用于在考虑后轮轮胎侧偏角的情况下对单轮辙机动车进行牵引力控制的方法

摘要

本发明涉及一种用于确定单轮辙机动车后轮的轮胎侧偏角λr的方法，以便通过控制回路对单轮辙机动车的后轮进行牵引力控制，后轮的轮胎侧偏角λr作为控制回路的反馈参数通过三个基于模型的步骤中的至少一个确定，通过三个步骤之一确定的轮胎侧偏角λr1、λr2或λr3代表轮胎侧偏角λr，或者轮胎侧偏角λr由所述轮胎侧偏角λr1、λr2和λr3中的至少两个确定。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于对单轮辙机动车进行牵引力控制的方法。

背景技术

在现有技术中已知用于对双轮辙机动车、如轿车以及对单轮辙机动车、如摩托车进行牵引力控制的不同方法。牵引力控制也称为牵引力滑动控制(ASR)或自动滑动控制，其中市场上广泛使用的不同牵引力控制系统都有供应商特定的名称。

牵引力控制尤其是可在突然加速过程中或在具有低静摩擦力的表面上如在冰、雪、砾石或潮湿路面上防止驱动轮并且因此在摩托车的情况下防止后轮打滑和车辆侧滑。

为此，通过牵引力控制，通过干预发动机管理来有针对性地影响后轮上的驱动力矩并由此影响发动机的驱动力。

现有技术中已知的牵引力控制方法在机动车中大多只基于车轮打滑、即驱动轮的转速与(假设的)非驱动轮并且因此形锁合一同旋转的车轮的转速之比。在单轮辙机动车中通常还考虑车辆倾斜位置，通过该倾斜位置，机动车的轮胎或车轮特性可改变并影响车轮打滑的确定。

然而此外，在单轮辙机动车中，后轮的轮胎侧偏角也与车轮打滑和驱动轮或后轮的牵引力控制有关，但后轮的轮胎侧偏角通常只能通过复杂且更昂贵的传感器来检测，因此在牵引力控制中不考虑或很少考虑后轮的轮胎侧偏角。车轮的轮胎侧偏角理解为车轮在道路上的车轮接触点处的速度矢量和在车轮中心平面与道路平面之间的交线之间的角度。

在用于单轮辙机动车牵引力控制的大多数已知方法中，不使用轮胎侧偏角。另外，在一些考虑轮胎侧偏角的方法中，仅使用用于指示空间位置的机动车横摆角来确定轮胎侧偏角，从而由此确定的轮胎侧偏角可能是不正确的，因为摩托车或单轮辙机动车具有其它与牵引力控制和轮胎侧偏角相关的自由度、尤其是俯仰角和横滚角。不正确的轮胎侧偏角会继续存在于牵引力控制中，并导致车辆的错误或不可预测的行为。

发明内容

因此，本发明所基于的任务是，克服上述缺点并提供一种考虑后轮轮胎侧偏角的牵引力控制的方法，在此应可简单且低成本地确定轮胎侧偏角。

所述任务通过根据权利要求1的特征组合来解决。

根据本发明，提出一种用于确定单轮辙机动车后轮的轮胎侧偏角λ

-借助第一状态估计器确定第一轮胎侧偏角λ

-借助第二状态估计器确定第二轮胎侧偏角λ

-确定第三轮胎侧偏角λ

此外，根据本发明的方法规定，第一轮胎侧偏角λ

基本思想是，代替直接测量轮胎侧偏角，首先基于模型或通过存储有车辆模型的状态估计器来确定轮胎侧偏角。

但如果基于模型确定的轮胎侧偏角λ

如果单个轮胎侧偏角λ

尤其是在控制技术中已知所谓的状态估计器，其也称为状态观察器，通过其可近似确定不能直接观察或测量的参数。

转向角δ优选由单轮辙机动车前轮上的转向角传感器检测。

该方法的一种有利扩展方案规定，第一状态估计器是卡尔曼滤波器或者作为替代方案是扩展卡尔曼滤波器。

此外有利的是，第二状态估计器是卡尔曼滤波器或扩展卡尔曼滤波器，通过扩展卡尔曼滤波器可观察或估计非线性系统的参数。

在一种同样有利的实施方式中，机动车在空间中的定向作为第一状态估计器的输入参数而通过机动车的横滚角Φ、横摆角Ψ和俯仰角Θ确定。

横摆角Ψ在此描述车辆围绕z轴或车辆竖直轴线的定向。横滚角Φ描述车辆围绕x轴或车辆纵向轴线的定向，并且俯仰角Θ描述围绕y轴或垂直于车辆纵向轴线的横向轴线的定向。

该方法的一种有利方案还规定，确定由机动车描述的转弯行驶的转弯半径R，并且该转弯半径R是第一状态估计器的输入参数。

此外也有利的是，转弯半径R和机动车的定向可由横滚角速度

为了确定或测量横滚角速度

IMU为此通常具有用于检测三个空间方向上的加速度的加速度传感器和用于检测围绕三个空间方向的旋转速度的旋转速率传感器。

该方法的一种同样有利的扩展方案规定，确定机动车的车辆质量m，并且确定道路和后轮轮胎之间的摩擦系数μ。此外，车辆质量m和摩擦系数μ是第一状态估计器的输入参数。

此外有利的是，机动车的运动矢量作为第二状态估计器的输入参数而由借助GPS确定的车辆位置的变化和/或由借助磁力计测量的地磁场的变化确定。作为替代方案，可利用磁力计直接测量运动矢量。

一种扩展方案规定，由运动矢量或直接由已借助GPS和/或磁力计确定的位置变化来确定航向角，该航向角表示北向与运动矢量或运动方向之间的角度。代替运动矢量或运动方向，航向角也可直接用作第二状态估计器的输入参数。

如果运动矢量、运动方向和/或航向角由借助GPS确定的车辆位置的变化和借助磁力计测量的地磁场的变化确定，则优选规定，分别确定的变化通过数据融合或信号融合来融合、尤其是借助卡尔曼滤波器来融合，以获得具有更高精度和更高可用性的测量值。

一种有利方案规定，轮胎侧偏角λ

为了进一步减少误差，一种扩展方案规定，确定通过数据融合确定的轮胎侧偏角λ

此外有利的是，在数据融合之前确定各轮胎侧偏角λ

此外，为了确定第三轮胎侧偏角λ

此外，在一种方案中规定，借助第三状态估计器由转弯半径R和车速v来确定前轮轮胎上的轮胎横向力F

本发明的另一方面涉及一种用于通过控制回路对单轮辙机动车的后轮进行牵引力控制的方法，后轮的轮胎侧偏角λ

此外，本发明的一个方面涉及一种用于对单轮辙机动车的后轮进行牵引力控制的系统。该系统包括控制器，所述控制器构造用于根据本发明的方法确定轮胎侧偏角λ

上面公开的特征可根据需要任意组合，只要这在技术上是可行的并且它们彼此不矛盾。

附图说明

本发明的其它有利扩展方案是从属权利要求的特征或在下面参照附图结合本发明优选实施例说明更详细地示出。附图如下：

图1示出用于确定轮胎侧偏角λ

图2示出用于确定轮胎侧偏角λ

具体实施方式

附图是示例性且示意性的。附图中相同的附图标记表示相同的功能和/或结构特征。

图1示意性示出在使用所有三个轮胎侧偏角λ

通过惯性测量单元10(IMU)确定横滚角速度

随后以三种不同的方式确定三个轮胎侧偏角λ

第一状态估计器30是卡尔曼滤波器，在其中存储有线性车辆模型。由车辆质量m、摩擦系数μ、通过IMU 10确定的参数和转向角δ来确定第一轮胎侧偏角λ

车辆质量m和摩擦系数μ都可基于传感器数据进行“估计”。例如车辆质量可由彼此相加的单值组成。为此，车辆的空载重量可以是已知的，可通过油箱液位确定燃料重量并且例如由通过传感器检测的弹簧特性来确定车辆上人员的重量。

下述内容适用于确定第一轮胎侧偏角λ

F

α

函数f1和f2在此分别存储在第一状态估计器30中。

随后或与第一轮胎侧偏角λ

航向角ν可由车辆位置变化而确定，车辆位置变化可通过GPS确定。作为替代方案，可通过借助磁力计测量的地磁场的变化来确定航向角ν。为了获得精确的航向角ν，所示的实施方式规定，使用由数据融合产生的航向角ν。为此借助GPS确定第一航向角ν1，并借助磁力计确定第二航向角ν2，并且将这两个航向角ν1、ν2计算成一个航向角ν。一种非常简单的可能性例如是确定航向角ν1、ν2的平均值并将其用作航向角ν。但作为替代方案，也可借助另一卡尔曼滤波器进行数据融合。

并行或随后，通过确定装置50确定第三轮胎侧偏角λ

为了确定所有三个轮胎侧偏角λ

在确定三个轮胎侧偏角λ

代替图1所示的方法，例如也可仅使用轮胎侧偏角λ

模型或状态估计器以及计算和计算所需的常数例如可存储在控制器或牵引力控制系统的控制器中，从而可借助控制器来确定轮胎侧偏角λ

图2示例性示出用于确定第三轮胎侧偏角λ

当确定51运动转向角Δ、即导致实际转弯的理论转向角时，不仅考虑实际转向角δ而且也考虑横滚角Φ和后倾角ε，它们共同导致运动转向角Δ。

此外，通过计算52来确定阿克曼角Δ

下述内容也适用于小角度下的单轮辙模型：

λ

为了确定前轮胎侧偏角λ

本发明的实施不局限于上面所给出的优选实施例。相反，可想到多种方案，其在完全不同类型的实施中使用所示解决方案。

附图标记列表

δ 转向角

Δ 运动转向角

ε 后倾角

p 轴距

Y

v 车速

R 转弯半径

Δ

m 车辆质量

ν 航向角

μ 道路和轮胎之间的摩擦系数

α

F

F

F

λ

λ

Φ 横滚角(侧倾角)

Ψ 横摆角

Θ 俯仰角

a

a

a

10 惯性测量单元(IMU)

20 换算装置

30 第一状态估计器

40 第二状态估计器

50 第三轮胎侧偏角λ

51 运动转向角Δ的确定

52 阿克曼角Δ

53 第三状态估计器

54 前轮胎侧偏角λ

60 数据融合

70 牵引力控制系统