一种车辆轮胎与地面附着状态检测系统和方法技术方案

本发明专利技术提出一种车辆轮胎与地面附着状态检测系统，适用于车轮系统处于转矩（电流）闭环控制的情形。利用车轮的驱动转矩和转速计算出轮轴驱动功率，并求出驱动功率的导数及导数的变化值，进一步基于该变化值来检测轮胎与地面附着状态。本发明专利技术只需要测量车轮的驱动转矩、车轮的转速即可判断轮胎‑地面附着状态，检测方法简单方便，且所需传感器少，实施成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种车辆轮胎与地面附着状态检测系统和方法
本专利技术涉及车辆主动安全控制
，尤其是一种车辆轮胎与地面附着状态检测系统和方法。
技术介绍
随着对汽车安全控制性能要求的提高，车辆防滑控制系统的研究受到了众多学者以及专家的关注。车辆防滑控制系统的核心在于调整路面对轮胎的切向作用力，而该作用力受到路面附着条件的制约，同时路面附着条件又受到滑移率的影响，只有滑移率处于稳定区才能最大限度利用路面的附着条件以避免打滑的发生。因此保证车辆轮胎在不同地面条件下处于稳定工作状态对车辆具有非常重要的意义。传统的车辆轮胎与路面附着状态检测主要是基于当前滑移率的识别和最优滑移率的判断，国内外学者对这一块的研究大致分为两方面：一方面是通过各类速度传感器、力矩传感器等获取车辆底盘速度、车轮速度以及驱动转矩等，通过滑移率和附着系数的变化来检测轮胎与路面间附着状态。但这类研究需要较多高成本的传感器，且环境对其影响敏感，测量精度有限，限制了其在实际情况中的应用。另一方面是通过车辆运动方程测量其他物理量来间接估计车速，估计当前滑移率、判断当前轮胎和路面条件下的最优滑移率，进而判断车辆轮胎与地面附着状态，这种方法虽然避免了车速这个参数，但是难以满足观测鲁棒性的要求，实际应用效果不佳。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷，本专利技术提出一种车辆轮胎与地面附着状态检测系统和方法。解决目前检测存在操作成本高昂、最优滑移率不能实时判断等问题。为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：一种车辆轮胎与地面附着状态检测系统，包括测量模块、信息处理模块和信息分析模块；所述测量模块、信息处理模块和信息分析模块依次连接；其中：所述测量模块，用于测量车轮的驱动转矩T和车轮的转速ω；所述信息处理模块，用于根据车轮的转矩、转速这些运动参数计算车轮的驱动功率Pin，并计算出车轮驱动功率导数的变化值所述信息分析模块，用于根据车轮打滑机理-特征量变化关系和驱动功率导数的变化值来检测轮胎与地面附着状态。所述测量模块包括转矩测量单元和转速测量单元；分别测量车轮的驱动转矩T和车轮的转速ω，并将采集到的数据传递给信息处理模块。所述信息处理模块包括计算单元、数据存储单元和输出单元；所述计算单元用于计算车轮的驱动功率，进一步计算得到表征轮胎与地面附着状态的特征参数所述数据存储单元用于存储计算单元所得的结果；所述输出单元用于将上述处理结果输出给信息分析模块。所述信息分析模块包括轮胎打滑机理-特征量变化关系分析单元和检测单元，所述轮胎打滑机理-特征量变化关系分析单元用于根据路面附着系数与滑移率的关系dμ/dλ来推导出作为表征轮胎与地面附着状态的特征量；所述检测单元基于系统当前计算的驱动功率导数的变化值检测轮胎与地面附着状态。所述根据驱动功率导数的变化值检测轮胎与地面附着状态，包括：当时，则当前状态下的轮胎与地面附着状态处于稳定附着状态；当时，则当前状态下的轮胎与地面附着状态处于临界稳定状态；当时，则当前状态下的轮胎与地面附着状态处于非稳定打滑状态。所述根据驱动功率导数的变化值检测在动态情形下的轮胎与地面附着状态，包括：当且时，则轮胎与地面附着状态处于即将从非稳定打滑状态进入稳定附着状态的临界转换点；当且时，则轮胎与地面附着状态处于非稳定打滑状态；当且时，则轮胎与地面附着状态处于稳定附着状态；当且时，则轮胎与地面附着状态处于即将从稳定附着状态转换为非稳定打滑状态的临界转换点；其中，是当前计算所得的驱动功率导数的变化值，是上次计算所得的驱动功率导数的变化值。一种车辆轮胎与地面附着状态检测方法，具体步骤如下：步骤S1：测量车轮的驱动转矩T和车轮的转速ω：车轮的驱动转矩T通过转矩测量单元直接测量，或者通过电机电流计算得到，在恒流状态下，车轮的驱动转矩T等于转矩常数和电机输入电流之积；车轮的转速ω通过转速测量单元测量得到；步骤S2：估算车轮的驱动功率Pin：根据公式Pin＝T×ω来估算车轮的驱动功率Pin；步骤S3：计算车轮驱动功率导数的变化值车轮驱动功率导数的变化值表示车轮驱动功率导数连续两次测量计算值的差值，其计算公式为其中，是当前计算所得的驱动功率的导数，是上次计算所得的驱动功率的导数；步骤S4：根据驱动功率导数的变化值检测轮胎与地面附着状态，具体包括：当时，则当前状态下的轮胎与地面附着状态处于稳定附着状态；当时，则当前状态下的轮胎与地面附着状态处于临界稳定状态；当时，则当前状态下的轮胎与地面附着状态处于非稳定打滑状态。在动态情况下：当且时，则轮胎与地面附着状态处于即将从非稳定打滑状态进入稳定附着状态的临界转换点；当且时，则轮胎与地面附着状态处于非稳定打滑状态；当且时，则轮胎与地面附着状态处于稳定附着状态；当且时，则轮胎与地面附着状态处于即将从稳定附着状态转换为非稳定打滑状态的临界转换点；其中，是当前计算所得的驱动功率导数的变化值，是上次计算所得的驱动功率导数的变化值。本专利技术与现有技术相比，具有如下显而易见的突出实质性和技术进步：1)本专利技术根据驱动功率Pin的导数变化值检测轮胎与地面附着状态，检测过程简单可靠，且具有开创性；2)本专利技术只需要力矩传感器和转速传感器来测量车轮的驱动转矩和车轮的转速即可检测出车辆轮胎与地面附着状态，不需要测量车辆底盘速度、车辆电机的输出转矩和车轮的粘附力矩等，所需传感器少，实施成本低；3)本专利技术不仅适用于转矩(电流)闭环控制的车辆轮胎与地面附着状态的检测，而且也适用于采用电机驱动的各种轮式机器人的轮胎与地面附着状态的检测，具有应用推广性。附图说明图1是本专利技术车辆轮胎与地面附着状态检测系统示意图。图2是四分之一车辆模型。图3是不同路面(干路面、湿路面和冰雪路面)下的附着系数-滑移率特性曲线。图4是牵引打滑过程中某种路面下附着系数μ随滑移率λ变化关系图。图5是一种车辆轮胎与地面附着状态检测方法的流程图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的实施进行详细说明。如图1所示，一种车辆轮胎与地面附着状态检测系统，包括测量模块1、信息处理模块2和信息分析模块3；所述测量模块1、信息处理模块2和信息分析模块3依次连接；其中：所述测量模块1，用于测量车轮的驱动转矩T和车轮的转速ω；所述信息处理模块2，用于根据车轮的转矩、转速这些运动参数计算车轮的驱动功率Pin，并计算出车轮驱动功率导数的变化值所述信息分析模块3，用于根据车轮打滑机理-特征量变化关系和驱动功率导数的变化值来检测轮胎与地面附着状态。所述测量模块1包括转矩测量单元11和转速测量单元12；分别测量车轮的驱动转矩T和车轮的转速ω，并将采集到的数据传递给信息处理模块2。所述信息处理模块2包括计算单元21、数据存储单元22和输出单元23；所述计算单元21用于计算车轮的驱动功率，进一步计算得到表征轮胎与地面附着状态的特征参数所述数据存储单元22用于存储计算单元21所得的结果；所述输出单元23用于将上述处理结果输出给信息分析模块3。所述信息分析模块3包括轮胎打滑机理-特征量变化关系分析单元31和检测单元32，所述轮胎打滑机理-特征量变化关系分析单元31用于根据路面附着系数与滑移率的关系dμ/dλ来推导出作为表征轮胎与地面附着状态的特征量；所述检测单元32基于系统当前计算的驱动功率导数的变化值检测轮胎与地面附着状态。以电动汽车为例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种车辆轮胎与地面附着状态检测系统，其特征在于，包括测量模块(1)、信息处理模块(2)和信息分析模块(3)；所述测量模块(1)、信息处理模块(2)和信息分析模块(3)依次连接；其中：所述测量模块(1)，用于测量车轮的驱动转矩T和车轮的转速ω；所述信息处理模块(2)，用于根据车轮的转矩、转速这些运动参数计算车轮的驱动功率Pin，并计算出车轮驱动功率导数的变化值

【技术特征摘要】
1.一种车辆轮胎与地面附着状态检测系统，其特征在于，包括测量模块(1)、信息处理模块(2)和信息分析模块(3)；所述测量模块(1)、信息处理模块(2)和信息分析模块(3)依次连接；其中：所述测量模块(1)，用于测量车轮的驱动转矩T和车轮的转速ω；所述信息处理模块(2)，用于根据车轮的转矩、转速这些运动参数计算车轮的驱动功率Pin，并计算出车轮驱动功率导数的变化值所述信息分析模块(3)，用于根据车轮打滑机理-特征量变化关系和驱动功率导数的变化值来检测轮胎与地面附着状态。2.根据权利要求1所述的车辆轮胎与地面附着状态检测系统，其特征在于，所述测量模块(1)包括转矩测量单元(11)和转速测量单元(12)；分别测量车轮的驱动转矩T和车轮的转速ω，并将采集到的数据传递给信息处理模块(2)。3.根据权利要求1所述的车辆轮胎与地面附着状态检测系统，其特征在于，所述信息处理模块(2)包括计算单元(21)、数据存储单元(22)和输出单元(23)；所述计算单元(21)用于计算车轮的驱动功率，进一步计算得到表征轮胎与地面附着状态的特征参数所述数据存储单元(22)用于存储计算单元(21)所得的结果；所述输出单元(23)用于将上述处理结果输出给信息分析模块(3)。4.根据权利要求1所述的车辆轮胎与地面附着状态检测系统，其特征在于，所述信息分析模块(3)包括轮胎打滑机理-特征量变化关系分析单元(31)和检测单元(32)，所述轮胎打滑机理-特征量变化关系分析单元(31)用于根据路面附着系数与滑移率的关系dμ/dλ来推导出作为表征轮胎与地面附着状态的特征量；所述检测单元(32)基于系统当前计算的驱动功率导数的变化值检测轮胎与地面附着状态。5.根据权利要求4所述的车辆轮胎与地面附着状态检测系统，其特征在于，所述根据驱动功率导数的变化值检测轮胎与地面附着状态，包括：当时，则当前状态下的轮胎与地面附着状态处于稳定附着状态；当时，则当前状态下的轮胎与地面附着状态处于临界稳定状态；当时，则当前状态下...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐国卿，张杨，裘谢哲，王玺年，骆媛媛，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海,31