[發(fā)明專利]一種輪胎垂向力估算系統(tǒng)及其估算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011254568.8
• 申請(qǐng)日: 2020-11-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112429008B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-06-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周海超;陳青云;梅燁;夏琦;李慧云;王國(guó)林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號(hào): B60W40/105
• 分類號(hào): B60W40/105;B60W40/107;B60W40/12;B60W40/00
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1.一種輪胎垂向力估算系統(tǒng)，其特征在于：包括加速度傳感器(1)、輪速傳感器(2)、胎壓傳感器(3)、輪胎接地角度估算模塊(4)和輪胎垂向力估算模塊(5)，所述輪胎接地角度估算模塊(4)通過(guò)加速度傳感器(1)和輪速傳感器(2)采集的信號(hào)估算輪胎接地角度值，所述輪胎垂向力估算模塊(5)通過(guò)輪胎接地角度估算模塊(4)估算的輪胎接地角度值和胎壓傳感器(3)估算得到實(shí)時(shí)的輪胎垂向力值；

估算方法包括以下步驟：

步驟一、估算輪胎接地角度，輪胎接地角度估算模塊(4)根據(jù)加速度傳感器(1)采集的加速度信號(hào)和輪速傳感器(2)采集的車輪角速度值估算輪胎接地角度；

估算輪胎接地角度的方法如下：

S1、所述輪胎接地角度估算模塊(4)采集到加速度傳感器(1)加速度信號(hào)時(shí)，計(jì)算加速度曲線兩個(gè)峰值之間的時(shí)間間隔t₁；

S2、對(duì)加速度信號(hào)進(jìn)行求導(dǎo)處理，計(jì)算加速度導(dǎo)數(shù)曲線兩個(gè)峰值之間的時(shí)間間隔t₂；

S3、結(jié)合所述步驟S1和步驟S2中計(jì)算的時(shí)間間隔，求取時(shí)間間隔的均值，根據(jù)輪速傳感器(2)采集的車輪角速度值，估算輪胎接地角度φ：

式中，Ω為車輪角速度；

步驟二、估算輪胎垂向力值，根據(jù)輪胎模型的輪胎接地角度值與垂向力的關(guān)系得到輪胎垂向力值；

估算輪胎垂向力值的方法如下：

輪胎的變形由帶束層薄圓環(huán)的變形和胎面橡膠的變形兩部分組成，

帶束層薄圓環(huán)的徑向變形w(φ)與胎面徑向變形κ(φ)的幾何關(guān)系表示為：

式中：d₀為輪胎的下沉量，φ為輪胎接地角度，是輪胎胎面和內(nèi)襯層之和的平均值，φ_f為前接地角度，φ_r為后接地角度；

由于輪胎接地區(qū)域較小，cosφ≈1，

故將式(2)簡(jiǎn)化為則自由滾動(dòng)狀態(tài)下輪胎徑向方向的接地壓力分布q_w(φ)為：

式中：k_Et是輪胎胎面徑向彈簧的剛度；

由于輪胎在接地區(qū)域的前接地角度φ_f和后接地角度φ_r處滿足q_w(φ_f)＝q_w(φ_r)＝0，因此輪胎胎面的徑向變形滿足κ(φ_f)＝κ(φ_r)＝0，可以得到輪胎下沉量的表達(dá)式：

由于輪胎的接地區(qū)域是前接地角度φ_f和后接地角度φ_r所包括的區(qū)域，也是輪胎接地角度φ所包括的區(qū)域，且在接地區(qū)域內(nèi)對(duì)應(yīng)某一具體輪胎接地角度φ₀對(duì)應(yīng)的角度上的輪胎徑向方向的接地壓力分布為q_w(φ₀)(φ_f≤φ₀≤φ_r)，則由q_w(φ₀)作用下的徑向變形可以表達(dá)為：

式中，A_n1和γ_n為受旋轉(zhuǎn)車輪的質(zhì)量、離心力和阻尼共同影響所需要的不同計(jì)算參數(shù)，它們均取決于輪胎的實(shí)際情況，不同的輪胎其對(duì)應(yīng)的A_n1和γ_n也均不同，但是可以通過(guò)輪胎試驗(yàn)辨識(shí)得到，且

其中，n為模態(tài)階數(shù)，取值為0-N；

由于輪胎接地印跡的前角和后角處的壓力為0，所以該柔性環(huán)模型滿足以下邊界條件：

式中，φ_r為輪胎后接地角度，φ_f為輪胎前接地角度，F(xiàn)_Z為給定垂向載荷；

式(3)表達(dá)了輪胎徑向方向的接地壓力分布q_w(φ)與薄圓環(huán)徑向變形w(φ)的幾何關(guān)系，式(5)表達(dá)了徑向變形w(φ)與輪胎徑向方向的接地壓力分布q_w(φ)的動(dòng)力學(xué)關(guān)系，因此，結(jié)合式(3)、(5)和(6)，便可以得到以下線性代數(shù)方程(8)：

其中，α＝{α₁,…α_i,…α_n}^T；β＝{β₁,…β_i,…β_n}^T；A,B,C,D是N×N的矩陣，E,F是N×1階向量，矩陣A,B,C,D和向量E,F是由輪胎前、后接地角度φ_f,φ_r和系數(shù)A_n1組成的計(jì)算式；

基于輪胎模型的參數(shù)已知條件下，首先，給出初始輪胎接地角度的前接地角度和后接地角度，代入到線性代數(shù)方程式(8)中，求解矩陣α和β；其次，把α和β代入到式(5)中，求解輪胎薄圓環(huán)的徑向變形；再次，根據(jù)方程(2)求解的薄圓環(huán)徑向變形得到胎面徑向變形；然后，再依據(jù)方程(3)得到輪胎徑向方向的接地壓力分布；然后，依據(jù)方程(9)對(duì)輪胎接地角度內(nèi)的徑向方向的接地壓力分布進(jìn)行積分求得輪胎的垂向載荷F_zs；再后，依據(jù)方程(7)來(lái)判斷求得的垂向載荷F_zs與給定垂向載荷F_z是否滿足誤差最小化，若滿足方程(7)判斷條件，則輸出該接地角度，若不滿足判定條件，則對(duì)初始輪胎接地角度的前接地角度和后接地角度再加上一個(gè)小的增量，再次進(jìn)行計(jì)算，如此迭代下去，直至滿足方程(7)的判斷條件，便可以求得該給定垂向載荷下的前接地角度φ_f和后接地角度φ_r；

由輪胎柔性環(huán)模型通過(guò)積分求得的輪胎垂向力F_zs與輪胎徑向方向的接地壓力分布q_w(φ)的關(guān)系：

得到輪胎的垂向載荷F_zs；

步驟三、根據(jù)步驟二得到的輪胎垂向力值發(fā)送到整車控制系統(tǒng)中，對(duì)車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪胎垂向力估算系統(tǒng)，其特征在于：所述加速度傳感器(1)為MEMS加速度計(jì)，所述MEMS加速度計(jì)沿輪胎縱向方向設(shè)置，設(shè)置在輪胎內(nèi)襯層與其中心線交匯處。