根据至少一个车轮的旋转速度的测量值生成车辆对地速度估算值的系统

摘要

本发明涉及用于生成车辆相对于地面的总速度的估算值的系统，所述系统包括运用电力牵引车辆的至少一个车轮(1)的瞬时抓地系数(μr)的测量，在所述车辆中一旋转电机(2)与所述车轮联接以用于在牵引或制动时单个地驱动所述车轮。所述系统包括基于所述电机中电流(Ic)的测量的在每个时刻施加到所述车轮的扭矩的指示器、所述车轮上的瞬时动态负载的指示器以及一级，所述级用于根据所述扭矩指示器和所述动态负载指示器计算所述车轮(1)相对于地面的瞬时抓地系数，以便于确定在扭矩作用下车轮施加到地面上的切向力与在动态负载作用下车轮施加到地面上的法向力之间的比值。由此计算的抓地系数值的一个或多个测试被执行以便于确定相应车轮的圆周速度的测量的能力以提供在所述车轮的位置处车辆运动速度的充分的估算值。

说明书

技术领域

本发明涉及陆地交通工具，特别是道路车辆。其特别地针对用于控制这种车辆的性能的技术以及为此而作出的所述车辆相对于地面的速度的确定，以便于调节确定所述性能的参数且改善运行状态和安全性。其特别地适用于车辆在地面上的运动通过一个或多个与驱动轮联接的特定电机控制以根据需要将驱动扭矩或制动扭矩施加到所述驱动轮的情况。

背景技术

近年来已经提出了大量的电动车辆的建议。可以引用例如专利US 5418 437，其描述了串联混合型的四轮车辆，每个车轮由对于其特定的电机驱动，一控制器使得可以控制结合在车轮中的马达以及处理从交流发电机或电池到所述马达的能量供给的管理。当能量供给中断时，车轮在车辆的惯性作用下的运动可以反过来驱动电机以及通过然后将所谓的再生制动扭矩施加到所述车轮而使所述电机能够作为到电负载的发电机运行。

所述专利没有提及所获得的电力制动的管理，但是现有技术确实包含这种管理的实例以补充传统的基于摩擦的机械制动控制。因此，例如，以文献号GB 2344799在英国公布的专利申请描述了一种车辆，所述车辆能够产生来自电力牵引马达的多个再生制动，从而除了传统的机械制动功能之外，还提供一种功能，所述功能模拟通过压缩进行的制动或通常利用内燃发动机可用的发动机制动。

一般地，已经提出使用通过车辆车载的电机提供的设备以灵活地且精确地控制施加到装有车轮的车辆的车轮上的扭矩。这种可能性例如已经用于车轮防抱死系统。专利US 6 709 075描述了一种装配有电动机牵引系统的车辆。来源于作为发电机的所述马达的运行的制动功能可以依据由车辆所装配的ABS系统(防抱死制动系统)决定的其性能被添加到施加到每个车轮的摩擦制动扭矩上。装置被配置为防止再生制动干涉用于调整摩擦制动的ABS系统的正确运行。

更一般地，通过制动扭矩单独调整或与发动机扭矩一起进行的调整，所述用于精确地控制施加到车轮上的扭矩的设备非常适用于稳定性控制系统。以文献号WO 01/76902公布的PCT专利申请描述了一种车辆推进和制动系统，其中可以由内燃发动机驱动的每个车轮还与电机联接，所述电机能够选择性地依据响应于横摆传感器运行的车辆稳定性控制系统的控制将额外的发动机扭矩或制动扭矩施加到所述车轮。

最后，以文献号GB 2 383 567在英国公开的专利申请还描述了一种系统，其中提供了电机以将扭矩提供到设有内燃发动机的车辆的某些车轮。所述额外力矩的水平依据通过横摆传感器提供的数据而被调整。

因此，公知的是，使用通过电机提供的发动机扭矩或制动扭矩以调节通过内燃发动机施加到车辆车轮的力。还已知的是，使用通过这种电机产生的扭矩以使得施加到电力牵引车辆的车轮上的摩擦制动力适应需求。

在前面的两个实例中，在车辆上车载使用横摆传感器以确定将被施加到或将被添加到车辆的某些车轮上的扭矩水平，从而获得期望的性能的效果。为此可以测量和使用其它的参数。欧洲专利申请EP 0 881 114给出了一种用于带有四个车轮的车辆的控制系统，所述车轮中的每一个都与独立的电动机联接，不管该车轮是否为导向轮，所述电动机都能够将发动机扭矩或制动扭矩施加到每个车轮。还提供了一种传统的盘式制动器系统，并且转向角传感器使得可以知道导向轮在每个瞬时(时刻)的方向。每个车轮马达都装有车轮速度感传器。通过结合从来自车轮传感器的信号中获得的信息，系统的控制单元获得车辆相对于地面的速度的一指示值(indication)。表示出的是(没有更多的细节)，利用从车载加速度计和从卫星导航系统获得的信息，可以指定所述指示值。系统的控制单元连续地追踪施加到每个车轮的扭矩水平、所述车轮的速度和转向角、以及车辆的估算对地速度。还计算横摆角速率，并且根据所有的所述信息确定每个车轮的瞬时滑率。控制单元依据对于每个车轮确定的所述滑率的值控制牵引扭矩和制动扭矩，并且以这样的方式响应于来自驾驶员的命令使制动、加速度和转向角最优化。

实际上，根据所述文献所建议的那样，车辆的对地速度的所述指示值是控制系统必需的数据。并不存在靠其自身就可以不仅容易地而且尤其节省成本地和可靠地使用所述数据的车辆车载的直接测量，所述数据对表征车辆性能来说十分重要。因此其必须通过基于更容易直接获得的其它测量的计算而确定。已知每个车轮的瞬时速度都是大致可变的因素，所述因素在外部受地面状态的影响，在内部受车轮所接受的命令和车辆本身的动态反应的影响，所述地面状态关于地面轮廓的平坦度和地面的表面状态，所述命令影响车轮的方向和施加到其上的扭矩，所述动态反应经由车辆的悬架传递到所述车辆上。

因此，简单地结合单个车轮传感器产生的测量信号不足以获得对于车辆及其车轮的性能来说足够精确、动态且有效的车辆相对于地面的速度的有效确定。此外，为了在实际应用中值得被接受，一种方案必须在车辆上容易地且便宜地实施。

已经提出了各种方案以试图改善所述问题的解决。例如，已公布的法国专利申请FR 2 871 889描述了一种系统，所述系统基于由连接在车轮上的传感器提供的旋转速度执行车轮的纵向速度的每次瞬时测量的质量的诊断，并且根据由来源于先前的诊断的质量指数所获得和所加权的纵向车轮速度的平均值计算车辆的纵向速度。所述诊断还包括检查所考虑的每个车轮的纵向速度是否处于保证该专利的主题的计算方法可适用的数值范围(速度不低于15公里每小时并且不高于250公里每小时)之内。所述诊断还包括检查所考虑的每个车轮的旋转速度的导数是否处于表示所述车轮既不固定也不滑动的一定范围内，以便排除不合要求的指示值。因此，所述方法不能应用于所述各个范围之外。所述计算在用于提供特定的滑率的测量的极限值之外不再有效。在处于给定瞬时处完全没有任何符合条件的指示值的情况下，系统提供从先前的瞬时处确定的值推断的车辆速度值。与关于所提出的方法在所有情况下的适用性的任何讨论无关，所提出的外推技术不适于通过连续的系统监视车辆性能、或者在可以持续几秒钟的过渡阶段期间监视车辆性能，这不同于间断运行的情况，例如在防抱死制动控制的情况下，其中在故障检测接下来的零点几秒钟之后，系统常规地允许包括新的有效速度测量的道路抓地力恢复。

用于克服以上困难的另一个建议由公布的法国专利申请FR 2 894 033说明，其中通过结合从测量车轮旋转速度的传感器获得的某些选定的车轮的纵向速度的估算值，从而计算车辆的纵向速度。所述计算方法适于每一种车辆驱动模式。每个车轮的纵向速度依据转向时车轮的可能的位置被校正，然后车轮的状态(固定不动或滑动)依据施加到所述车轮的扭矩值被测试。然后对从在之前获得的纵向速度中获得的加速度值和由车辆车载加速度计提供的纵向加速度测量值之间的一致性进行测试。如果一致性检验无误，则保留所计算的纵向速度。否则，其为通过对来自所采用的加速度计的测量值积分而获得的值。

实际上，根据车辆在其上运动的地面可能有的坡度，来自加速度计的测量值受到由于地球加速度的分量引起的误差的影响。由此可见，一方面，在所提出的用于车轮的纵向速度测量上作出的有效性测试没有呈现足够的精确性以提供关于所述车辆速度的可靠的指示值，而且另一方面，用于测试加速度一致性以及在发生一致性故障的情况下用于确定速度的所提出的方法受到误差的影响，从而不适宜在可以延长到几秒钟的时间段期间、例如在长时间紧急制动(或显著的加速)的情况下连续运行。

因此车辆相对于地面的总速度的确定在开发车辆性能控制系统中留下了重要的问题。这更特别地是以上已经说明的具有各自与一独立电机联接的一个或多个车轮的车辆的情况。此外，在电动车辆的情况下这个问题特别重要，对于所述电动车辆来说，不仅牵引而且制动都完全地且直接地来源于电能。例如在专利申请No.WO 2007/107576中，本申请人最近已经建议了装配有可靠装置的这样一种车辆，所述可靠装置用于确保在所有情况下都存在在所考虑的每个车轮上具有足够保证车辆安全性的再生电力制动扭矩的能力。可建议的是能够具有这样一种车辆，其受益于通过用于控制这种车辆的性能的电机提供的动态且精确的牵引扭矩和制动扭矩的控制可能性。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种方案，其帮助确定在每个瞬时车辆相对于地面的速度的足够精确、动态且可靠的估算值，其包括驱动阶段，在所述驱动阶段例如为车辆车轮旋转速度的用于监视所述车辆的常用参数并不能使其可以获得所述速度在每个瞬时的可靠估算值。其特别地非常适于控制车辆的性能，所述车辆的某些车轮中每一个都与至少一个对于所述车轮特定的电机相联接以用于牵引和/或制动。

为此，根据本发明的一种基于从用于车辆车轮的至少一个运动传感器中获得的测量值而确定车辆相对于地面的瞬时速度估算值的系统包括：

基于来自所述车轮的运动传感器的测量值的至少一个车辆车轮的圆周速度的指示器，

测试级，所述测试级用于根据至少一个预定标准验证在所述指示器的输出处的圆周速度指示值是否使得可以从其中推导出车辆前进速度的足够精确和可靠的表示形式，以及

模块，所述模块适于结合通过所述测试级验证的车轮圆周速度指示值以提供车辆相对于地面的前进速度的估算值。

特别地，根据本发明的系统的特征在于，所述系统包括用于基于车辆车载可用的数据计算所述车轮的瞬时道路抓地力系数的装置，并且所述测试级适于根据一关系测试对于所考虑的每个车轮所获得的道路抓地力系数的值，所述关系使得可以确定在所述瞬时处车轮圆周速度和车辆相对于地面的前进速度之间的相应的差或滑率对于所述车轮圆周速度来说是否足够小以使其能够由所述模块保留作为用于确定车辆相对于地面的前进速度的估算值的数据。

根据一种优选的应用，所述系统可以容易地应用于一种车辆，在所述道路抓地力测量中所利用的所述车辆的每个车轮与适于将电力牵引扭矩和/或制动扭矩施加到所述车轮上的单个旋转电机联接，并且在所述车辆中，用于计算所述车轮中的每一个的所述道路抓地力系数的所述装置响应于由相应的电机施加到所述车轮的瞬时转矩的测量值以及响应于取决于所述车轮在所述瞬时的负载的信息项而运行。

在研究包括道路抓地现象的运动物体和固定物体之间的运动时，对于在所述两个物体之间的各种接触状态，通常使用表征以百分比表示的道路抓地力系数和同样以百分比表示的滑动比率之间的关系的曲线图，一方面，所述道路抓地力系数表现物体抵抗倾向于使它们相对彼此滑动的力的能力，另一方面，所述滑动比率计算在将它们保持在一起的摩擦力作用下所述两个物体的速度之间的偏移量。

在行驶时实施道路抓地力系数测量的车辆控制系统本身是已知的。例如专利US 5 419 624描述了一种设备，其用于通过分级地增大车轮旋转速度、同时测试所述车轮的相应旋转速度而确定车轮的关键的驱动扭矩，以每隔一定时间间隔确定最优性能状态并且车辆车载运用它们。然而，所述文献中提出的装置并不被设计成提供标准以使其可以测试使用来源于车轮传感器的速度测量值以确定车辆速度的可靠估算值的的可能性，以便于控制特别是所述车辆的性能。

在根据本发明的系统中，所述测试级可以适于检查所述道路抓地力系数的值低于预定阈值、指示所述车轮相应滑率的值小于5％。优选地选择3％、或甚至有利地为2％的阈值，以使得所述相应的车轮圆周速度由所述速度估算模块保留。

根据另一个实施方式，所述测试级适于确定所述道路抓地力系数的值是否低于介于30％和70％之间的范围内的一预定阈值，高于所述预定阈值的相应的车轮速度不由所述速度估算模块保留。有利地，通过所述测试级运用的预定道路抓地力系数阈值的所述值处于50％左右。

除了先前的指示值之外，可以实施与道路抓地力现象关联的其它标准。因此特别地在第一个圆周速度指示值并不表现得可靠或稳定的情况下，可有利的是，在不考虑车轮行驶的地面状态的情况下，检查车轮在所述瞬时处道路抓地力系数是否等于或小于一预定阈值，所述预定阈值足够可靠以指示所述车轮已经重新建立了适当的道路抓地力。因此，例如，甚至对于例如为冰的非常滑的地面来说，如果道路抓地力系数小于15％，则其为表示道路抓地力存在的指示值。

对于装配有用于检测滑动比率或来源于在车轮圆周速度和车辆速度(被调节到所述车轮的位置以考虑在转向中车轮的可能的位置)之间观察到的差的测量值的车轮系数的系统的车辆，可以获得另一个道路抓地力指示值，或道路抓地力恢复的确证。滑动比率小于2％或甚至3％的信息例如提供了证实，即无论地面的表面状态如何，所考虑的车轮已经保持或重新建立了其与地面的道路抓地力，并且从车轮传感器中获得的速度测量值足够精确以被认为可表示车辆速度。

附图说明

根据由以下附图示出的、示例性优选的而非限制性的实施方式的以下描述，本发明的其它目的和益处将变得清楚明白，其中：

图1a示意性地表示出了用于控制带有四个驱动车轮、带有车载电能产生的电动车辆的驱动和制动的系统；图1b是图1a的一部分的更详细的图表；

图2是示出了依据车轮相对于地面的滑率的车轮的道路抓地力系数的变化(作为所述道路抓地力系数的函数)的曲线图；

图3是示出了根据本发明的一个方面的用于测量滑率和依据所述测量值调节电流的模块的运行的方框图；

图4a和4b是本发明的系统的另一个模块的运行的流程图；

图5a和5b示出了关于根据由车辆测量的数据确定地面的坡度角的说明；

图6非常概略地示出了用于校正坡度和加速度测量值的信号处理级；

图7a、7b和7c是在图6的信号处理级中生成的信号的曲线图；

图8说明了作用于车辆上的力的作用点的定义。

具体实施方式

图1a示意性地表示出了带有四个车轮1_AvG、1_AvD、1_ArG和1_ArD的车辆。所述车轮中标记1_AvG表示左前轮、1_AvD表示右前轮、1_ArG表示左后轮、而1_ArD表示右后轮。每个车轮装备有与其机械地联接的电机。可以看到电机2_AvG、2_AvD、2_ArG和2_ArD。在下文中，特别地指定车辆中车轮1或电机2的位置的所述下标在其并不影响说明的清楚程度时将不再重复。牵引电机2是自控同步式的三相电机。所述电机各自装配有结合在所述电机后面的解析器类型的角位置传感器11(图3)，并且各自通过相应的电子车轮控制模块23被控制，所述电机通过电源线21与所述电子车轮控制模块23连接。

电子车轮控制模块23被设计为基于电机中电流的测量值和基于来自角位置传感器11的测量值在扭矩方面控制电机。每个电子车轮控制模块23使得可以选择性地将预定振幅和符号(sign)的控制扭矩施加到所考虑的车轮上。因此，所述电机可以被用作马达和用作发电机。每个电子模块都使用数字处理功能以计算电机的转子的旋转速度Ωr及其角加速度Ω′r。获知车轮的、或更确切地说是其轮胎的参考发展状态(development)，其被限定为在没有任何扭矩和纵向力的情况下车轮转动一圈车辆行进的直线距离，并且获知在转子的轴线和车轮之间的连接传动装置的减小量，每个电子模块23分别将角速度Ωr和加速度Ω′r转换成恢复到车辆中的线速度V_r和加速度γ_r。然而，应该注意的是，可以利用独立的车轮速度测量值实施本发明的某些原理，例如用于没有装配马达的车轮，以使用霍尔效应传感器类型的速度传感器用于ABS(防锁死系统)，或者按照任何其它的原理运行。

为了便于记录，在所述实例中，在停止时且仅在停止时，后轮1_ArG和1_ArD中的每一个还装配有通过由制动控制单元驱动的电致动器7控制的用于车轮的机械制动器装置71。在此所描述的本发明的应用中，车辆的车轮中没有一个包括任何机械行车制动器。无论制动控制信号的振幅如何，也就是说甚至对于最强烈的制动情形，也仅仅通过以发电机模式引导电机而处理制动。所述机构被设置，从而甚至在特别强劲的制动情形下也确保消耗所有生成的功率。所述机构可以包括存储电容、用于利用实时生成的能量的电路以及用于耗散先前的两个消耗模式的剩余功率的机构。每个车轮包括一个或多个专用的电机以便能够选择性地在每个车轮上生成制动力，这不能利用几个车轮、例如一个轮轴上的车轮所共用的电机完成，因为在这种情况下在所述车轮之间将会存在机械传动和差动。电机被恰当地设定尺寸以将可能的最高的制动力施加到每个车轮上。

为了可以吸收高的电力，已经安装了例如通过水的循环被有效地冷却的耗散电阻器，已知的蓄电池不能吸收由紧急制动生成的电力，或者不能吸收由长持续时间的制动生成的所有电能，除非通过安装电容以使得车辆重量达到实际上无法接受的地步。因此，在此所陈述的电力系统是与环境隔离的自治电力系统，其更详细的描述可以从例如以本申请人中的一个的名义公布的专利申请WO 2007/107576 A1中找到，其中没有电能与车辆外部的交换，因此所述系统还适用于机动车辆，所述电力制动系统的应用比在车辆与例如为火车或市区电车的电网连接的情况下困难得多。

例如，可以选择具有其扭矩被加在一起的多个电机。在这种情况下，电子车轮模块可以驱动并联安装在同一个车轮中的多个电机。关于多个电机在一个车轮中的安装，应该参考例如专利申请WO 2003/065546和专利申请FR 2776966。

在此所述选择和示出的实例描述了一种处理车载电能产生的车辆上的应用。图1a示出了将电流传输到中央电线40的燃料电池4。明显地，例如像电池的任何其它供给电能的装置都可以被使用。还可以看出在本实例中由一组超级电容器5构成的电能存储装置通过电子回收模块50与中央电线40连接。可以看到耗散电阻器6，其优选地浸泡在冷却剂中将卡路里耗散到交换器(未陈述)中，形成能够吸收在制动情形期间由该组电机生成的电能的能量吸收装置。耗散电阻器6通过电子耗散模块60与中央电线40连接。

中央计算和控制单元3管理各种功能，包括车辆的电力牵引系统。中央单元3经由电线30A(CAN总线)与电子车轮控制模块23和与电子回收模块50通信。中央单元3还与图1b中详细示出的多个控制器通信，即特别地，经由电线30E与加速度控制器33通信、经由电线30F与制动控制器32(行车制动器)通信、并且经由电线30C与选择前进档或倒档的控制器31通信。中央单元3还经由电线30G与测量传感器或系统35通信，所述测量传感器或系统35与车辆的转向控制器41连接并且使得可以确定转向半径Ray。最后，在本实例中为了管理车辆的动态性能，中央单元3经由电线30D与感测沿车辆的纵轴X的加速度γ_x的传感器34通信、经由电线30H与用于测量沿车辆的横轴Y的加速度γ_y的传感器或系统36通信、经由线路30I与感测关于车辆的垂直轴Z的横摆角速率Ω_-z的传感器37通信、并且最后经由线路30J与感测关于横轴Y的角速度Ω_-y的传感器38通信。在车辆的前后车轮之间以及左右车轮之间的负载偏差产生车轮上的动态负载时，从这些传感器中获得的信息使得中央单元3能够连同其它结果一起依据一方面纵向(沿轴线X)和另一方面横向(相对于车辆运动的横轴Y)的加速度而计算车轮上的动态负载。

中央单元3操作车辆纵向位移的管理，并且为此其控制所有的电子车轮控制模块23。其一方面包括通过其振幅代表车辆所需的总牵引力的控制信号启动的牵引运行模式，所述控制信号来自加速度控制器33，另一方面包括通过其振幅代表车辆所需的总制动力的控制信号启动的制动运行模式，所述控制信号来自制动控制器32。在所述运行模式中的每一个中，无论相应控制信号的振幅如何，中央单元3都控制所有的电子车轮控制模块23以使得来源于所有车轮1上的旋转电机的轴向力的总和为控制信号的所述振幅的函数。特别地对于制动运行模式来说，情况就是如此。换句话说，没有机械行车制动器；在此所描述的电力制动系统就是车辆的行车制动器。

此外，中央单元3被编程以依据每个车轮的动态负载控制特定的设定点扭矩到每个车轮上的应用，使得每个轮胎根据预定的性能程序工作。因此，在此所描述的实例中，程序根据先验的固定的外部策略调节每个车轮上的扭矩(因此调节通过每个车轮分别施加到地面的切向力)。因此，如下面将可见的那样，每个电子车轮控制模块从中央单元接收扭矩设定点，其从所述扭矩设定点确定用于相应电机的控制电流的相应设定点值I_cc。

回到图1a，如之前所指出的那样，机械停车制动器装置39的致动器7经由电线30K、仅通过所述停车制动器控制器39而绝不通过行车制动器的制动控制器32被控制，一安全装置被设置以防止在停车情形之外使用所述制动器。最后，电子回收模块50经由电线30B与电子耗散模块60通信。

现在将说明考虑到本发明适当的实施方式的方面。图2显示了三个曲线，依据以与车辆碾压的地面接触的方式测量的滑率(λ)，所述曲线示出了典型地可以装配有轮胎的车辆车轮2的道路抓地力系数(μ)的变化，所述曲线中的一个101表示干燥地面的情况，另一个102表示湿的、因此更滑的地面的情况，第三个103表示被冰覆盖的、因此非常滑的地面的情况。在这些曲线中，可以分辨出第一阴影区域Z1，所述第一阴影区域Z1在右侧通过连接这些曲线的道路抓地力系数的最大值的线限界。在所述区域Z1中，车轮的运行稳定，也就是说，滑率增大越多，道路抓地力系数也增大越多。这使得可以将由施加到车轮的发动机扭矩或制动扭矩引起的切向力传递到地面。在对应于较高的滑率值的第二区域Z2中，运行变得不稳定。如由曲线101可以清楚看出的那样，当滑率超过在这种情况下大约为15％的一定阈值时，道路抓地力系数下降。传到地面的切向力因此下降并且没有被传递的过多扭矩进一步减慢车轮的旋转速度，这还导致滑率的增大，等等；这是道路抓地力损失现象，所述现象或者通过在使其沿车辆位移的相反方向以滑移模式旋转之前制动而迅速(通常在零点几秒内)导致车轮旋转速度的短暂消失，或者通过沿车辆位移的方向的加速迅速导致其滑移。

系数(μ)的最大值取决于轮胎、车辆碾压的地面的状态的性质(干的、湿的等等)。在装配有具有良好道路抓地质量的轮胎的情况下，道路抓地力系数的最优值对应于处于约5％到15％的滑动比率。获知通过在车轮与地面接触的区域内相切于地面的力与垂直于地面表面的负载的比值限定的所述道路抓地力系数(在此所考虑的)，因此所提及的值在干燥地面上允许1.15g(在此g是重力加速度)的最大负加速度、在湿的地面上允许0.75g和在冰面上允许0.18g的最大负加速度，因为在所述最优值下将可以维持车轮在地面上的运行点。本发明所探求的一个目的是通过每个瞬时施加到车辆的一些车轮上、特别地施加到通过电机驱动和制动的车轮上的扭矩的恰当控制，从而尽可能接近地达到所述运行。

图3非常概略地示出了用于依据在所述车轮上作出的滑率测量控制由相应电机2施加到每个车轮上的牵引扭矩或制动扭矩的装置的元件。所述图示模式便于很好地了解下面的说明。明显地，本发明可以利用被用于管理和控制道路车辆的可编程硬件装置和常规软件而实施。电子车轮模块23的首要任务是控制与其关联的一个或多个马达的扭矩。自控三相同步电机2的扭矩-电流特征是公知的，因此控制所述电机中的电流相当于在扭矩方面控制所述电机。在车轮控制模块23中，所述基本功能由模块23A示意性地表示出，所述模块23A根据电流设定点Ic以及根据由解析器11传输的电机2的转子角位置测量值αr控制电源线21上的电流。计算模块23F使得可以将由中央单元3传输的扭矩设定点Cc转换成生成所述扭矩所需要的电流设定点Icc。由解析器11传输的电机2的转子的角位置信息αr也由模块23B使用以计算所述转子的角速度Ωr以及角加速度Ω′r。获知车轮的、或更确切地说是其轮胎的参考发展状态，其被限定为在没有任何纵向扭矩和力的情况下车轮转动一圈车辆行进的直线距离，并且获知在转子的轴线和车轮之间的连接传动装置的减小量，模块23C分别将转子的角速度Ωr和角加速度Ω′r转换成车轮圆周线速度指示值V_r(如下面将可见的那样恢复到车辆中)以及转换成车轮圆周线加速度指示值Ωr。所述车轮圆周速度指示值V_r和加速度指示值Ωr通过CAN通信总线30A被传输到中央单元3。

除了扭矩设定点Cc之外，控制模块23经由CAN通信总线30A从中央单元3接收车辆的适当的最大可接受的滑率设定点(λ-c)和对地速度(V_v)，对此我们将在后面描述。

利用1毫秒到2毫秒的周期，车轮控制模块23根据式子(V_r-V_v)/V_v执行在所考虑的瞬时的滑动比率λ的计算，所述式子通过从中央单元3接收数字指示值V_v和从模块23C接收数字指示值V_r的方框23D示意性地表示。在车轮加速阶段期间，车轮速度大于车辆速度，并且根据之前定义的式子，滑动比率(或简称滑率)为正，而在制动期间，车轮速度V_r小于车辆速度并且滑动比率为负。为简化说明，在下文中将认为λ是滑率的绝对值，同样，最大滑率设定点λc和电流设定点Icc将始终被认为是正的。计算的滑率指示值被用于(如通过比较模块16示意性地表示出的那样)提供指示在计算的滑率和由中央单元3传输的设定点滑率(λc)之间的偏差ελ的信号。在计算的滑率λ与设定点滑率λc之间的偏差ελ指示所述最大设定点被瞬时滑率超出的情况下，所述信息通过调节器23E被使用以生成电流设定点Iλc，所述调节器23E例如可以为传统的PID(比例积分微分)调节器。然后通过对以下因素求和计算(加法器方框17)总电流设定点Ic：(i)从扭矩设定点(方框23F)生成的初始电流设定点Icc，和(ii)从调节器23E中获得的电流设定点Iλc。其为施加到控制电机2的电流的模块23A上的总设定点Ic，所述模块23A还接收由解析器11传输的电机转子的角位置指示值。因此，例如，只要在加速阶段期间滑率λ保持小于设定点λc，则什么都不发生。如果车轮开始滑移，在这种情况下λ变得大于λc，则偏离设定点滑率的偏差变为负。因此，在模块23E的输出处同样为负的相应电流指示值Iλc减小求和方框17中的初始设定点电流Icc的指示值，以便减小施加到车轮的扭矩并且将滑率保持在最大值处(λc处)。

通过中央单元3处理的信息(扭矩设定点Cc、车辆速度V_v、和滑率设定点λc)以10到20毫秒的相对慢的速率被传输到车轮模块23，所述速率相对慢但却非常适用于车辆性能动态(或动力学)。相反，从指定给每个车轮(23B、23C等等)的模块以及通过模块16、17、23D和23E以相当于1到2毫秒的周期的相对快的速率执行的处理操作中获得的信息非常适用于车轮动态。最后，记住，每个电子车轮控制模块23使得可以选择性地将振幅和符号都预定了的控制扭矩施加到所考虑的车轮上，因此存在快速有效的系统，所述系统允许对沿制动方向(防止倒转)和沿运动方向(防滑)并且在牵引和制动都通过电机完全地且单独地控制的每个车轮上的滑动进行行进中的控制。车轮及其轮胎的道路抓地力的真正的自动控制以这样的方式形成。

根据本发明的另一个方面，所述系统被布置为使得可以利用车载获得的瞬时测量值而确定总体地表示车辆对地速度的值，以及可以矫正所述值以获得在每个车轮的位置处车辆的对地速度，以使得相应的滑率计算在所有情况下、特别地在转向时保持尽可能精确。

所述技术的一些方面依靠在所考虑的瞬时给定车轮道路抓地力系数的确定，这需要首先说明。当车轮仅承受通过与其联接的一个或多个电机提供的扭矩(或者因为其不包括任何典型地基于摩擦的内燃发动机驱动或机械制动——按照由本申请人提交的专利申请或前文中所论述的教导，或者因为其在所考虑的瞬时暂时处于所述状态)时，车轮上的所述扭矩直接符合于经过所述一个或多个电机2的电流。获知车轮1的参考半径，然后可以从其中推导出在每个瞬时由车轮施加到地面上的切向力。

此外，获知车辆的轮轴距E(参见图8)、车辆总重量M、在后轮轴系统和前轮轴系统之间的分配情况kM和(1-k)M、以及重心的高度Hg，并且最后获知/测量由测量传感器或系统34和36(图1b)提供的直线加速度γ_x和γ_y，中央单元3能够测量每个瞬时前后轮轴系统上的负载或法向力F_AV和F_AR。获知车辆的轨距V，中央单元3还能够确定前后轮轴系统中的每一个上的车轮之间的载荷的分布。

当车辆通电时，重量和重心位置的量可以通过传感器的适当系统或任何其它同等装置被测量。在此所描述的实例中，我们已经更简单地选取了相当于涉及车载两个乘客的车辆模型的标称值。如之前所指出的那样，中央单元然后计算作为由车轮在所考虑的瞬时施加到地面上的切向力和法向力之间的比值的车轮瞬时道路抓地力系数μr。

如果我们现在回到车辆速度的确定，则所述确定基于来源于传感器11测量值的车轮圆周速度值V_r的平均值的计算，并且在之前根据现在将描述的标准被验证以仅仅保留所述值中被判定为对于所述计算可靠的值。因此，只要至少一个车轮速度值有效，则根据所述标准，其将根据以下式子被用于确定在给定瞬时的参考车辆速度：

V_v＝有效V_r的总和/Nb_有效_车轮    (g)

如果在给定瞬时没有车轮圆周速度有效，则车辆速度然后由中央单元通过将车辆的运动加速度的指示值积分根据所获得的上一次有效车辆速度计算，所述运动加速度如在下文中将可见到的那样被估算。

测量值V_r被认为有效，如果下面的条件满足的话：

(a)系统没有检测到在CAN总线30A上循环的数字信息的交换的任何故障。特别地对管理CAN总线上的通信负责、并且分别被结合到中央单元3和每一个电子车轮模块23中的电子构件检查通信系统的正确运行和在其中循环的数字信息的完整性。所述构件视情况生成能够被中央单元3和/或电子车轮模块23使用的CAN故障信息。此外，中央单元3将信息(设定点；V_v；……，参见图3)以10和20毫秒(在这种情况下为16毫秒)之间的速率有规律地发送到电子车轮模块23。如果没有遵循所述速率，则电子模块检测到CAN故障(接着CAN连接的失效、断开等等的中央单元缺失)并且不考虑来源于CAN总线的数据。对称地，模块23以所述相同的16毫秒速率响应于中央单元(V_r；电流；故障；等等)。如果中央单元证实电子模块23中的一个没有遵循所述速率，则其表示所考虑的所述模块缺失并且不考虑其数据(特别是V_r)。

(b)与所考虑的车轮关联的电子控制模块23没有检测到解析器11上的任何故障。

(c)所述车轮没有失去其地面道路抓地力。在这方面，认为主要在车轮圆周加速度γ-r不正常、即对于车辆的物理性质来说过高时存在道路抓地力的损失。例如，认为沿运动方向超过0.7g的值和沿制动方向超过1.2g的值表示车轮道路抓地力损失。注意到这些加速度值在此来源于通过解析器11提供到车轮控制模块23和提供到中央单元的信息。当已经在一个车轮上检测到道路抓地力损失时，只有在用于所考虑的车轮的滑率测量值呈对于其来说足够低的值以使其可以认为误差对于车辆速度测量来说可以接受(3％)时，或者在μr足够低以保证车轮道路抓地力而不考虑地面状态(15％给出对应于图2的曲线103的非常滑的地面状态)时，到正常道路抓地力并且因此到用于所述车轮的有效速度测量的回复才发生。

(d)在所考虑的瞬时计算的道路抓地力系数(μr)小于一极限值(μ-极限)，如由图2的曲线μ(λ)所引起的那样，超过所述极限值，滑率被认为过高以使得不能继续认为车轮圆周速度是在所述车轮的位置处车辆速度的可接受的第一近似值。如果我们认为例如(μ-极限)的值表示50％的区域，则可以证实对应于低于所述极限值的值μr的滑率值是小的(曲线101和102)。它们导致确定平均速度时不超过1.5％到3％的误差，所述误差被认为是可接受的。

图2的曲线的观察结果示出了，当地面上的最大道路抓地力μ_最大超过μ-极限(对于曲线101和102的μ_最大1和μ_最大2的情况)时，对于低于μ-极限的值μr(在50％的区域中)，所述曲线很少取决于地面状态。然后，获知所使用的轮胎的特征μ(λ)，特别地对于小于50％的μ来说，将可以确定在所考虑的瞬时的对应于工作μr的滑率λ并且因此对车轮速度测量值V_r加权。

如所说明的那样被确定的道路抓地力系数的指示值可能受误差的影响，所述误差例如对应于用于计算车轮上的法向力而被考虑的车辆的实际负载相对于标称负载的变化。然而，通过观察曲线101和102可以证实的是，道路抓地力系数上50％左右的大的误差对相应的滑率值具有很小的影响。对于在此所描述的有效性标准的应用(即，近似值的有效性在于利用车轮圆周速度而不是在车辆位置处测量的车辆速度)来说，实际上已经确定的是，这些不精确性并不会显著地影响基于道路抓地力系数值作出的判断的质量。

如果我们现在考虑带有特别低的道路抓地力系数的地面(曲线103)的情况，则表示(μ-极限)的值超过地面的最大道路抓地力系数μ_最大。所考虑的车轮具有以不正常的方式非常迅速地加速的倾向，但是道路抓地力损失然后通过之前说明的标准(c)被检测。另一方面，可以看出的是，如果道路抓地力系数μ小于15％，则无论地面的状态(曲线101、102或103)如何，车轮都处于相对地面的道路抓地状态下。所述值为维持或恢复车轮的道路抓地力(见图4中的步骤113)提供了测试标准。

因此系统确定并不严格地表示车辆的预定固定点的速度的车辆速度值，并且所述车辆速度值在此将够条件作为“总”的速度值。为了计算给定的车轮的滑率，系统还必须检查在所考虑的时刻所述值是否足够接近在车辆的轨迹中在所考虑的车轮的位置处的车辆对地速度。如果车辆沿直线运动，则情况通常如此。在这种情况下，通过中央单元传输到模块23的总速度使得可以从车轮速度指示值V_r直接获得滑率的表示形式。另一方面，当车辆转向时，则情况并非如此。在这种情况下，车辆的总速度和车辆在车轮水平处的速度相差一校正(或修正)系数，所述校正系数同时是转向时的转向半径和车轮位置(内部或外部)的函数。中央单元3被编程来依据从与转向控制器41连接的测量系统35在线路30G上传输的转向半径Ray的指示值、并且通过考虑转向中车轮的位置(内侧或外侧)的因素而确定所述校正系数。

校正系数根据所考虑的每种类型的车辆的经验关系、在本实例中基于所考虑的车辆上进行的真实测量而被建立。适于车辆的瞬时情形(转向的方向和半径)中的每个车轮的校正系数的值被中央单元3使用以计算相应的圆周速度校正值：

ΔV_rArint、ΔV_rArext、ΔV_rAvint和ΔV_rAvext＝f(Ray)

(其中Ray在此表示转向半径)，用于前轮(_Av)和后轮(_Ar)，转向中的内侧(int)和外侧(ext)。

值V_v被传输到对应于每个车轮的控制模块23中并且与经校正(V_r+ΔV_r)的所述车轮的圆周速度结合，以便以充分的精确性确定在相应瞬时的滑率的值。在此将注意到的是，为清楚起见，图3不示出传输和生成校正的速度值的过程。另一方面，在下文中图4b的流程图中清楚地考虑了所述校正的原理。

本申请人的试验已经表明了，可以确定用于每个车轮的校正系数，所述校正系数使得对于所有所考虑的车轮，一致的校正测量值处于1.5％以内。

在这一阶段，对于类似于图1的带有四个在扭矩方面受电控的车轮的车辆，图4a和4b给出了用于确定车辆速度的程序的简化的流程图。图4b的流程图示出了圆周速度信号V_rAVD根据在给定瞬时车辆的右前轮1_AvD的处理(步骤101)，所述流程图以计算(步骤102)对于任何转向都通过因子f(Ray，avd)被补偿的所述速度V_rc AVD的值开始，所述因子同时考虑了车辆的转向半径和车轮1_AvD相对于转向方向的位置。系统然后检验作为车辆速度在所述车轮位置或地点的第一近似值的有效性。为此，相继检查以下情况：CAN网络上故障的排除(步骤103)和来自相应的解析器11的信息的故障的排除(步骤105)，然后，如果结果是肯定的，则检查所述车轮相对于开始滑移的上限和可导致车轮旋转方向逆转的对应于负加速度的下限的角加速度的值。如果所述加速度值处于所述极限值限定的范围之外，则道路抓地力故障指示器启动(步骤111)。否则，程序测试(步骤113)上一次计算的滑率值是否小于3％或者道路抓地力系数μ的值是否小于15％从而甚至在曲线103的情况下(冰，图3)车轮在道路抓地力损失之后已经回到地面道路抓地状态。如果测试是肯定的，则使得道路抓地力指示器启动(步骤115)。如果结果是否定的，则程序检查指示器111和115的状态(步骤117)，并且如果已经检测到道路抓地力指示值，则检查对于在所述瞬时的车轮而确定的道路抓地力系数μ的值是否低于上限μ_极限(步骤107)。如果测试103、105、117或107中的一个的结果是否定的，则程序直接进行到用于所考虑的瞬时的车轮1_AvD的程序运行的结束(点121)并且进行到下一个车轮(如下面参考图4a的流程图所说明的那样)。如果测试在步骤107完成时是肯定的，记录在对于所考虑的瞬时在检验的序列中车轮信号V_r的处理完成时所选车轮数量的计数器执行增量操作。上一个所选车轮的速度被添加到已经选择的车轮速度的总和∑V_r中(步骤119)。

刚刚论述的过程是用于确定车辆总速度的程序(点300)的步骤301的一部分，所述程序以初始化(步骤301)所选车轮的计数器和所选车轮速度求和寄存器开始，这已经提到过。如还指示出的那样，来自车轮A1的信号在处理步骤303到309中连续地被处理。在所述阶段完成时，所选车轮的计数器的状态被检查(步骤311)。如果数量不为零，则系统计算所选车轮速度的平均值(步骤313)并且在程序的末尾将其表示为对于所考虑的瞬时的车辆总速度(点315)。如果步骤311检测到没有车轮已经被选择，则如将在下文中说明的那样，输出触发子进程(步骤317)。

因此，例如在强力的制动的情况下，当没有取自车轮传感器或解析器11的车轮圆周速度测量值可以被保留以估算给定瞬时的车辆的对地速度时，中央单元3根据对于先前的瞬时被确定的总速度通过纵向运动加速度γ_x-运动的数字积分计算车辆速度。每个瞬时i的车辆速度然后通过式子提供：

V_v(i)＝V_v(i-1)+γ_x-运动.Δt  (f)

其中V_v(i)是在瞬时t_i估算的车辆速度；V_v(i-1)是在瞬时t(i-1)估算的车辆速度；γ_x-运动是车辆的运动加速度而Δt是在两次连续计算之间的时间间隔(或如本实例所指示的16毫秒)。

明显地，重要的是，然后具有车辆运动加速度γ_x-运动的可靠测量值。传统地，被用于本实例中的加速度计34易感测由沿车辆纵向位移的方向和线路施加到车辆上的力而引起的加速度γ_x-测量。为了简化说明，假定车辆停止时加速度计34的轴线被定向为平行于地面并且最初不考虑车辆车身外壳的俯仰振动。如果地面水平，则来自加速度计34的测量值γ_x-测量真实地对应于车辆的运动加速度γ_x-运动。另一方面，当车辆碾压的地面280是与水平面形成角度δ的斜坡(图5a)时，车辆285沿其位移轴线XX的运动加速度是沿所述轴线XX测量的加速度γ_x-测量和车辆沿所述位移轴线XX的重力加速度g的分量的合成量。所述分量的值表示在测量的加速度值γ_x-测量和真实的车辆运动加速度值γ_x-运动之间的g.sinδ的偏差。因此，例如，如果1g的制动被施加，则未补偿的5％的斜坡引起加速度测量值上5％的误差(但如果仅有0.5g的制动被施加则引起10％的误差)，并且在4秒之后在速度上引起7公里/小时的误差。因此必须根据以下关系校正值γ_x-运动，以使得车辆速度测量值可接受以用于调节滑率：

γ_x-运动＝γ_x-测量-g.sinδy  (a)

所述校正通过中央单元3作出，因此所述中央单元3需要关于角度δ的值的可靠信息。

角度δ可以首先通过利用从车轮传感器11中获得的测量值而取得(accessed)。中央单元3根据通过车轮模块23传输到其上的来自每个车轮γ_r的圆周加速度值而计算车辆的运动加速度的第一近似值γ_x-车轮。上文中的关系(a)使得实际上可以根据以下式子推导出角度δ的估算值：

δ_y-取得＝Arcsin[(γ_x-测量-γ_x-车轮)/g](b)

所述计算是图6中方框201所示的信号的数字处理的第一级(F1)的主题。

实际上，对应于所述估算的信号非常易受噪声影响。通过表示(曲线200)曲线的曲线图的图7a示出了作为在地面坡度变化中从0到1(任意值)的角度δ_-真实的时间函数的变化200以及在F1级的输出处估算结果221的相应变化(关系(b))。一个改善测量值质量的另外的步骤在于施加来源于F1的数字值的低通数字滤波(级F2-方框203)。图7a示出了在F2的输出处信号δ_y-慢的变化223的曲线，其相对所述角度延迟但是提供了长时间下良好的精确性。

为了获得角度δ的精确且充分动态的改进的指示值，中央单元3将所述结果与角度δ_-动态的另一个近似值结合，所述近似值来源于来自车辆关于轴线YY的角速度Ω_y的传感器38的测量值，所述轴线YY平行于地面并且垂直于车辆运动的轴线XX。所述信号是在时间上的积分(级F3，方框205，图6)以在表示为图7b的图示中的225的F2输出处提供角度δ(δ_y-Ω_y)的变化的估算。所述信号很好地表示短时间内所寻求的角度变化，但是经过长时间则会受到漂移的影响。其以与级F2施加的低通滤波相同的时间常数接受高通数字滤波(级F4-方框207-图6)，以提供其表示形式227在图7b中可见的数字指示值。级F2和F4(图6)的输出在级209中被集合以提供用于角度δ(见图7c的曲线图中的曲线210)的所寻求的补偿指示值210。

用于根据本发明确定车辆的总速度的全过程中刚刚已经被详细描述的操作的位置通过图4a的流程图中步骤317表示。以期望的精确性获知角度δ，系统计算如关于关系(a)所说明的运动加速度，然后车辆总速度根据关系(f)被计算。适时计算的所考虑的瞬时的车辆总速度在步骤315中示出，如果没有可直接从车轮信号中获得的有效确定的话。

实际上，坡度角δ是两个分量、即车辆碾压的实际地面的坡度δ₁与车辆的位移轴线XX和地面之间的角度δ2的总和，其中所述角度δ₂为车辆关于轴线YY的俯仰振动的函数。实际上，所述计算和试验表示出了，所述角度的变化对所要求的校正的精确性几乎没有影响，记住，严格来说，如果情况需要，那么所述校正可以根据先前的原理通过计算被执行。

在基于刚刚详细描述的原理的示例性的实施方式中，对于带有仅通过电机控制的四个驱动车轮的车辆来说，也就是说特别地没有运动的机械制动，已经获得了干燥地面上1到1.05g左右的从80公里/小时到零公里/小时的平均制动减速率。在本实施方式中，已经采用了单个滑率设定点值用于所有的车轮，其设定在15％。然而，实施本发明并不排除采用更复杂的控制计划，其中滑率设定点自适应地变化，从而以使得可以在这一瞬时的特定碾压状态中保持道路抓地力和车辆良好性能的车轮最优负加速度尽可能收敛，所述变化例如通过监视道路抓地力或任何其它使得滑率调节器在所考虑的时刻启动的相关因素而进行。

明显地，实际上存在其它的方法用于取得正确地使用所作出的测量值所必需的某些数据。因此，例如，使用车辆车载的测斜仪可以提供另外的测量以提高角度δ的瞬时确定的可靠性。

因此还存在已知的技术，其用于基于施加到一个或多个车轮的扭矩的非常短暂的中断确定车辆速度，以直接从相应的车轮传感器获得车辆速度的值。车轮系统(例如_Av或_Ar)上的扭矩可以以零点几秒定时性地被减小，以短暂地恢复车轮在滑的地面上的道路抓地力并且获得速度V_r的一个或多个测量值，所述测量值被认为是有效的以用于获得总速度估算的复位值，例如运动加速度的积分可以在没有来源于车轮传感器的有效信号的情况下根据所述估计被求得。

重要的是强调这一点，本发明的应用在这一点适用于例如在上文以示例的方式保留的系统。这种车辆装备有每个都与相应的旋转电机联接的四个驱动车轮，所述旋转电机被设计和布置为使得牵引和制动完全从通过所述电机施加到相应的车轮上的扭矩提供，而没有机械制动。所述系统实际上始终提供所述扭矩的方向和强度的精确消息，并且因此依据所计算的滑率值提供它们的精确控制，以在所有情况下独立地使每个车轮的道路抓地力最优化。

本发明还可以运用于具有仅有一个或两个与旋转电机联接的车轮(例如在前侧)和一个或两个非驱动车轮的车辆。在这种情况下，驱动车轮可以受益于完全的电力制动或除了机械制动之外的电力制动，制动器控制踏板于是经由中央单元在其行进的第一部分致动传感器以用于仅仅在两个前轮上进行电力制动。在其行进的延续部分中，制动踏板作用在传统的液压回路上以在四个车轮上生成另外的机械制动。

用于确定车辆速度的原理可以适用于仅在装配有马达的两个车轮(例如在前侧)上的速度测量。还可以设想，在这种情况下，如上面说明的那样，对车辆的后轮仅装配速度传感器以便于也帮助生成相对于地面的车辆速度的指示值。自此，滑率调节器可以以运动感测的方式绝佳地运行于前轮上(防止滑移)。其还可以以制动感测方式运行以在制动完全以电力执行处、在制动踏板行进的第一部分中避免车轮旋转的消失和逆转。

明显地，本发明不限于所描述和陈述的实例，并且在不脱离如所附权利要求书所限定的其范围的情况下可以作出各种变化形式。