CN110001657B - 基于轮胎状态信息的车辆安全控制方法及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于轮胎状态信息的车辆安全控制方法及车辆，该方法包括：根据轮胎在不同路况时的附着系数和滑移率之间的附着滑移曲线及滑移斜率确定参考直线；根据轮胎当前的滑移斜率及轮胎状态信息计算附着系数，并将所述附着系数及所述滑移斜率作为数据点的坐标；在所述参考直线上选取预定数量参考点，计算各参考点和所述数据点之间的相似度；根据所述各参考点和所述数据点之间的相似度计算该数据点对应的最大附着系数，以将所述最大附着系数作为控制参数对车辆进行控制。本发明技术方案通过实时精准的计算车辆中各轮胎的最大附着系数，以得到最大的有效制动力或有效的驱动力，提高车辆行驶安全性，减少车辆能量消耗。

Description

基于轮胎状态信息的车辆安全控制方法及车辆

技术领域

本发明涉及车辆安全技术领域，具体而言，涉及一种基于轮胎状态信息的车辆安全控制方法及车辆。

背景技术

在现有的车辆主动安全领域中，主要通过经验值估计法或者通过多种传感器来对车辆行驶过程中的各种参数信息进行采集(例如通过方向盘转角传感器及各车轮转速传感器识别驾驶员的行驶方向，通过横摆角速度传感器识别车辆绕垂直于地面轴线方向的旋转角度及侧向加速度传感器识别车辆实际运动方向等)，然后通过采集的多种复杂的参数信息计算滑移率和附着系数等参数，通过计算得到的各参数有选择的制动或驱动车辆来提高车辆行驶稳定性能。

然而，采用上述传感器以及运用模糊神经网络或者滑膜变结构等附着系数观测方法，由于车辆行驶道路状况极其复杂，各种传感器时刻处于动态变化之中，不仅存在较大的本底噪声和各种干扰，而且对轮胎竖直方向的载荷(如制动时，车辆重心前移，与静态时的重心偏差比较大)，以及车辆行驶过程中风阻等时变参数无法实时获取，其得到的滑移率和附着系数等参数不仅误差大，而且算法复杂、鲁棒性和实时性不好；使用“最佳滑移率”经验值估计法，车辆对附着系数的利用率又不能总是处于最佳状态，车辆就有可能发生抱死(制动情况下)或者打滑(驱动情况下)，甚至导致车辆失稳。同时，在传感器性能改变或者发生故障时，难以被及时发现和侦测到，无疑将对车辆行驶过程带来严重的安全隐患。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供了一种基于轮胎状态信息的车辆安全控制方法及车辆，以解决现有技术的不足。

根据本发明的一个实施方式，提供一种基于轮胎状态信息的车辆安全控制方法，包括：

根据轮胎在不同路况时的附着系数和滑移率之间的附着滑移曲线及滑移斜率确定参考直线；

根据轮胎当前的滑移率及轮胎状态信息计算附着系数，并将所述附着系数及所述滑移率作为数据点的坐标；

在所述参考直线上选取预定数量参考点，计算各参考点和所述数据点之间的相似度；

根据所述各参考点和所述数据点之间的相似度计算该数据点对应的最大附着系数，以将所述最大附着系数作为控制参数对车辆进行控制。

在上述的基于轮胎状态信息的车辆安全控制方法中，所述“根据轮胎在不同路况时的附着系数和滑移率之间的附着滑移曲线及滑移斜率确定参考直线”包括：

根据所述滑移率确定滑移斜率；

在所述滑移斜率满足预定条件时，根据所述不同路况的附着滑移曲线的重合部分曲线确定所述参考直线。

在上述的基于轮胎状态信息的车辆安全控制方法中，在确定所述参考直线的同时，还确定该参考直线的两端点，该方法还包括：

根据该参考直线的两端点的坐标确定附着系数的纵向安全区间，并根据车辆安全程度将所述纵向安全区间分为不同风险等级，在各风险等级提示用户或者根据所述最大附着系数对车辆进行相应控制。

在上述的基于轮胎状态信息的车辆安全控制方法中，所述轮胎状态信息通过以下方式获取：

获取车辆中每一轮胎的原始轮速脉冲信号；

通过预设规则对所述原始轮速脉冲信号进行修订或者重构得到轮速脉冲数据；

根据预先学习的对应关系确定所述轮速脉冲数据对应的所述轮胎状态信息。

在上述的基于轮胎状态信息的车辆安全控制方法中，所述轮胎状态信息包括载荷信息；

所述“根据轮胎当前的滑移率及轮胎状态信息计算附着系数”包括：

根据所述轮速脉冲数据计算所述滑移率；

根据所述滑移率及所述载荷信息计算所述附着系数。

在上述的基于轮胎状态信息的车辆安全控制方法中，所述控制参数还包括车辆的实际行驶轨迹和期望轨迹之间的意图偏差，所述意图偏差通过以下方式进行确定：

在预定监测周期内，计算所述原始轮速脉冲信号与所述轮速脉冲数据之间的差值，将所述差值作为所述意图偏差。

在上述的基于轮胎状态信息的车辆安全控制方法中，所述控制参数还包括车辆的重心偏离程度，所述重心偏离程度通过以下方式进行确定：

计量车辆中轮胎的轮距；

根据所述载荷信息及所述轮距计算车辆的重心坐标；

根据所述重心坐标与预定的安全阈值确定所述车辆的重心偏离程度。

在上述的基于轮胎状态信息的车辆安全控制方法中，通过控制参数对车辆进行控制包括：

判断当前时刻的所述控制参数是否超出预设安全范围；

若所述控制参数超出所述预设安全范围，根据当前时刻的所述控制参数对车辆的行使状态及变化趋势进行调整，并重新计算所述车辆在调整后的所述控制参数，其中，所述调整包括根据所述意图偏差调整车辆的实际行使轨迹和/或根据所述重心偏离程度调整车辆的重心坐标和/或根据所述最大附着系数调整所述车辆的制动力或者驱动力；

若调整后的所述控制参数仍超出所述预设安全范围，根据该调整后的所述控制参数在下一时刻对所述车辆的行使状态及变化趋势继续进行调整，重复执行上述步骤直至最后一次调整后的控制参数不超出所述预设安全范围。

在上述的基于轮胎状态信息的车辆安全控制方法中，在通过所述控制参数对所述车辆进行控制的过程中，或者依据加速踏板回调的方式对所述车辆进行降速控制时，介入能量回收装置，通过该能量回收装置对能量进行回收。

本发明的第二实施方式提供一种基于轮胎状态信息的车辆安全控制装置，包括：

参考直线确定模块，用于根据轮胎在不同路况时的附着系数和滑移率之间的附着滑移曲线及滑移斜率确定参考直线；

附着系数计算模块，用于根据轮胎当前的滑移率及轮胎状态信息计算附着系数，并将所述附着系数及所述滑移率作为数据点的坐标；

相似度计算模块，用于在所述参考直线上选取预定数量参考点，计算各参考点和所述数据点之间的相似度；

最大附着系数计算模块，用于根据所述各参考点和所述数据点之间的相似度计算该数据点对应的最大附着系数，以将所述最大附着系数作为控制参数对车辆进行控制。

本发明的第三实施方式提供一种车辆，所述车辆包括存储器以及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述车辆执行上述的基于轮胎状态信息的车辆安全控制方法。

本发明的第四实施方式提供一种计算机可读存储介质，其存储有上述的车辆中所使用的所述计算机程序。

本发明中一种基于轮胎状态信息的车辆安全控制方法及车辆至少提供以下技术效果：通过将当前的滑移斜率及附着系数作为数据点的坐标，将该数据点的坐标与确定的参考直线上的参考点进行拟合，若数据点与参考点可以拟合成一条直线，且拟合度满足拟合阈值时，可根据拟合后的数据点与参考点之间的相似度计算最大附着系数，实时且精准的计算车辆行驶过程中各轮胎的最大附着系数，以根据该最大附着系数得到各轮胎的最大的有效制动力或有效驱动力，根据该有效制动力或有效驱动力实时精准控制车辆相应轮胎行驶状态，大大提高了车辆行驶的安全性，且计算过程中所用算法的时间复杂度及空间复杂度均较小，提高算法执行效率；在通过有效制动力或有效驱动力实时精准控制车辆行驶状态时，使车辆行驶在一种高效状态下，在制动或驱动时减少车辆能量消耗，达到节能的效果；还可以通过最大附着系数预估多种驾驶情况(比如，上坡、下坡、自动驻车及防抱死等)下的制动或驱动的力矩，进而在不同驾驶情况下实现对车辆的精准监测和控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明保护范围的限定。

图1示出了本发明第一实施例提供的一种基于轮胎状态信息的车辆安全控制方法的流程示意图。

图2示出了本发明第一实施例提供的一种不同路况的附着滑移曲线的示意图。

图3示出了本发明第一实施例提供的一种归一化的附着滑移曲线的示意图。

图4示出了本发明第一实施例提供的一种轮速脉冲数据的示意图。

图5示出了本发明第一实施例提供的一种轮速脉冲数据的截断误差的示意图。

图6示出了本发明第二实施例提供的一种基于轮胎状态信息的车辆安全控制方法的流程示意图。

图7示出了本发明第三实施例提供的一种基于轮胎状态信息的车辆安全控制方法的流程示意图。

图8示出了本发明第三实施例提供的一种车辆控制方法的流程示意图。

图9示出了本发明第四实施例提供的一种基于轮胎状态信息的车辆安全控制方法的流程示意图。

图10示出了本发明第五实施例提供的一种基于轮胎状态信息的车辆安全控制装置的结构示意图。

主要元件符号说明：

600-基于轮胎状态信息的车辆安全控制装置；610-参考直线确定模块；620-附着系数计算模块；630-相似度计算模块；640-最大附着系数计算模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在多尺度标定板的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作详细说明。

实施例1

图1示出了本发明第一实施例提供的一种基于轮胎状态信息的车辆安全控制方法的流程示意图。所述基于轮胎状态信息的车辆安全控制方法包括：

步骤S110，根据轮胎在不同路况时的附着系数和滑移率之间的附着滑移曲线及滑移斜率确定参考直线。

具体地，可以采集车辆在不同路况时的附着系数和滑移率，并将每种路况的附着系数和滑移率拟合为附着滑移曲线。由于不同路况的附着系数和滑移率均不相同，因此，不同路况拟合得到的附着滑移曲线也不相同。

如图2所示为轮胎在不同路况下的附着滑移曲线，其中，Φ为附着系数，S为滑移率。

进一步地，所述“根据轮胎在不同路况时的附着系数和滑移率之间的附着滑移曲线及滑移斜率确定参考直线”包括：

根据所述滑移率确定滑移斜率；在所述滑移斜率满足预定条件时，根据所述不同路况的附着滑移曲线的重合部分曲线确定所述参考直线。

具体地，根据滑移率计算滑移斜率K的方式如下：

S＝1/K+E，其中，E为水平截距。

当滑移率S小到一定程度时，不同滑移率S对应的滑移斜率K将难以分辨，所有的附着滑移曲线均重合在一起，完全符合附着系数与滑移率之间的趋势理论，因此引入归一化附着系数和归一化滑移率的概念。

其中，Φ1为归一化附着系数，Φ_max为最大附着系数，S1为归一化滑移率，C_K为轮胎纵向刚度，N为轮胎竖直方向的载荷。

在引入归一化附着系数和归一化滑移率后，可以将重合的所有附着滑移曲线进行归一化处理，得到归一化后的附着滑移曲线，如图3所示为归一化的附着滑移曲线，显然这条归一化后的附着滑移曲线也即最大附着系数所在曲线。

在所述归一化的附着滑移曲线上确定过原点的部分直线作为参考直线，如图3中归一化的附着滑移曲线上点L1和点L2之间的所有点均在直线L上，因此可以将直线L作为参考直线。

步骤S120，根据轮胎当前的滑移率及轮胎状态信息计算附着系数，并将附着系数及滑移斜率作为数据点的坐标。

具体地，依据滑移率的定义，轮胎的滑移率是车轮的滑移成分在总运动中所占的比重，可通过最能体现驾驶意愿的轮速脉冲数据来计算所述滑移率：

S＝(v-ωR)/v＝(W_x-W_y)/W_x

其中，v为轮胎纵向速度，ω为轮胎角速度，W_x为轮胎轮速脉冲数据，W_y为过滤掉滑移成分的轮速脉冲数据。

确定滑移率和附着系数之间的对应关系，并进一步基于上述计算得到的滑移率及确定的滑移率和附着系数之间的对应关系得到附着系数。

滑移率和附着系数之间的对应关系可通过以下方式进行确定：

可以基于轮胎运动状态信息和车辆动力学方程确定附着滑移曲线。其中，所述轮胎运动状态信息包括载荷、胎压、纵向刚度等信息。

例如，若Φ为附着系数，S为滑移率，其中，Φ＝F/N。依据车辆动力学方程M_μ+FR+M_γ＝0可推出：

其中，F为地面制动力，N为轮胎竖直方向的载荷，M_μ为制动器制动力矩，M_γ为轮胎的惯性力矩，J为轮胎转动惯量，通常为0.8-1.0Kgm²，

为角减速度，P_c为制动压力，K_c为制动力矩系数，R为轮胎滚动半径，C_k为轮胎的纵向刚度，该纵向刚度与轮胎竖直方向的载荷N线性相关，纵向刚度显著地受到轮胎竖直方向的载荷N的影响，所以需要事先根据轮胎竖直方向的载荷N的大小对轮胎的纵向刚度进行标定，本实施例中，C_k＝N/R。

由于地面制动力和滑移率之间具有线性关系，所以附着系数与滑移率之间的对应关系也可简化为：

Φ＝F/N＝C_kS/N

因此，将上述得到的滑移率代入上式得到附着系数。

将当前时刻所在点作为数据点，并将当前时刻的滑移率及附着系数作为该数据点的坐标值参与后续运算。

进一步地，所述轮胎状态信息通过以下方式获取：

获取车辆中每一轮胎的原始轮速脉冲信号；通过预设规则对所述原始轮速脉冲信号进行修订或者重构得到轮速脉冲数据；根据预先学习的对应关系确定所述轮速脉冲数据对应的所述轮胎状态信息。

具体地，获取车辆中每一轮胎的原始轮速脉冲信号，在一定监测周期内，选取原始轮速脉冲信号的数目最小(轮半径最大)的轮胎作为标准轮，其它轮胎以此标准轮的运动状态作为参照，通过预设规则对所述标准轮的原始轮速脉冲信号进行修订或者重构得到轮速脉冲数据。本实施例中，所述轮速脉冲数据可以包括两种形式，第一种为体现驾驶意图的轮速脉冲数据(该体现驾驶意图的轮速脉冲数据主要用作下述的意图偏差计算部分)；第二种为直线行驶状态的轮速脉冲数据，在下文中，主要根据直线行驶状态的轮速脉冲数据确定对应的轮胎状态信息。

如图4所示为原始轮速脉冲信号。虽然所述原始轮速脉冲信号已经滤掉了高频分量，然而，该原始轮速脉冲信号中还包括其他几种误差，比如方向盘中心角偏移引起的不同角度下的原始轮速脉冲信号的修正误差、采集所述原始轮速脉冲信号时引起的截断误差、轮速传感器磁隙磁偏角造成的误差及轮胎的共振现象造成的半径误差，以及依据车辆运动特性对轮胎的滑移修正等引起的误差。因此，还需要根据预设规则对所述原始轮速脉冲信号进行修订或者重构。

所述预设规则包括根据方向盘实际中心角、轮胎滑移量进行相应修订，还包括通过多倍周期法、频谱分析法、最小二乘法、卡尔曼滤波、递推求均值等算法中的一种或者几种来消除干扰或减少误差。

例如，在处理方向盘实际中心角偏移引起的误差时，由于装配或者机械磨损导致汽车CAN总线读取的方向盘中心角和实际方向盘中心角总是不一致的，因此需要对CAN总线读取的方向盘角度进行校准，校准方式如下：

由于车辆绝大部分时间处于直线行驶状态，读取的方向盘角度呈高斯分布，因此可以根据该呈高斯分布的所有读取的方向盘角度分别累加，当满足正态检验条件时，即可确定最终的方向盘实际中心角，比如将峰值处的值作为最终的方向盘实际中心角。

根据预先标定的方向盘角度和各轮胎脉冲数据之间的对应关系确定该方向盘实际中心角下对应的各轮胎在监测周期内的轮速脉冲数据的修正量或者相对修正量，确定该方向盘角度下对应的实际轮速脉冲数据。

再例如，在通过轮胎滑移量进行相应修订时，可以依据轮胎力学模型及其运动特性(影响轮胎滚动半径变化的三个最主要因素，气压、载荷(轮胎竖直方向)与速度)和轮胎滚动半径模型：在定载荷下，气压与下沉量的关系，与定气压下，载荷与下沉量的关系，都近似一种可以用多项式表达的线性变化关系；在定载荷、定气压下，轮胎的滚动半径与车速之间也是一种近似成线性变化的关系。对轿车而言，由于载荷的变化有限，轮胎的滚动半径基本不随载荷的改变而改变(可以忽略不计)，胎压较高时，速度对轮胎的滚动半径影响较小，车速越低，气压对轮胎的滚动半径影响越小。

具体的滑移修正方法，可以通过事先标定的方式来确定。如以Sonata桥车的HANKOOK轮胎为例，驱动轮轮胎滚动半径R与车速V的线性拟合关系为：R＝0.0317V+297.06，从动轮轮胎滚动半径与车速的线性拟合方程为：R＝0.0347V+296.68。由于车速、半径与标定的轮胎脉冲数据之间有等效关联关系，因此，为后续的计算方便，也可以用标定的轮胎脉冲数据来对原始轮速脉冲信号进行相应的轮胎滑移量修正。

同时，由于轮胎滚动半径或者脉冲数据在同样监测周期内的变化量很小，在汽车行驶过程中很难直接测量出微小的变化，所以，基于一定监测周期，可以采用标准轮(脉冲数最小)对其它轮胎的轮速脉冲数据进行打包以产生累积差异效应(以车轮转动所发出的原始轮速脉冲信号的变化，来间接反应滚动半径的变化以及车身状态的变化)。将所述监测周期内轮胎的修正或者重构后的轮速脉冲数据各自累加打包为一个数据包，分别计算成体现驾驶意图的轮速脉冲数据包和直线行驶状态的轮速脉冲数据包，将没有进行修正或者重构的原始轮速脉冲信号也各自基于监测周期累加打包为一个数据包，以下称为原始脉冲数据包。显然，体现驾驶意图的轮速脉冲数据包、直线行驶状态的轮速脉冲数据包和原始脉冲数据包在数据序列或者对应监测周期内具有映射关系和可比性。

进一步地，为进一步提高采集数据的精度，减少轮胎共振现象造成的误差，也可以将时域的所述原始轮速脉冲信号进行傅里叶转换，得到频域的原始轮速脉冲信号，对频域的原始轮速脉冲信号进行频谱分析，以方便发现或者过滤掉畸点数据。

再例如，由于截断误差为在采集所述原始轮速脉冲信号时，得到的不同数据包的脉冲数据容易出现“+1”“-1”的现象，如图5所示，在输入信号1中，在监测周期Δt内采集的原始轮速脉冲信号为7个，而在输入信号2中，在相同的监测周期Δt内采集的原始轮速脉冲信号为6个，造成在采集原始轮速脉冲信号过程中的截断误差。本实施例中，在处理截断误差时，可通过多倍周期法(比如在图5中所示的该监测周期Δt内设置多个采集周期来采集Δt内的所有原始轮速脉冲信号)来消除截断误差。

上述预设规则中为进一步减少或者消除干扰和误差，还可以通过最小二乘法、卡尔曼滤波、递推求均值等算法方法来实现，在此不一一叙述。同时，在修正或重构时，还应考虑相邻原始轮速脉冲信号不会突变的原理，不进行超限修正，对于超限部分仅仅在极限范围内做分级的极限修正。例如，如果第一个原始轮速脉冲数据包与第五个原始轮速脉冲数据包相比，第五个原始轮速脉冲数据包相比于第一个原始轮速脉冲数据包不能超过5个脉冲，如果达到6个可将第五个脉冲数据包用5个脉冲来修正，如果达到8个可将第五个脉冲数据包按6个脉冲来修正，达到10个可将第五个脉冲数据包按7个脉冲来修正，以使实际情况相邻原始轮速脉冲信号不会发生更大的波动。

在得到一定监测周期的轮速脉冲数据后，根据预先学习的对应关系确定所述轮速脉冲数据对应的所述轮胎状态信息。

具体地，所述轮胎状态信息包括磨损等级、胎压、载荷、温度等。

对于特定车型而言，可以通过标定的方式：预先采集基于一定监测里程单位内各轮胎的多组数据，每一组数据中均包括车辆的轮速脉冲数据及所述轮胎状态信息。在给定载荷下，改变气压，及给定气压下，改变载荷等情况下对车辆全工况范围进行学习后，对相应脉冲数据进行拟合，从而得到轮速脉冲数据和轮胎状态信息之间的对应关系。

本实施例中，所述轮速脉冲数据和轮胎状态信息之间的对应关系可通过下述的多维检索表进行描述。在一些其他的实施例中，所述轮速脉冲数据和轮胎状态信息之间的对应关系还可以为函数表达式。

上表为磨损等级为1级对应的多维检索表。在轮胎磨损等级为1级时，胎压为P1且载荷为T1对应的轮速脉冲数据为K11；胎压为P2且载荷为T1对应的轮速脉冲数据为K12；胎压为P3且载荷为T1对应的轮速脉冲数据为K13；胎压为P1且载荷为T2对应的轮速脉冲数据为K21；胎压为P2且载荷为T2对应的轮速脉冲数据为K22；等等。

上表为轮胎磨损等级为2级对应的多维检索表。在轮胎磨损等级为2级时，胎压为P1且载荷为T1对应的轮速脉冲数据为Q11；胎压为P2且载荷为T1对应的轮速脉冲数据为Q12；胎压为P3且载荷为T1对应的轮速脉冲数据为Q13；胎压为P1且载荷为T2对应的轮速脉冲数据为Q21；胎压为P2且载荷为T2对应的轮速脉冲数据为Q22；等等。

值得注意的是，上述的所有内容均对相同的车型通用，不同的车型对应的轮速脉冲数据、方向盘角度、载荷等参数均不相同。如果要进一步获得轮胎的温度，可以根据轮胎的环境温度、轮胎的非稳态温度特性，以及依据查理定律通过简单的换算得到。

步骤S130，在参考直线上选取预定数量参考点，计算各参考点和数据点之间的相似度。

具体地，所述预定数量可以为2。

如图3所示，在该参考直线L上选择参考点H1及H2，分别将参考点H1的附着系数及滑移率作为参考点H1的坐标，将参考点H2的附着系数及滑移率作为参考点H2的坐标，若数据点为H3，本实施例中，可通过模糊相似度算法计算H3与H1、H2之间的模糊相似度，将该模糊相似度作为H3与H1、H2之间的相似度。

在一些其他的实施例中，还可以将H3与H1、H2之间的海明距离作为相似度或者将H3与H1、H2之间的灰色关联度作为相似度。

步骤S140，根据各参考点和数据点之间的相似度计算该数据点对应的最大附着系数，以将最大附着系数作为控制参数对车辆进行控制。

进一步地，可通过下式计算最大附着系数Φ_max：

其中，Φ_H1为参考坐标点H1对应的附着系数，Φ_H2为参考坐标点H2对应的附着系数，ω_H1为数据点H3和参考点H1之间的模糊相似度，ω_H2为数据点H3和参考点H2之间的模糊相似度。

可通过上述的方式分别计算出四个轮胎对应的最大附着系数，根据各轮胎对应的最大附着系数分别对车辆的相应轮胎进行控制。

具体地，所述根据各轮胎对应的最大附着系数分别对车辆的相应轮胎进行控制包括：

通过各轮胎对应的最大附着系数调整车辆制动力或者驱动力大小改变行驶状态，并重新计算调整后的实时附着系数，判断该调整后的实时附着系数是否超过了最大附着系数和/或调整后的变化趋势预估是否处于安全，并将调整后的重新计算结果作为下一次调整的依据，通过逐级逼近的方式使最后一次调整后的实时附着系数或变化趋势满足预先设定的安全条件。

实施例2

图6示出了本发明第二实施例提供的一种基于轮胎状态信息的车辆安全控制方法的流程示意图。该基于轮胎状态信息的车辆安全控制方法包括如下步骤：

步骤S210，根据轮胎在不同路况时的附着系数和滑移率之间的附着滑移曲线及滑移斜率确定参考直线。

此步骤与步骤S110相同，在此不再赘述。

步骤S220，根据轮胎当前的滑移率及轮胎状态信息计算附着系数，并将附着系数及滑移率作为数据点的坐标。

此步骤与步骤S120相同，在此不再赘述。

步骤S230，在参考直线上选取预定数量参考点，计算各参考点和数据点之间的相似度。

此步骤与步骤S130相同，在此不再赘述。

步骤S240，根据各参考点和数据点之间的相似度计算该数据点对应的最大附着系数，以将最大附着系数作为控制参数对车辆进行控制。

此步骤与步骤S140相同，在此不再赘述。

步骤S250，根据该参考直线的两端点的坐标确定附着系数的纵向安全区间，并根据车辆安全程度将纵向安全区间分为不同的风险等级，在各风险等级提示用户或者根据最大附着系数对车辆进行相应控制。

具体地，如图3所示，在确定参考直线的同时，还确定有该参考直线的两端点L1和L2。其中，端点L1为参考直线在所述归一化的附着滑移曲线中的下拐点，端点L2为参考直线在所述归一化的附着滑移曲线中的上拐点。比如，在所述归一化的附着滑移曲线中确定参考直线时，将所述归一化的附着滑移曲线中所有点进行拟合，在最开始拟合到参考直线的点作为该端点L1，将最后一个拟合到该参考直线的点作为端点L2。

例如，依据机动车的制动距离与附着系数的关系：

S_F＝V2/256Φ

其中，S_F是制动距离，V是车速。

如果汽车以60公里/小时的车速在附着系数Φ＝0.6和Φ＝0.3的路面上制动，制动距离相差23米，足以可见，附着系数在公路行车或者制动时的重要性。

因此，将两端点L1及L2构成的区间作为安全区间，在该安全区间内划分为不同的风险等级。如下表所述：

安全区间	风险等级
		L1～M1	一般
M1～M2	危险
		M2～L2	严重

上表中，在L1～M1区间内，对应的风险等级为一般，说明还有上升的空间(附着系数在一定范围内，随车速的增加而增加)；在M1～M2区间内，对应的风险等级为危险，说明马上要接近严重危险，可提示用户引起警示；在M2～L2区间内，对应的风险等级为严重危险，说明必须要采取紧急措施，比如，可通过最大附着系数控制车辆行驶状态。其中，M1、M2均为大于L1且小于L2的实数，且M1<M2。

实施例3

图7示出了本发明第三实施例提供的一种基于轮胎状态信息的车辆安全控制方法的流程示意图。该基于轮胎状态信息的车辆安全控制方法包括如下步骤：

步骤310，根据轮胎在不同路况时的附着系数和滑移率之间的附着滑移曲线及滑移斜率确定参考直线。

此步骤与步骤S110相同，在此不再赘述。

步骤320，根据轮胎当前的滑移率及轮胎状态信息计算附着系数，并将附着系数及滑移率作为数据点的坐标。

此步骤与步骤S120相同，在此不再赘述。

步骤S330，在参考直线上选取预定数量参考点，计算各参考点和数据点之间的相似度。

此步骤与步骤S130相同，在此不再赘述。

步骤S340，根据各参考点和数据点之间的相似度计算该数据点对应的最大附着系数，以将最大附着系数作为控制参数对车辆进行控制。

此步骤与步骤S140相同，在此不再赘述。

步骤S350，在预定监测周期内，计算原始轮速脉冲信号与轮速脉冲数据包之间的差值，将差值作为意图偏差。

为了更进一步地提高车辆主动安全的程度，还可以从多个维度对车辆进行控制，比如，在横向(驾驶时的意图偏差)、竖向(车辆的重心偏离程度)及纵向(最大附着系数)实现对车辆精准监测和控制。

具体地，在计算意图偏差的过程中，所述轮速脉冲数据为体现驾驶意图的轮速脉冲数据，由于所述体现驾驶意图的轮速脉冲数据为消除误差和干扰后的数据，体现了驾驶者期望意图，而原始轮速脉冲信号为车辆行驶过程中实际采集的数据，体现了车辆的实际行驶状态。所以，计算该监测单元内所述原始脉冲数据包与所述体现驾驶意图的轮速脉冲数据包之间的差值，即可得到车辆实际行驶轨迹与期望轨迹之间的意图偏差。

步骤S360，计量车辆轮胎的轮距，根据载荷信息及轮距计算车辆的重心坐标，根据重心坐标与预定的安全阈值确定车辆的重心偏离程度。

具体地，根据车辆中四个轮胎的力矩平衡原理，采用四个轮胎作为支撑测力点的方法求取重心。

例如，令车辆中四个轮胎按照顺时针方向分别为A、B、C及D。四个轮胎组成四边形ABCD，假设轮距AB＝CD＝a，BC＝AD＝b，车辆的几何中心坐标设为(0，0，0)，本实施例中，所述轮距依据事先计量得到。

设车辆的重心坐标为(X，Y，Z)，轮胎A的载荷的值为F_A，轮胎B的载荷的值为F_B，轮胎C的载荷的值为F_C，轮胎D的载荷的值为F_D，则车辆的总重为W＝F_A+F_B+F_c+F_d。

通过下式计算重心坐标中的X的值：

X×W＝AB/2×(F_A+F_D)-AB/2×(F_B+F_C)

＝[(F_A+F_D)-(F_B+F_C)]×a/2×(F_A+F_B+F_C+F_D)

通过下式计算重心坐标中的Y的值：

Y×W＝AD/2×(F_A+F_B)-AD/2×(F_C+F_D)

＝[(F_A+F_B)-(F_C+F_D)]×b/2×(F_A+F_B+F_C+F_D)

如果有必要也可以利用或者增加水平传感器，如运用倾斜法对B轮取矩，求出Z坐标。也可以依据轮胎竖直方向的载荷的改变，对轮胎半径的影响，从而推算出轮胎竖直方向的载荷改变对重心变化的改变程度。

还通过下式计算重心坐标中的Z的值：

在得到车辆的重心坐标后，将该重心坐标与预定的重心阈值进行对比，计算中心坐标与重心阈值之间的差值，确定车辆的重心偏离程度。

值得注意的是，计算最大附着系数的步骤、计算意图偏差的步骤及计算重心偏离程度的步骤可同步进行，也可以以任意顺序执行，在此不做限定。

步骤S370，将最大附着系数、意图偏差及重心偏离程度作为控制参数对车辆进行控制。

进一步地，如图8所示，所述对车辆进行控制可包括以下步骤：

步骤S410，判断当前时刻的控制参数是否超出预设安全范围。

步骤S420，若所述控制参数超出所述预设安全范围，根据当前时刻的所述控制参数对车辆的行使状态及变化趋势进行调整，并重新计算所述车辆在调整后的所述控制参数。

其中，所述调整包括根据所述意图偏差调整车辆的实际行使轨迹和/或根据所述重心偏离程度调整车辆的重心坐标和/或根据所述最大附着系数调整所述车辆的制动力或者驱动力。所述预设安全范围包括纵向安全范围和/或横向安全范围和/或竖向安全范围。

所述控制参数超出预设安全范围为：只要所述控制参数中任一参数超出预设安全范围(比如，条件1：意图偏差:超出横向安全范围；条件2：重心偏离程度超出竖向安全范围；条件3：最大附着系数超出纵向安全范围；在条件1、条件2及条件3中只要有一个成立)，则该控制参数超出预设安全范围；在所述控制参数中所有参数均满足预设安全范围(比如，在上述的条件1、条件2及条件3中全部不成立)，则该控制参数不超出预设安全范围。

具体地，在所述当前时刻的任一控制参数超出预设安全范围时，说明车辆处于行驶风险中，在当前时刻，根据意图偏差调整车辆的实际行驶轨迹和/或根据重心偏离程度调整车辆的重心坐标和/或根据各轮胎最大附着系数调整车辆的制动力或者驱动力，并计算车辆在调整后的意图偏差、重心偏离程度及最大附着系数。

步骤S430，若调整后的所述控制参数仍超出所述预设安全范围，根据该调整后的所述控制参数在下一时刻对所述车辆的行使状态及变化趋势继续进行调整，重复执行上述步骤直至最后一次调整后的控制参数不超出所述预设安全范围。

具体地，继续判断调整后的控制参数是否超出预设安全范围，若所述调整后的所述控制参数仍超出所述预设安全范围，根据上述相同的方式通过超出预设安全范围的任意一个控制参数(可以包括意图偏差、重心偏离程度或最大附着系数)重新调整车辆的行驶状态及未来时间范围的变化趋势，将上一次的调整结果作为下一次调整的依据，根据该种逐级逼近的闭环控制方式，通过多次调整车辆的行驶状态，直至车辆在最后一次调整后的意图偏差、重心偏离程度及最大附着系数均满足预设条件。

实施例4

图9示出了本发明第四实施例提供的一种基于轮胎状态信息的车辆安全控制方法的流程示意图。该基于轮胎状态信息的车辆安全控制方法包括如下步骤：

步骤510，根据轮胎在不同路况时的附着系数和滑移率之间的附着滑移曲线及滑移斜率确定参考直线。

此步骤与步骤S110相同，在此不再赘述。

步骤520，根据轮胎当前的滑移率及轮胎状态信息计算附着系数，并将附着系数及滑移率作为数据点的坐标。

此步骤与步骤S120相同，在此不再赘述。

步骤S530，在参考直线上选取预定数量参考点，计算各参考点和数据点之间的相似度。

此步骤与步骤S130相同，在此不再赘述。

步骤S540，根据各参考点和数据点之间的相似度计算该数据点对应的最大附着系数，以将最大附着系数作为控制参数对车辆进行控制。

此步骤与步骤S140相同，在此不再赘述。

步骤S550，在预定监测周期内，计算原始轮速脉冲信号与轮速脉冲数据之间的差值，将差值作为意图偏差。

此步骤与步骤S350相同，在此不再赘述。

步骤S560，计量车辆中轮胎的轮距，根据载荷信息及轮距计算车辆的重心坐标，根据重心坐标与预定的安全阈值确定车辆的重心偏离程度。

此步骤与步骤S360相同，在此不再赘述。

步骤S570，将最大附着系数、意图偏差及重心偏离程度作为控制参数对车辆进行控制。

此步骤与步骤S370相同，在此不再赘述。

步骤S580，在通过控制参数对车辆进行控制的过程中，或者依据加速踏板回调的方式对车辆进行降速控制时，介入能量回收装置，通过该能量回收装置对能量进行回收。

具体地，在发动机功率一样的情况下，当发动机的输出力矩增大时，则输出的转速会下降，反之，在力矩减少时，则转速会提高。也就是说，当发动机转速一样，通过减少发动机的输出力矩，可以减少发动机的输出功率，从而可以实现节能的目的。

因此，在通过控制参数对车辆进行控制的过程中或者依据加速踏板回调的方式对车辆进行降速控制时，在满足驾驶意愿的情况下，可以根据所需最小力矩的大小，通过车辆中预先安装的能量回收装置对上述的闭环控制过程中的多余的功率进行能量回收，进而达到节能及能量回收的效果。

值得注意的是，能量回收的机电装置也可以是通过基于频率的脉动方式来回收，这样做即是为了便于对能量回收装置的控制简单，也有利于提高能量回收时的乘坐舒适性，其次通过脉动回收方式，由于其工作原理与ABS防抱死***类似，这样，在车辆主动安全控制装置万一失效时，脉动能量回收装置还可以起到类似于ABS防抱死***的功能，在不增加成本的基础上，实现制动力控制失效的冗余设计。

实施例5

图10示出了本发明第五实施例提供的一种基于轮胎状态信息的车辆安全控制装置的结构示意图。所述基于轮胎状态信息的车辆安全控制装置600对应于实施例1的基于轮胎状态信息的车辆安全控制方法。实施例1中的任何可选项也适用于本实施例，这里不再详述。

该基于轮胎状态信息的车辆安全控制装置600包括参考直线确定模块610、附着系数计算模块620、相似度计算模块630及最大附着系数计算模块640。

参考直线确定模块610，用于根据轮胎在不同路况时的附着系数和滑移率之间的附着滑移曲线及滑移斜率确定参考直线。

附着系数计算模块620，用于根据轮胎当前的滑移率及轮胎状态信息计算附着系数，并将所述附着系数及所述滑移率作为数据点的坐标。

相似度计算模块630，用于在所述参考直线上选取预定数量参考点，计算各参考点和所述数据点之间的相似度。

最大附着系数计算模块640，用于根据所述各参考点和所述数据点之间的相似度计算该数据点对应的最大附着系数，以将所述最大附着系数作为控制参数对车辆进行控制。

本发明另一实施例还提出了一种车辆，所述车辆包括存储器以及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述车辆执行上述的基于轮胎状态信息的车辆安全控制方法或上述的基于轮胎状态信息的车辆安全控制装置中每一模块的功能。

本发明再一实施例还提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有上述的车辆中所使用的所述计算机程序。

至此，本发明提出了一种基于轮胎状态信息的车辆安全控制方法及车辆，还包括以下优点：通过多个维度(横向、纵向及竖向)的控制参数选择性地对车辆的各轮胎进行精准控制，通过逐级逼近的闭环控制方式实时动态的精准控制车辆的制动力或驱动力的大小，准确识别车辆“推头”、“甩尾”、“侧翻”等潜在危险，显著改善车辆行驶时的安全性和舒适性，发挥轮胎最大抓地力时对车辆操控性能的体验；避免车辆行驶过程中通过加速踏板利用牵引力的能耗来调整车速的弊端，类似于完全开放加速踏板，只有在加速踏板开合度再度加大时，才会控制牵引力，以提高车辆的操控性能和能量的经济性，同时在车辆制动时，动态协调制动压力和能量回收时的机电耦合制动力，在保障乘坐舒适性、安全性的同时，降低能量消耗，提高能量的回收效率。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是智能手机、个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于轮胎状态信息的车辆安全控制方法，其特征在于，包括：

根据轮胎在不同路况时的附着系数和滑移率之间的附着滑移曲线及滑移斜率确定参考直线及该参考直线的上拐点；

根据轮胎当前的滑移率及轮胎状态信息计算附着系数，并将所述附着系数及所述滑移率作为数据点的坐标；

在所述参考直线上选取预定数量参考点，计算各参考点和所述数据点之间的相似度；

根据所述各参考点和所述数据点之间的相似度和/或该参考直线的上拐点确定该数据点对应的最大附着系数，以将所述最大附着系数作为控制参数对车辆进行控制；

其中，在所述根据轮胎当前的滑移率及轮胎状态信息计算附着系数之前，包括：

通过在不同工况条件下对车辆全工况范围进行学习，然后将相应轮速脉冲数据进行拟合以得到轮速脉冲数据和轮胎状态信息之间的对应关系，所述对应关系用于根据获取当前的轮速脉冲数据确定对应的轮胎状态信息。

2.根据权利要求1所述的基于轮胎状态信息的车辆安全控制方法，其特征在于，所述“根据轮胎在不同路况时的附着系数和滑移率之间的附着滑移曲线及滑移斜率确定参考直线”包括：

根据所述滑移率确定滑移斜率；

在所述滑移斜率满足预定条件时，根据所述不同路况的附着滑移曲线的重合部分曲线确定所述参考直线。

3.根据权利要求2所述的基于轮胎状态信息的车辆安全控制方法，其特征在于，在确定所述参考直线的同时，还确定该参考直线的两端点，该方法还包括：

根据该参考直线的两端点的坐标确定附着系数的纵向安全区间，并根据车辆安全程度将所述纵向安全区间分为不同风险等级，在各风险等级提示用户或者根据所述最大附着系数对车辆进行相应控制。

4.根据权利要求1所述的基于轮胎状态信息的车辆安全控制方法，其特征在于，所述轮胎状态信息通过以下方式获取：

获取车辆中每一轮胎的原始轮速脉冲信号；

通过预设规则对所述原始轮速脉冲信号进行修订或者重构得到轮速脉冲数据；

根据预先学习的对应关系确定所述轮速脉冲数据对应的所述轮胎状态信息。

5.根据权利要求4所述的基于轮胎状态信息的车辆安全控制方法，其特征在于，所述轮胎状态信息包括载荷信息；

所述“根据轮胎当前的滑移率及轮胎状态信息计算附着系数”包括：

根据所述轮速脉冲数据计算所述滑移率；

根据所述滑移率及所述载荷信息计算所述附着系数。

6.根据权利要求5所述的基于轮胎状态信息的车辆安全控制方法，其特征在于，所述控制参数还包括车辆的实际行驶轨迹和期望轨迹之间的意图偏差，所述意图偏差通过以下方式进行确定：

在预定监测周期内，计算所述原始轮速脉冲信号与所述轮速脉冲数据之间的差值，将所述差值作为所述意图偏差。

7.根据权利要求6所述的基于轮胎状态信息的车辆安全控制方法，其特征在于，所述控制参数还包括车辆的重心偏离程度，所述重心偏离程度通过以下方式进行确定：

计量车辆中轮胎的轮距；

根据所述载荷信息及所述轮距计算车辆的重心坐标；

根据所述重心坐标与预定的安全阈值确定所述车辆的重心偏离程度。

8.根据权利要求7所述的基于轮胎状态信息的车辆安全控制方法，其特征在于，通过控制参数对车辆进行控制包括：

判断当前时刻的所述控制参数是否超出预设安全范围；

若所述控制参数超出所述预设安全范围，根据当前时刻的所述控制参数对车辆的行使状态及变化趋势进行调整，并重新计算所述车辆在调整后的所述控制参数，其中，所述调整包括根据所述意图偏差调整车辆的实际行使轨迹和/或根据所述重心偏离程度调整车辆的重心坐标和/或根据所述最大附着系数调整所述车辆的制动力或者驱动力；

若调整后的所述控制参数仍超出所述预设安全范围，根据该调整后的所述控制参数在下一时刻对所述车辆的行使状态及变化趋势继续进行调整，重复执行上述步骤直至最后一次调整后的控制参数不超出所述预设安全范围。

9.根据权利要求8所述的基于轮胎状态信息的车辆安全控制方法，其特征在于，在通过所述控制参数对所述车辆进行控制的过程中，或者依据加速踏板回调的方式对所述车辆进行降速控制时，介入能量回收装置，通过该能量回收装置对能量进行回收。

10.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括存储器以及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述车辆执行权利要求1-9任一项所述的基于轮胎状态信息的车辆安全控制方法。

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