CN101337491B - 一种用于估算滚动中轮胎的可用抓地力余量的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于估算地面上滚动的车辆轮胎的可用抓地力余量的方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤：估算一个参量R _{slip ca}，也就是地面上轮胎的滑动接触区域与总接触区域的比率；通过所述参量和预先建立的与轮胎类型相关的数据，在信号处理单元中确定轮胎的抓地力潜能已用量P _μ，used和/或可用抓地力余量P _μ，avail，此处，P _μ，avail＝1-P _μ，used；以及在存储器中记录该轮胎的所述抓地力潜能已用量和/或所述可用抓地力余量。

Description

一种用于估算滚动中轮胎的可用抓地力余量的方法

技术领域

本发明涉及一种方法，用于估算轮胎在地面上滚动时的可用抓地力余量。

背景技术

可用抓地力余量是一种特性，适于用来告知驾驶者其轮胎潜能的已用量水平，并且警告其抓地力极限的临近。

文献WO 03/066399公开了一种确定最大抓地力系数及潜能已用量百分比的方法，包括以下步骤：在空间上选择多个固定点(也就是说，固定在与车辆相关联的坐标系上的那些点)，这些点在轮胎至少一个侧壁上沿圆周分布在不同的方位角上；当轮胎在路面上滚动时，在这些固定点上获取对应数量的圆周距离变化(伸长或收缩)的测量值；处理测量信号，以得到最大抓地力系数及潜能已用量百分比。

该方法通过滚动轮胎上测得的距离变化来判断这些特性。但是，该方法要求接触区域有一个滑动区域。

发明内容

因此，本发明的一个主题是对于地面上滚动的轮胎，提供一种新的估算可用抓地力余量的方法。

该方法的特征在于其包含以下步骤：

-估算一个参量R_slip ca，也就是地面上轮胎的滑动接触区域与总接触区域的比率；

-通过所述比率和预先建立的与轮胎类型相关的数据，在信号处理单元中确定轮胎的抓地力潜能已用量P_μ，used和/或可用抓地力余量P_μ，avail，此处，P_μ，avail＝1-P_μ，used；以及

-在存储器中记录该轮胎的抓地力潜能已用量和/或可用抓地力余量。

根据第一种实施模式，该预先建立的数据的形式是一个实验图表，该实验图表表示抓地力潜能已用量P_μ，used作为比率R_slip ca在各种已确定滚动状况下的测量值的函数的变化。

根据第二种实施模式，该预先建立的数据的形式是一个分析公式F的系数A、B和C，从而：

如果(R_slip ca+A)^B+C＜1，则P_μ，used＝(R_slip ca+A)^B+C，并且

在其它情况下，P_μ，used＝1

此处，A、B和C是同轮胎类型相关的常数。

本发明的方法建立在所观测到的全局值P_μ，used和比率R_slip ca之间的密切关系的基础上。只要该估算比率R_slip ca处于或者超过10％，其抓地力潜能已用量和可用抓地力余量的估算就是相当理想的。

在第一实施方式中，参量R_slip ca可以从车轮和地面之间速度差别的测量值，以及轮胎的运行模型中估算得到，该轮胎的运行模型与该参量R_slip ca的速度差别相关联。

因此可以在一种轮胎模型的基础上，通过可能的预先实验校准，从车轮转动速度的知识(例如得自ABS编码器的数据)和车辆的前进速度来估算滑动接触区域的比率(也即，一个长度比率或一个面积比率)。所以，对于整个轮胎的整体的明显滑动，该模型能够通过输入变量的计算推导出滑动接触区域的比例。

在第二实施方式中，轮胎包含一个装备有一个或多个传感器的胎面花纹块，当轮胎在地面上滚动时，每一个传感器用于测量由该胎面花纹块局部承受应力的特征量。这种估算参量R_slip ca的方法包括以下步骤：

-当轮胎在地面上滚动时，测量所述特征量；

-对应所进行的测量，生成一个信号；

-从该信号中提取与该单个或多个传感器相关的部分，并且确定该接触区域的总长度L_ca，该单个或多个传感器经过地面上轮胎的接触区域；

-从该信号所提取的部分确定表征该胎面花纹块的局部滑动开始的信息；

-确定该胎面花纹块的局部滑动长度L_slip ca；

-计算比率R_slip ca，使得R_slip ca＝L_slip ca/L_ca。

在地面平面内所测得的特征量，可能是一个沿该轮胎滚动方向的纵向应力s_x和/或一个横切于该轮胎滚动方向的横向应力s_y，以此表征该胎面花纹块的局部抓地力μ_local或μ_local，x或μ_local，y。

所测特征量也可以是表征该胎面花纹块的局部抓地力μ_local或μ_local，x或μ_local，y的应力的比率，并且对应于关于滚动方向的纵向应力s_x和/或横向应力s_y的测量值相对于垂直于滚动方向X轴的应力s_z的比率。

本发明的主题也可以是一个设备，用于估算地面上行驶车辆的轮胎的可用抓地力余量，该设备包括：

-一个轮胎，其中至少一个胎面花纹块或者一个该胎面花纹块的测量区域装有一个或多个传感器，当轮胎在地面上滚动时，每一个传感器用于测量由该胎面花纹块或该轮胎胎面的测量区域局部承受的应力；

-用于传输对应于这些应力的测量值的信号的工具；以及

-一个信号处理单元，能够从传输信号中提取一个信号部分，该信号部分对应于从在地面上滚动的轮胎的接触区域中通过的单个或多个传感器的个数或时间，

其特征在于，在该处理单元中包含一个程序，该程序在所提取信号的基础上实施本发明所述的方法。

附图说明

通过阅读下面的描述并检视附图，将更清楚地理解本发明。这些描述和附图只是说明性质的，而不是对本发明的限制。

附图包括：

-图1：路面上轮胎的示意图；

-图2：位于轮胎胎面中的传感器的示意图；

-图3：本发明所述设备的示意图；

-图4和图5：局部抓地力曲线图，该局部抓地力从测量块接收的测量值中推导得到，该测量块存在于自由滚动的轮胎的接触区域并且用于各种制动转矩，图中，局部抓地力显示在Y轴上，作为显示在X轴上的接触区域中测量值的纵向位置的函数；

-图6：抓地力潜能已用量曲线图，图中，抓地力潜能已用量显示为在Y轴上的百分比，其作为显示在X轴上的表征接触区域滑动的比率R_slip ca的函数；

-图7：根据本发明所述方法的步骤的原理框图。

具体实施方式

图1显示了带有胎面2的轮胎1。胎面2包含两个侧翼3和一个中间部分4。移动的胎面2与地面5取得接触。地面5包括路面，并且被表示为由X轴和Y轴两个轴所限定的一个平面。X轴为沿轮胎滚动方向的纵轴，Y轴为横切于轮胎滚动方向的横轴。最后，在路面的垂直方向上限定Z轴。

图2显示了轮胎1的局部轴向截面(也就是穿过轮胎旋转轴线的截面)。图中包含一个胎面花纹块6的示意图，胎面花纹块6也称为零件6，它包含一个传感器7。在以下描述中，花纹块6应理解为不但是明确定义的单个零件，而且是一个局部区域，在该区域附近，通过传感器7记录明显的应力测量值。因此，例如对于一个不含明显花纹的光滑轮胎而言，也可以很好地在所定义的区域中实现这些测量。

在花纹块6中，沿如上所述的X、Y和Z轴，通过传感器7测量纵向剪切应力s_x，横向剪切应力s_y和压应力s_z。对近似位于一个花纹块或者测量区中心的传感器7，执行所有这些测量。这些测量值对应于该花纹块中的局部应力。

对于沿接触区域同路面接触的所有花纹块，对X轴、Y轴和Z轴上的这些局部应力分别求和，就得到施加在该轮胎胎面中心的全局的纵向、横向和法向应力和/或力。

本说明书不是为了描述传感器7的测量手段和方法，这样的描述可以具体参见文献EP 1275949A1。已有这样的传感器根据各种技术工作，可以是压电传感器或者压阻计量器或电容器。因此，可以将例如一个霍尔效应传感器同其磁性元件相结合，并将整个组件嵌入到该轮胎的橡胶中。关于采用这些传感器的技术的更多细节，读者也可以参见文献US-B-6,666,079，该文献描述了使用在轮胎胎面中的各种应力传感器。

借助于已知的这些局部应力，可以从中推导出局部抓地力μ_local。根据所检测和测量的应力的类型和数量，该抓地力可以通过一种相对简单的方法计算得到。

因而，沿X轴轮胎的局部抓地力为： ${\mathrm{\μ}}_{\mathrm{local},x}=\sqrt{\frac{s_x^2}{s_z^2}};$ 沿Y轴的局部抓地力为： ${\mathrm{\μ}}_{\mathrm{local},y}=\sqrt{\frac{s_y^2}{s_z^2}};$ 更全面地，沿X轴和Y轴两轴的抓地力为： ${\mathrm{\μ}}_{\mathrm{local}}=\sqrt{\frac{{s_x^2+s}_y^2}{s_z^2}}.$

法向应力s_z称为压应力，大约在装有传感器7的零件6一进入地面上方的接触区域，该应力就明显地产生，并且一直持续到零件6离开接触区域。在零件6经过接触区域的整个时间内，该法向应力都几乎不变，这是因为该应力非常接近地对应于路面上轮胎的接触压力特征。

因此，通过一个简化了的方法，沿X轴的μ_local的测量值也可以简单地等于s_x的绝对值(μ_local，x＝|s_x|)，同样，沿Y轴的μ_local的测量值也可以简单地等于s_y的绝对值(μ_local，y＝|s_y|)，更概括地， ${\mathrm{\μ}}_{\mathrm{local}}=\sqrt{s_x^2+s_y^2}.$

通过传感器7检测到的局部应力，可以测量纵向应力和沿横轴Y的力，其中，纵向应力对应于诸如轮胎制动和加速等牵引力传输的力，沿横轴Y的力用于车辆的导向和轮胎的漂移。

在说明书全文中，应当在广义上理解“应力”这一术语，其对应于实际的应力、力、位移或变形等要素。该力和变形通过本领域技术人员所知的关系而相互联系。

在同样的精神下，根据上述任何一个方程建立局部抓地力μ_local，都是无关紧要的。

图3显示了本发明的测量设备，该设备包括应力测量传感器7和传输工具8，传输工具8将传感器7产生的信号传输到信号处理单元9。处理模块9最好置于车辆中。作为一种变化方式，该模块9也可以置于轮胎自身之中。根据这种变化方式，需要使用其它的传输工具将处理信号传输给车辆上的设备或者车辆的驾驶者。

此外，本领域技术人员了解的各种可能的传输工具形式，都可用于在轮胎和车辆之间传输信号。对于这一目的，读者可以参见文献EP-A-1350640，该文献特别阐述了一种传输工具，在该传输工具中，将一根天线植入轮胎中。该天线置于实际胎面2中，并通过电缆与传感器7连接。

该天线可以是四分之一波式或者功率信号的频率调制式或幅度调制式电场天线。值得指出的是，固定到车辆上的主天线对着置于轮胎上的副天线，这样就可能通过电磁效应，将能量从主天线传输到副天线，以便传递能量到测量传感器7，其中主天线可以连接到例如车辆的蓄电池上。将一个微电池同传感器7一同嵌入到胎面2的预模压镶嵌件中，也可以实现这样的功能。

在图3中，天线20接收到与应力测量值对应的信号后，该信号经由传输工具8传输到处理单元9。

而且，在传输构成待分析信号的测量值之前，传感器7的操作最好由用于对测量值进行编码的ASIC(特定用途集成电路)型的电子测量回路来控制。天线20通过内部连接总线22连接到处理单元9的微处理器21，其中，总线22用于数据、地址和指令的传输。

连接到总线22的处理单元9包含程序存储器23。程序存储在程序存储器23中，这样就可以根据不同的程序段来处理提取到的信号，直到计算出可用总抓地力余量P_μ，avail。处理单元9还包含数据存储器28，其作用是将用于该设备的特定轮胎数据接收并存储到存储器中。

图4是花纹块中的局部抓地力μ_local的图表，图中，该抓地力μ_local作为纵坐标，由横向和纵向应力两者确定。该抓地力μ_local属于无量纲量，因此，将其表达为简单的系数形式，而且，在图4中，该抓地力μ_local没有明确给出，因为只有其变化才是我们所关心的。在横坐标上，根据轮胎在转动一周的过程中的测量值个数，对该曲线进行研究，此时，得到沿轮胎整个圆周线性展开的1024个测量值，对应于轮胎的一周转动。在所有测量中，在测量指数480和测量指数大约600之间检测到了明显的传感器测量值。因此，在1024个沿圆周线性展开的传感器测量值中，约有100个传感器测量值在给定时间内经历了明显的应力。

该曲线还通过使用在规则的时间间隔内在给定频率上经历明显应力的一个且是同一个传感器而获得。因此，知道了在测量过程中的车辆的速度，沿展开的接触区域的长度上μ_local的变化可用同样的方法从中推导得到。

在载荷4000N，充气压力2bar的Michelin 19565R15XH1 Energy型轮胎上进行实验测量。分别显示为实线、交叉线、圈线和框线的4条曲线8、9、10和11，分别在制动转矩为0、50daN.m(1daN.m为10N.m)、80daN.m和100daN.m下得到。

没有制动转矩时的曲线8，对应于自由滚动，此时，在测量点500和大约测量点590之间可以进行适当的信号检测。在测量点500之前获得的信号形状是没有意义的，因为测量点500或者对应于传感器进入接触区域的时刻，或者对应于分母为0或近乎为0的情况，该分母对应于沿Z轴的法向应力。同样的道理，在测量点590之后获得的不稳定信号或者信号测量值，对应于传感器离开接触区域一直到大约测量点600的这段时间，之后的信号对应于无明显应力的情况。在测量点590和接近600之间，所得信号被各种物理效应干扰，特别是再次经过0法向应力的过程，所得信号也会被花纹块受地面影响引起的弹性膨胀效应所干扰。因此，对应于明显应力测量值的典型接触区域将位于大约测量点500和测量点590之间，换句话说，明显信号的起点S_i和终点S_f两个端点部分都被去除了，它们表现为总信号的5％到10％。因此，也可以大体认为接触区域是大约70到75个测量点的采样。对于位于S_i和S_f部分之间表示为S部分的剩余信号，需要进行特别分析。

曲线8的第一部分位于对应测量指数535的点M₀之前。在这部分中，位于接触区域的花纹块被向前拖引，轮胎虽然处于自由滚动状态，但在地面上的局部实验得到了非零抓地力，在传感器经过接近于轮胎轮毂垂直位置的点时，该点被置为点M₀，在该点处实验得到的抓地力近乎为0。曲线的第二部分位于测量点535到测量点590之间，在该部分，轮胎局部地在每个测量点上生成一个负应力，该负应力对应于向后拖引的因素，在方向上与轮胎滚动方向相反。然而，点M₀并不是处于所定义接触区域的中心，而是在该中心略向上游的位置。这是因为根据测量位置不同，在接触区域宽度上会有不同的力的分布。

在曲线9上，采用50daN.m的制动转矩时，所获得信号的第一部分位于点M₅₀之前，在该点处，已用局部抓地力最小，并且花纹块/传感器在剪切方向上不发生实际变形，这同曲线8的第一部分是完全相同的。然而，曲线9的第一部分向下的斜率更大。在接触区域之前该轮胎保持了正向牵引力，但该力更小，并且是向前拖引的。由于制动转矩引起的减缓动作，在轮胎滚动轴线方向上的应力也更为缓慢。传感器进入花纹块较低剪切力的位置更早，并且位于测量指数525附近。

曲线9的第二部分也显示了在滚动方向的相反方向上的负应力的绝对值，该负应力拖引局部花纹块向后，也就是在滚动方向的相反方向上，并且较自由滚动的情况下更为强烈。曲线位于点M₅₀之后的第二部分斜率更大，并且一直增长到传感器离开接触区域的位置。曲线的第二部分对应于在接触区域花纹块中的局部制动剪切力，该局部剪切力表现为花纹块逐渐变形的形式，并且将制动转矩传输到同路面接触的轮胎。曲线9第二部分的斜率显示了该剪切力的变化一致且逐步升高，直到传感器离开接触区域，其中没有检测到饱和或者滑移效应。

在某一强度之上，制动效应可能包含轻微的，并且至少是局部的轮胎相对于路面的滑动。而且，该局部制动滑动随着制动力增加而到达轮胎的侧翼。当轮胎或者其中一个或多个花纹块，至少是局部发生不产生更多额外力的滑动时，侧翼上会发生这种情况。饱和位置对应于局部制动力的这一极限。

曲线10和11分别对应于80和100daN.m的制动转矩，两条曲线的第一部分根据上述的趋势移动，并且点M₈₀和点M₁₀₀位于沿接触区域越来越靠前的位置。两条曲线的第二部分位于点M₈₀和点M₁₀₀之后，且呈斜率为正的递增状态。然而，通过沿接触区域得到的测量值可以发现，约在测量指数560位置，曲线10进入抓地力μ_local的停滞带。

从该测量指数直到花纹块离开接触区域所对应的测量点，测量值几乎或者确实是恒定不变的，曲线在该处呈现为坪曲线，因为花纹块的变形达到最大值，并且不能再随着施加在其上的制动转矩的增加而变化。因此，局部抓地力停滞的该恒定部分12显示了花纹块的局部滑动。

这同样适用于部分曲线13，这部分曲线开始于曲线11上大约测量指数530位置，同样直到花纹块离开接触区域所对应的测量点。部分曲线13也对应于花纹块的局部滑动。

因此，分别对于曲线10和11的这两部分曲线12和13，一进入坪曲线的初始位置和局部抓地力的停滞带，花纹块就不能再通过其简单的刚性来吸收制动转矩的减速效应。简单地说，花纹块不再仅仅通过变形同路面接触，而是由于其最大变形，沿该接触区域产生了额外的滑动。

对于所实现的实验测量，根据上述参数，该变形应力在整个局部滑动期间保持在最大值和近乎不变的状态。然而，可以理解的是，在人行道上，特别是在凹凸不平的路面上，在滑动期间由于路面的影响，花纹块承受振动，在局部滑动期间，花纹块突然放松，通过特殊的路面地貌得到释放，因此会承受比初始滑动时更小的负向应力。在恢复接触后，花纹块又承受更高的应力，所有这些引起了饱和抓紧力μ_local值上的摆动。

在比较两个连续测量值的经验的基础上，本领域技术人员知道怎样检测一个信号的坪曲线，但这并不构成检测接触区域花纹局部滑动的初始位置的唯一途径。

本发明确定了用于可靠地检测局部滑动的初始点的其它指标。因而，要对局部抓地力变化相对较小的曲线部分进行检测。

事实上，可以认为，在局部滑动之前，花纹块接近于最大变形，而该变形可以看作是所施加应力的函数。然后，接近该点时，局部抓地力曲线的变化相当微小。因此，同一曲线上数值变化较小的几个连续测量点，需要通过检测对其进行特别测量。然后计算关于变量x一次导数

，该导数对应于沿接触区域记录的测量值。因此，为了检测局部滑动，对于大量连续点进行这样的计算，以得到一个比常数S1更小的数值 $(\frac{{\mathrm{d\&mu;}}_{\mathrm{local}}}{\mathrm{dx}}<S1)$ ，这是可以做到的。这些点的数量大体对应于接触区域上测量点数量的10％。在给定实例中，从接触区域的信号中提取出超过75个测量点，并对于7个连续测量点计算一次导数。常数S1对应的常数不但取决于轮胎，而且取决于所研究的测量花纹块，例如，取决于花纹块是位于中间轮胎面上或者是轮胎的侧翼上。

在图4的例子中，该常数表现为一个0.02的系数，也就是说，在超过7个采样点或者7个测量点上，μ_local的变化为0.14。因此，根据这一指标，参考图4中的曲线9，用这种方法对无滑动阶段进行检测，因为在这一阶段，局部抓地力的变化比上面给定的数值明显更大。相反，特别是对于曲线10和11，各自的坪曲线12和13都可以通过该第一指标分别从大约测量指数560和530附近检测到，这是因为其局部抓地力的变化极小，该局部抓地力标志着花纹块局部滑动的初始位置。

也可以建立用于检测局部滑动的第二指标，该指标不再由确定给定数量的测量点内的局部抓地力数值的微小变化构成，而是由确定该抓地力变化的斜率中的一个突变构成。

因此，该位置是处于两部分曲线间的部分，其中，在第一部分曲线中，μ_local随着比上文给定常数S1更大的斜率变化，在第二部分曲线中，该变化是相当微小的，主要为坪曲线。在两部分曲线连接的位置，其斜率发生相对的突变。因此，有利的是，在低斜率曲线开始或者甚至坪曲线开始之前，以及局部滑动开始之前，检测这部分曲线。

关于变量x的二次导数的绝对值可以用来计算一个值，如果该值大于常数 $S2(\frac{d^2{\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{local}}}{{\mathrm{dx}}^2}>S2)$ ，就可以确定为局部滑动的开始点，其中，变量x对应于沿接触区域记录的测量值。常数S2也取决于轮胎和所测花纹块，而且还取决于用于测量的传感器类型。对于实验中实现的测量，参数S2约为0.007。

图5所示曲线与图4所示曲线十分相似，略微不同的地方是，曲线14、15、16和17是在制动转矩分别为50daN.m、75daN.m、100daN.m和115daN.m下实验得到的。

曲线15、16和17显示了一个增大了的坪曲线的形貌。同时也显示了斜率在经过坪曲线之前的峰值点时的突变。因此，这就验证了用于局部滑动初始位置检测的两个第一指标。

实验显示，在坪曲线本身的上游，局部抓地力以峰值的形式经过最大值，特别是在点15a、16a和17a上。在这些峰值顶端，在对应于局部滑动的坪曲线之前，μ_local已经达到其最大值，该最大值对应于花纹块滑动的初始位置。然而，该最大值μ_local，max在花纹块的局部滑动之前并不是自动存在的，例如在曲线10和11的例子中，局部滑动存在并可对其检测，但从其中不能看到最大值μ_local，max。该局部最大值很容易被本领域技术人员检测和识别，因此可以作为额外的但非关键的指标，作为上述两个指标之一或两者的补充，以提高检测的可靠性。

根据上述指标研究的信号曲线可以预先服从于本领域技术人员所知的多项式光滑程序，以便去除由于轮胎接触地面引起的振动或者机械干涉产生的寄生振荡。从这些测试点的实验中发现，对于处于接触区域的花纹块6，其滑动从其局部滑动开始一直持续到该花纹块离开接触区域。

图6显示了一组实验获得的曲线，一方面用于关联一个局部量，也就是滑动接触区域百分比R_slip ca，另一方面，用于关联一个全局量，也就是抓地力潜能已用量P_μ，used。由设备3中单个或多个传感器7得到的力的测量值可以确定滑动接触区域百分比，由车轮中心的力的测量值可以确定抓地力潜能已用量。这些曲线是在不同的实验条件下得到的。

计算测量瞬间的抓地力μ对于第一次实验测量中形成的已知最大抓地力μ_max的比率，将该比率作为抓地力潜能已用量P_μ，used。因而，实验测量得到并用于计算的抓地力μ的类型在上文中是以其全局形式一-P_μ，used定义的，该形式可以清楚地表示一个轮胎的全局量。

通过单个或多个传感器7传送局部数据的过程如下：首先，确定整个接触区域的长度L_ca。该长度对应于接触区域上的传感器数量的线性展开，或者对应于一个传感器的一段时间，在该段时间内，测量得到一个对应于沿法向Z轴方向应力的信号，并且在对应于一个明显应力的阈值的上方。

接着，将局部抓地力μ_local作为在接触区域中的零件或者花纹块6在纵轴X上位置的函数，生成一支用来描述μ_local的变化的曲线，并且识别出作为X的函数的测量花纹块6局部滑动的初始点和μ_local曲线的饱和点，从零件6在接触区域的该滑动长度中，就可以推导出L_slip ca。实际中，通过测量一个坪曲线的长度来确定参量L_slip ca，该坪曲线由接触区域上恒定的、不变的、连续的局部抓地力的测量值构成。

然后，在L_ca和L_slip ca这两个量的基础上，计算比率R_slip ca，该比率定义为滑动接触区域长度L_slip ca对于总接触区域长度L_ca的比率。该比率R_slip ca显示了滑动接触区域百分比，并描述了一个局部量。

因此，图6中的曲线34、35、36和37显示了在不同滚动状态下，抓地力潜能已用量P_μ，used作为比率R_slip ca的函数的变化。该比率的数值处于0和1之间，因此以0％和100％之间百分比的形式表达。

根据本发明，在所得曲线上可以发现，全局参数P_μ，used和比率R_slip ca密切相关。曲线34、35、36和37分别以圆圈、方框、交叉号和菱形显示，并且分别对应于干燥地面上的制动、湿润地面上的制动、干燥地面上的漂移和湿润地面上的漂移。

这些曲线显示，在接触区域滑动发生之前，预期的抓地力潜能已用量P_μ，used位于最小值30％和最大值45％之间。只有当比率R_slip ca为10％，也就是发生10％的接触区域滑动时，滑动的发生才能够被感知。

因此，在最轻微的局部滑动效应之前，能够发掘到轮胎30％到45％的可用抓地力。这是由于伴随制动动作的每一个零件的变形所引起的。

当抓地力潜能已用量P_μ，used处于最大值时，已用抓地力对应于C点处的最大抓地力，此时，滑动接触区域百分比在X轴上为80％。实际中，过了该点，轮胎会很快发生脱离，并且轮胎抓地力减小，此时，如果承受加速力或制动力，车轮就会发生滑转或者抱死的危险。概言之，过了该点，抓地力的丧失可能导致车辆失控。

实际中，根据车辆和车轮之间速度差别的比率，设计辅助设备对其进行调节，对于标准轮胎，该比率处于10％的量级上。目前，根据车辆所配备轮胎的类型，该调节可以将可用抓地力潜能50％发掘为75％，从而轮胎不总是运行在其性能最大值或接近最大值的状态。

根据本发明，在P_μ，used和R_slip ca之间建立的关系，使得有可能从轮胎的测量值R_slip ca，推导出已用抓地力余量的数值，或者补足到100％，也就是可用抓地力余量的数值。另外，实际中收集到的信息直接来自在几毫秒内同路面接触的轮胎的物理量。该信号不会因为所用ABS、ASR或者ESP型设备的速度差异而有所不同，这些设备工作在十分之一秒内，超过大约10个旋转周期。

从所得实验曲线可推导得到一个经验方程：

如果(R_slip ca+A)^B+C＜1，则P_μ(used)＝(R_slip ca+A)^B+C，并且

在其它情况下，P_μ(used)＝1

此处，A、B和C是与轮胎类型相关的常数。图6所示的曲线，是对于Michelin Energy 195/65R1XH1型轮胎实验得到的，这些常数分别为0.0435、0.522和0.0796，并且随着轮胎的磨损仅会有相当微小的改变。

图7概略地显示了数据处理过程的步骤，根据本发明，该程序被并入设备的程序存储器13中。

第一处理步骤130对应于从位于轮胎接触区域的传感器7中提取信号。从传感器7收到的这部分信号对应于基本上非零的应力信号，例如典型地处于上述阈值之上的信号。

因此，该信号能够根据两个指标进行提取。

第一指标在于对传感器数目的计数，这些传感器显示了在阈值之上的明显应力信号，这就可以推导出，这些传感器呈现在地面上的接触区域中。

第二指标在于测量时间，在该时间内，传感器发送一个明显的应力测量信号，因此该时间对应于经过接触区域的传感器的时间。

为了给出一个纵向应力情况的例子，确定了所有对应于一个应力测量值的信号，该应力测量值的绝对值在千分之一伏特之上。

借助于两个指标中的一个或者另一个，因为沿胎面的周向线性展开的传感器数目已知，轮胎的速度也已知，那么，在步骤131中，分别利用第一和第二指标，可以计算出接触区域的整个长度L_ca。例如，该长度可以由测量个数来进行量化。

几乎同时地，在步骤132中，正如上文所述为了得到在图6中的曲线那样，通过确定局部滑动的初始点，实时地确定滑动接触区域的长度。这一过程的关键在于考虑接触区域局部滑动的初始点，以及给定传感器从中离开的点。在这两个点之间，就可得到滑动接触区域长度L_slip ca。之后，计算机程序133确定出滑动接触区域比率R_slip ca，该值由步骤132中所得值除以步骤131中所得值而得到。

处理设备9还包括一个数据存储器28。将抓地力潜能已用量P_μ，used作为各种滑动接触区域比率R_slip ca的函数，数据存储器28可以包含这些相关的数据表，并且对应于不同的动力滚动条件。这些数据表是通过使用上述方法，一个轮胎类型接着一个轮胎类型地进行实验而获得的。接下来，在步骤134中，通过插值方法，可以确定对应于值R_slip ca的值P_μ，used。

更简单地，数据存储器28可以仅包含轮胎的常数A、B和C，这些常数在实验结果的基础上被预先确定，这在上文中已作了解释(参见图6)。然后，在步骤135中，在比率R_slip ca的值的基础上，很容易就可以对抓地力潜能已用量P_μ，used进行计算。

一旦确定了车辆所配备轮胎的类型，就可以通过总线22选择同所研究轮胎相关的常数A、B和C。这里，有可能使用P_μ，avail或者P_μ，used。

一旦计算出可用抓地力余量P_μ，avail，就可以将其通过连接总线22显示在位于实际车辆内的显示设备139上。例如，显示设备139可以通过刻度盘的形式快速显示容易判读的数据。这就基本实现了驾驶者所要考虑信息的要求，接下来，驾驶者可以调节其速度，使其适合于其驱动类型。可用抓地力余量P_μ，avail也可以附加地或者仅仅地连接到各种主动安全性设备140，例如车轮防抱死(ABS)、轨道修正(ESP)和防滑(ASR)设备。

这些设备140根据速度的不同来考虑轮胎在路面上的表现。因此，对于这些设备，有利的是结合一个考虑了可用抓地力余量P_μ，avail的物理指标。因此，这些指标包含了实际的数据和P_μ，avail的直接评估，以更好地对接近于轮胎最大可用抓地力位置的点的干涉进行校准。

本发明不限于所描述和显示的实例 ，可以对其采用各种修正而不脱离所附权利要求中所限定的保护范围。

Claims (16)

1.一种用于估算地面上滚动的车辆轮胎的可用抓地力余量的方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤：

-估算一个参量R_slip ca，也就是地面上轮胎的滑动接触区域与总接触区域的比率；

-通过所述参量和预先建立的与轮胎类型相关的数据，在信号处理单元中确定轮胎的抓地力潜能已用量P_μ，used和/或可用抓地力余量P_μ，avail，此处，P_μ，avail＝1-P_μ，used；以及

-在存储器中记录该轮胎的所述抓地力潜能已用量和/或所述可用抓地力余量；

其中所述预先建立的数据的形式是一个实验图表，该实验图表表示抓地力潜能已用量P_μ，used作为比率R_slip ca在各种已确定滚动状况下的测量值的函数的变化，或者所述预先建立的数据为分析公式F的系数A、B和C的形式，该公式为：

如果(R_slip ca+A)^B+C＜1，则P_μ，used＝(R_slip ca+A)^B+C，并且在其它情况下，P_μ，used＝1

此处，A、B和C是同轮胎类型相关的常数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参量R_lip ca是从车轮和地面之间速度差别的测量值，以及轮胎的运行模型中估算得到的，该轮胎的运行模型同所述参量R_slip ca的速度差别相关联。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述轮胎的胎面花纹块装备有一个或多个传感器(7)，当所述轮胎在地面上滚动时，每一个传感器用于测量由所述胎面花纹块局部承受的应力特征量，所述参量R_slip ca的估算包含以下步骤：

-当所述轮胎在地面上滚动时，测量所述特征量；

-对应完成的所述测量，生成一个信号；

-从所述信号中提取与所述一个或多个传感器(7)相关的部分(S)，并且确定所述接触区域的总长度L_ca，其中，所述一个或多个传感器(7)为经过地面上轮胎的接触区域的传感器；

-从所述信号的提取部分确定表征所述胎面花纹块的局部滑动开始的信息；

-确定所述胎面花纹块的局部滑动长度L_slip ca；

-计算比率R_slip ca，使得R_slip ca＝L_slip ca/L_ca。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在地面平面内所测得的所述特征量，是沿所述轮胎滚动方向的纵向应力s_x和/或横切于所述轮胎滚动方向的横向应力s_y，表征所述胎面花纹块(6)的局部抓地力μ_local或μ_local，x或μ_local，y。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所测得的所述特征量是表征所述胎面花纹块的局部抓地力μ_local或μ_local，x或μ_local，y的应力的比率，并且对应于关于滚动方向的所述纵向应力s_x和/或所述横向应力s_y的测量值相对于垂直于滚动方向的X轴的应力s_z的比率。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述信号提取部分(S)显示了应力值，该应力值或者作为一个给定传感器经过接触区域的时间的纵坐标、函数、横坐标，或者作为沿接触区域布置的数个传感器对应于滚动方向的纵轴的纵向位置x的纵坐标、函数、横坐标。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述信号提取部分(S)的第一部分(S_i)在所述胎面花纹块一进入接触区域就被从中去除，所述信号提取部分的第二部分(S_f)恰好在胎面花纹块离开被检测的接触区域之前被从中去除。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述每一个被去除的部分对应于所述信号提取部分(S)的大约7.5％。

9.根据权利要求3到8其中一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述局部滑动开始的信息通过检测所述信号提取部分(S)的常数量级来确定，也就是说，通过显示在所述信号提取部分(S)接近于水平的坪曲线部分来确定。

10.根据权利要求3到8其中一项权利要求所述的方法，其特征在于，对于沿接触面积记录的n个连续测量点，当局部抓地力μ_local关于变量x的一次导数小于值S1时，所述局部滑动的初始点被确定，此处：

-x表示沿纵轴的纵向位置，该纵轴对应于单个和/或多个胎面花纹块(6)的轮胎的滚动方向；

-S1和n是所研究的轮胎和测量块两者的常值函数。

11.根据权利要求3到8其中一项权利要求所述的方法，其特征在于，当局部抓地力μ_local关于变量x的二次导数的绝对值大于值S2时，所述局部滑动的初始点被确定，此处：

-x表示沿纵轴的纵向位置，该纵轴对应于单个和/或多个胎面花纹块(6)的轮胎的滚动方向；

-S2是所研究的轮胎和测量块以及所应用的传感器(7)的常值函数。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，除了通过第一指标对同一点进行确定外，当局部抓地力μ_local经过最大值μ_local，max时，所述局部滑动的初始点被确定。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，除了通过第一指标对同一点进行确定外，当局部抓地力μ_local经过最大值μ_local，max时，所述局部滑动的初始点被确定。

14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可用抓地力余量P_μ，avail估算被传输给车辆上的各种主动安全性设备。

15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可用抓地力余量P_μ，avail估算被传输给车辆的驾驶者。

16.一种用于估算在地面上行驶车辆的轮胎(1)的可用抓地力余量的设备，包括：

-一个轮胎，它的至少一个胎面花纹块或者它的胎面的一个测量区域装有一个或多个传感器(7)，当所述轮胎在地面上滚动时，所述每一个传感器用于测量由该胎面花纹块或该轮胎的胎面的测量区域局部承受的应力；

-用于传输对应于这些应力的测量值的信号的工具；以及

-一个信号处理单元，能够从传输信号中提取一个信号部分，该信号部分对应于从在地面上滚动的轮胎的接触区域中通过的所述一个或多个传感器的个数或时间；

其特征在于，该处理单元在所述提取信号的基础上实施权利要求3到15中任意一项权利要求的方法。

Images