。

9.按权利要求7或8所述的方法，其特征在于，将所述放大矢量（

）的第一放大因数（k₁）设置到至少近似恒定的正值上。

10.按权利要求7到9中任一项所述的方法，其特征在于，将所述放大矢量（

）的第二放大系数（k₂）在车轮受到制动时设置到至少近似恒定的正值上并且在车轮受到驱动时设置到至少近似恒定的负值上，其中在从正值到负值的转变中所述第二放大系数（k₂）至少近似线性地取决于所述相对的车轮速度（

）。

11.按权利要求1到10中任一项所述的方法，其特征在于，所计算的车辆纵向速度（

）作为车轮上的所计算的车轮纵向作用力（

）的函数从运动方程式

中来求得。

12.调整仪或者说控制仪，用于实施按权利要求1到11中任一项所述的方法。

13.车辆中的驾驶员辅助系统，具有按权利要求12所述的调整仪或者说控制仪。

14.电子稳定程序（ESP），具有按权利要求12所述的调整仪或者说控制仪以及传感装置，该传感装置包括驶偏传感器、横向加速度传感器和每个车轮一个车轮转速传感器。

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