用于车辆的使用一个表征任何轮胎的不变量的自动稳定控制系统的制作方法

专利名称：用于车辆的使用一个表征任何轮胎的不变量的自动稳定控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于控制车辆稳定性的系统，更具体地，其功能旨在当施加制动的时候，避免车轮抱死，即通常通过术语“ABS”而了解的(那样)，而且目的在于以先进的形式，通过自动地作用于一个车轮的制动器，例如，通过术语“ESP”而通常为人所知的系统中，或者通过作用于任何一种其他的操作器(actuator)(四轮操纵，有效防滚，……)，保持该车辆在稳定的路径上。
背景技术：
众所周知，如果以一个对应于摩擦系数最大值使胎面(tread)滑移(slip)G，车辆的制动将更加有效。该摩擦系数的最大值被称作μmax。但是一般的驾驶员不能够控制刹车使得满足这个条件。
最初所谓的“ABS”制动系统自动地调整制动力(实际上，刹车操作器目前通常是液压传动装置，一种ABS系统调节该液体压力)，以便使轮胎的运行在最大附着左右来回摆动。该过程牵涉到最大附着(grip)，是为了在减少制动力之前，能够通过启动抱死该车轮(旋转的车轮突然减速)，检测到它，使得恰好再次低于该最大附着。然后该制动力被自动地再次增加直到其超出该最大附着，然后减小，如此类推。
然而，这种方法涉及暂时地超出对应于该摩擦系数的最大值μmax的滑移Gmax，然而理想状况将是以一欠缺接近目标滑移而没有曾经超出该目标滑移。重要的是注意到，一个称作Gmax的通常不是该滑移最大可能的值，但是实际上对特定的滑移，在其上摩擦系数具有其最大可能的值。
刹车的效率取决于在对应于最大摩擦系数的滑移附近滑移变化的精度(fineness)。当这里唯一关心的是减少的量的时候，效率撇开提供车辆驾驶员一定的能力以使其能在紧急煞车时使车辆拐弯的ABS系统的益处。因此，在本发明的上下文中，刹车距离就越短，煞车就被认为越有效。在该刹车不处于最大附着系数的水平期间，也就是，在过度滑移期间和在不足的滑移期间，上述的制动效率被削弱。
最初所谓的“ABS”制动系统，其中已经如上所述的功能在自动适应不同的轮胎方面占优势。这个特征是重要的，因为已知，例如冬天轮胎以最大摩擦系数的滑移显著地大于夏天轮胎以最大摩擦系数的滑移，正如众所周知的，新轮胎以最大摩擦系数的滑移大于旧轮胎以最大摩擦系数的滑移。令人遗憾地是，由这种自动控制的轮胎所引起的振动是使人厌恶的，并且甚至可以具有影响驾驶员减少在刹车踏板上的压力。这种制动系统被说明，如由美国专利3,980,346，其中描述了一种上述的系统的改进。
这种系统能够适应各种各样的轮胎。为了这么做，压力被分阶段地增加。
因此，车轮转动速度的变化被观察，然后从中推导出是否压力需要被增加或者减少，这种自动控制是“自适应的”，但是容易地产生振动。
目前，车辆稳定性控制系统自动地调节该制动力，为的是达到一个预定的目标滑移，该预定的目标滑移被假定对应于最大摩擦系数。
在这种情况下，因此车辆制动系统目的在于保持一个制动力，使得踏板作用于所选定的滑移的最佳水平上。上述的系统连续地测量每个车轮VTyre的转动速度。
利用一种特定的算法(参见例如美国专利5,402,345)，获得该车辆速度的一个估计值VVehicle。因此，该瞬间的滑移G＝1-VTyre/VVehicle的一个估计是可得到的。理想地，只要这个估算的滑移保持在该最佳滑移之下，该制动力没有必要被降低，或者如果用于自动刹车推进的功能被激活(参见例如美国专利5,816,666)甚至可以被自动地增加。当获得最大的可允许的制动力的时候，该制动压力被调节，以便保持一个最佳滑移Gmax，也就是说，该滑移对应于最大摩擦系数(μmax)。
以下确定该最佳滑移。在EP专利申请0503025中，这是从一个给出G值的参考曲线中进行的，该G值目的在于作为估算的摩擦系数μ和同样地估算的车辆速度的函数。该摩擦系数μ的估计如下进行。当在匀质地面上沿直线刹车的时候，轮胎在地面上的制动力FX是根据该制动压力和该车轮和其制动器的制造(construction)参数确定的。借助于对所有轮胎施加的所有压力FX的认识，因此，考虑到该车辆特性、(运输的)荷载，及每个车轮上负荷变化，计算车辆的减速度是可能的。由此，推导出一个施加于每个轮胎的垂直载荷FZ的近似值是可能的。因此获得该摩擦系数μ=FXFZ]]>的一个估计。如果通过估计或者测量该相应的横向力FY是已知的，该摩擦系数的一个更加精确的估计由公式μ=FX2+FY2FZ]]>给出。在本发明的上下文中，这二个估计将被认为是等价的。类似地，在本发明的上下文中，在加速的情况下，关于刹车陈述的每件事物是有效的，这对于所属技术领域的专业人员来说是显而易见的，换句话说，当然即使用于改变它们的操作器不相同，作为对于考虑涉及的附着，制动力与驱动力是等价的。
此外，通过参考该所述的参考曲线，建立用于该估算的滑移G的参考系数μ是什么。只要该当前估算的滑移小于该目标滑移，该滑移被增加直到该滑移值大体上相同为止。这个第二个系统的一个优点是关于该最大滑移比第一个具有更少的振动。
令人遗憾地是，这个参考曲线是用实验方法预先确定的，因此用于有限数量的轮胎，不能考虑到超出这些使用条件的车辆轮胎装备的实际状况，例如轮胎充气压力、磨损程度等等。虽然这种自动控制原理实际上能够限制或者消除该振动，但刹车效率被更加削弱，因为实际上使用的轮胎本身需要一个以最大摩擦系数的滑移，其与在该参考曲线中实际上程序设计的是非常不同的。
本发明的目的是通过提出一种对工作于车辆上的轮胎的自动控制原理以克服以上所述的不利情况，其中第一个方面涉及轮胎的滑移(slip)，第二个方面涉及轮胎的滑动(drift)，它们都是自适应的，类似于在上面简短地说明的第一种已知的方法，其目标更积极，类似于第二种方法，在一个最佳滑移或者以最佳偏离工作条件下，具有更小的振荡，也就是无需超出附着限制。

发明内容
本发明的一个目的是，依据考虑的该轮胎实际的滚动条件，借助于在车辆上获取尽可能简单的测量，以及借助于尽可能少的测量，在刹车(或者在驱动力之下)期间推算与最大摩擦系数μmax有关的滑移。
本发明是以下面详述的观测为基础的，允许一个不变量被识别，也就是，与它们使用的轮胎和地面两者无关的，具有恒定值的参数。
按照第一个方面，本发明涉及一种用于控制车辆稳定性的系统，包括对于意欲在地面上滚动的轮胎给予一个纵向力的装置，用于调节该纵向力的装置，并且包括一个至少使用对应于预先确定的摩擦系数μ值的参数滑移GOpt的控制器，所述控制器包括用于如下计算所述参数的装置·在每次起动对于该轮胎给予一个纵向力的装置时，以便至少二个不同的水平“i”的纵向力的每个都对应于一个滑移Gi，在没有附着损失的条件下，确定摩擦系数μi的值；·确定通过原点和通过(Gi，μi)的直线的斜率αi；·通过直接计算或者通过从足够数量对的(αi，Gi)的一个合适的回归以便模拟变化曲线αi＝f(Gi，Ap)，计算系数Ap。
·通过使用一个预先确定的不变量“Invt”计算该最佳滑移GOpt；·作用于该装置以便对于轮胎给予一个纵向力，使得保持滑移在其最佳值GOpt。
在本发明中，摩擦系数可以按如上所述估算，或者当然以任何的其他的方式，例如根据在轮胎或者其环境中执行的测量。因此获得一个根据滑移轮胎运行的模拟(前述的变化曲线)，可以发现涉及在一个预先确定的最佳水平的滑移控制的应用，尤其是例如涉及在对应于轮胎的最大附着的滑移的控制，如已经强调的两种情况，其中一种情况是由轮胎传递的纵向力是一个制动力，以及其中一种情况是通过该轮胎传递的纵向力是一个驱动力。
应当注意到，在本发明的上下文中，无论其正在处理的附着特性的外胎面是充气轮胎或者非充气的弹性外胎，或者其他的履带。术语“轮外胎面”、“轮胎”、“外胎”、“弹性外胎”、“履带”乃至“车轮”被解释为等价的。
在另一个优选的应用中，本发明涉及在接近于该横向力的饱和的运行区域中，通过对工作与车辆的轮胎或者弹性外胎产生的横向力的分析。
因此，按照第二个方面，本发明涉及一种用于控制有至少一个轮胎在地面上滚动的车辆稳定性的系统，该车辆装备有用于控制所选参数“λ”的系统，该参数λ决定于车辆驾驶员传递到控制装置的命令及路径控制器传递的命令，旨在维持轮胎以预定的滑动力(drift thrust)目标值Ftarget运行，路径控制器使用至少一个最佳滑动角(drift angle)值δOpt，其相应于最大滑动力，所述的控制包括用于执行下列操作的方法·每次激活系统控制所述参数“λ”，对于轮胎滑动角δ的至少两个不同等级“i”，记录不同的FYi值，和估计或者测量的滑动角δi，·确定通过原点和(δi，FYi)的直线斜率αi，·通过直接计算或者对足够数量的(αi，δi)进行合适的回归，计算系数Ap，以便模拟一个变化曲线αi＝f(δi，Ap)，·通过使用一个预定的不变量“Invt”，计算与滑动力最大值Ftarget相关联的一个最佳轮胎滑动角δOpt；·当滑动角δ接近δOpt时产生一个警告信号。
本发明涉及用于控制车辆稳定性的系统。这既涉及目的在于当施加刹车的时候避免车轮抱死的功能，通常通过术语“ABS”可知道，或者涉及目的在于就物理上可允许的限制而言自动地增加制动力，以及用于控制车辆稳定性的更完善的形式的系统，其目的在于，通过自动地和有选择地作用于一个车轮刹车，和/或通过自动地和有选择地作用于一个或者若干车轮的操纵，或者作用于任何的其他操作器，使车辆的行为受到影响，保持该车辆在稳定的路线上。


下面将参考附图更详细地解释本发明，其中图1是一个示出按照本发明的自动控制过程的方框图；图2是一个关于滑移的摩擦系数变化的曲线，在相同的滑移下的通过原点和相同滑移的以前曲线上的点的割线的变化曲线；
图3是一个与滑动角相关的滑动力的变化曲线，以及在相同的滑动角下，通过原点和相同滑动角的以前曲线上的点的割线的变化曲线；图4示出若干在不同的试验条件之下相对于相同的轮胎的滑移的摩擦系数的变化曲线；图5示出对多种轮胎和不同的试验条件的摩擦系数μmax和相关的滑移Gmax的位置；图6示出一个相对于滑移的摩擦系数变化曲线的典型示意图，其中已经标明了二个特定的点摩擦系数μmax和与其相关的滑移Gmax，以及与通常由Gmax/2标记的，主要在滑移Gmax的50％的摩擦系数μ50％相对应的常规点；图7示出对多个轮胎和不同条件下，在坐标上，与摩擦系数μmax(与摩擦系数μmax相关的滑移)的商μ/G(为Gmax)和摩擦系数的值(与摩擦系数μmax相关的滑移的50％的滑移)的商μ/G(在Gmax的50％处)相对应的点的位置；图8示出一个典型的摩擦系数相对于滑移变化的曲线示意图，并且示出通过原点的割线的轨迹，以及3个特定的滑移的曲线；图9示出一个典型的，作为与通过原点和同一滑移下的摩擦系数的变化曲线上的点的割线的斜率的滑移的函数的线性变化的曲线；图10示出一个通常应用于相对于X的Y的变化，对于特定的X，Y呈现一个最大值，以及在Y最大值处单调增的现象曲线。
具体实施例方式
本发明以下列观测为基础。
图4示出作为滑移的函数的摩擦系数μ的不同曲线，该滑移适合于测试于不同的地面上，以2巴的充气压力的MICHELIN XH1 195/65-15轮胎。图5示出按速度、轮胎负荷等，对应于不同的轮胎、不同的地面和不同的测试条件的大量的测试得出的摩擦系数μmax和对应的滑移的位置。可以看出如果没有错觉的话，难以找到一个回归允许使用这样一个方法正确地掌握附着的物理现象，因为这些值很分散。
因此本申请人已经在某种方式上进行研究，将在下面解释。执行对于G＝Gmax和对于G＝Gmax/2(也表示为“50％”)(参见图6)计算出的商μ/G的分析。
图7示出对大约400个测试中，作为μ/Gat 50％ of max比值的函数的μmax/Gmax的比值，即在确定一个平均值之前总计3000个测量。图7反映多个地面条件和不同的轮胎，以及试验条件(负荷、速度、压力)，其本身是可变的。其允许获得一个评价，在上面给出的该不变量“Invt”极好的实验验证。
人们发现，无论考虑什么轮胎，该测试条件是μG(G=Gmax)μG(G=Gmax/2)≈0.58.......(1)]]>上述的比值是一个在此处下面表示的不变量“Invt”。
下面，考虑曲线μ(G)(参见图8)的平均斜率。让我们称呼这个斜率为α。其保持为μ＝α·G假定这个斜率是随着G线性地变化(至少在曲线的第一部分非常近似)。因此，计算直线α(G)的方程是可能的(假定线性变化，见图9)α＝α·G+b(2)根据这个等式和前面部分所述的不变量“Invt”，可以写成a·Gmax+b=Invt·(a·Gmax2+b)]]>按照本发明，其中的这个Gmax是这样被推出的，它是车辆制动系统控制器所针对的目标，并且Gmax=-ba·1-Invt1-Invt2]]>允许Gmax被计算(更准确地，当外胎面以摩擦系数μmax活动时的有效滑移)的这个原理使得，无论轮胎的类型怎样，无论磨损或者老化的程度怎样，以及无论轮胎使用的环境怎样，确定目标G的值成为可能。
另外，尽管上述的等式(2)示出一个线性回归能使作为滑移G的函数的摩擦系数μ的变化的演绎被非常准确地模拟，已经发现，如果审慎的选择是用最适当类型的回归构成，所提出的过程的精度就会被改进的。这样，适当类型的回归的选择被包括在本发明中，其提出了一般如以下所说明的调节过程。
由于上面的观察基于相对于滑移G的摩擦系数μ的变化曲线，对于轮胎的滑动角δ的函数的横向力FY，它们仍然是有效的，因为这样的现象具有一个非常相似的特性曲线。因此，本发明应用于处理下面性质的物理现象-让X为轮胎的滑移G(本发明的一个方面)，或者轮胎的滑动角δ(本发明的另一个方面)，X被测量或者估算。
-让Y分别为轮胎的摩擦系数μ(本发明的一个方面)，或者轮胎的横向力FY(本发明的另一个方面)，Y被测量或者估算。
目标是对于一个从低X开始的过程Y(X)，使得Y值尽可能快地达到最大值。一个鲁棒性算法(robust algorithm)在这里被提出，其特别是在实际测量(或者估计)(通常受到输入X和输出Y的噪声的影响)的情况下，允许在没有它的先验知识的情况下和没有超出最大值的需要的情况下，获得最大值。该方法不需要Y的绝对值。
使用是由随后的观察构成，其对于滑移方面和滑动方面是有效的√最大值(Xmax)处的正割和在X＝Xmax/2处的正割之间存在一潜在关系。典型的关系是一个恒定商值(不变量)。这个不变量必须根据该方法对具体现象的每个应用确定。
一个实用的，没有限制的用于确定不变量的方法如下Invt=YX(Xmax)YX(p·Xmax)]]>其中，p值总是正值并且低于1。有利地，p值在0.25到0.75之间。P值越低，方法准确性越低，但是自动控制的反应越大。相反地，P值越高，方法准确性高，但是由于最终获得值太接近于最大值，反应越低。这是为什么p的优选值为0.5的原因。
将总是保持0＜Invt≤1。前面考虑的作为一个在物理现象中的本征不变量表示的量“Invt”，实际上有一定自由度，其使得对于在一个特定领域的任何应用中，在特定系统的精化过程中，通过提供一个整定参数，算法被细微调整。
典型地，下式将作为第一近似值被考虑Invt=YX(Xmax)YX(Xmax2)[Eq]]]>√作为一个X的函数的正割的变化可以被一个简单的内插曲线(典型的，线性或者指数或者甚至是幂)调整。调整可以被实时执行。随后可能在最大值Xmax达到之前，从其中推出它的位置(外推法)。
其他类型的适合于作为X的函数的正割的关系的回归可以被使用，在这种情况下，宜于解决相应的系统(将在最大值处的正割值和半值联系在一起的等式[Eq])，从而获得Xmax的解析或者近似公式。有关Y的刻度误差(scale error)(例如，Y系统地被高估50％)不能改变Xmax的预计值，并且这使得刻度效应有一个非常有利的低灵敏度。
本发明依靠物理曲线的不变量，通过使用所有的可用相关信息，当朝着最大值“上升”期间数值前进时推导出“测量”的最大值。
图1示出所提出的算法，其主要的步骤如下1.根据实际可能性，通过测量或者估计获得多个点(Xi，Yi)。合适的做法是至少取两个值。确保Xi是一个有效的非零值，并且最小阈值这里可以被用于排除太低以至于无关的值。
2.用前面的值计算正割值，正割值由直接计算αi＝Yi/Xi求得，或者通过执行一个适当的回归求值，例如，线性的ΣXX=ΣXj2,]]>∑Y＝∑Xj·Yj，αi=ΣXYΣXX,]]>鉴于所有的下标点都小于或者等于i，以便消除噪声。这是因为线性回归本性上在每个独立的点上对测量噪声的敏感度更少，如果考虑足够数量的点，干扰倾向于“彼此抵消”(参看，基本统计特性)。这个方法特别有利，因为，和过去不同，所关心的并不是几个单独的值(由于噪声变得不准确)而是趋向于从多个值中显现出来。多个(αi，Xi)对因此而获得。
3.用(αi，Xi)计算回归，回归是从足够数量“n”个测量点或者估计点中计算的，典型的是5个点，尽管这必须根据所讨论的物理现象和噪声等级来精确化。
·线性回归的情况ALin=n·ΣX·α-ΣX·Σαn·ΣX2-(ΣX)2,]]>BLin=Σα·ΣX2-ΣX·α·ΣXn·ΣX2-(ΣX)2]]>·指数回归的情况AExp=n·ΣX·Ln(α)-ΣX·Σln(α)n·ΣX2-(ΣX)2,]]>BExp=ΣLn(α)·ΣX2-ΣX·Ln(α)·ΣXn·ΣX2-(ΣX)2]]>A和B因此通过最合适的回归获得。除了所指出的回归以外的其他的回归可以被使用，可被考虑的各种回归对于本领域的技术人员来说是众所周知的，他能够获得所选择的回归系数。
4.计算Xmax的估计·对于线性回归的情况，获得如下结果Xmax=-BLinALin·1-Invt1-p·Invt,]]>并且α＝ALin·X+BLin·对于指数回归的情况，获得如下结果Xmax=Ln(Invt)p·AExp,]]>并且α=eAExp·X+BExp]]>5.当知道了Xmax，根据该方法的具体使用，最合适的参数受到作用。例如，参数X的值是被自动控制的，以至于保持其在Xmax的值。
6.尽管不是非常有用，进行如下步骤直到计算出Ymax的估值·对于线性回归的情况，如下述确定Ymax，其中Ycoeff-lin是一个实验调整的系数Ymax＝YCoeff_lin·Xmax·(ALin·Xmax+BLin)
·对于指数回归的情况，Ymax是如下述的来确定的，其中Ycoeff-exp是一个实验调整的系数Ymax=YCoeff_exp·Xmax·eAExp·Xmax+BExp]]>Ymax计算的举例线性Ymax=Xmax0.75·(ALin·Xmax+BLin)]]>指数Ymax=Xmax1.19·eAExp·Xmax+BExp]]>进行小的校正以预测Ymax的值可能是有用的，由于最大值周围的曲率不能与所考虑的用于正割值近似的函数的类型严格对应。根据本发明的应用，校正系数(在线性情况下1/0.7＝Ycoeff-lin，或者在指数的情况下1/1.19＝Ycoeff-Exp)可以一个接一个地用实验方法进行调整。
一些本发明可能的应用现在将更详细的被检验，剩余部分的描述既不是有限的也不是彻底无遗的。
例1在某一摩擦系数下的工作于一车辆的轮胎的运行的自动维护，例如，在最大摩擦系数μmax下让我们返回到有关纵向附着(grip)的应用举例μ(G)。在这种情况下，正像在这个说明书的引言部分已经阐明的，Y是一个轮胎的摩擦系数μ，也就是说纵向力，例如，驱动力或者制动力，用施加的垂直力(也就是说施加到轮胎上的负荷)除的商数，并且X是轮胎的滑移G的比率(当在轮胎的速度和车辆的速度之间没有滑移的时候G＝0％，并且如果轮胎被旋转抱死G＝100％)。典型地，取决于环境(地面的种类(沥青，混凝土)，干的或者湿的(水量(waterlevel))，温度以及轮胎的磨损程度)，作为一个滑移G的函数的值μ可以变化很大(在冰上μ大约是0.15，在干的地面上大约是1.2)。可以参考图4，其示出对于一个新的XH1 195/65R15，(轮胎)在负荷和速度状态下测量的作为滑移G的函数的μ的几个曲线。
本发明所提出的系统特别允许滑移G的自动控制，以便保持其在一个预定的最佳值GOpt。所述的预定滑移GOpt更具体地且以一种非限制的形式被选择，如此以至于摩擦系数的预定值基本上与值μmax相对应。在这种情况下，习惯地将这个特定最佳值称为Gmax。
已经发现，这个轮胎的最大值的位置取决于地面而变化。另外，有时没有一致性。对于所达到的相同的最高水平，可能有两个相应的滑移。尽管如此，存在一个这些曲线共享的不变量“Invt”。
通过将用于确定不变量的等式应用到作为滑移的函数的摩擦系数的分析，特别的，不变量的计算如下Invt=μG(Gmax)μG(p·Gmax),]]>并且p有一个低于1的正值。
就p而言，正像前面所说明的，其值优选地在0.25到0.75之间，例如0.5，读者可以参考前面的有关p值的选择结果的一般表述。
这样，获得如下结果μG(G=Gmax)μG(G=Gmax/2)≈0.58]]>通过处理一参数X(参数X比如是滑移G，其相应于另一个参数Y，比如摩擦系数μmax的最大值)在一第一值和一在第二值(该第二值相应于第一值的50％，比如前面提到的滑移的50％)的数据而引入一不变量“Invt”。已经看到，在50％处理的选择是任意的，如果处理在与摩擦系数μmax相应的滑移的25％或者75％处进行，也可以获得不变量。因此，这个选择是每个特定应用所特有的实验阶段的一部分。
随后，宜于确定斜率αi。通过直接计算αi＝μi/Gi执行，或者使用一个适当的回归，例如，线性回归，如下ΣGG=ΣGJ2,]]>∑Gμ＝∑Gj·μj，αi=ΣGμΣGG]]>或者两个特定的参数Ap，即A和B，通过以下的线性回归计算，应用于“n”个测量或者估计点ALin=n·ΣG·α-ΣG·Σαn·ΣG2-(ΣG)2,]]>BLin=Σα·ΣG2-ΣG·α·ΣGn·ΣG2-(ΣG)2]]>接着，其中线性回归被使用，GOpt被计算，如下GOpt=-BLinALin·1-Invt1-p·Invt,]]>并且α＝ALin·G+BLin如果必要，可继续进行，直到确定相当于GOpt的μ的值，如下，其中μcoeff_lin是一个用实验方法调整的参数μ＝μCoeff_lin·GOpt·(ALin·GOpt+BLin)以下用正割线性近似法所确定的图表，示出以相同的MICHELINXH1 195/65-15轮胎，2巴(bar)的充气压力在各种地面上测试，由测试结果计算出的最大滑移

或者，两个特定的参数Ap，即A和B，通过以下的指数回归计算AExp=n·ΣG·Ln(α)-ΣG·Σln(α)n·ΣG2-(ΣG)2,]]>BExp=ΣLn(α)·ΣG2-ΣG·Ln(α)·ΣGn·ΣG2-(ΣG)2]]>接着，其中指数回归被使用，GOpt被计算，如下GOpt=Ln(Invt)p·AExp,]]>并且α=eAExp·G+BExp]]>如果必要，可如下进行，直到确定μmax的值，如下，其中μcoeff_exp是一个用实验方法调整的参数μmax=μCoeff_exp·GOpt·eAExp·GOpt+BExp]]>对于任何类型的轮胎或者任何类型的地面，这个原理可以被应用于确定最大附着，这证明对于轨迹控制系统的可靠性是非常有利的。
所提出的方法是自适应和非常稳固的，由于只有摩擦系数的变化被处理而不是它的绝对值。已经发现，对噪声的敏感度非常的低。
被应用到轮胎的纵向附着作为滑移的函数的上述方法的内在本质意味着在一个车辆制动系统中的轮胎的纵向附着的建模是非常合适的。
已经知道当车辆制动系统有效时，然而由制造商选择有限数量的轮胎而被优选，且不适用于实际安装在车辆上轮胎。特别地，正像所知道的，不适用于行为完全不同的冬天里的轮胎，特别是在给定的地面上以力FX进行附着和滑移。因此，如果能自动适应在车辆上实际使用的轮胎，车辆制动系统的效率能够被提高。
当然，在目前非常普遍设计的内燃机车辆的情况下，这种，传递滑移到轮胎的装置基本上是制动状态下的刹车闸，和在驱动力下的引擎管理系统。本领域的技术人员采用本发明到其他的车辆设计中，例如电动车辆，并不困难。
当然，在这里上面所描述的发明不排除这里所描述的装置以外的由其他包含其他滑移控制策略的程序加载的系统控制器，其可能在某种环境中更理想，例如，考虑到所估计或者所测量值(Gi，μi)，通过任一特定的装置激活，传递一个滑移到轮胎。
特别是，用于确定不变量的一个好的方法如下Invt=μG(Gmax)μG(p·Gmax),]]>再者，更特别的是，并且p有一个在0.25到0.75之间，典型的是0.5的值。
在本发明的一个特定具体实施方式
中，用于调整滑移的装置对刹车控制起作用。在本发明的另一个具体实施方式
中，用于调整滑移的装置对车轮上的驱动转矩起作用。
目的在于生成一个新的算法，尤其是对车辆制动系统有用的，允许在前面所提供的不变量“Invt”的基础上确定摩擦系数μmax的位置。作为一个提示，这样的系统执行摩擦系数μmax的估计，随后依据参考曲线选择一个最佳滑移。目的是用下面所述的代替这些步骤。
这个原理的实现需要在ABS控制器中进行少许的修改·优选地，计算频率超过40Hz。
·优选可取地，调节ABS触发，以便于有时间获得足够多数量的点(有代表性的)，使得目标计算可靠。
·证实排除太低的滑移(例如，相当于一个滑移少于1％)的测量点是有利的。
·为了获得一个非常高精度的滑移G，用指定的装置而不是通过车轮速度数据处理(GPS，地面观察，……)获得车辆速度是有利的。
使用上面所提出的新算法，在车辆上实际可用轮胎的整个范围内，车辆制动系统的效率将非常良好。
所开发的新算法允许系统自动适应任何类型的轮胎，而不需要先验知识(priori)，任何额外的传感器和在轮胎胎面上的任何测量。此外，这个算法排除了为一种给定的车辆选择的轮胎进行微调的需要。
正像上面所规定的，该方法使获得的结果不仅有测量值还有估计值成为可能。有关实际(而不是估计的)的力FX，FY和FZ的信息能够使得有更准确的目标和/或进行真实性检查成为可能，这样提高了车辆制动系统的稳定性。
例2工作于车辆轮胎的运行分析和揭示的横向力Fy(也叫做滑动力)分析，该轮胎处于滑动状态以下将说明另一个应用。它包括将横向力Fy表征为一个轮胎的滑动角δ(滑动角δ是车轮平面在地面上的投影与在地面上的轮胎的速度矢量之间的夹角)的函数。一个最佳滑动角δOpt，例如，在轮胎达到最大横向力Fy时的滑动角可以被预定，并且横向力Fymax可以被预定。最大横向力对例如转弯时的车身的平衡是至关重要的。
在横向力Fy和滑动角δ之间的关系是与前面部分中的μ和G之间的关系相同。因此，可以举例确定不变量，如下Invt=Fδ(δOpt)Fδ(p·δOpt)]]>至于所涉及的p，正像前面所说明的，它的值在0.25到0.75之间，例如，0.5，读者可以参考上面的关于p值选择结果的一般表示。在这种确切的情况下，“Invt”的量值特别高。为了避免干扰正割值确定的滑动值太低，当保持最小滑动角阈值2°时得到0.8。
图3是一个滑动力变化的曲线，关于滑动角和在相同滑动角处通过原点和在相同滑动角处的先前曲线点的正割的变化。对于被加载5000牛顿的一个Michelin Primacy 235/55R17轮胎，没有外倾(camber)，用该方法估计的最大滑动角是5.5°，并且所估计的最大滑动力是5935牛顿。
接下来，宜于确定斜率αi。通过直接计算αi＝Fi/δ，或者一个适当的回归，例如，线性回归，执行如下Σδδ=Σδj2,]]>∑δF＝∑δj·Fj，αi=ΣδFΣδδ]]>或者两个特定的参数Ap，即A和B，通过以下的线性回归计算，应用于“n”个测量或者估计点ALin=n·Σδ·α-Σδ·Σαn·Σδ2-(Σδ)2,]]>BLin=Σα·Σδ2-Σδ·α·Σδn·Σδ2-(Σδ)2]]>接着，其中线性回归被使用，δOpt被计算，如下δOpt=-BLinALin·1-Invt1-p·Invt,]]>并且α＝ALin·δ+BLin通过应用这种方法，可以预定在滑动角δ大约为6°，横向力(Fy)将达到最大值。这个信息是有用的，因为随后知道轮胎在开始滑移之前不再有多的用于横向推力(transverse thrust)的势能(横向推力的饱和，可以防止车辆转向)。
如果必要，可能继续进行，直到确定相应于δOpt的F的值，如下，其中Fcoeff_lin是一个用实验方法调整的参数Fmax＝FCoeff_lin·δOpt.(ALin·δOpt+BLin)否则，两个特定的参数Ap，即A和B，通过以下的指数回归计算，应用于“n”个测量或者估计点AExp=n·Σδ·Ln(α)-Σδ·Σln(α)n·Σδ2-(Σδ)2,]]>BExp=ΣLn(α)·Σδ2-Σδ·Ln(α)·Σδn·Σδ2-(Σδ)2]]>接着，其中指数回归被使用，δOpt被如下计算δOpt=Ln(Invt)p·AExp,]]>并且α=eAExp·δ+BExp]]>如果必要，可能继续进行，直到确定Ftarget的值，如下，其中Fcoeff_exp是一个用实验方法调整的参数Fmax=FCoeff_exp·δOpt·eAExp·δOpt+BExp]]>按照这个方面，由本发明提出的用于控制轮胎运行的方法，包括一个横向力最大时，预测轮胎的滑动角值δ的阶段，如果滑动角足够使形成滑动力的能力饱和，设定一个警告信号，如果在滑动力上太接近于轮胎的最大能力，就能给驾驶员一个警告，或者，在一个更高级的形式集成于一个自动控制车辆稳定性的系统，即使警告信号出现，采用任何别的适当的校正步骤，车辆的速度被自动地限制或减少。
本发明也可以被应用到一个活动的车辆上(在前轴和/或后轴上有活动的转向机构，或者一个对轮胎本身滚动的有效控制或者任何用于车辆横向平衡的系统，这样，对施加到轮胎上的横向力起作用)，也就是说，也能够按照来自系统的命令起反应，用于自动控制车辆的横向稳定性。
在这点上，因而，本发明扩展到一个用于控制有至少一个轮胎在地面上滚动的车辆稳定性的系统，车辆被装备有用于控制所选参数(在此以下称为“λ”)的系统，根据在车辆上所使用的技术(例如所述参数“λ”是用于有效转向的前轮和后轮的转向机构，或者所述的参数”λ”是用于有效防滚的轮胎本身的滚动，或者参数“λ”是通过制动操纵器的稳定控制的制动力……)，依靠由车辆驾驶员传递到控制装置的命令，和旨在维持轮胎于预定的滑动力Ftarget的目标值下运行，也就是说对每个轴的轮胎的滑动角有一个直接或者间接的结果，路径控制器使用至少一个滑动角的最佳值δOpt，该滑动角与滑动力Ftarget的最大值相对应，所述的控制包括用于执行下列操作的装置(在每个轴上操作——在前轴和后轴上的分配是不同的——，区别左右轮胎是理想的，在下文中所陈述的这个原则仅用于一个轮胎，但是本领域的技术人员可以将其用于所有的轮胎)·激活每个参数“λ”控制，对于轮胎滑动角的至少两个不同等级“i”，记录不同的FYi值，和相关的滑动角δi，·确定通过原点和(δi，FYi)的直线斜率αi，·通过直接计算或者对足够数量对(αi，δi)进行合适的回归，尤其是从包括线性回归和指数回归的组中选择的回归，计算系数Ap，以便模拟一个变化曲线αi＝f(δi，Ap)，·通过使用一个预定的不变量“Invt”，计算与滑动力最大值Ftarget相关联的一个最佳轮胎滑动角δOpt；·当滑动角δ接近δOpt时产生一个警告信号。
正像前面所说明的，通过由直接计算或者回归产生的模拟公式(上述的变化曲线)计算最佳滑动角值δOpt。特别是，用于确定不变量的一个好的方法，如下Invt=Fδ(δOpt)Fδ(p·δOpt),]]>再者，更特别的是，p有一个在0.25到0.75之间，典型的是0.5的值。
在本发明的这个方面的一个特定具体实施方式
中，万一产生警告信号，用于控制一个选择参数的系统受到作用，以便保持滑动角δ在最佳值δOpt。在本发明的另一个具体实施方式
中，万一产生警告信号，车速受限或者减小。
应该强调，并且这是重要的，有关作为滑移的函数的摩擦系数的利用和作为滑动角的函数的滑动力的利用的方面，它们不是互相排斥，完全相反的。尤其，对于一个自动控制车辆路径的系统，同时利用这两个方面是有利的。
权利要求
1.用于控制车辆稳定性的系统，包括对于在地面上滚动的轮胎给予一个纵向力的装置，用于调节所述的纵向力的装置，并且包括至少使用对应于预先确定的摩擦系数μ值的参数滑移GOpt的控制器，所述控制器包括用于计算如下所述参数的装置·在每次起动对于所述的轮胎给予一个纵向力的装置时，以便至少二个不同水平的“i”的纵向力，每个对应于一个滑移Gi，在没有附着损失的条件下，确定所述的摩擦系数μi的值；·确定通过所述的原点和(Gi，μi)的直线的斜率αi；·通过直接计算或者通过从足够数量对(αi，Gi)的一个合适的回归以便模拟变化曲线αi＝f(Gi，Ap)，计算系数Ap；·通过使用一个预定的不变量“Invt”计算所述的最佳滑移GOpt；·作用于所述的装置以便对于轮胎给予一个纵向力，使得保持滑移在其最佳值GOpt。
2.根据权利要求1所述的用于控制车辆稳定性的系统，其中所述的不变量被如下确定Invt=μG(Gmax)μG(p·Gmax),]]>并且p具有一个小于1的正值。
3.根据权利要求1所述的用于控制车辆稳定性的系统，其中用于调节所述的纵向力的装置作用于所述的制动控制。
4.根据权利要求1所述的用于控制车辆稳定性的系统，其中用于调节所述的纵向力的装置作用于所述的车轮的驱动力矩上。
5.用于控制有至少一个轮胎在地面上滚动的车辆稳定性的系统，所述的车辆装备有用于，根据车辆驾驶员传递到控制装置的命令和根据旨在保持轮胎运行于预定的目标值的滑动力Ftarget的路径控制器传递的命令，控制所选参数“λ”的系统，所述的控制包括用于执行下列操作的装置·每次激活系统控制所述参数“λ”，对于滑动角δ的至少两个不同等级“i”，记录各种FYi值及估计或者测量的滑动角δi，·确定通过原点和(δi，FYi)的直线斜率αi，·通过直接计算或者对足够数量的(αi，δi)对进行合适的回归，计算系数Ap，以便模拟一个变化曲线αi＝f(δi，Ap)，·通过使用一个预定的不变量“Invt”，计算与滑动力最大值Ftarget相关的一个最佳滑动角值δOpt；·当滑动角δ接近δOpt时产生一个警告信号。
6.根据权利要求5所述的用于控制车辆稳定性的系统，其中所述的不变量如下式确定Invt=FG(δOpt)FG(p·δOpt),]]>并且p具有一个小于1的正值。
7.根据权利要求5所述的用于控制车辆稳定性的系统，其中所述的参数λ是所述的车轮的操纵指令，如果出现一个警告信号，用于控制操纵车轮的操纵指令的所述的系统起作用，使得在最佳值δOpt上保持所述的滑动角δ。
8.根据权利要求5所述的用于控制车辆稳定性的系统，其中如果出现一个警告信号，所述的车辆速度被限制或者降低。
9.根据权利要求1或者5所述的用于控制车辆稳定性的系统，其中所述的两个特定的系数Ap、系数A和B是通过一个从由线性回归和指数回归组成的组中选择的回归计算的。
10.根据权利要求2或者6所述的用于控制车辆稳定性的系统，其中所述的p的值是在0.25和0.75之间。
11.根据权利要求10所述的用于控制车辆稳定性的系统，其中p是0.5。
12.在根据权利要求1至11任何一个所述的改进的系统中，不变量“Invt”作为调整变量使用。
13.用于控制车辆稳定性的系统，所述的车辆具有至少一个在地面上滚动的车轮，并且当受验者被偏离的时候能够起作用，包括一个用于推算轮胎的滑动角δ的值的步骤，这里所述的横向力是最大的，包括下列步骤·对于至少一对“i”的值确定估计(δi，Fi)；·确定通过所述的原点和通过(δi，Fi)的直线的斜率αi的对应值；·通过直接计算或者通过从足够数量对的(αi，δi)回归以便模拟变化曲线αi＝f(δi，Ap)，计算系数Ap；·通过使用一个预先确定的不变量“Invt”计算所述的滑动角δOpt的值；·当所述的滑动角δ接近于δOpt的时候产生一个警告信号；·如果出现所述的警告信号，自动地限制或者降低该车辆的速度。
全文摘要
用于控制具有轮胎的车辆的稳定性的系统，该系统包括一个至少使用对应于预先确定的摩擦系数μ值的参数滑移G
文档编号B60T8/172GK1468765SQ0314255
公开日2004年1月21日 申请日期2003年6月13日 优先权日2002年6月13日
发明者G·莱维, N·方雅, G 莱维 申请人:米其林技术公司, 米其林研究和技术股份有限公司