[發明專利]一種輪胎垂向力估算系統及其估算方法

有效

• 申請號: 202011254568.8
• 申請日: 2020-11-11
• 公開（公告）號: CN112429008B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 周海超;陳青云;梅燁;夏琦;李慧云;王國林
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B60W40/105
• 分類號: B60W40/105;B60W40/107;B60W40/12;B60W40/00
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本發明公開了一種輪胎垂向力估算系統及其估算方法，包括加速度傳感器、輪速傳感器、胎壓傳感器、輪胎接地角度估算模塊和輪胎垂向力估算模塊，所述輪胎接地角度估算模塊通過加速度傳感器和輪速傳感器采集的信號估算輪胎接地角度值，所述輪胎垂向力估算模塊通過輪胎接地角度估算模塊估算的輪胎接地角度值和胎壓傳感器估算得到實時的輪胎垂向力值。有益效果：本發明估算輪胎接地角度精確度高，運算速度快；通過建立輪胎模型估算垂向力，拓寬了垂向力估算的適用范圍，并且估算結果能夠較為準確的反映輪胎垂向力隨接地角度的變化，實時性高，運算速度快，辨識參數少，并且能應用于車輛動力學控制，提高汽車的操縱穩定性。

技術領域

本發明涉及一種汽車輪胎垂直方向載荷的估算系統及其估算方法，特別一種輪胎垂向力估算系統及其估算方法，屬于車輛輪胎研究技術領域。

背景技術

輪胎是汽車與道路接觸的唯一部件，傳遞著車輛運動所需的力和力矩，輪胎與路面相互作用產生的力和力矩對車輛的正常行駛起到重要作用，輪胎的垂向力能夠在一定程度上反應汽車的行駛平順性、穩定性和制動性。先前的研究中，輪胎力的估計大都是基于車輛動力學模型，自從傳感技術的發展，在輪胎上安裝傳感器進行輪胎力的估計受到了越來越多的關注。

神經網絡模型、模糊邏輯控制系統這類方法需要對每一個輪胎進行建模，僅僅只能預測某一特定輪胎垂向力，由于輪胎結構不同，預測精度也有差異，不具有普適性，這兩種方法是間接估計輪胎垂向力，不能隨車安裝；通過多項式擬合估計垂向力，由于輪胎具有很強的非線性，導致輪胎特性很難被擬合出來，造成一定的誤差。

發明內容

發明目的：針對現有技術中存在不足，本發明提供了一種輪胎垂向力估算系統及其估算方法。通過建立輪胎模型對輪胎垂向力進行估算，實時性好，運算速度快，并且能有效提高輪胎垂向力的估算精度。

技術方案：一種輪胎垂向力估算系統，包括加速度傳感器、輪速傳感器、胎壓傳感器、輪胎接地角度估算模塊和輪胎垂向力估算模塊，所述輪胎接地角度估算模塊通過加速度傳感器和輪速傳感器采集的信號估算輪胎接地角度值，所述輪胎垂向力估算模塊通過輪胎接地角度估算模塊估算的輪胎接地角度值和胎壓傳感器估算得到實時的輪胎垂向力值。

進一步、所述加速度傳感器為MEMS加速度計，所述MEMS加速度計沿輪胎縱向方向設置，設置在輪胎內襯層與其中心線交匯處。

一種輪胎垂向力估算系統的估算方法，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根據加速度傳感器采集的加速度信號和輪速傳感器采集的車輪角速度值估算輪胎接地角度；

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

步驟三、根據步驟二得到的輪胎垂向力值發送到整車控制系統中，對車輛進行實時監測。

進一步、所述步驟一中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采集到加速度傳感器加速度信號時，計算加速度曲線兩個峰值之間的時間間隔t₁；

S2、對加速度信號進行求導處理，計算加速度導數曲線兩個峰值之間的時間間隔t₂；

S3、結合所述步驟S1和步驟S2中計算的時間間隔，求取時間間隔的均值，根據輪速傳感器(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。

進一步、所述步驟二中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的變形和胎面橡膠的變形兩部分組成，

帶束層薄圓環的徑向變形w(φ)與胎面徑向變形κ(φ)的幾何關系表示為：