CN111994083A - 一种分布式电驱动汽车路面附着系数确定***和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种分布式电驱动汽车路面附着系数确定***和方法。该分布式电驱动汽车路面附着系数确定***和方法，通过获取纵向加速度、垂向加速度和侧向加速度后，根据纵向加速度、垂向加速度和侧向加速度就可以快速确定得到路面附着系数，相较于现有技术能够降低路面附着系数的确定难度，简化路面附着系数的确定过程。

Description

一种分布式电驱动汽车路面附着系数确定***和方法
技术领域
本发明涉及电动汽车数据处理技术领域，特别是涉及一种分布式电驱动汽车路面附着系数确定***和方法。
背景技术
准确估计路面附着系数，对车辆的主动安全控制具有十分重要的意义。车辆主动安全控制技术均依赖于准确的路面附着情况，即在不同的道路条件下，车辆能够快速感知路面情况，反馈给各个控制***，做出不同的控制策略，保证车辆的安全稳定行驶。
目前世界采用的路面附着系数的估计方法主要有：1、直接对路面进行识别，可以避开复杂的车辆动力学，但是路面附着系数是车辆轮胎与路面的共同作用结果，且识别处理难度较大，不实用。2、基于运动学的估计方法，该方法充分考虑车辆与路面的相互作用，但是对车辆模型精度要求较高，应用难度大。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种分布式电驱动汽车路面附着系数确定***和方法。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种分布式电驱动汽车路面附着系数确定***，包括：
三向加速度传感器，用于检测电驱动汽车轮胎的三向加速度信号；所述三向加速度信号包括：纵向加速度信号、垂向加速度信号和侧向加速度信号；
传感器信号采集模块，与所述三向加速度传感器连接，用于将所述三向加速度信号转换为电信号；
接地长度估计模块，与所述传感器信号采集模块连接，用于根据所述纵向加速度信号确定所述电驱动汽车轮胎的接地印迹长度；
滑移角估计模块，与所述传感器信号采集模块连接，用于根据所述侧向加速度信号确定所述电驱动汽车轮胎的滑移角度；
侧向力估计模块，与所述传感器信号采集模块连接，用于根据所述侧向加速度信号确定所述电驱动汽车轮胎的侧向力；
路面附着系数估计模块，分别与所述接地长度估计模块、所述滑移角估计模块和所述侧向力估计模块连接，用于根据所述接地印迹长度、所述滑移角度和所述侧向力确定路面附着系数。
优选的，所述三向加速度传感器固定安装在所述电驱动汽车轮胎的内壁上。
优选的，还包括：集电环装置；
所述集电环装置用于将导线固定在所述电驱动汽车的车身上。
优选的，所述集电环装置包括转子和定子；
所述转子与所述三向加速度传感器连接；所述定子固定在所述电驱动汽车的车身上。
一种分布式电驱动汽车路面附着系数确定方法，包括：
获取每一时间节点的电驱动汽车轮胎的三向加速度数据；所述三向加速度数据包括：纵向加速度、垂向加速度和侧向加速度；
根据所述纵向加速度确定所述电驱动汽车轮胎的接地印迹长度；
根据所述侧向加速度确定所述电驱动汽车轮胎的滑移角度；
根据所述侧向加速度确定所述电驱动汽车轮胎的侧向力；
根据所述接地印迹长度、所述滑移角度和所述侧向力确定路面附着系数。
优选的，所述根据所述纵向加速度确定所述电驱动汽车轮胎的接地印迹长度，具体包括：
根据所述纵向加速度确定当前时间点的车轮纵向转动速度；
采用角度传感器获取当前时间点所述电驱动汽车轮胎接地后缘对应的轮胎角和所述电驱动汽车轮胎接地前缘对应的轮胎角；
采用公式
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
根据所述车轮纵向转动速度、接地后缘对应的轮胎角和接地前缘对应的轮胎角确定所述接地印迹长度；
其中，a为接地印迹长度的一半，v为当前时间点的车轮纵向转动速度，
Figure 723038DEST_PATH_IMAGE002
为接地后缘对应的轮胎角，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE003
为接地前缘对应的轮胎角。
优选的，所述根据所述侧向加速度确定所述电驱动汽车轮胎的滑移角度，具体包括：
根据所述纵向加速度确定所述电驱动汽车轮胎的轮胎侧向变形量；所述轮胎侧向变形量为：
Figure 533869DEST_PATH_IMAGE004
；
获取所述电驱动汽车轮胎接地的位置中点；
采用公式
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE005
根据所述侧向变形曲线和所述位置中点确定所述滑移角度；
其中，y为轮胎侧向变形量，
Figure 396651DEST_PATH_IMAGE006
为侧向加速度，T为轮胎一半接地时所对应的时间，x为位置中点，k为常数项。
优选的，所述根据所述侧向加速度确定所述电驱动汽车轮胎的侧向力，具体包括：
获取所述电驱动汽车轮胎所受到的回正力矩和所述电驱动汽车轮胎的刚度数据；所述刚度数据包括：偏转刚度、弯曲刚度和平移刚度；
采用公式
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE007
根据所述回正力矩、所述轮胎侧向变形量和所述刚度数据确定所述电驱动汽车轮胎的侧向力；
其中，y为轮胎侧向变形量，x为位置中点，
Figure 634735DEST_PATH_IMAGE008
为侧向力，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE009
为轮胎所受回正力矩，
Figure 705107DEST_PATH_IMAGE010
为偏转刚度，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE011
为弯曲刚度，
Figure 54049DEST_PATH_IMAGE012
为平移刚度。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供的分布式电驱动汽车路面附着系数确定***和方法，通过获取纵向加速度、垂向加速度和侧向加速度后，根据纵向加速度、垂向加速度和侧向加速度就可以快速确定得到路面附着系数，相较于现有技术能够降低路面附着系数的确定难度，简化路面附着系数的确定过程。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的分布式电驱动汽车路面附着系数确定***的结构示意图；
图2为本发明提供的分布式电驱动汽车路面附着系数确定方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
本发明的目的是提供一种分布式电驱动汽车路面附着系数确定***和方法，以能够降低路面附着系数的确定难度，提高路面附着系数的确定效率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明提供的分布式电驱动汽车路面附着系数确定***的结构示意图，如图1所示，一种分布式电驱动汽车路面附着系数确定***，包括：三向（（纵向、侧向和垂向））加速度传感器1、传感器信号采集模块2、接地长度估计模块3、滑移角估计模块4、侧向力估计模块5和路面附着系数估计模块6。
其中，三向加速度传感器1用于检测电驱动汽车轮胎的三向加速度信号。三向加速度信号包括：纵向加速度信号、垂向加速度信号和侧向加速度信号。，三向加速度传感器1优选安装固定于轮胎内壁，以提高检测三向加速度信号的精确度。传感器信号采集模块2与三向加速度传感器连接，传感器信号采集模块2用于将三向加速度信号转换为电信号。接地长度估计模块3与传感器信号采集模块连接，接地长度估计模块3用于根据纵向加速度信号确定电驱动汽车轮胎的接地印迹长度。滑移角估计模块4与传感器信号采集模块连接，滑移角估计模块4用于根据侧向加速度信号确定电驱动汽车轮胎的滑移角度。侧向力估计模块5与传感器信号采集模块连接，侧向力估计模块5用于根据侧向加速度信号确定电驱动汽车轮胎的侧向力。路面附着系数估计模块6分别与接地长度估计模块、滑移角估计模块和侧向力估计模块连接，路面附着系数估计模块6用于根据接地印迹长度、滑移角度和侧向力确定路面附着系数。
接地长度估计模块3之所以能够估计接地印迹的长度，是因为车辆行驶过程中，轮胎接地区域由于车辆重力与路面摩擦力等作用会产生相应的形变，因此这一过程中轮胎纵向加速度会产生相应的突变，表现在加速度曲线上即为产生方向不同的两个峰值，根据采集到的加速度信号曲线获取两峰值的时间间隔，与当前车速的乘积即为接地长度的估计值。
其中，加速度信号由加速度传感器在车辆行进中测量后，经集电环装置和导线传输到信号采集装置中，并进行下一步处理。处理过程如下：由于每个时间节点下的加速度计是以自身体坐标系进行测量，分别提取每一时间节点的纵向、侧向与垂向加速度作为原始数据，对其进行相应的坐标转换，得到大地坐标系下各节点的加速度数据，进行加速度-时间的曲线绘制，此过程中剔除误差较大的节点数据。
接地长度估计关系式可表达为：
Figure 443442DEST_PATH_IMAGE001
式中， a为接地印迹长度的一半，v为当前时间点的车轮纵向转动速度，
Figure 931055DEST_PATH_IMAGE002
为接地后缘对应的轮胎角，
Figure 405898DEST_PATH_IMAGE003
为接地前缘对应的轮胎角。
本发明上述采用的集电环装置集电环装置是将传输导线的运动方式由跟随车轮旋转变为固定于车身的装置，其主要由旋转与静止两大部分组成。连接在轮胎内部的三向加速度器上并随三向加速度器运动的旋转结构称为转子，固定在车身并通过导线与三向加速度器连接的固定结构称为定子。采用这一集电环装置的目的就是为了避免出现导线在旋转过程中造成缠绕的问题。
滑移角估计模块4根据轮胎接地区域内部侧向变形进行估计的过程中，在接地印迹区域内，轮胎侧向变形曲线由下述公式获得。在曲线前半部分侧向变形较小，轮胎侧向变形量与中心线坐标位置呈线性相关，因此侧向变形曲线与轮胎中心线的夹角可近似等于滑移角。
轮胎侧向变形曲线可由侧向加速度双重积分后获得，其函数表达式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE013
式中，y为轮胎侧向变形量，
Figure 824110DEST_PATH_IMAGE014
为侧向加速度，T为轮胎一半接地时所对应的时间。
滑移角估计表达式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE015
式中，x为位置中点，k为常数项
侧向力估计模块5根据轮胎侧向变形模型公式估计得到侧向力的过程中，轮胎的侧向变形可以看作是三种变形（位移、偏转和弯曲）叠加所产生的变形。因此，轮胎侧向变形量y可以表示为接地印迹内部位置中点x的抛物线函数，其表达式为：
Figure 398836DEST_PATH_IMAGE007
式中，y为轮胎侧向变形量，x为轮胎中心线在接地区域对应的位置（位置中点），
Figure 916405DEST_PATH_IMAGE008
为侧向力，
Figure 878544DEST_PATH_IMAGE016
为轮胎所受回正力矩，
Figure 647917DEST_PATH_IMAGE010
为偏转刚度，
Figure 277482DEST_PATH_IMAGE011
为弯曲刚度，
Figure 700373DEST_PATH_IMAGE012
为平移刚度。
轮胎侧向变形量y可由公式
Figure 415388DEST_PATH_IMAGE004
获得，轮胎偏转刚度
Figure 113086DEST_PATH_IMAGE010
，弯曲刚度
Figure 206943DEST_PATH_IMAGE011
，平移刚度
Figure 63385DEST_PATH_IMAGE012
作为已知量参与运算。根据上述参数对轮胎侧向变形模型公式进行最小二乘的曲线拟合可完成对轮胎所受侧向力
Figure 117DEST_PATH_IMAGE008
与回正力矩
Figure 767085DEST_PATH_IMAGE016
的估计。
路面附着系数估计模块6作为最核心的一个模块，采用轮胎刷子模型将上述各模块所输出的估计值作为已知量参与最后运算，推导公式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE017
Figure 308925DEST_PATH_IMAGE018
Figure DEST_PATH_IMAGE019
Figure 73619DEST_PATH_IMAGE020
为极限滑移角，即车辆刚发生滑移时
Figure DEST_PATH_IMAGE021
的大小，
Figure 91122DEST_PATH_IMAGE022
为已知轮胎侧向刚度，
Figure DEST_PATH_IMAGE023
为接地印迹长度的一半，
Figure 333884DEST_PATH_IMAGE024
为车身重量与负载施加给轮胎的垂向力。
对应对上述提供的分布式电驱动汽车路面附着系数确定***，本发明对应提供了一种分布式电驱动汽车路面附着系数确定方法，如图2所示，该路面附着系数确定方法包括：
步骤100：获取每一时间节点的电驱动汽车轮胎的三向加速度数据。三向加速度数据包括：纵向加速度、垂向加速度和侧向加速度。
步骤101：根据纵向加速度确定电驱动汽车轮胎的接地印迹长度。该步骤具体包括：
根据纵向加速度确定当前时间点的车轮纵向转动速度。
采用角度传感器获取当前时间点电驱动汽车轮胎接地后缘对应的轮胎角和电驱动汽车轮胎接地前缘对应的轮胎角。
采用公式
Figure 795477DEST_PATH_IMAGE001
根据车轮纵向转动速度、接地后缘对应的轮胎角和接地前缘对应的轮胎角确定接地印迹长度。
其中，a为接地印迹长度的一半，v为当前时间点的车轮纵向转动速度，
Figure 137597DEST_PATH_IMAGE002
为接地后缘对应的轮胎角，
Figure 48921DEST_PATH_IMAGE003
为接地前缘对应的轮胎角。
步骤102：根据侧向加速度确定电驱动汽车轮胎的滑移角度。该步骤具体包括：
根据纵向加速度确定电驱动汽车轮胎的轮胎侧向变形量。轮胎侧向变形量为为：
Figure 892112DEST_PATH_IMAGE004
。
获取所述电驱动汽车轮胎接地的位置中点。
采用公式
Figure 80648DEST_PATH_IMAGE005
根据所述侧向变形曲线和所述位置中点确定所述滑移角度；
其中，y为轮胎侧向变形量，
Figure 718303DEST_PATH_IMAGE006
为侧向加速度，T为轮胎一半接地时所对应的时间，x为位置中点，k为常数项。
步骤103：根据侧向加速度确定电驱动汽车轮胎的侧向力。该步骤具体包括：
获取电驱动汽车轮胎所受到的回正力矩和电驱动汽车轮胎的刚度数据。刚度数据包括：偏转刚度、弯曲刚度和平移刚度。
采用公式
Figure 382502DEST_PATH_IMAGE007
根据所述回正力矩、所述轮胎侧向变形量和所述刚度数据确定所述电驱动汽车轮胎的侧向力；
其中，y为轮胎侧向变形量，x为位置中点，
Figure 639171DEST_PATH_IMAGE008
为侧向力，
Figure 806848DEST_PATH_IMAGE009
为轮胎所受回正力矩，
Figure 349824DEST_PATH_IMAGE010
为偏转刚度，
Figure 235741DEST_PATH_IMAGE011
为弯曲刚度，
Figure 561680DEST_PATH_IMAGE012
为平移刚度。
步骤104：根据接地印迹长度、滑移角度和侧向力确定路面附着系数。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的***而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种分布式电驱动汽车路面附着系数确定***，其特征在于，包括：
三向加速度传感器，用于检测电驱动汽车轮胎的三向加速度信号；所述三向加速度信号包括：纵向加速度信号、垂向加速度信号和侧向加速度信号；
传感器信号采集模块，与所述三向加速度传感器连接，用于将所述三向加速度信号转换为电信号；
接地长度估计模块，与所述传感器信号采集模块连接，用于根据所述纵向加速度信号确定所述电驱动汽车轮胎的接地印迹长度；
滑移角估计模块，与所述传感器信号采集模块连接，用于根据所述侧向加速度信号确定所述电驱动汽车轮胎的滑移角度；
侧向力估计模块，与所述传感器信号采集模块连接，用于根据所述侧向加速度信号确定所述电驱动汽车轮胎的侧向力；
路面附着系数估计模块，分别与所述接地长度估计模块、所述滑移角估计模块和所述侧向力估计模块连接，用于根据所述接地印迹长度、所述滑移角度和所述侧向力确定路面附着系数。
2.根据权利要求1所述的分布式电驱动汽车路面附着系数确定***，其特征在于，所述三向加速度传感器固定安装在所述电驱动汽车轮胎的内壁上。
3.根据权利要求1所述的分布式电驱动汽车路面附着系数确定***，其特征在于，还包括：集电环装置；
所述集电环装置用于将导线固定在所述电驱动汽车的车身上。
4.根据权利要求3所述的分布式电驱动汽车路面附着系数确定***，其
特征在于，所述集电环装置包括转子和定子；
所述转子与所述三向加速度传感器连接；所述定子固定在所述电驱动汽车的车身上。
5.一种分布式电驱动汽车路面附着系数确定方法，其特征在于，包括：
获取每一时间节点的电驱动汽车轮胎的三向加速度数据；所述三向加速度数据包括：纵向加速度、垂向加速度和侧向加速度；
根据所述纵向加速度确定所述电驱动汽车轮胎的接地印迹长度；
根据所述侧向加速度确定所述电驱动汽车轮胎的滑移角度；
根据所述侧向加速度确定所述电驱动汽车轮胎的侧向力；
根据所述接地印迹长度、所述滑移角度和所述侧向力确定路面附着系数。
6.根据权利要求5所述的分布式电驱动汽车路面附着系数确定方法，其特征在于，所述根据所述纵向加速度确定所述电驱动汽车轮胎的接地印迹长度，具体包括：
根据所述纵向加速度确定当前时间点的车轮纵向转动速度；
采用角度传感器获取当前时间点所述电驱动汽车轮胎接地后缘对应的轮胎角和所述电驱动汽车轮胎接地前缘对应的轮胎角；
采用公式
Figure DEST_PATH_IMAGE001
根据所述车轮纵向转动速度、接地后缘对应的轮胎角和接地前缘对应的轮胎角确定所述接地印迹长度；
其中，a为接地印迹长度的一半，v为当前时间点的车轮纵向转动速度，
Figure 374191DEST_PATH_IMAGE002
为接地后缘对应的轮胎角，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
为接地前缘对应的轮胎角。
7.根据权利要求5所述的分布式电驱动汽车路面附着系数确定方法，其特征在于，所述根据所述侧向加速度确定所述电驱动汽车轮胎的滑移角度，具体包括：
根据所述纵向加速度确定所述电驱动汽车轮胎的轮胎侧向变形量；所述轮胎侧向变形量为：
Figure 681545DEST_PATH_IMAGE004
；
获取所述电驱动汽车轮胎接地的位置中点；
采用公式
Figure DEST_PATH_IMAGE005
根据所述侧向变形曲线和所述位置中点确定所述滑移角度；
其中，y为轮胎侧向变形量，
Figure 789178DEST_PATH_IMAGE006
为侧向加速度，T为轮胎一半接地时所对应的时间，x为位置中点，k为常数项。
8.根据权利要求7所述的分布式电驱动汽车路面附着系数确定方法，其特征在于，所述根据所述侧向加速度确定所述电驱动汽车轮胎的侧向力，具体包括：
获取所述电驱动汽车轮胎所受到的回正力矩和所述电驱动汽车轮胎的刚度数据；所述刚度数据包括：偏转刚度、弯曲刚度和平移刚度；
采用公式
Figure DEST_PATH_IMAGE007
根据所述回正力矩、所述轮胎侧向变形量和所述刚度数据确定所述电驱动汽车轮胎的侧向力；
其中，y为轮胎侧向变形量，x为位置中点，
Figure 718476DEST_PATH_IMAGE008
为侧向力，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
为轮胎所受回正力矩，
Figure 329585DEST_PATH_IMAGE010
为偏转刚度，
Figure DEST_PATH_IMAGE011
为弯曲刚度，
Figure 214365DEST_PATH_IMAGE012
为平移刚度。
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