CN106476809A - 一种汽车附着状态的估计方法和专用测试装置 - Google Patents

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张兰春
赵景波
胡淳
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Abstract

本发明涉及汽车主动安全技术领域，尤其是一种汽车附着状态的估计方法和装置。方法：首先利用轮胎观测器观测参数，通过复合滑移理论求解轮胎纵向力和侧向力，求得纵向附着状态和侧向附着状态；汽车通过层次分析方法分析各种影响因素求得轮胎附着状态；然后分别求解每个轮胎的附着状态；最后通过Max函数求解汽车附着状态。测试装置通过四轮观测器获得四个车轮的纵向和侧向速度，通过方向盘传感器获得方向盘转角。数据处理***分析获得轮胎附着状体，进而获得整车附着状态。显示***将数据处理***获得的正处附着状态进行显示，提醒驾驶员汽车当前的附着状态。本发明通过多点观测，对汽车的各点附着性能进行计算分析，精确地判定汽车的附着状态。

Description

一种汽车附着状态的估计方法和专用测试装置
技术领域
本发明涉及汽车主动安全技术领域，尤其是一种估计汽车附着状态的方法和专用测试装置。
背景技术
汽车附着状态是汽车动力学理论的重要组成部分，轮胎作为汽车与地面接触的唯一媒介,轮胎附着状态是判断汽车附着状态的理论基础。现在主要通过对地面附着系数的估计，实现对汽车的附着性能判断，这远不能精确得判定汽车的附着状态。
发明内容
为了克服现有的技术的不足，本发明提供了一种估计汽车附着状态的方法和专用测试装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种汽车附着状态的估计方法，
估计的汽车附着包括轮胎纵向附着状态和侧向附着状态、轮胎附着状态和汽车附着状态；
其方法是：
（1）首先利用轮胎观测器观测参数，通过复合滑移理论求解轮胎纵向力和侧向力，进而求得纵向附着状态和侧向附着状态；
（2）汽车通过层次分析方法分析各种影响因素求得轮胎附着状态；
（3）然后分别求解每个轮胎的附着状态；
（4）最后通过Max函数求解汽车附着状态，显示***将数据处理***获得的汽车附着状态进行显示，提醒驾驶员汽车当前的附着状态。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括，所述步骤（1）中轮胎纵向力和侧向力的求解方法如下：
定义车轮纵向滑移率
w为车轮转速，r车轮静载半径，h为胎面厚度；
，
为侧偏角，a为轮胎接地印迹长度的一半，则
纵向和侧向应力为
式中—附着区刷毛纵向变形；
—附着区刷毛侧向变形；
—附着区纵向应力；
—附着区侧向应力；
—纵向刚度；
—侧向刚度。
在滑移区变形量
纵向和侧向应力为
式中—滑移区刷毛纵向变形；
—滑移区侧向变形；
—车轮地面合力与轴的夹角，而且；
—路面摩擦系数；
—接触区域压力分布函数；
定义滑移区和附着区分界点纵坐标为，具有如下关系：
这样就可以求解纵向力和侧向力：
。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括，所述步骤（1）中的纵向附着状态和侧向附着状态，将其分别定义为和：
其中，和分别是纵向和侧向附着系数。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括，所述步骤（2）中的轮胎附着状态：定义轮胎附着状态为，其中纵向附着状态所占权重为0.42，侧向附着状态所占权重为0.58，。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括，所述步骤（3）中求解每个轮胎的附着状态：设四个轮胎附着状态分别为，利用分别求解四个车轮的附着状态。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括，所述步骤（4）中通过Max函数求解汽车附着状态：定义汽车附着状态为，
则，。
一种汽车附着状态估计方法的专用测试装置，其特征是，包括左后轮观测器、左前轮观测器、右前轮观测器、右后轮观测器，方向盘传感器，数据处理***和显示***，四个观测器获得四个车轮的纵向和侧向速度，方向盘传感器获得方向盘转角，将四个车轮的纵向和侧向速度、方形盘转角传递给数据处理***，经过分析获得轮胎附着状体，进而获得整车附着状态，过显示***将数据处理***获得的正处附着状态进行显示，提醒驾驶员汽车当前的附着状态。
本发明的有益效果是，本发明通过多点观测，对汽车的各点附着性能进行计算分析，精确地判定汽车的附着状态。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1汽车附着状态算法流程图。
图2 测试装置***图。
图3是试验场整车运动轨迹。
图4是整车运行速度。
图5是轮胎侧向力变化情况。
图6是轮胎纵向力变化情况。
图7是轮胎垂向力变化情况。
图8是四个轮胎附着状态。
图9是整车附着状态。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明：
如图1所示，本发明汽车附着状态算法流程图，首先获取行驶汽车的轮胎实时观测参数，通过轮胎复合滑移理论，构建轮胎纵向和侧向附着状态，再结合层次分析方法，获得轮胎附着状态，进而计算出每个轮胎的附着状态，结合Max函数判定最后的整车附着状态。本方案具有过程简单，结果准确的特点。
如图2所示，本发明的测试装置***图，设有左后轮观测器、左前轮观测器、右前轮观测器、右后轮观测器，方向盘传感器，数据处理***和显示***。四个观测器获得四个车轮的纵向和侧向速度，方向盘传感器获得方向盘转角，将四个车轮的纵向和侧向速度、方形盘转角传递给数据处理***，经过分析获得轮胎附着状体，进而获得整车附着状态，过显示***将数据处理***获得的正处附着状态进行显示，提醒驾驶员汽车当前的附着状态。
下面进一步对压力分布函数解释说明：
第一步,获取轮胎基本参数,求解纵向滑移率和侧偏角。
第二步，求解黏着区和滑移区刷毛纵向和侧向变形，，，和。
第三步，求解黏着区和滑移区刷毛纵向力和侧向力，，，和。
第四步，求解轮胎与地面之间的接地印迹垂向压力分布函数。
第五步，通过求解轮胎与地面之间的接地印迹内滑移区与黏着区分解点的纵坐标。
第六步，利用积分方法求解轮胎与地面之间纵向力和侧向力。
第七步，求解轮胎纵向和侧向附着状态和。
第八步，利用层次分析方法求解轮胎的附着状态。
第九步，利用上述方法分别求解四个车轮的附着状态，，，，。
第十步，求解整车附着状态：。
第十一步，通过左后轮观测器、左前轮观测器、右前轮观测器、右后轮观测器获得四个车轮的纵向和侧向速度。
第十二步，通过方向盘传感器获得方向盘转角。
第十三步，将四个车轮的纵向和侧向速度以及方形盘转角传递给数据处理***，经过分析获得轮胎附着状体，进而获得整车附着状态。
第十四步，通过显示***将数据处理***获得的正处附着状态进行显示，提醒驾驶员汽车当前的附着状态。
下面为基于上述估计方法的仿真试验。
在进行仿真试验之前，首先对算法中涉及到的试验车整车参数进行确定，车辆模型的相关参数及取值如下表1所示：
表1 试验车整车相关参数名称和参数值
参数名称 参数值
簧载质量 1429kg
lxx 377.1kg.m-2
lyy 1765 kg.m-2
lzz 1765 kg.m-2
lxy 0
lxz 0
lyz 0
Rx 0.514m
Ry 1.111m
Rz 1.111m
前后轮距 2276mm
簧下质量 80kg
左右轮距 1565mm
整车长 2619mm
整车宽 1820mm
整车高 1679mm
轮心高度 280mm
轮胎刚度 230N/mm
轮胎宽度 225mm
轮胎滚动半径 357mm
悬架滚动刚度 569N.m/deg
如图3～9所示，利用上述参数获得的汽车各项状态获得最后的显示的附着状态，从中可以看出车轮的纵向力、侧向力、轮胎附着状态都计算得十分准确，利用这些数值估计出的整车附着状态也十分准确。本申请整个计算过程与现有技术完全不同，结果更准确，具有显著的进步。

Claims (7)

1.一种汽车附着状态的估计方法，其特征是，
估计的汽车附着包括轮胎纵向附着状态和侧向附着状态、轮胎附着状态和汽车附着状态；
其方法是：
（1）首先利用轮胎观测器观测参数，通过复合滑移理论求解轮胎纵向力和侧向力，进而求得纵向附着状态和侧向附着状态；
（2）汽车通过层次分析方法分析各种影响因素求得轮胎附着状态；
（3）然后分别求解每个轮胎的附着状态；
（4）最后通过Max函数求解汽车附着状态，显示***将数据处理***获得的汽车附着状态进行显示，提醒驾驶员汽车当前的附着状态。
2.根据权利要求1所述的汽车附着状态的估计方法，其特征是，所述步骤（1）中轮胎纵向力和侧向力的求解方法如下：
定义车轮纵向滑移率
w为车轮转速，r车轮静载半径，h为胎面厚度；
，
为侧偏角，a为轮胎接地印迹长度的一半，则
纵向和侧向应力为
式中—附着区刷毛纵向变形；
—附着区刷毛侧向变形；
—附着区纵向应力；
—附着区侧向应力；
—纵向刚度；
—侧向刚度。
在滑移区变形量
纵向和侧向应力为
式中—滑移区刷毛纵向变形；
—滑移区侧向变形；
—车轮地面合力与轴的夹角，而且；
—路面摩擦系数；
—接触区域压力分布函数；
定义滑移区和附着区分界点纵坐标为，具有如下关系：
这样就可以求解纵向力和侧向力：
。
3.根据权利要求2所述的汽车附着状态的估计方法，其特征是，所述步骤（1）中的纵向附着状态和侧向附着状态，将其分别定义为和：
其中，和分别是纵向和侧向附着系数。
4.根据权利要求3所述的汽车附着状态的估计方法，其特征是，所述步骤（2）中的轮胎附着状态：定义轮胎附着状态为，其中纵向附着状态所占权重为0.42，侧向附着状态所占权重为0.58，。
5.根据权利要求4所述的汽车附着状态的估计方法，其特征是，所述步骤（3）中求解每个轮胎的附着状态：设四个轮胎附着状态分别为，利用分别求解四个车轮的附着状态。
6.根据权利要求5所述的汽车附着状态的估计方法，其特征是，所述步骤（4）中通过Max函数求解汽车附着状态：定义汽车附着状态为，
则，。
7.一种根据权利要求1所述的汽车附着状态估计方法的专用测试装置，其特征是，包括左后轮观测器、左前轮观测器、右前轮观测器、右后轮观测器，方向盘传感器，数据处理***和显示***，四个观测器获得四个车轮的纵向和侧向速度，方向盘传感器获得方向盘转角，将四个车轮的纵向和侧向速度、方形盘转角传递给数据处理***，经过分析获得轮胎附着状体，进而获得整车附着状态，过显示***将数据处理***获得的正处附着状态进行显示，提醒驾驶员汽车当前的附着状态。
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