专利名称：用于车辆的防滑与防翻保护系统与方法
技术领域：
与
背景技术：
本发明涉及车辆安全性，尤其是涉及用于帮助避免陆路车辆打滑和翻车的系统。随着 汽车技术的发展，车辆的速度是不断增加的，而速度是导致发生撞车事故的大多数普遍因 素之一。根据(美国)国家高速公路交通安全管理局(NHTSA)计算，每年仅在美国，与 速度有关的撞车导致的社会经济损失达到402亿美元。在2004年，在所有致命撞车事故 中，有30%的原因被认为是由速度引起的，并有13，192人因此而丧生。当一辆汽车在常规 条件下开得太快时，会因加速发生撞车事故，而且在冬天和在湿/积雪/结水的路面状况下 会发生更多的撞车事故。
翻车是人们关注的另 一个问题，更多的原因是由于运动型多功能车(sport-utility vehicles, SUVs)在客车部门的快速增长。根据(美国)国家高速公路交通安全管理局于 2005年11月发布的研究报告，在2004年间仅在美国所发生的10,553起车祸的发生是由 于客车翻车引起的。SUVs， 一种在客车中快速增长的部门，具有最高的翻车率。在某些车 辆中，即使当他们装备了 ABS和稳定性控制系统，翻车的几率仍高达17%。
已被广泛采用以试图改进车辆可控性的两项技术是"防锁死刹车系统"(anti-locking braking system, ABS)与"电子稳定性控制"(electronic stability control, ESC)系统。
ABS (防锁死刹车系统)是一个可使车轮在硬刹车操作后避免锁死的计算才几化系统。 ABS不会减弱或增强常规的刹车能力。它也不需要更短的停车距离，但它有助于在硬刹车 过程中使汽车仍保持受控制的状态。
ESC (电子稳定性控制系统)通过侧面加速度，旋转(偏转)和个别车轮的加速，将 驾驶者试图操纵行驶方向和刹车意图与车辆的反应进行比较。接着，ESC对个别的前轮或 后轮实施刹车制动，和/或减少过多的发动机动力，因此有助于^f正转向不足(费力前进) 或转向过多(摆尾行驶)。ESC还整合了全速度牵？ 1控制和/或减少了过多的发动^U区动力， 直到恢复控制状态。在加速和刹住个别打滑的车轮的情况下，可感知驱动轮的全速度牵引 力控制。ESC不能阻碍该车的物理限制。如果驾驶者推动车底盘的可能性与ESC过快时， ESC不能避免撞车。它是有助于驾驶者保持控制的工具。
ESC结合ABS，牵引控制和偏转控制(偏转是围绕垂直轴的旋转)。为了掌握它是怎 样工作的，想起操纵独木舟的情形。如果你想让独木舟转到右边或向右旋转，你在右边的 水中安置短桨以提供在右侧的制动力矩。该独木舟在枢轴上转动或者旋转到右边。ESC係: 同样的基础性事务以协助驾驶者。
许多国际研究已经证明，ESC的效果有助于驾驶者保持对车的控制，有助于挽救生命 和减少撞车的严重性。2004年秋，美国NHTSA确认了国际上的研究，发布了在美国对ESC 效果这一领域的研究成果。NHTSA总结认为，ESC减少了 35%的撞车事故。
尽管装备了 ABS、 ESC和牵引控制系统，由于驾驶者驱动汽车太快以致超过了极限点， 仍可能有难以接受的大量超速事故发生。这个极限点是动态的，因为它:f又决于所驾驶的车 辆、天气和路面状况，且只有极少的有经验的驾驶者才能准确地判断该极限点。有人建议 在开动车辆过程中测量车轮的振动，以便提供诊断信息。例如，在车轮转速上的振动可提 示该车轮的不平衡。两次振动的频率可提示等速接头(CV joint)的磨损。在其他频率的振 动可提示发动机汽缸的不能发动或类似问题。振动的突然降低可提示失去控制并向前滑 动。
虽然在理论上，测量振动的想法是可行的，但是，如前所述的过分简单化的分析方法 是不足以给驾驶者提供关于陆路行驶车辆的相互作用的可靠信息。许多不同因素会引起在 车轮振动的频率和振幅上的变动，包括在公路表面的变化、车辆载重的变化、在加速或刹 车过程中重心偏移的变化。简单的一维振动测量是不能区分这些不同原因的。
在矢量微积分学领域，多个参数会被用于量化运动的特性。与本发明特别相关的是曲 率矢量和扭矩矢量。将某点的三维运动以速度v和加速度a来表示，所述的曲率矢量由下 式定义
M3
所述的曲率矢量给出点转弯的路径在三维空间的急剧程度的量度。当加速度与速度方
向在同一直线上时，曲率矢量为0。所述的扭矩矢量由下式定义
<formula>formula see original document page 6</formula>
其中，a'表示加速度的时间导数。所述的扭矩矢量是运动的螺旋状前进的量度，当任 意路径均包括在一平面时，扭矩矢量为0。附带说明的是，必须注意曲率和扭矩都是凄t量。 这里之所以指称为"曲率矢量"和"扭矩矢量"，是为了识别它们在矢量微积分学中定义 为曲率和扭矩的量，以与通常^f吏用的术语"曲率"和"扭矩，，相区别。
因此，有必要寻找一种基于车轮振动测量的系统和方法，该测量将可靠地检测到车辆 打滑或翻转的突发可能性，并将提出建议或自动地实行预防性的校正。
发明内容
本发明提供了一种系统与方法，测量和说明在两维或三维的车轮振动，以预测在车辆 的路面控制能力方面即将发生的损失，更适宜的是，通过选择性个别车轮的刹车来适当地 降低车辆的速度，这样可在所有汽车、路面和气候状况下一直确保汽车的稳定性。所述系 统可包括一个模拟或"^断程序，该程序协助制造者和测试代理者在增强汽车稳定性方面达 到更好的设计和动态地评估车辆。所述系统可检测和储存在车胎、车轮定位、后倾角与外 倾角、刹车或转向联动装置在它们启动时的故障，提示服务中心的工作人员采取必要动作。
根据本发明的教导，这里提供了 一种避免具有至少四轮的陆路车辆在开车过程中打滑 或翻转的方法，该方法包括(a)重复地测量在至少四个车轮的每个车轮的轮毂振动运动； (b)处理振动运动测量结果以决定车轮功能的当前状态；以及(c)根据所述车轮功能的当前 状态来执行驾驶校正控制，其中，所述的测量和所述的处理测量结果是沿至少两个垂直轴 来处理每个车轮的振动运动。
根据本发明的进一步特征，所述的振动运动是沿三个垂直轴来处理的。
根据本发明的进一步特征，所述的处理包括(a)沿所述的所驾驶的每个车轮的至少 两个垂直轴的每个轴来处理，对每个车轮至少 一个与运动相关的参数充分地实时进行处 理；以及(b)将分级标准应用于对所有车轮的所述的至少一个与运动相关的参数的值，以 识别车轮功能的当前状态。
根据本发明的进一步特征，所述的每个车轮至少一个与运动相关的参数包括作为在轮 毂的垂直振动和平行振动之间的平衡函数的变量的参数。
根据本发明的进一步特征，所述的每个车轮至少一个与运动相关的参数包括轮毂振动 运动的曲率矢量的百分比偏差。
根据本发明的进一步特征，所述的百分比偏差是相对于曲率矢量的平均值的计算。
根据本发明的进一步特征，所述的每个车轮至少一个与运动相关的参数包括轮毂振动
运动的扭矩矢量的百分比偏差。
根据本发明的进一步特征，所述的百分比偏差是相对于扭矩矢量的平均值的计算。 根据本发明的进一步特征，所述的每个车轮至少一个与运动相关的参数包括(a)所
述轮毂振动运动的曲率矢量的百分比偏差；以及(b)所述轮毂振动运动的扭矩矢量的百分
比<扁差。
根据本发明的进一步特征，所述的百分比偏差是相对于所述曲率矢量和所述4丑矩矢量 的平均值的计算。
根据本发明的进一步特征，所述的分级标准包括将上限与下限应用于所述的每个车轮 至少一个与运动相关的参数。
根据本发明的进一步特征，所述的驾驶校正控制包括对所选车轮自动应用刹车以将车 辆功能的当前状态回复到预定的范围之内。
根据本发明的教导，这里还提供了 一种避免具有至少四轮的陆路车辆在开车过程中打 滑或翻转的系统，该系统包括(a)与至少四轮的每个车轮相联合的车轮振动传感器装置， 所述的车轮振动传感器装置被配置为可从至少两个垂直轴来测量每个车轮的轮毂的振动 运动；(b)与每个所述的车轮振动传感器装置以数据相关联的处理系统，所述的处理系统 被配置为处理振动运动测量结果以决定车轮功能的当前状态；以及(c)与所述处理系统相 关联的驾驶校正系统，所述的驾驶校正系统响应所述的车轮功能的当前状态以执行驾驶校 正控制。
根据本发明的进一步特征，所述的车轮振动传感器装置包括与所述至少四轮的每个车 轮相关联的三轴加速计，该三轴加速计被配置用于从三个垂直轴测量每个车轮的4仑毂的振 动运动。
根据本发明的进一步特征，所述的驾驶校正系统是与车辆的刹车系统相关联的，且所 述的驾驶校正系统是可操作地将刹车应用于车辆的所选车轮。
附图简要说明
在这里，仅通过与所附带的附图有关的实施例的方式来描述本发明，这些附图如下
图1是根据本发明的教导而构建和操作的避免陆路车辆打滑或翻转的系统的^表性示 意图，该系统^L展示在一辆车的平面图中；
图2是一个车轮的侧视图，显示了传统上使用于车轮上描述运动的轴； 图3是轮毂运动的部分振动路径的示意图，作为本发明所述系统的示例； 图4是本发明的 一 个范例性的执行的操作流程图的示意图；以及
图5A-5C是一个表的各部分，该表表示了不同车辆故障的范围，这些故障可根据本发 明的一个范例性的执行来识别，并表示了本发明所述系统所采取的校正动作。
优选实施例详述
本发明提供了用于避免陆路车辆打滑或翻转的系统与方法。
根据本发明所述的系统与方法的原理和操作，可参考附图和相应的描述而得到更好的 理解。
在提及附图之前，先介绍本发明的基本概念，涉及对车轮的振动运动在二维(更好是 三维)之间的平衡的监视。大多数(但不是全部)在轮胎和典型路面之间的摩擦力与在该 轮胎和该公路材料之间的吸引分子间力无关。以一个称为体积摩4寮力的机制所代替的是， 简单地说，轮胎的橡胶在移动中被压进在公路表面的小坑。当这些路面的凸起和下陷的地 形推挤轮胎，它们导致了振动。公路摩擦力的减少导致相应的振动的减少。
许多因素影响车轮振动的动态变化。这些因素包括机械因素，例如车胎负荷、车胎 平衡、有缺陷或磨损的车胎构架、弯曲的车轮或轴、刹车鼓或转子、磨损或松动的万向接 头，以及磨损的减震器。与驾驶状况相关的其它因素，例如公路表面的变化，或在加速、 刹车或转弯时载重的偏移。
陆路车辆的悬挂系统提供了垂直的振动，为此，垂直振动的振幅趋向比水平振动(前 或后、侧面)大得多。由于这个原因，水平振动经常是无关紧要而被忽略的。根据发明人 所知的最优方面，三维车轮振动测量只被用于评估旅客舒服度，其焦点在减少振动和增强 旅客舒服的方法与装置。
与这个方法不同，本发明教导了沿至少两个轴(更好地是三个轴)的轮毂振动的测量， 提供了重要的附加信息，用于在开车和测量过程中在不同预期模式之间进行区分，间接地， 说明车辆的抓地性能力是怎样改变的。虽然在前/后和侧面方向的振动具有比在垂直方向的 振动小得多的振幅，它们的速度和加速度并不需更小，会经常与垂直振动为同一数量级。
下面试图以简单直接的术语来描述在一个车轮的垂直和平行振动之间的平衡。所陈述 的解释是作为对读者理解上的帮助，有助于读者理解本发明所迷的操作。然而，必须注意
的是，本发明已定义在所附的权利要求中的内容已经实验证实是有效的，而且，本发明的 可专利性不是以任何方式有条件地基于上述理论的精确度，因为该理论是过度简^匕的。
当在车轮上存在正常压力时，垂直振动将比横向振动更显著。当载重增加时，对于车 胎所承受的垂直振动将只有非常小的偏差。因此，较重的载重会减少垂直位移的长度。这 也会改变车胎的几何状态以使接触区域更大。由于公路表面的下陷和凸起以非常大的冲击 力碰撞车胎所额外产生的力，增加了车胎的栽重结果，不仅增加了发热，而且增加了冲黄向 振动。因此，我们能得出这样的结论载重是伴随垂直振动的减少和平行振动的增加而增 加的。反之亦然，当载重减少时，垂直振动增加，而平行振动减少。
在转弯过程中，车辆的栽重偏移到外轮上，而在内轮上的载重是减少的。在刹车过程 中，载重转移到前轮而减少在后轮上的载重。相反地，在加速过程中，更多的载重转移到 后轮。如果通过监视对于每个车轮的平行的和垂直的平衡变化情况，这些不同的情形可被 识别和监视，以确保它们保持在安全限度内。
当路面或车胎变得太光滑时，路面控制能力将显著降低。当车辆行驶在结水if各面时， 冰溶解而在车轮和路面之间形成水障，使路面的下陷和凸起不能碰撞车胎。因此，路面摩 擦力减少了。同时，振动也减少了。因此，对振动的平衡的监视也将提供对行驶过程中牵 引力充足度的指示。接着，对陆路车辆的每个车轮的在平行的和垂直的振动之间的相对平 衡的监视，将提供关于总牵引力的当前水平的信息，以及关于车辆是否使车辆接近它在目 前状况下的安全操作的极限的信息。通过动态地计算某个极限点，该极限点应固有地考虑 汽车、路面和气候状况，并减少速度以使车辆状况一直保持在该极限点之下，本发明能使 每个驾驶者在几乎所有环境下安全地驾驶车辆，无需格外的驾驶技巧。另外，对于不符合 加速、刹车或转弯的前述情形的单独或成群的车轮的参数的某些变化，可用于提示多种故 障或服务需求。
现在转到附图中，图1显示了一种系统(标示为10)的代表性示意图，是根据本发明 教导所构建的和操作的、用于避免具有四个或更多车轮12的陆路车辆在开车过程中打滑 或翻转的系统。总的来说，系统10包括一个与至少四轮的每个车轮12相联合的车轮振动 传感器装置14。每个车轮振动传感器装置14被配置为可从至少两个垂直轴(更好是三个 垂直轴)来测量相应的车轮12的轮毂的振动运动。系统10还包括一个与各传感器装置14 以数据相关联的处理系统16,该系统被配置为处理振动运动测量结果以决定车4仑功能的当 前状态。 一个驾驶校正系统18响应所述的车轮功能的当前状态以执行驾驶校正控制，该
系统可包括操作车辆的刹车系统20以致对该车辆的所选车轮进行刹车制动。在这个阶段， 可以很清楚地看出，所述的系统10与现有的ESC或其他现4亍的安全系统很不相同，不同 之处在于该系统在至少两维(更好是三维)采样于单独车轮的振动位移，以提供l俞出数 据，从这个数据中推导出一个驾驶校正控制。用于处理这个输出数据以决定所需的驾马史校 正控制的多个选项，将在下面进行讨论。
在这里，有必要对用于说明书和权利要求书中的特定术语作出定义。首先，基于在这 里用于定义运动的方向的传统，对每个车轮以 一 系列直交的轴(x， y, z )分别定义作为参考， 其中，x轴对应车轮的"前(forward)"方向，z轴是向上的方向，而y轴配齐右》走坐标 系，沿着旋转的车轮轴指向左方。在图1中可见对于两个车轮的"x"和"y"方向，而在 图2中可见"x"和"z"方向。更优选的是，这些方向被作为所述与每个车轮相耳关合的振 动感应器装置14的测量轴，即^^当选择不同的测量轴时，如下所述的关于数据处3里的优 选实施例是实质上不变的。
在这里用于说明书和权利要求书中的短语"测量轮毂振动运动，，及类似短语，是指任 何一个或多个位移、速度、加速度和加速度的变化率的测量。本领域众所周知，理论上， 任一个前述参数的测量允许导出所列的所有其他运动参数。实际上，许多商用的力口速^义是 被配置为或设置为提供可表示大多数或全部前述参数的直接输出。
在这里用于说明书和权利要求书中的术语"振动"、"振动运动"和"振动的"，是 指从一个中间位置的微扰(物理体系中的微小变化)而忽略任何均衡的(平均的)速度分 量。换言之，对于每个车轮的所有测量被采纳为描述该车轮的运动的参考系，并集中在轮 毂上参考点的中间位置的，在该点附上传感器。
在这里用于说明书和权利要求书中的短语"驾驶校正控制，，，是指由所述系统所采取 的动作，以应对由系统10所识别的某个潜在危险状况。耳又决于想得到的执行，该4史正动 作能以警告信息(声音和/或可视的信息)的形式附带校正动作的建议来提供给驾-驶者，或 者可包括在开车时的自动干预，例如主动刹车制动，这些都将在下面进行描述。
现在回到车轮振动传感器装置14的结构细节，可以采用任意类型的运动传感器，该 传感器能测量车轮在开车过程中的振动运动的 一个或多个参数。发明人目前所知的大多数 实际执行，是应用一个或多个加速仪，该加速仪通过一个支架刚性地装配在车津仑的中心毂 上，该支架将该传感器稳定在一个恒定的方向。理想地，该加速仪是装配在接近轮毂的中 心点的位置，虽然这是不实际的，且由于许多车辆的结构性考虑并不可能这样。在一些例
子中，是有可能获得这样有用的结果，它们通过将传感器装配在车轮的非旋转部分上，悬 挂式接近车轮，因此简化了装配形式。
当采用两个或三个分开的单轴加速仪时，该执行被简单化，通过应用单独的三轴传感
器单元，也就是，该三轴传感器单元可产生关于三个直交轴的数据。多种类型的加速^a支
术都适宜应用于本发明。通过但不限于本发明的实施例，我们使用一个基于压电式传感器 技术的微型三轴加速仪，已经进行了成功的试验。适用的传感器的例子如由Briiel&Kjaer (丹麦)公司商业化的产品，其商标为DELTATRON 。其他执行可采用基于MEMS技术 的商业化的惯性传感器。
在这些试验中，使用了 一种宽幅响应加速仪，该加速仪可测量0.3 Hz至3 kHz频率范 围的振动，虽然也可使用更窄范围的加速仪。采样数据的频率更好地是至少10/秒，且最 好为至少100数据采样点/秒。特别优选的范围是约200至800 Hz采样频率，取决于传感 器的技术能力和数据处理系统的技术能力。这个数据的高频率重复采样，提供了对车辆性 能的高效的连续实时监视，以及在车辆迫近潜在危险状况时，迅速在该状况变成实际危险 前作出校正动作，由此潜在地避免了许多交通事故。
可选地如果所采样的数据量超过了用于实时处理的处理系统16的处理能力，可才丸 行数据拣选。例如，根据一个更适宜的选项，当x、 y和z振动的负部分趋向接近与它们相 应的正振动路径成镜像时，该系统会忽略所采样的数据中x、 y和z的负值，改为只处理以 正"x，，、 正"y"和正 "z，， 的读H。
为了将数据采样规格化，可使用定义在周期性运动中的预定义的数据捕获点(data capturing point, DCP )。例如，在最近进行的试验中，采用了定义在315°的DCP,该DCP 是通过峰到峰(peak-to-peak)振动周期沿主要位移的轴(典型的是垂直的"z"轴)来定 义的。正如本实施例所述，DCP的选择，更好确保了位移、速度、加速度和加速度的时 间导数在采样点都是全非零的，至少沿首要位移的轴是这样。DCP的同步取决于传感器能 力，可通过传感器的适当构造而自动获得，或者通过在振动周期中落在任意点的预定采样 频率处进行采样后的数据预处理而自动获得。
应该注意的是，本发明是可应用于范围较宽的车辆类型的，车辆类型从小轿车到大卡 车，相应地，这些车辆具有多种不同数量的车轮。对于四轮车辆，更适宜为所有四个车轮 都提供它们自身的振动传感器装置14。在具有多于四个车轮的车辆的例子中，典型:l也能通 过只监视四个车轮可获得对公路控制性能的监视，最好是监控那些最接近车辆的外角落的
车轮。即使在这样的实例中，在每个车轮上的传感器装置的开发可被提升，以便提供可检 测与车轮相关的缺陷的额外功能，这些缺陷例如车轮不平衡、轮胎面磨损或者车轮不对齐。
通过振动传感器装置14所釆样的数据接着传输到处理系统16。该数据连接可通过有 线连接或无线通信的方式(例如，IR或RF通信连接)，取决于对任意给出的执行的实际 工程的考虑和经济方面的考虑。
现在转到处理系统16本身，可采用处理系统的任意适用类型，包括但不限于运4亍 合适软件的多用途处理系统、为特定目的制造的硬件，以及任何硬件和软件或"固件 (firmware)"的结合。随车携带的电脑系统的采用，已经在汽车制造业中广泛流4亍，而 且，设计用于执行系统例如ESC等的系统在一些实例中已经具有可用于本发明的执行的足 够的处理能力。
现在转到处理系统16的处理结构，该系统可采用本领域所知的任何硬件模块或库大件 模块，这个处理结构可以多种方式来执行。在下面的多种选项中，是一个共同的创造性概 念，也就是，恶化的驾驶状况是通过处理从对每个待测车轮的至少二维的振动测量得到的 数据来识别的。现在将简要地提出三个用于执行这个共同概念的不同方法。
根据第一个方法，对于每个待测车轮的振动数据被转到车辆的重心，而该数据4妄着在 一个多维矢量空间被视为一个单独空间曲线，例如在13维矢量空间(对于四轮的每个车 轮的位移、速度和加速度的三维，加上时间的一维)。凭经验已经发现，这个多维空间曲 线的曲率矢量是可提示车辆的当前驾驶状况的，因此，允许制作一个查寻表或算法以将导 出的曲率转进当前驾驶状态分级中。
虽然前述的第一种方法是特别一流的，它在所有测量的多维空间执行了一个单独计 算，已发现这个方法在计算上是加强的，但是，该方法难以实时执行，且难以使用紧凑的 和经济的处理元件以高的数据采样速率来执行。因此，已经发现，更好的是以两阶^殳的处 理方法来执行所采样数据的计算分析。首先，分别对每个车轮处理沿每个所测量的轴的振 动运动的测量数据，以便充分地实时推导出对于每个车轮的至少一个与运动相关的参数。 接着，将分级标准应用到对于所有车轮的与运动相关的参数，以识别车辆功能的当前状况。
作为这个两阶段计算分析的一个特别简单的执行，在相当大范围的情景下是有效的， 垂直的和平行的振动振幅可相对于每个车轮的平均振幅与所适当定义的极限进行比4支。这 个方法引出如上所述的振动的平衡的直觉的解释。这样，在所关注的过分急剧高速的过程 中，用于干预的极限应设置为在外轮上的垂直振动振幅，相对于平均值降低30%;而在
外轮上的平行振动振幅，相对于平均值增加60%;和/或在内轮的相反方向上的相应改变。 这些特殊的极限值是以经验为主地确定的。
虽然这个基于振幅的方法与上述所建议的振动的平衡的直觉的解释一样好，该方法仍 存在一定的缺点。主要的缺点是固有的单独依赖于振幅，而忽略了从振动传感器装置得 来的大部分有用信息。为避免这个缺点，本发明的特定的最优执行方案是使用一个或更好 用两个参数，这些参数对在每个待测车轮上的参考点的即时运动的特定属性进行量^匕。特 别地，已经发现的可高效地用于可靠地决定车轮和路面之间的相互作用的当前状况的两个 属性，是通过在每个车轮上的一个参考点当前行驶的空间曲线的曲率矢量和扭矩矢量。
简要地提及图3，该图显示了在由振动传感器装置测量第二摩擦力的过程中在一个车 轮上的参考点的运动的可能路径的 一个例子。在沿所示的该路径的每个点，该参考点具有 一个即时速度v,该即时速度v是与该路径相切的。在迂回路径的例子中，该参考点还具 有一个加速度，直接指向即时曲率的中心。在所示路径的例子中，该路径展示了瞬间的螺 旋状前进，加速度对时间的导数在螺旋状前进的方向有一个分量。这些参数中的每个参数 是通过与车轮相关联的振动传感器装置来采样的，或者能容易地取自该振动传感器装置， 而且，典型的参数是根据上面所定义的平行于x, y, z坐标系的分量来提供的。
曲率矢量和扭矩矢量的常规定义已在上面"背景技术"章节中给出。这些定义可采用 这些矢量的分量以标准方式来重写，采用矩阵决定符号表达矢量积和三倍积如下
jc y z
其中，x，y，z是平行于相应轴的单位矢量； 所采样的速度v具有分量(vx， vy， vz); 所采样的加速度a具有分量(ax， ay, az);以及 加速度a'的时间导数具有分量(ax', ay'， az')。
当所有这些分量是直接从振动传感器装置14输出的，或者可简单地取自那些输出数 据，这些公式允许对从传感器输出的曲率和扭矩的值，以低计算量的容易实时执行的方式 作直接了当的计算。
凭经验已经发现，监视从每个曲率和扭矩的平均值的比例的变化，提供了高度可靠的 和健全的工具用于对在车轮和路面之间的相互作用进行分级。举例来说，增加在车l仑上的 载重(例如，在转弯过程中的外轮，或在刹车过程中的前轮)导致在曲率上的增加和在扭 矩上的减少，反之，降低载重则导致减少曲率和增加扭矩。当这些导数从常规/平均^直达到 特定值时，它们成为车辆将要失去控制的提示。更好的是，对于每个参数的较宽的才及限值， 被用于分级用途，以便提供预测性警告，提示潜在危险情形正在发展，并允许及时地pf交正 动作。
更特殊的是，已发现的有助于对不同情景进行分级的是定义每个参数的上限(增加) 和下限(减少)，并更好地对每个参数定义两个不同水平的增加与减少的极限。这冲羊，每 个参数可分级为正常、高、非常高、低、非常低。为了方便地标记，这些分级可以级别 或"量变(quantum changes)"标记如下正常(O)、高(+l)、非常高(+2)、低(-l)、非常低 (-2)。从最近的实验证据中，已经发现在增加或减少40%-60%的范围内的第一才及限，特 别是约50%，是特别有用的。简单地，已经发现在增加或减少70%-90%的范围内的第二 极限(更极端的)，特别是约80%,是特别有用的。
这引出根据这个范例的执行，通过处理来自每个DCP的数据可产生这些参凄t，以及 在一个四轮车辆的例子中，这些参数可表现为在-2到+2之间的8个整数，对应于四4仑车 辆的每个车轮的曲率和扭矩的"相关级别(relative levels)，，。在所有值都为"0"的时候， 也就是，在正常操作范围内，不需要任何干预。当所获得的值在第一上限或第一下^^的范 围之外时，这8个参数提供了 一个用于当前情景的分级基准，典型地是根据预编的算法或 查寻表来分级，并执行合适的警告或校正动作。
通过一个实施例但不限于此，图5A-5C显示了一个查寻表，该表壳用于识别车辆在行 使过程中的不同故障情形。在每个例子中，通过小群的车轮显示给出的反常值或结合所获 得的值来识别故障情形，以及在一些例子中，时间不一致或这些值的恒定。图示的用于表 示曲率k和扭矩t的这些值是上述所定义的"级别(level)"标识符，在—2到+2的范围
内。每个例子指定了异常测量结果的可疑原因，以及即时动作形式的首选做法和/或对驾驶 者的建议或适当的服务人员。
在这个阶段，系统10的操作，对应于本发明所述的方法，将是清楚的。如图4所示， 在步骤30，该系统对每个受监视的车轮的振动运动进行采样，接着处理所采样的数据。在 这里所显示的优选实施例中，所述的处理包括计算两个参数，特别是曲率和扭矩(步骤32 ), 将这些值与平均值或预存的值进行比较，并计算比例的变化(步骤34)。然后，将这些比 例的变化用于对车辆功能的当前状况进行分级(步骤36 ),优选是通过将极限标准应用于 这些变化，接着应用算法或查寻表以决定当前状况。当这些值在正常范围内时，平均值是 可选地更新的(步骤38)，且监视程序回到步骤30重复进行。如果识别到异常状况，该 系统自动选择刹车(步骤40 )或采取其他合适动作。在刹车的例子中，车辆刹车系统是开 动的，以使参数回到安全限度以内，更适宜的是，也强制计算最大安全速度。
在DCP中，沿纵向的、横向的和垂直方向的振动的速度和加速度的值如下: 对于右前轮，
速度(x) = 0.0361299 速度(y) = 0.029545 速度(z" 0.0742197 加速度(x) = 0.00094975 加速度(y) = 0.00143623 加速度^) = 0.00138715 加速度的导数(x) = 0.000712 加速度的导数(y) = 0.00158232 加速度的导凄t(z) = 0.000592
<formula>formula see original document page 16</formula>
曲率(Curvature) =0.1079133620
<formula>formula see original document page 17</formula>
扭矩(Torsion ) = 0.0793359665
平均曲率(Average Curvature ) =0.2180802397
平均4a头6 ( Average Torsion ) =0.1746612365
曲率与平均曲率之间的百分比由下式给出
<formula>formula see original document page 17</formula>
扭矩与平均扭矩之间的百分比由下式给出
<formula>formula see original document page 17</formula>
对于左前轮，
速度^) = 0.1531569 速度(力=0.06180523 速度&) = 0.1798801 加速度(x)-0.000301166 加速度(y)-0.00701622 加速度(z) = 0.00305532 加速度的导数(x) = 0.0002112 加速度的导数(y) = 0.00198112 加速度的导数(z) = 0.0008916944
根据前面给出的矩阵公式计算得到
曲率(Curvature) =0.1072234463
扭矩(Torsion) =0.0792064760
平均曲率(Average Curvature ) = 0.2180802397
平均扭矩(Average Torsion ) =0.1746612365
曲率的百分比变化=-50.83302987也就是，低
扭矩的百分比变化=-54.65137107也就是，低
对于右后轮，
速度^) = 0.2207165
速度(力=0.0669311
速度(z)二0.17
加速度(x)-0.000515644
加速度(y) = 0.00653633
力口速度(z) = 0.00968345
加速度的导数(x) = 0.000800672
加速度的导数(y) = 0.00076896
加速度的导数(z) = 0.001632
根据前面给出的矩阵公式计算得到
曲率(Curvature ) = 0.1075362292
扭矩(Torsion) = 0.0795573662
平均曲率(Average Curvature ) = 0.2180802397
平均扭矩(Average Torsion ) =0.1746612365
曲率的百分比变化=-50.68960426 也就是，低
扭矩的百分比变化=-54.45047353 也就是，低
对于左后轮，
速度(x) = 0.0485634 速度(力=0.105931
速度(z) = 0.0793662
加速度(x) = 0.00027004
加速度(y) = 0.00305029
加速度(z) = 0.0042401999
加速度的导数(x) = 0.0003648672
加速度的导数(y) = 0.000785304
加速度的导数(z) = 0.0006312
根据前面给出的矩阵公式计算得到
曲率(Curvature) =0.1077510154
扭矩(Torsion) =0.0796132520
平均曲率(Average Curvature ) =0.2180802397
平均扭矩(Average Torsion ) =0.1746612365
曲率的百分比变化=-50.59111476 也就是，低
扭矩的百分比变化=-54.41847683 也就是，低
这样，在这个示例中，当前所有四个车轮都在曲率和扭矩上显示第一级别的低值(-1 )。 这对应于图5A中的例子"1",提示由于滑溜路面状况如湿的或结冰的路面状况而l吏汽车 的特定轮胎在路面控制能力上开始变差。在这个示例中，所有四个轮胎的路面控制能力是 出于变差的开始阶段。如果这个状况继续变坏，汽车将会制动滑移，甚至在路上高速地打 滑。因此，本发明所述的系统将立即应用制动压力以降低车轮转动，直至车辆回复到安全 速度的状况之下，足以使曲率和扭矩的值回到它们的"正常，，范围(级别"0")。无论 是怎样的车胎、路面和气候状况，所述的系统都将优先干预激烈的恶化情形，以避免车辆 打滑。
必须注意的是，以上所述的图例及说明仅仅是作为范例，而有许多其他的实施例应包 括在本发明所附的权利要求的保护范围之内。
权利要求
1、一种避免具有至少四轮的陆路车辆在开车过程中打滑或翻转的方法，该方法包括(a)重复地测量在至少四个车轮的每个车轮的轮毂振动运动；(b)处理振动运动测量结果以决定车轮功能的当前状态；以及(c)根据所述车轮功能的当前状态来执行驾驶校正控制，其中，所述的测量和所述的处理测量结果是沿至少两个垂直轴来处理每个车轮的振动运动。
2、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的振动运动是沿三个垂直轴来 处理的。
3、 根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述的处理包括(a) 沿所述的所驾驶的每个车轮的至少两个垂直轴的每个轴来处理，对每个车轮至 少一个与运动相关的参数充分地实时进行处理；以及(b) 将分级标准应用于对所有车轮的所述的至少一个与运动相关的参数的值，以识 别车轮功能的当前状态。
4、 根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述的每个车轮至少一个与运动相 关的参数包括作为在轮毂的垂直振动和平行振动之间的平衡函数的变量的参数。
5、 根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述的每个车轮至少一个与运动相 关的参数包括轮毂振动运动的曲率矢量的百分比偏差。
6、 根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述的百分比偏差是相对于曲率矢 量的平均值的计算。
7、 根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述的每个车轮至少一个与运动相 关的参数包括轮毂振动运动的扭矩矢量的百分比偏差。
8、 根据权利要求7所述的方法，其特征在于所述的百分比偏差是相对于扭矩矢 量的平均值的计算。
9、 根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述的每个车轮至少一个与运动相 关的参数包括(a) 所述轮毂振动运动的曲率矢量的百分比偏差；以及(b) 所述轮毂振动运动的扭矩矢量的百分比偏差。
10、 根据权利要求9所述的方法，其特征在于所述的百分比偏差是相对于所述曲 率矢量和所述扭矩矢量的平均值的计算。
11、 根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述的分级标准包括将上限与下限 应用于所述的每个车轮至少一个与运动相关的参数。
12、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的驾驶校正控制包括对所选车 轮自动刹车制动以将车辆功能的当前状态回复到预定的范围之内。
13、 一种避免具有至少四轮的陆路车辆在开车过程中打滑或翻转的系统，该系统包括(a) 与至少四轮的每个车轮相联合的车轮振动传感器装置，所述的车轮振动传感器 装置被配置为可从至少两个垂直轴来测量每个车轮的轮毂的振动运动；(b) 与每个所述的车轮振动传感器装置以数据相关联的处理系统，所述的处理系统 被配置为处理振动运动测量结果以决定车轮功能的当前状态；以及(c) 与所述处理系统相关联的驾驶校正系统，所述的驾驶校正系统响应所述的车轮 功能的当前状态以执行驾驶校正控制。
14、 根据权利要求13所述的系统，其特征在于所述的车轮振动传感器装置包括 与所述至少四轮的每个车轮相关联的三轴加速计，该三轴加速计被配置用于从三个垂直 轴测量每个车轮的轮毂的振动运动。
15、 根据权利要求13所述的系统，其特征在于所述的驾驶校正系统是与车辆的 刹车系统相关联的，且所述的驾驶校正系统是可操作地对车辆的所选车轮进行刹车制 动。
全文摘要
一种用于避免陆路车辆打滑或翻滚的系统(10)，包括用于各个车轮(12)的车轮毂振动传感器装置(14)，该装置被配置为可从至少两个垂直轴(更好是三个垂直轴)来测量车轮的振动运动。所述系统处理所述振动运动的测量结果，以决定车辆功能的当前状态，并在需要时实现合适的驾驶校正控制。所述的驾驶校正控制可包括操作车辆的刹车系统(20)以便应用刹车制动到该车辆所选的车轮。
文档编号B60W30/02GK101175647SQ200680017117
公开日2008年5月7日 申请日期2006年5月18日 优先权日2005年5月19日
发明者斯越肯斯·舒若勾体 申请人:迪克锐普特顾问服务有限公司