CN105270409A - 一种路面峰值附着系数测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种路面峰值附着系数测试装置及测试方法，包括汽车信息采集单元、数据处理单元和输出显示装置；所述信息采集单元包括车轮轮速传感器、车轮转速传感器、轮缸压力传感器、车轮垂向载荷传感器；所述数据处理单元包括车轮滑移率计算模块、车轮纵向力计算模块、Burckhard轮胎模型筛选模块、路面附着系数计算模块、路面峰值附着系数计算模块；所述路面峰值附着系数计算模块与所述输出显示装置相连，实时显示当前路面峰值附着系数。本发明方法实时性较好，适用于各种路面，而不局限于几种典型路面，且处理方法简单有效，具有结构简单，适用范围广，效率高的特点，以更好的控制车辆。

Description

一种路面峰值附着系数测试装置及测试方法

技术领域

本发明属于车辆控制技术领域，涉及一种路面峰值附着系数测试装置及测试方法。

背景技术

随着汽车工业的发展，以及汽车保有量的增加，交通事故也随之增加。车辆稳定性控制技术在保证车辆主动安全方面具有十分重大的意义，现已成为汽车工业界的研究重点之一。然而汽车安全辅助系统性能的充分发挥，依赖于路面附着系数等车辆状态信息的准确估计。当路面附着系数未知时，主动安全系统的性能通常无法充分发挥。如果能够实时估算出路面峰值附着系数，系统就可以根据当前路况调节控制策略，提高车辆安全。实时检测路面峰值附着系数，是车辆主动控制所必需的关键技术之一。

目前，针对上述问题国内外学者做出大量研究，有部分学者将光学传感器安装在汽车上，通过对地面反射光进行频谱分析来估计路面附着系数。但光学传感器对工作环境要求较高，受外部因素影响较多，且传感器成本较高，大规模应用有一定难度。或者通过声学传感器测量车辆行驶过程中轮胎与路面之间的噪声，进而估计路面附着系数的大小及变化。但轮胎与路面之间发出噪声的复杂性使得这种估计方法的可靠性不高。这两种方法都不能反映影响路面附着系数的其他因素，如轮胎气压、轮胎磨损等。又如清华大学公开号为CN101581659A所发明的测试方法，数据分析繁冗，效率较低，实时性不强，不利于为车辆的控制系统提供快速的结果进行下一步的控制运算，导致控制系统反应速度慢。且该类方法对经过试验训练的路面具有较好的估计精度，对未经过训练的路面则难以得到满意的效果。

发明内容

本发明的目的是解决现有路面附着系数测试方法计算繁琐、效率低和适用范围小的问题，提供一种更为简洁高效的路面峰值附着系数测试方法。

本发明的技术方案为：一种路面峰值附着系数测试装置，包括汽车信息采集单元、数据处理单元和输出显示装置；所述信息采集单元包括车轮轮速传感器、车轮转速传感器、轮缸压力传感器、车轮垂向载荷传感器；所述数据处理单元包括车轮滑移率计算模块、车轮纵向力计算模块、Burckhard轮胎模型筛选模块、路面附着系数计算模块、路面峰值附着系数计算模块；所述车轮轮速传感器和车轮转速传感器分别采集车轮的轮速和转速，所述车轮滑移率计算模块分别与所述车轮轮速传感器和车轮转速传感器相连，获取车轮滑移率；所述轮缸压力传感器采集制动压力，所述车轮纵向力计算模块与所述轮缸压力传感器相连，获取车轮纵向力；所述路面附着系数计算模块分别与所述车轮纵向力计算模块、车轮垂向载荷传感器相连，用于获取当前车轮附着系数；所述Burckhard轮胎模型筛选模块分别与所述车轮滑移率计算模块、路面峰值附着系数计算模块相连，用于获取两条相近路面对应的车轮附着系数及路面峰值系数；所述Burckhard轮胎模型筛选模块、路面附着系数计算模块分别与所述路面峰值附着系数计算模块相连，获取当前路面峰值附着系数；所述路面峰值附着系数计算模块与所述输出显示装置相连，实时显示当前路面峰值附着系数。

进一步，所述数据处理单元为电子控制单元ECU；所述车轮转速传感器为电磁感应式传感器；所述车轮垂向载荷传感器采用线位移传感器。

本发明的测试方法的技术方案为：

一种由权利要求1所述的一种路面峰值附着系数测试装置的测试方法，包括如下步骤：

步骤1，汽车信息采集单元中的车轮轮速传感器、车轮转速传感器、轮缸压力传感器、车轮垂向载荷传感器分别采集车轮的轮速、转速、轮缸压力、车轮垂向载荷F_Z；

步骤2，利用传感器采集的信息，通过车轮滑移率计算模块、车轮纵向力计算模块分别获取汽车车轮滑移率s、车轮制动力F_X；

步骤3，依据步骤1和步骤2中获取的车轮制动力F_X和车轮垂向载荷F_Z，通过路面附着系数计算模块获取当前车轮附着系数

步骤4，利用步骤2中计算得到的车轮滑移率s和步骤3中计算得到的当前车轮附着系数通过Burckhard轮胎模型筛选模块在预存储曲线上选取两条相近路面R1、R2，并获取两条相近路面对应的车轮附着系数及路面峰值系数μ₁、μ₂；

步骤5，依据步骤4中得到的车轮附着系数及路面峰值系数μ₁、μ₂，通过路面峰值附着系数计算模块计算当前路面峰值附着系数；

步骤6，输出显示装置上实时显示步骤5获得的当前路面峰值附着系数。

进一步，所述步骤2中通过车轮滑移率计算模块计算车轮滑移率s的公式为其中v是车轮轮速，w是车轮转速，r是车轮半径。

进一步，所述步骤2中通过车轮纵向力计算模块计算车轮制动力F_X的公式为

其中T是车轮制动力矩，r是车轮半径。

进一步，所述步骤3中通过路面附着系数计算模块计算当前车轮附着系数的公式为

进一步，所述步骤5中计算当前路面峰值附着系数的公式为

本发明由于采取以上技术方法，具有以下优点：本发明方法实时性较好，利用已知的的典型路面附着系数曲线，且不依赖该曲线，适用于各种工况，避免了实际因素对曲线准确性的影响。另外，适用于各种路面，而不局限于几种典型路面，且处理方法简单有效，具有结构简单，适用范围广，效率高的特点，以更好的控制车辆。

附图说明

图1为峰值附着系数测试装置结构框图；

图2为六种典型路面附着系数-滑移率曲线；

图3为轮胎模型筛选模块筛选原则。

具体实施方式

为方便对本发明方法的理解，下面以具体实施方式为例对本发明作进一步详细描述。

本发明方法使用一种路面峰值附着系数的测试装置，包括汽车信息采集单元、数据处理单元以及一个LED输出显示装置。所述信息采集单元包括车轮轮速传感器，车轮转速传感器，轮缸压力传感器，车轮垂直载荷传感器。所述数据处理单元为ECU，包括滑移率计算模块、纵向力计算模块、轮胎模型筛选模块、附着系数计算模块、峰值附着系数计算模块。

所述车轮轮速传感器和车轮转速传感器分别采集车轮的轮速和转速，所述车轮滑移率计算模块分别与所述车轮轮速传感器和车轮转速传感器相连，获取车轮滑移率；所述轮缸压力传感器采集制动压力，所述车轮纵向力计算模块与所述轮缸压力传感器相连，获取车轮纵向力；所述路面附着系数计算模块分别与所述车轮纵向力计算模块、车轮垂向载荷传感器相连，用于获取当前车轮附着系数；所述Burckhard轮胎模型筛选模块分别与所述车轮滑移率计算模块、路面峰值附着系数计算模块相连，用于在预存储曲线上选取两条相近路面R1、R2，并获取两条相近路面对应的车轮附着系数及路面峰值系数μ₁、μ₂；所述Burckhard轮胎模型筛选模块、路面附着系数计算模块分别与所述路面峰值附着系数计算模块相连，获取当前路面峰值附着系数；所述路面峰值附着系数计算模块与所述输出显示装置相连，实时显示当前路面峰值附着系数。

所述的信息采集单元中的转速传感器和转速传感器分别固装在前后轮轴上。

所述的信息采集单元中的车轮转速传感器是电磁感应式传感器，安装在车轮总成的非旋转部分(如转向节或轴头)上。

所述的信息采集单元中，车轮垂向载荷，采用线位移传感器并列安装于车架与钢板弹簧座之间。通过标定垂向位移的变化量与车轮垂向载荷的变化量之间的关系，实现车轮垂向载荷的测量。

所述轮胎模型筛选模块预存储6种典型路面附着系数曲线，如干沥青路面，干水泥路面，湿沥青路面，湿鹅卵石路面，冰路面，雪路面。如图2所示。

所述发明方法包括以下步骤：

1)信息采集单元分别采集车轮的转速、轮速、轮缸压力、车轮垂向载荷。

2)利用传感器测得的信息，通过计算模块，获取汽车车轮滑移率s、车轮制动力F_X、车轮垂向载荷F_Z。

其中车轮滑移率计算模块依据测得的车轮转速w以及轮速v，按式(1)计算该车轮滑移率s：

$s=\frac{v-rw}{v}---\left(1\right)$

式中：r是车轮半径

车轮纵向力计算模块依据轮缸压力传感器获得制动压力p，按式(2)计算车轮制动力矩T，再按式(3)计算车轮制动力F_X：

T＝p·A·r′(2)

$F_X=\frac{T}{r}---\left(3\right)$

式中：A为制动钳体和车轮接触面积；r′为制动钳作用等效点到车轮中心的距离。

3)依据步骤2)中获取的车轮制动力F_X和车轮垂向载荷F_Z，通过路面附着系数计算模块，获取当前车轮附着系数

其中路面附着系数计算模块按式(4)计算当前车轮附着系数

4)利用步骤2)和3)中将求得的车轮滑移率s和当前车轮附着系数通过Burckhard轮胎模型筛选模块，在预存储的曲线上获取两条相近的曲线(R1，R2)，要求满足曲线上该滑移率s对应的车轮附着系数(当前车轮附着系数为)，获取其对应路面峰值系数μ₁、μ₂(μ₁、μ₂属于预存储曲线上的已知量)。筛选原则如图3所示。

5)依据步骤4)取得的数据，通过路面峰值附着系数计算模块，获取当前路面峰值附着系数μ_max。

其中通过路面峰值附着系数计算模块按式(5)计算获取当前路面峰值附着系数μ_max：

6)在显示装置上实时显示峰值附着系数。

通过以上步骤实现对路面峰值附着系数的识别，本发明方法计算简单高效，适应各种工况，为车辆的控制提供基础信息，更好的控制车辆。并且该路面峰值附着系数测试装置结构简单，成本低廉。上述模块连接与计算的实现均是在MATLAB中仿真实现。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种路面峰值附着系数测试装置，其特征在于：包括汽车信息采集单元、数据处理单元和输出显示装置；

所述信息采集单元包括车轮轮速传感器、车轮转速传感器、轮缸压力传感器、车轮垂向载荷传感器；所述数据处理单元包括车轮滑移率计算模块、车轮纵向力计算模块、Burckhard轮胎模型筛选模块、路面附着系数计算模块、路面峰值附着系数计算模块；

所述车轮轮速传感器和车轮转速传感器分别采集车轮的轮速和转速，所述车轮滑移率计算模块分别与所述车轮轮速传感器和车轮转速传感器相连，获取车轮滑移率；

所述轮缸压力传感器采集制动压力，所述车轮纵向力计算模块与所述轮缸压力传感器相连，获取车轮纵向力；

所述路面附着系数计算模块分别与所述车轮纵向力计算模块、车轮垂向载荷传感器相连，用于获取当前车轮附着系数；

所述Burckhard轮胎模型筛选模块分别与所述车轮滑移率计算模块、路面峰值附着系数计算模块相连，用于获取两条相近路面对应的车轮附着系数及路面峰值系数；

所述Burckhard轮胎模型筛选模块、路面附着系数计算模块分别与所述路面峰值附着系数计算模块相连，获取当前路面峰值附着系数；所述路面峰值附着系数计算模块与所述输出显示装置相连，实时显示当前路面峰值附着系数。

2.根据权利要求1所述的一种路面峰值附着系数测试装置，其特征在于：所述数据处理单元为电子控制单元ECU；所述车轮转速传感器为电磁感应式传感器；所述车轮垂向载荷传感器采用线位移传感器。

3.一种由权利要求1所述的一种路面峰值附着系数测试装置的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，汽车信息采集单元中的车轮轮速传感器、车轮转速传感器、轮缸压力传感器、车轮垂向载荷传感器分别采集车轮的轮速、转速、轮缸压力、车轮垂向载荷F_Z；

步骤2，利用传感器采集的信息，通过车轮滑移率计算模块、车轮纵向力计算模块分别获取汽车车轮滑移率s、车轮制动力F_X；

步骤3，依据步骤1和步骤2中获取的车轮制动力F_X和车轮垂向载荷F_Z，通过路面附着系数计算模块获取当前车轮附着系数

步骤4，利用步骤2中计算得到的车轮滑移率s和步骤3中计算得到的当前车轮附着系数通过Burckhard轮胎模型筛选模块在预存储曲线上选取两条相近路面R1、R2，并获取两条相近路面对应的车轮附着系数及路面峰值系数μ₁、μ₂；

步骤5，依据步骤4中得到的车轮附着系数及路面峰值系数μ₁、μ₂，通过路面峰值附着系数计算模块计算当前路面峰值附着系数；

步骤6，输出显示装置上实时显示步骤5获得的当前路面峰值附着系数。

4.根据权利要求3所述的一种路面峰值附着系数测试装置的测试方法，其特征在于：所述步骤2中通过车轮滑移率计算模块计算车轮滑移率s的公式为其中v是车轮轮速，w是车轮转速，r是车轮半径。

5.根据权利要求3所述的一种路面峰值附着系数测试装置的测试方法，其特征在于：所述步骤2中通过车轮纵向力计算模块计算车轮制动力F_X的公式为其中T是车轮制动力矩，r是车轮半径。

6.根据权利要求3所述的一种路面峰值附着系数测试装置的测试方法，其特征在于：所述步骤3中通过路面附着系数计算模块计算当前车轮附着系数的公式为

7.根据权利要求3所述的一种路面峰值附着系数测试装置的测试方法，其特征在于：所述步骤5中计算当前路面峰值附着系数的公式为