用于估计轮胎法向力的方法技术

一种用于确定作用在车辆(100)上的轮胎力(F

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于估计轮胎法向力的方法


[0001]本公开涉及用于估计作用在车辆的轮胎上的法向力的方法、控制单元和车辆。这些方法例如在4级(L4)自动驾驶中得到应用。
[0002]本专利技术可应用于重型车辆，例如卡车和建筑设备等。尽管将主要针对诸如半挂车和卡车等的货物运输车辆来描述本专利技术，但本专利技术不限于这种特定类型的车辆，而是也可用在其它类型的车辆中，例如轿车。

技术介绍

[0003]正在引入先进的车辆运动控制系统来支持例如自动驾驶功能，并且通过先进的驾驶员辅助系统(ADAS)来提高车辆安全性。这些车辆控制系统使用了描述车辆或车辆的部件响应于针对给定驾驶场景的控制信号预计如何表现的模型。
[0004]一个重要的参数是作用在车辆的轮胎上的法向力。轮胎法向力例如对车辆的加速能力具有显著影响，因为它影响路面抓地力。当控制车辆运动时，轮胎法向力也对可实现的横向力有影响。因此，希望估计在车辆运行期间作用在车辆上的轮胎法向力。
[0005]US 2018/0361812讨论了用于实时确定轮胎法向力的系统和方法。
[0006]然而，需要更稳健的方法来确定作用在车辆的车轮上的法向力。

技术实现思路

[0007]本公开的目的是提供用于估计轮胎法向力的、改进的方法。该目的通过用于确定作用在车辆上的轮胎力F
z
的轮胎法向力范围F
z,min
‑
F
z,max
的方法来实现。该方法包括获得与车辆的悬架系统相关联的悬架数据、以及获得与车辆100相关联的惯性测量单元(IMU)数据。该方法包括：由基于悬架的估计器基于悬架数据310估计第一轮胎法向力范围F
z1,min
‑
F
z1,max
；以及，由基于惯性力的估计器基于所述IMU数据估计第二轮胎法向力范围F
z2,min
‑
F
z2,max
。然后，该方法基于第一轮胎法向力范围和第二轮胎法向力范围确定轮胎法向力范围F
z,min
‑
F
z,max
。
[0008]这样，提供了一种稳健的用于估计轮胎法向力的方法，因为该估计是基于对至少部分独立的数据集进行操作的两个单独的估计器。优点在于提供了一系列轮胎法向力值，而不仅仅是单个值。利用所公开的方法，可以将轮胎法向力的稳健估计值例如提供给车辆控制器。
[0009]根据一些方面，所述范围包括单个法向力值，即，F
z,min
＝F
z,max
。在这种情况下，该方法基于第一轮胎法向力范围和第二轮胎法向力范围确定所述轮胎法向力范围F
z,min
‑
F
z,max
，作为一种选择操作。然后，可以选择最可靠地估计的法向力。
[0010]根据一些方面，悬架压缩值是空气弹簧压力值、机电悬架压缩值或与车辆的悬架系统相关联的其它压缩力值。
[0011]因此，所公开的方法可以与各种不同类型的悬架系统一起使用，这是一个优点。
[0012]根据其它方面，基于关系式估计第一轮胎法向
力范围(F
z1,min
到F
z1,max
)，其中F
z
是轮胎法向力，F
z,suspension
是与悬架系统相关联的压缩力，m
axle
是轮轴的质量，c
roll
是与所述轮轴相关联的侧倾刚度值，而是与所述轮轴相关联的侧倾角。
[0013]该表达式的复杂性相对较低，这是一个优点，因为尽管处理资源受到限制，但仍可以执行所述估计。该表达式的变量是线性的，因此适合于最小化操作和最大化操作，这是一个优点。
[0014]根据一些方面，第一轮胎法向力范围(F
z1,min
到F
z1,max
)是通过对基于悬架数据的轮胎力的表达式分别进行最小化和最大化而确定的，受制于对悬架数据的一组预定约束。如下文中将要示出的，这些优化操作能够以直接的方式执行。结果是一个稳健的范围，它以高概率包含了实际的轮胎法向力，这是一个优点。
[0015]根据其它方面，第一轮胎法向力范围(F
z1,min
到F
z1,max
)是根据基于悬架数据获得的轮胎力的标称值并根据悬架数据的预定扰动而确定的。
[0016]通过考虑输入数据中的扰动，可以将测量误差包括在模型中，这进一步提高了所公开的方法的稳健性。该扰动还提供了轮胎法向力值的一个范围，实际的轮胎力以高概率存在于该范围内。
[0017]根据一些方面，估计第二轮胎法向力范围包括：为每个车辆单元定义至少一个虚拟车辆轮轴，估计每个虚拟轮轴的轮胎法向力，以及在车辆单元的物理轮轴之间分配所估计的轮胎法向力。
[0018]因此，有利地，能够以相对低的复杂性估计作用在多轮轴车辆单元上的轮胎法向力。有利的是，也可以通过所公开的方法有效且稳健地估计也作用在多轮轴车辆上的轮胎法向力。
[0019]根据一些方面，在车辆的物理轮轴之间分配所估计的轮胎法向力包括：基于物理轮轴之间的已知负载商(known load quotient)来分配所估计的轮胎法向力。该“技巧”简化了计算，这是一个优点。
[0020]根据一些方面，第二轮胎法向力范围(F
z2,min
到F
z2,max
)是通过对基于IMU数据的轮胎力的表达式分别进行最小化和最大化而确定的，受制于对IMU数据的一组预定约束。
[0021]同样，这些优化操作能够以直接的方式执行。结果是一个稳健地估计的范围，该范围以高概率包含了实际的轮胎法向力。
[0022]根据一些方面，第二轮胎法向力范围(F
z2,min
到F
z2,max
)是根据基于IMU数据获得的轮胎力的标称值并根据IMU数据的预定扰动而确定的。
[0023]再次提及，通过考虑输入数据中的扰动，可以将测量误差包括在模型中，这进一步提高了所公开的方法的稳健性。
[0024]本文中公开的方法还可以包括确定与所确定的轮胎法向力范围(F
z,min
到F
z,max
)相关联的不确定性值F
z,uncertainty
，其中，该不确定性值是基于道路粗糙度的测量值。
[0025]这样，车辆控制器接收关于当前从系统提供的冗余级别的信息，这是一个优点。车辆控制可以主动地基于所提供的轮胎法向力估计值的可靠性。例如，如果所报告的不确定性增加，则可以主动增加速度裕度等。
[0026]根据一些方面，道路粗糙度的测量值是基于IMU竖直加速度值、IMU俯仰率值中的任一项以及基于车辆悬架系统的水平传感器(level sensors)中的变化而获得的。因此，不
确定性测量是基于已有的可用数据，这是一个优点。
[0027]根据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于确定作用在车辆(100)上的轮胎力(F
z
)的轮胎法向力范围(F
z,min
,F
z,max
)的方法，所述方法包括；获得(S1)与所述车辆(100)的悬架系统相关联的悬架数据(310)；获得(S2)与所述车辆(100)相关联的惯性测量单元IMU数据(320)；由基于悬架的估计器(330)基于所述悬架数据(310)估计(S3)第一轮胎法向力范围(F
z1,min
,F
z1,max
)；由基于惯性力的估计器(340)基于所述IMU数据(320)估计(S4)第二轮胎法向力范围(F
z2,min
,F
z2,max
)；以及基于所述第一轮胎法向力范围(F
z1,min
,F
z1,max
)和所述第二轮胎法向力范围(F
z2,min
,F
z2,max
)确定(S5)所述轮胎法向力范围(F
z,min
,F
z,max
)。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述悬架数据(310)包括轮轴长度(L
w
)或轮距(w)、轴质量(m
axle
)、悬架压缩力值、以及左水平传感器值和右水平传感器值。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述悬架压缩值是空气弹簧压力值(F
z,bellow
)、机电悬架压缩值或与所述车辆(100)的悬架系统相关联的其它压缩力值。4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，基于关系式估计(S21)所述第一轮胎法向力范围(F
z1,min
,F
z1,max
)，其中F
z
是轮胎法向力，F
z,suspension
是与所述悬架系统相关联的压缩力，m
axle
是轮轴的质量，c
roll
是与所述轮轴相关联的侧倾刚度值，而是与所述轮轴相关联的侧倾角。5.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述第一轮胎法向力范围(F
z1,min
,F
z1,max
)是通过对基于所述悬架数据(310)的轮胎力(F
z
)的表达式分别进行最小化和最大化而确定的，受制于对所述悬架数据(310)的一组预定约束。6.根据权利要求1
‑
4中的任一项所述的方法，其中，所述第一轮胎法向力范围(F
z1,min
,F
z1,max
)是根据基于所述悬架数据(310)获得的轮胎力(F
z
)的标称值并根据所述悬架数据(310)的预定扰动而确定的。7.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，估计所述第二轮胎法向力范围包括：为每个车辆单元(801、901、902)定义(S41)至少一个虚拟车辆轮轴(820、930、940)；估计(S42)每个虚拟轮轴的轮胎法向力；以及在所述车辆单元(801、901、902)的物理轮轴(810、910、920)之间分配(S43)所估计的轮胎法向力。8.根据权利要求7所述的方法，其中，基于对应的车辆单元(801、901、902)的重心来定义(S44)所述至少一个虚拟轮轴(820、930、940)。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述至少一个虚拟轮轴(820、930、940)的位置被选择(S45)为与所述车辆单元(801、901、902)等效的俯仰扭矩，其中所述至少一个虚拟轮轴的轮轴侧倾刚度是通过将对应的物理轮轴的物理侧倾刚度相加而确定的，并且其中所述至少一个虚拟轮轴的侧倾中心高度被定义为所述对应的物理轮轴的平均侧倾中心高度。10.根据权利要求7
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【专利技术属性】
技术研发人员：马茨，
申请(专利权)人：沃尔沃卡车集团，
类型：发明
国别省市：