专利名称：一种轮胎-路面最大附着系数测试方法
技术领域：
本发明涉及一种测试方法，尤其是涉及一种轮胎-路面最大附着系数测试方法。
背景技术：
汽车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。汽车轮胎-路面最大附着系数//_能够提供车辆保持稳 定性最大裕量的重要信息，是设计车辆稳定性控制器参数的重要参考依据。利用车 载普通传感器对轮胎-路面最大附着系数//^进行实时在线观测，是车辆稳定性控制 所需要的关键技术之一。
目前，基于车载普通传感器进行轮胎-路面最大附着系数//_观测的一种方法 是首先，通过测量轮胎的轮速和车速信息，计算轮胎的滑移率/l;再通过轮胎上 的驱/制动力矩和轮胎的垂线载荷，计算轮胎的附着率//;最后，通过采集多组(;i,//) 数据点，在义-//坐标系下拟合当前路面的附着曲线，并通过判断曲线上的定点得到
当前轮胎-路面最大附着系数//_。可见，上述方法拟合当前路面附着曲线的准确性 取决于(AW)数据点的多少，这样势必会影响/z^观测的实时性。另一种方法是将 采集得到的当前(A，/i)数据点和若干条标称曲线上同样滑移率;i的对应标称点进行 比较，通过比较实际观测点和对应标称点的相似度，再结合模糊推理的方法得到实 际轮胎-路面最大附着系数//_。但是，为了能够在全域内观测//_，需要通过离线 实验得到若干条(通常4-5条)不同路面下的标称曲线，这需要耗费大量的精力和 时间，另外，在不同路面下，同样的滑移率/l对应的物理意义是不同的，对这些数 据点进行比较的物理意义不清晰，得到的结果也不准确。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种高效、准确并能够实时地在线提供轮 胎-路面最大附着系数的轮胎-路面最大附着系数测试方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案 一种轮胎-路面最大附着系数测 试方法，该方法使用一种测试装置，该装置包括 一用于采集汽车信息的信息采集 单元； 一预设置有标称曲线的用于处理所述信息采集单元输入信息并输出轮胎-路 面最大附着系数的控制单元；以及一个显示所述控制单元输出的显示装置；所述测 试方法包括如下步骤1)滤波运算处理测得的轮胎的转速、转向盘转角输入、汽 车质心纵向加速度和横向加速度，以获取汽车车速；2)依据步骤l)中获取的车速信息和测得的轮速信息，以获取汽车车轮滑移率义；3)运算处理测得的制动钳体和 车轮接触面积、制动钳作用力等效点到车轮中心的距离和车轮上的驱动转矩或制动 力矩，以获取车轮纵向驱动力或车轮纵向制动力；4)运算处理测得的质心纵向加 速度、质心横向加速度、整车质量、汽车前轴到质心的距离、汽车后轴到质心的距 离、汽车前轮间轮距、汽车后轮间轮距和汽车质心到路面的距离，以获取车轮垂向 载荷；5)依据步骤3)和4)中获取的车轮纵向驱动力或车轮纵向制动力和车轮垂 向载荷，以获取车轮轮胎-路面附着系数^; 6)依据步骤2)和5)中获取的当前 车轮滑移率A和当前轮胎-路面附着系数A，以获取当前汽车轮胎滑移斜率；7)在 所述标称曲线上利用映射关系获取对应步骤6)中当前汽车轮胎滑移斜率K的 8)将a/z)对应的当前轮胎-路面最大附着系数//_与(^，//。)对应的轮胎-路面最大附着系数//_。进行对比，以获取当前最大路面附着系数//_; 9)对由步 骤8)得到的A^进行滤波处理并在所述显示装置上显示。
所述控制单元利用归一化轮胎理论离线获取所述标称曲线，该标称曲线上轮胎 -路面最大附着系数//_。=1。
所述控制单元对所述步骤8)获取的当前最大路面附着系数;/^进行二次回归 滤波运算处理。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、由于本发明方法采用了 归一化轮胎理论离线获取了在标称路面上的附着曲线(简称标称曲线)，极大地 减少了标称曲线的离线标定工作量，因此本发明方法效率高，节约了时间，能够实 时在线对轮胎-路面最大附着系数进行测量。2、由于本发明采用了基于遗忘因子的
二次回归滤波运算对观测结果进行了滤波处理，而且遗忘因子也是根据实际情况合 理选取的，因此有效地提高了轮胎-路面最大附着系数观测的准确度和平滑度。
具体实施例方式
下面结合实施例，对本发明进行详细的描述。
本发明方法使用一种测试装置，该装置包括 一用于釆集汽车信息的信息采集 单元， 一预设置有标称曲线的用于处理信息采集单元输入信息并输出轮胎-路面最 大附着系数的控制单元，以及一个显示控制单元输出的显示装置。其中，信息采集 单元包括轮速传感器、加速度传感器、方向盘转矩传感器、方向盘转角传感器、CAN
总线和轮缸压力传感器。标称曲线是控制单元利用归一化轮胎理论离线获取的，且
在标称曲线上轮胎-路面最大附着系数//_。=1。本发明方法包括如下步骤
1)对轮速传感器测得的轮胎转速W,、方向盘转矩传感器测得的转向盘转角输 入^、加速度传感器测得的汽车质心纵向加速度^和质心横向加速度^进行卡尔曼滤波运算处理，以获取汽车车速V,。其中，卡尔曼滤波运算处理运用的汽车运动离
散状态方程包括
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 +争'〗 (6)
式(1)中，VJk + l)是k + l时刻的车速，VJk)是k时刻的车速，AT是测试装 置的采样时间，Wp是测试装置的误差。
式(2)中，r是汽车轮胎半径，、(k)是k时刻的车轮轮速，Wm是k时刻的车 速和轮速之差。
式(3)中，Vy是转向车速，y是汽车的横摆角速度，Wa是加速度传感器本身 的信号噪声。
式(4)中，W二是轮速传感器本身的信号噪声，AV是轮速与转速之差。 式(5)是汽车驱动时轮速与转速之差；式(6)是汽车制动时轮速与转速之差。 其中i表示第i个车轮，i={l,2，3,4}。 A是汽车轮胎滑移率，滑移率义可以为汽车纵 向加速度&与车轮加速度r;之差的近似值。x、 y和z分别表示汽车的纵向、横向 和垂向方向。
2) 依据步骤1)中求得的汽车车速Vx和测得的车轮i轮胎转速w,，以获取汽 车车轮滑移率A，其计算式如下
A= w —Vx (7) max(r6 , Vx)
max(r化Vx)指的是rw和Vx之间的最大值。
3) 依据测得的制动钳体和车轮接触面积A、制动钳作用力等效点到车轮中心 的距离r'和车轮i上的驱动转矩或制动力矩T,，获取车轮i的纵向驱动力或纵向制 动力Fxi:
当汽车处于驱动状态时，直接通过发动机控制单元上的CAN总线获得汽车车轮 i的驱动转矩T,，则车轮i的纵向驱动力&为
F』 (8) r
当汽车处于制动状态时，首先通过轮缸压力传感器测量轮胎的轮缸压力Pi，再
通过下式获取汽车轮制动力矩i;，则车轮i的纵向制动力^为
Ti=pwiAr' (9)F一 (10) 4)依据测得的质心纵向加速度^、质心横向加速度^、整车质量m、汽车前
轴到质心的距离lf、汽车后轴到质心的距离lr、汽车前轮间轮距Wf、汽车后轮间轮
距Wr和汽车质心到路面的距离h，获取车轮垂向载荷&，其计算式如下
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) 依据步骤3)和4)中的求得的车轮纵向驱动力或车轮纵向制动力&和车轮
垂向载荷^i，获取车轮轮胎-路面附着系数//，其计算式如下
= & (15) Fzi
6) 依据步骤2)和5)中的求得的当前车轮滑移率;i和当前轮胎-路面附着系数
//，获取当前汽车轮胎滑移斜率K， K的计算公式如下
KJ (16)
;i
7) 在预设的标称曲线上利用映射关系获取对应步骤6)中当前汽车轮胎滑移斜 率K的(^,/i。)。
8) 将"//)对应的当前轮胎-路面最大附着系数/i^与a,/0对应的轮胎-路面 最大附着系数//_。进行对比，以获得当前最大路面附着系数//_:由于相同轮胎在 不同路面上具有相同的轮胎滑移斜率K，即
jfi= 一m狀 Q" 〃0 /Anax0
由于标称曲线上轮胎-路面最大附着系数//_。=1，则当前轮胎-路面的最大附着
系数y"皿为
/^=^ (18)
9) 控制单元采用基于遗忘因子的二次回归方法对由步骤8)得到的当前轮胎-路面的最大附着系数//_进行滤波运算处理，处理后的结果通过显示单元显示由
于观测仪器的限制，步骤8)得到的轮胎-路面最大附着系数Anax观测结果不可避免
的带有噪声和毛刺。本发明方法釆用二次回归方法对由步骤7)得到的当前最大附着系数//_进行滤波运算处理，以提高观测结果的平滑度和准确度。二次回fe方法 的具体步骤如下
① 计算观测误差^，其计算表达式如下
式中，Aa^-,是k-l时刻滤波后的观测结果，A^》是k时刻的采样结果。
② 计算增益矩阵^，其计算表达式如下
<formula>formula see original document page 7</formula>(20)
式中，i^是k-l时刻的方差矩阵，^是遗忘因子，这里综合考虑观测结果的 平滑性以及观测的收敛速度，选取&=0.98。 ③计算方差矩阵，其计算表达式如下
<formula>formula see original document page 7</formula>
(21)
④更新k时刻的滤波后观测结果为
^na^-P鹏,W+"A (22) 通过以上的步骤实现带遗忘因子的二次回归算法，从而实现对最大路面附着系 数的观测。
权利要求
1、一种轮胎-路面最大附着系数测试方法，该方法使用一种测试装置，该装置包括一用于采集汽车信息的信息采集单元；一预设置有标称曲线的用于处理所述信息采集单元输入信息并输出轮胎-路面最大附着系数的控制单元；以及一个显示所述控制单元输出的显示装置；所述测试方法包括如下步骤1)滤波运算处理测得的轮胎的转速、转向盘转角输入、汽车质心纵向加速度和横向加速度，以获取汽车车速；2)依据步骤1)中获取的车速信息和测得的轮速信息，以获取汽车车轮滑移率λ；3)运算处理测得的制动钳体和车轮接触面积、制动钳作用力等效点到车轮中心的距离和车轮上的驱动转矩或制动力矩，以获取车轮纵向驱动力或车轮纵向制动力；4)运算处理测得的质心纵向加速度、质心横向加速度、整车质量、汽车前轴到质心的距离、汽车后轴到质心的距离、汽车前轮间轮距、汽车后轮间轮距和汽车质心到路面的距离，以获取车轮垂向载荷；5)依据步骤3)和4)中获取的车轮纵向驱动力或车轮纵向制动力和车轮垂向载荷，以获取车轮轮胎-路面附着系数μ；6)依据步骤2)和5)中获取的当前车轮滑移率λ和当前轮胎-路面附着系数μ，以获取当前汽车轮胎滑移斜率；7)在所述标称曲线上利用映射关系获取对应步骤6)中当前汽车轮胎滑移斜率K的(λ0，μ0)；8)将(λ，μ)对应的当前轮胎-路面最大附着系数μmax与(λ0，μ0)对应的轮胎-路面最大附着系数μmax0进行对比，以获取当前最大路面附着系数μmax；9)对由步骤8)得到的μmax进行滤波处理并在所述显示装置上显示。
2、 如权利要求1所述的一种轮胎-路面最大附着系数测试方法，其特征在于所述控制单元利用归一化轮胎理论离线获取所述标称曲线，该标称曲线上轮胎-路面最大附着系数//_。=1。
3、 如权利要求1或2所述的一种轮胎-路面最大附着系数测试方法，其特征在于所述控制单元对所述步骤8)获取的当前最大路面附着系数//_进行二次回归滤波运算处理。
全文摘要
本发明涉及一种轮胎-路面最大附着系数测试方法，该方法使用一种测试装置，该装置包括一用于采集汽车信息的信息采集单元；一预设置有标称曲线的用于处理信息采集单元输入信息并输出轮胎-路面最大附着系数的控制单元；以及一个显示控制单元输出的显示装置；测试方法包括如下步骤1)获取汽车车速；2)获取汽车车轮滑移率λ；3)获取车轮纵向驱动力或车轮纵向制动力；4)获取车轮垂向载荷；5)获取车轮轮胎-路面附着系数μ；6)获取当前汽车轮胎滑移斜率；7)获取对应步骤6)中当前汽车轮胎滑移斜率K的(λ<sub>0</sub>，μ<sub>0</sub>)；8)获取当前最大路面附着系数μ<sub>max</sub>；9)对由步骤8)得到的μ<sub>max</sub>进行滤波处理并由显示装置显示。本发明方法高效、准确并能够实时在线显示轮胎-路面最大附着系数。
文档编号G01N19/00GK101581659SQ20091008654
公开日2009年11月18日 申请日期2009年6月5日 优先权日2009年6月5日
发明者力 刘, 李克强, 杨殿阁, 罗禹贡, 范晶晶, 连小珉, 郑四发 申请人:清华大学