應用輪胎信息時對行駛動力學的調節進行優化的製作方法

2023-10-07 21:10:29 4

專利名稱：應用輪胎信息時對行駛動力學的調節進行優化的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種按權利要求1前序部分所述的、用於對行駛動力學調節裝置的調節性能進行優化的方法，還涉及按照權利要求8前序部分所述的一種相應的裝置。
所謂行駛動力學調節裝置以下是指所有作用於汽車運行的裝置，例如ABS(防抱死系統)、ASR(防側滑調節裝置)、ESP(電子穩定性程序)、或MSR(發動機牽引扭矩調節裝置)，這些裝置提高了汽車在極限狀況下的可控制性。尤其是穩定性系統ESP阻止了汽車的離心甩出。
在所述的行駛動力學調節裝置中通常作用於一個輪子的車輪滑移形成了調節參數。車輪滑移的調節應使汽車表現出一種最佳的、匹配於司機願望(制動、加速、轉彎行使等等)以及路面的行駛特性，而不會失去控制。在一個輪子上所出現的車輪滑移基本上取決於路面狀況，尤其取決於套裝上的輪胎。摩損了的輪胎在相同的輪子垂直力時具有比一個新輪胎更大的滑移。同樣對於在夏天和冬天的輪胎來說所述滑移可能很不相同。
在已知的行駛動力學調節裝置中為了計算名義參數—例如名義滑移或名義偏轉力矩，使用了根據平均的輪胎情況所設計的算法。因此所述算法的工作對於事實上所套裝上的輪胎來說大多並不是最佳的。其結果是在極限狀態時、尤其是在輪胎性能有很大變化時—例如當輪胎摩損很大或者爆裂時，行駛動力學調節裝置的調節性能不足。在這些情況下已知的行駛動力學調節裝置就達到其極限了。
因此本發明的任務是使一種行駛動力學調節裝置在這樣的極限狀況下進行優化。
該項任務按照本發明通過在權利要求1以及權利要求8中所述的特徵來解決。本發明的其它方案見從屬權利要求。
本發明的基本構思在於提供一種有關輪胎性能的信息(這也包括了一種由此導出的參數)，例如輪胎壓力、輪胎品種(夏天-/冬天輪胎，備用輪胎)或者輪胎類型(車型號)，並將其傳輸給行駛動力學調節裝置的一個機構，該機構在進行調節時就考慮所述輪胎信息。
所述輪胎信息最好被傳輸給一個機構、最好是一個控制儀，在該控制儀裡存入了調節算法用來進行所述行駛動力學調節。所述調節算法具有至少一個取決於輪胎的參數。所述參數則可以根據輪胎信息進行選擇，並因此使行駛動力學調節裝置匹配於當前的輪胎狀態。
所述行駛動力學調節裝置主要包括有一個控制儀、一個用於求出各種不同狀態參數的當前實際值的傳感器裝置和至少一個作為調節裝置執行構件的執行器。所述調節功能作為控制儀裡的軟體來實現，並且例如用來計算名義滑移或名義偏轉力矩。該算法的取決於輪胎的參數可以在了解輪胎信息時相應地進行適配。
為了傳遞輪胎信息，最好設有一種布置在輪胎裡的發射裝置。該輪胎信息也可以有選擇地由汽車外部、例如藉助於一種服務計算機來供給。
在行駛動力學調節裝置中要考慮的輪胎特性最好是由輪胎類型(型式)、輪胎品種(夏天-/冬天輪胎、備用輪胎)、輪胎壓力、輪胎溫度、輪胎狀態和輪胎年齡等組成的性能組中的至少一種性能。輪胎類型或輪胎年齡(製造日期)例如可以存儲在輪胎上的一個存儲裝置裡，並將其無接觸地傳輸給行駛動力學調節裝置的一個機構。輪胎壓力、輪胎溫度和輪胎狀態可以藉助於一種適合的傳感器裝置進行測量，並同樣也尤其是無接觸地傳輸給行駛動力學調節裝置。了解了一種或多種輪胎特性就可以使行駛動力學調節裝置最佳地匹配於當前的輪胎類型或輪胎狀態。
按照本發明的一種優先實施方案，藉助於一種適合的傳感器裝置對輪胎壓力進行監測，並在低於規定的輪胎壓力時使取決於輪胎的參數(或者整個參數組)匹配於所述狀態。因此就可以識別出「輪胎爆裂」、並且尤其在制動過程中對於行駛動力學調節裝置中的這種狀態加以考慮。
當應用具有應急性能(Notlaufeigenschaft)的輪胎時(以下稱為應急輪胎(Notlaufreifen))最好這樣實現調節算法，使它至少可以採用兩種分立的狀態，這取決於所述應急輪胎中的一個是處於正常運行(正常的輪胎壓力)中還是處於應急運行(Notlaufbetrieb)(輪胎爆裂)。應急輪胎(英文為「runflat tire」)的結構設計應使它即使在壓力完全損失時還能以降低的速度繼續行駛一段有限距離，並且尤其不會從輪輞而滑脫。在已知的輪胎類型裡汽車的重量在應急運行時由一個支承環支承住，該支承環位於輪胎裡。另一種輪胎類型具有加強的側壁，這種側壁在壓力損失時不會完全折彎並且尤其不會被破壞。
通過對輪胎壓力的傳感器式的監測可以識別出分立的輪胎狀況(正常狀態或應急運行)並相應地選出用於調節算法的分立的參數組。對於四輪汽車來說，行駛動力學調節裝置可以採用多種、最好是五種分立的狀態，例如象-所有輪胎正常，-左前輪胎應急運行，-右前輪胎應急運行，-左後輪胎應急運行，-右前輪胎應急運行。
不同廠家或不同類型的應急輪胎一般在應急運行時具有不同的運行性能，並且由輪胎可承受的橫向力也不同。因此調節算法最好至少要匹配於輪胎類型和輪胎狀態(正常運行或應急運行)。
以下根據附圖示例地詳細說明本發明。附圖所示為

圖1按照背景技術的用於浮動角調節和偏轉速度調節的一種行駛動力學調節系統(ESP)的簡圖；圖2用於確定名義滑移與靜摩擦係數之間關係的圖；圖3用於確定輪胎自由滾動速度的圖；圖4作用於一個輪胎上的側向力與制動力以及輪胎側偏角之間關係圖；圖5偏轉速度與汽車速度和轉向角之間的關係圖。
圖1表示了用於實施一種浮動角調節和偏轉速度調節的一種行駛動力學調節裝置(ESP)的整個調節系統。該整個系統包含有汽車14作為調節距離的裝置、傳感器1-5用於測定調節裝置輸入參數、調節構件6、7用於影響制動力和驅動力、以及一個等級構造的調節器10、11，該調節器由一個上置的行駛動力學調節器10和一個下置的滑移調節器11組成。為了調節浮動角或者偏轉速度，上置調節器10為滑移調節器11規定了名義滑移λNO形式的名義值。在觀察器9中求出經調節的狀態參數(浮動角β)。觀察器9、行駛動力學調節器10和滑移調節器11是一個控制儀12的組成部分。
為了測定名義特性，對於描述司機願望的信號、即對於轉向輪角度傳感器3的信號(轉向願望)、預壓傳感器的信號(減速願望)和發動機管理7的信號(驅動力矩願望)進行分析處理。除此之外在名義特性的計算中考慮了靜摩擦係數和汽車速度，該汽車速度由輪子轉速傳感器1的、橫向加速度傳感器5的、偏轉速度傳感器4的和預壓傳感器2的信號來估算。根據調節偏差來計算偏轉力矩，此力矩是必須的，用於使實際狀態參數適應於名義狀態參數。
為了產生這種偏轉力矩，在行駛動力學調節器10裡求出各個輪子所必需的名義滑移。這種滑移通過下置的制動-和驅動滑移調節器11和調節構件「制動液壓裝置」6和「馬達管理裝置」7來調節。
為了能夠在行駛動力學調節時考慮到輪胎狀態，調節系統1-2包括有一個布置在輪子裡的輪胎傳感器裝置13，該傳感器裝置測量輪胎性能、例如輪胎壓力或摩損狀態，並將一個對應值傳送給控制儀。所述行駛動力學調節裝置可以以不同的方式來考慮所得到的輪胎信息1.確定工作點λO為了計算名義滑移λNO，以在圖2中所示的μ/滑移曲線作為基礎。同時假定，μ/滑移曲線在小滑移值λ時為直線，並在值λO時(所謂工作點)具有一個最大值，該λO值取決於路面的靜摩擦係數，曲線20表示了在靜摩擦條件良好時、例如乾燥路面時的滑移曲線變化，而曲線21表示在摩擦係數低的、例如澆溼路面時的滑移變化。如已看出的，在乾燥路面時(曲線20)在相同滑移時就可以傳遞多得多的力(較高的μ值)。對於工作點λO來說按照第一種趨近算法得出以下關係O(res)=A2+A0*res+A1vwhlfre---(1)]]>其中res=FL2+FQ2FN]]>參數A0、A1和A2都是與輪胎有關的參數，它們可以根據輪胎信息進行調節。值vwhlFre是輪胎的自由滾動速度(無滑移的速度)。參數FL或FQ表示了作用在輪胎上的縱向力或橫向力。FN是法向力或輪胎垂直力。
按照本發明的第一種實施形式至少將一種輪胎性能一例如輪胎類型、輪胎壓力或輪胎狀態傳送給行駛動力學調節器10，並在那裡為參數A0、A1和A2選擇相應的值。也可以有選擇地將與輪胎有關的參數A0、A1和A2本身或者用於λO的一個值例如根據摩擦係數μres而傳輸給調節裝置10。
輪胎信息例如可以無接觸地從輪胎傳遞至控制儀10。也可以有選擇地例如在更換輪胎時或者在通過一個服務計算機進行服務時使輪胎數據實現更新，這種計算機使與輪胎有關的參數在控制儀12裡進行更新。
2.確定自由滾動速度vwhlFre在公式(1)中所出現的輪胎自由滾動速度vwhlFre同樣也是一個與輪胎有關的參數。這個參數尤其通過縱向輪胎剛度Cλ來確定。為了估計輪胎的自由滾動速度vwhlFre，例如在制動過程中使制動壓力的調製中斷，並使制動壓力短期地保持在一個恆定的低值上。這在圖3中用圖形表示了。
圖3表示一種μ/滑移曲線，在其上面部段中通過一個圓圈符號地表示了制動壓力的調製，用於將輪子滑移調定到其名義值λNO。為了估計出輪胎的自由滾動速度vwhlFre，使壓力調製中斷並使輪子壓力短期內保持在一個恆定的低的值上。在一個靜止階段之後調節所述穩定的滑移值λs，它位於μ/滑移曲線的直線部位裡。在應用在穩定的滑移值λs和輪胎的縱向剛性Cλ之間的線性關係的情況下，可以方便地估計出輪胎的自由滾動速度vwhlFre。此處適用下式μs＝Cλ*λs或者λs＝μs/Cλ其中S=1-vWhl,SvWhlfre]]>因此vWhl,SvWhlfre=1-S/C=C-SC]]>因此vWhlfre=vWhl,s*CC-S=vWhl,SCC-FL,sFN]]>Cλ的值又可以根據所述或者存在的輪胎性能進行選擇。也可以有選擇地將一個由輪胎性能推導出的值—例如Cλ或vwhlFre的值傳輸給行駛動力學調節裝置，這種值由控制儀12直接進行加工處理。
3.確定輪胎橫向力FQ用於估計合成的靜摩擦係數μres而輪胎的必要的側向力或橫向力FQ同樣也取決於當前的輪胎。圖4表示了橫向力FQ與制動力FB和輪胎的傾斜運行角α的關係。如由圖可見，包絡線23構成一個摩擦橢圓。由摩擦橢圓得出FQ=c**FL2+FQ22+c22]]>其中c＝Cα/Cλλ不等於零時則FQ=CCFL]]>其中Cα為輪胎的橫向剛性。
為了確定橫向力FQ或合成的靜摩擦係數μres又可以直接考慮輪胎信息，例如象輪胎類型、輪胎狀態或輪胎製造日期，或者將一個由此導出的值—例如輪胎的橫向剛度Cα傳送給控制儀10。
4.確定名義偏轉速度名義偏轉速度dψNO/dt一般按照所謂「接合模型」來計算。適用下式dNO/dt=vxl(1+vx2vch2)*w]]>其中δw是前輪上的平均轉向角，vx是汽車的縱向速度，l是車輪狀態，vch是汽車的特徵速度。特徵速度vch的值又取決於一種輪胎性能，就是輪胎的縱向剛度。對此1/vch2=mI2*(lrCr-lfCfCfCr)]]>此處參數Cαf和Cαr表示了在前後軸上汽車的總的橫向剛性。參數m表示汽車質量，If和Ir表示前軸或後軸離開汽車重心的距離，I表示前後軸之間的距離。
圖5表示偏轉速度dψ/dt與汽車速度vx按照所述接合模型與不同的轉向輪轉角δw的關係。其中所包含的輪胎的橫向剛性隨輪胎類型(冬天-/夏天輪胎、備用輪胎等等)和輪胎狀態(磨損、壓力、溫度等)而變化。為了考慮當前的輪胎，或者將一種由其可以確定的Cα的值的輪胎信息、或者一種由此推導出的值—例如橫向輪胎剛性Cα本身傳輸給行駛動力學調節的控制裝置10。
6.考慮在ABS-制動過程時至μ-分裂的輪胎信息。
在一種行駛動力學調節裝置(ESP)中將一個至μ-分裂的ABS-制動過程(在汽車的左側處磨擦係數與在汽車的右側是不同的)作為一種特殊情況來實施。為使汽車得以控制，將具有高靜摩擦係數一側的制動力只是緩慢地提高到超過具有低靜摩擦係數一側的制動力，其中只是允許在作用於汽車左側的制動力矩和作用於汽車右側的制動力矩之間有一個規定的最大差值。因此司機就有足夠的時間來克服所出現的偏轉力矩而反向轉向並使汽車穩定。為了優化行駛動力學調節裝置的調節性能，也在一種這樣的行駛情況下(制動至μ-分裂)將一種輪胎性能或者一種由此導出的值傳送給控制儀12。尤其在一種在高μ-側的輪胎爆裂時，由於缺乏輪胎壓力它具有比完好的輪胎更高的滾動阻力，因此可以使調節性能相應地匹配於行駛動力學調節裝置。為此例如可以以較小的梯度在具有高摩擦係數側建立起制動壓力、和/或使在具有高摩擦係數側和具有低摩擦係數側之間的最大壓力差限制於一個較低的值。
7.調節器參數的調節行駛動力學調節裝置的滑移調節器11通常包括有一個用於調節名義滑移λNO的PID滑移調節器。若μ/滑移曲線(見圖2)有一個很優勢的最大值，那就可以例如提高PID調節器的放大(P-，I-，和/或D-部分的放大)，反之亦然。μ/滑移曲線的特性例如可以通過摩損或者通過低的輪胎壓力而改變。輪胎性能的改變可以通過相應地改變調節器的放大而加以考慮。
8.用於調節汽車偏轉力矩的輪子的選擇如果輪胎性能—例如輪胎壓力改變很大，以致於使相應的值超出規定的極限的話，那麼例如也可以改變那些進行調節用來施加偏轉力矩的輪子的選擇。在一種自由滾動的汽車轉彎行使時，例如一般不允許在前面的曲線內側的輪子上有制動滑移作用。然而如果汽車強烈地出現駕駛操作失靈，因為前面的曲線外部的輪子的輪胎壓力太小，那麼也可以允許在前面的曲線內部的輪子上有一種滑移調節。因此原則上可以根據輪胎信息任意選擇所要調節的輪子。
9.在應用應急輪胎時調節算法的適配當應用具有應急性能的輪胎時這樣來實現調節算法，以致於它可以具有至少兩種分立的狀態，這取決於所述應急輪胎中的一個是處於正常運行(正常輪胎壓力)還是處於應急運行(輪胎爆裂)。應急輪胎(英語「runflat tire」)的結構設計應使它即使壓力全損失時也還能以減小的速度繼續行駛一段有限的路程。為了保證這種情況，眾所周知設有一個固定在輪輞上的支承環，在該環上固定輪胎的骨架。當壓力損失時該支承環承受載荷。另一種類型的應急輪胎例如具有加強的側壁，它們在壓力損失時並不被破壞，因此輪胎並不從輪輞滑脫下來。
通過監測輪胎壓力可以識別出輪胎狀態(正常狀態或應急狀態)，並相應地選擇一個分立的參數組用於調節算法。行駛動力學調節器例如可以具有五種分立的狀態-所有輪胎正常，-左前輪胎處於應急運行，-右前輪胎處於應急運行，-左後輪胎處於應急運行，-右前輪胎處於應急運行。
每種狀態與各種不同參數(例如輪胎剛度、滾動速度、輪胎力等)的一種分立的調節相符合，正如它們在前面1至8點中舉例敘述過的那樣。所述調節算法因此可以匹配於各自的輪胎狀態。
權利要求
1.用於優化一個汽車行駛動力學調節裝置的調節性能的方法，其特徵在於以下步驟-提供輪胎信息，-將該輪胎信息傳輸給所述行駛動力學調節裝置的一個機構(12)，和-根據輪胎信息進行行駛動力學調節。
2.按權利要求1所述的方法，其特徵在於，根據輪胎信息選擇行駛動力學調節裝置的一種調節算法的至少一個參數。
3.按權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，所述輪胎信息是由輪胎類型、輪胎品種、輪胎壓力、輪胎溫度、輪胎狀態和輪胎年齡等組成的性能組中的至少一種性能。
4.按權利要求1，2或3所述的方法，其特徵在於，藉助於一種輪胎傳感裝置(13)來測量輪胎性能，並將相應的輪胎信息傳送給所述機構(12)。
5.按上述權利要求之一所述的方法，其特徵在於，在行駛動力學調節的範圍內實施一種算法用於計算名義滑移(λNO)，其中根據輪胎信息選出至少一個參數。
6.按上述權利要求之一所述的方法，其特徵在於，在行駛動力學調節的範圍內實施一種算法用於計算名義偏轉力矩或名義偏轉速度，其中根據輪胎信息選出至少一個參數。
7.按上述權利要求之一所述的方法，其特徵在於，由一個傳感裝置(13)來監測輪胎壓力，並在低於規定的輪胎壓力時改變行駛動力學調節裝置的算法的至少一個參數。
8.按上述權利要求之一所述的方法，其特徵在於，行駛動力學調節裝置的調節算法在應用應急輪胎時具有多種分立狀態中的一種狀態，這取決於應急輪胎中的一個是處於正常運行還是處於應急運行。
9.用於進行具有優化的調節性能的行駛動力學調節的裝置，其特徵在於一種用於提供和傳輸一種輪胎信息至行駛動力學調節的一個機構(12)的機構(13)，在調節時它考慮到了輪胎信息。
10.按權利要求9所述的裝置，其特徵在於，機構(12)具有一種調節算法，該算法利用至少一個取決於輪胎信息的參數。
11.按權利要求9或10所述的裝置，其特徵在於，設有一種傳感裝置(13)用來求出由輪胎類型、輪胎品種、輪胎壓力、輪胎溫度、輪胎狀態和輪胎年齡等組成的性能組中的至少一種輪胎性能，這種傳感裝置提供相應的輪胎信息。
12.按權利要求11所述的裝置，其特徵在於，將所述傳感裝置(13)設置於輪胎裡。
13.按權利要求8至12中之一的、用於進行行駛動力學調節的裝置，其特徵在於，當應用應急輪胎時這樣來實現行駛動力學調節裝置的調節算法，使得該算法可以設定多個分立的狀態，這取決於所述應急輪胎中的一個是處於正常運行還是處於應急運行。
全文摘要
本發明涉及對汽車的行駛動力學調節裝置(1，5，12)的調節性能進行優化的一種方法和一種裝置。可以按如下來改善調節性能提供有關輪胎性能—例如輪胎類型、輪胎品種、輪胎壓力、輪胎溫度、輪胎狀態或輪胎年齡的信息，並將該輪胎信息傳遞給一個行駛動力學調節裝置的一個機構(12)，並由該機構在進行調節時加以考慮。
文檔編號B60T8/1755GK1784327SQ200480012519
公開日2006年6月7日 申請日期2004年5月3日 優先權日2003年5月8日
發明者A·V·贊滕, M·尼莫, M·施塔姆斯, J·皮諾, P·戈捷 申請人:羅伯特·博世有限公司, 米什林技術公司, 米什蘭研究與技術公司