具体实施方式

下面将针对卡车10形式的车辆、诸如图1中所示的卡车来描述本发明。卡车10应被视为车辆的示例，其可以包括可对其执行本发明所述方法的根据本发明的控制单元。然而，本发明可以在多种不同类型的车辆中实施。仅作为示例，本发明可以在卡车、牵引车、小汽车、公共汽车、诸如轮式装载机这样的工作机械或任何其他类型的建筑设备中实施。

图1的车辆10包括一组地面接合构件。在图1的实施例中，地面接合构件由成组车轮12、14、16构成，其中的每个车轮都适于由地面区域18支撑。尽管图1的车辆10的实施例包括一对前轮12和两对后轮14、16，但是当然可以设想车辆10的其他实施例可以包括更少或更多的车轮。此外，设想车辆10的其他实施例可以包括其他类型的地面接合构件，诸如履带(未示出)。

此外，车辆的图1的实施例包括将车轮12、14、16连接到车辆10的车架22的车轮悬挂系统20。在图1的实施方式中，车轮悬挂系统20包括将车架22连接到前轮12的前轮悬挂系统24、将车架22连接到第一后轮14的第一后轮悬挂系统26以及将车架22连接到第二后轮16的第二后轮悬挂系统28。

此外，如图1中所示，所述前轮悬挂系统24可以包括挠性波纹管30，可以将气体添加或排放到该挠性波纹管中。以类似方式，第一后轮悬挂系统26和第二后轮悬挂系统28中的每一个可以包括挠性波纹管32、34，可以将气体添加或排出到所述挠性波纹管32、34中。因此，所述车轮悬挂系统20被布置成在车辆10运动期间阻尼/吸收来自对应车轮的载荷。此外，车轮悬挂系统20可以被用于控制相关联的车轮12、14、16与地面区域18之间的接触力。

在以下说明中，大体参考仅一个前轮12和仅两个后轮14、16进行说明。然而，应理解，对所述前轮12的说明适用于一对前轮。类似地，对第一后轮14的说明同样适用于一对第一后轮，对第二后轮16的说明同样适用于一对第二后轮。

另外，图1示出所述车辆沿着纵向轴线L在纵向方向上，并且沿竖直轴线V在竖直方向上延伸。所述纵向轴线L在平行于车辆10的预期行驶方向的方向上延伸，所述竖直轴线V在垂直于地面区域18的平面的方向上延伸。图1进一步示出了横向轴线T以垂直于纵向轴线L和竖直轴线V中的每一个的方式延伸。

图1的车辆10包括控制单元36，以确定指示支撑所述车辆的区域的道路能力的参数。尽管图1示出了如下实施例：所述控制单元36物理连接到车辆10，例如位于图1所示的车辆10中，但是根据本发明第二方面的控制单元36无需物理连接到车辆10。相反，可以设想控制单元36的如下实施例：所述控制单元36与车辆10分离，并且适于使用例如无线通信系统(未示出)与车辆10通信。

所述控制单元36适于确定指示支撑车辆的路段的道路能力的参数。所述控制单元36的实施例及其功能将在下文参考图2呈现，图2示意性地示出了包括六个地面接合构件12、14、16、38、40、42的车辆10的俯视图，每个地面接合构件都被示例为车轮。这里，还应注意，所述控制单元36的实施例可适于控制具有比图2中的六个数量更少或更多的地面接合构件的车辆。

所述控制单元36适于为多个地面接合构件的子组中的每个地面接合构件设置地面接合构件与路段之间的接触力。在图2中所示的示例中，所述子组包括两个车轮，即所述车辆10的左手侧上的第一后轮14和右手侧上的第二后轮42。

例如在车辆10位于平坦表面上的情况下，术语“接触力”可以仅由地面接合构件和路段之间的法向力构成。然而，还可以设想所述接触力可以是法向力和摩擦力、诸如静摩擦力的合力。例如，在车辆10静止在倾斜表面上的情况下，法向力和摩擦力可以形成所述接触力。

作为另一非限制性示例，所述接触力中可以包括动态摩擦力。例如，如果将特定的扭矩变化施加到地面接合构件，例如为了确定摩擦值，则可以基于所述扭矩变化确定预期摩擦力，并且这样的摩擦力可以形成为该地面接合构件设置的接触力的一部分。

为了使得下文说明相对简洁，采用所述接触力等于每个地面接合构件的法向力的条件。然而，下文说明和下文方程可以以直接的方式展开，以便也涵盖地面接合构件的接触力是由施加到地面接合构件的法向力和摩擦力所产生的力的情况。

因此，如图2中所示，所述车辆10具有由图2中的纵向轴线L和竖直轴线V形成的纵向中心平面，其将所述车辆10分成第一纵向半部i和第二纵向半部ii。此外，所述子组中的第一地面接合构件14可以优选地位于第一纵向半部i中，所述子组中的第二地面接合构件42可以优选地位于第二纵向半部ii中。当所述车辆10包括六个或更多地面接合构件时，所述地面接合构件的这种选择可能特别优选，因为可以获得在所述纵向半部的任一侧上的至少一个地面接合构件的接触力控制，而不会导致所述车辆10的不期望的低稳定性。

第一左后轮14和路段18之间的接触力被设置为特定值N_14,s，该接触力在图2的情况下由施加到所述第一左后轮14的法向力构成。所述接触力的值、这里被示例为法向力的值可以取决于待确定参数的道路能力的类型。例如，在要确定摩擦值的情况下，可以将所述值N_14,s设置为相对较低。另一方面，在要确定承载能力的情况下，所述值N_14,s可以被设置为相对较高。

类似地，第二右后轮42和路段18之间的接触力被设置为特定值N_42,s，该接触力在图2情况中由施加到第二右后轮42的法向力构成。在上文的介绍中，下标S指示所设置的接触力。

可以为多个地面接合构件的子组中的每个地面接合构件设置的接触力值可以通过多种方式来加以确定。仅作为示例，所述接触力值可以预定。作为另一示例，所述接触力值可以基于所述车辆的重量来确定。例如，所述接触力值可以被设置为车辆10的重量的预定分数。

此外，控制单元36适于确定要施加到所述车辆10的目标全局载荷向量G。所述目标全局载荷向量G至少包括竖直载荷F_V和倾斜力矩M。

下面给出了所述目标全局载荷向量G的示例，根据下列方程，该目标全局载荷向量G包括竖直载荷F_V、侧倾力矩M_L和纵倾力矩M_T，如下所示：

参考图2，竖直载荷F_VG与图2平面外、即沿竖直轴线V的方向上的载荷有关。此外，侧倾力矩M_LG与围绕纵向轴线L的力矩有关，纵倾力矩M_TG与围绕横向轴线T的力矩有关。

控制单元36适于确定多个地面接合构件中不在所述子组中的地面接合构件的接触力N₁₂、N₁₆、N₃₈、N₄₀，使得多个地面接合构件的接触力一起引起生成产生的全局载荷向量R。同样地，为了保持说明相对简洁，所述接触力N₁₂、N₁₅、N₃₈、N₄₀被示例为法向力。产生的全局载荷向量R与目标全局载荷向量G之间的差值量度DM等于或低于预定差值量度阈值。在下面的方程2中给出了产生的全局载荷向量R的示例。

对于特定组的接触力，可以根据下列方程确定产生的全局载荷向量R：

其中：

T_ij为着沿横向轴线T在接触力N_ij的攻击点与纵向轴线L之间的距离，并且

L_ij为沿着纵向轴线L在接触力N_ij的攻击点与横向轴线T之间的距离。

如上所述，方程3基于下列假设，即所述接触力N₁₂、N_14,S、N₁₆、N₃₈、N₄₀、N_42,S由法向力构成。然而，本说明以及例如方程3可以扩展为涵盖包括法向力分量和摩擦力分量的接触力。在这方面，下面参考方程7给出非限制性示例。

对于施加到左前轮12的接触力N₁₂，在图2中示出了上述两个距离T₁₂、L₁₂。应注意，所述距离T_ij和L_ij通常是固定的，因为每个地面接合构件相对于车辆10、例如相对于车架(图2中未示出)的位置通常是固定的。

仅作为示例，可以通过计算两个向量之间的欧几里得范数来确定产生的全局载荷向量R和目标全局载荷向量G之间的差值量度DM。因此，可以根据下列方程计算差值向量D：D＝G-R，然后可以将所述差值量度DM确定为所述差值向量的欧几里得范数，即：

因此，所述控制单元36可以适于确定不在所述子组中的多个地面接合构件中的地面接合构件的接触力N₁₂、N₁₆、N₃₈、N₄₀的值，使得所述差值量度DM等于或低于预定的差值量度阈值。

仅作为示例，所述控制单元36可以适于采用迭代过程来确定所述接触力N₁₂、N₁₆、N₃₈、N₄₀的值。作为非限制性示例，这样的迭代过程可以包括关于接触力N₁₂、N₁₆、N₃₈、N₄₀中的每一个的预定最小值和最大值的约束。

作为上文关于方程1至方程4讨论的程序的替选方案，所述接触力N₁₂、N₁₆、N₃₈、N₄₀的值可以通过组合方程1和方程3来使用另一方程组来确定，如下所示：

对于方程1至方程4，再次仅作为示例，所述控制单元36可以适于使用迭代过程来求解方程5，以便确定所述接触力N₁₂、N₁₆、N₃₈、N₄₀的值。作为非限制性示例，这样的迭代过程可以包括关于所述接触力N₁₂、N₁₆、N₃₈、N₄₀中的每一个的预定最小值和最大值的约束。

此外，无论所述控制单元36是否使用上述方程1至方程4或方程5，未知参数的数量——即上述示例中的接触力N₁₂、N₁₆、N₃₈、N₄₀——与方程组的行数之间的关系将确定是否存在单个或多个可能的解。

如果未知参数的数量等于方程组的行数，则存在单一解。另一方面，如果未知参数的数量小于或大于方程组的行数，则可能存在多个解。

无论所述控制单元36如何适于为不在所述子组中的多个地面接合构件中的地面接合构件确定所述接触力N₁₂、N₁₆、N₃₈、N₄₀，所述控制单元36适于向悬挂系统20发出信息，以将所述接触力N₁₂、N_14,S、N₁₆、N₃₈、N₄₀、N_42,S施加到多个地面接合构件中的每个地面接合构件12、14、16、38、40、42。

作为非限制性示例，所述控制单元36可以适于向悬挂系统发出信息，以将所述接触力N₁₂、N_14,S、N₁₆、N₃₈、N₄₀、N_42,S施加到多个地面接合构件中的每个地面接合构件12、14、16、38、40、42。仅作为示例，斜坡函数可以是在预定斜坡时间期间将接触力从初始接触力改变为期望接触力的线性斜坡函数。

此外，控制单元36适于为所述子组中的至少一个地面接合构件14、42确定指示与地面接合构件相关联的路段的道路能力的参数。

作为非限制性示例，指示与所述地面接合构件相关联的路段的道路能力的参数可以是地面接合构件14、42与路段18之间的摩擦值μ。仅作为示例，所述控制单元36可以适于通过发出信号以将扭矩施加到地面接合构件14、42来确定地面接合构件与路段之间的摩擦值μ。

作为非限制性示例，向地面接合构件14、42施加扭矩的信号可以是与开始确定摩擦值μ之前向地面接合构件14、42施加的扭矩相比、提高或降低施加给地面接合构件14、42的扭矩的信号。例如，以地面接合构件14为例，在所述值N_14,S被设置地相对较低的情况下，可以将扭矩选择为使得地面接合构件14的转速低于考虑到车辆10的当前速度所预期的转速。在使用斜坡函数施加接触力的上述示例中，所述控制单元36可以适于发出信号，以使用上文讨论的斜坡函数将扭矩施加给地面接合构件。

代替或除了摩擦值μ之外，指示与地面接合构件相关联的路段的道路能力的参数是指示支撑车辆10的地面区域18承载能力的承载能力值。仅作为示例，以地面接合构件14为例，在所述值N_14,S被设置地相对较高的情况下，可以确定地面接合构件14进入地面区域18中的竖直下陷，以便可以确定地面区域18的刚度。

可以通过多种方式确定目标全局载荷向量G。仅作为示例，可以确定目标全局载荷向量G，以便例如在期望的侧倾和/或俯仰方面获得车辆10的期望条件。作为另一非限制性示例，可以选择目标全局载荷向量G，以便获得车辆10的所需稳定性。仅作为示例，可以在考虑稳定性影响的情况下确定所需稳定性，该稳定性影响源自确定指示与地面接合构件相关联的路段的道路能力的参数的程序。

作为另一非限制性示例，可以通过确定在接触力被施加到多个地面接合构件中的每个地面接合构件之前、施加到所述车辆的初始全局载荷矢量I来确定目标全局载荷向量G。例如，所述控制单元36可以适于将目标全局载荷向量G设置为等于初始全局载荷向量I。

可以以多种方式确定初始全局载荷向量I。例如，当可能确定每个地面接合构件12、14、16、38、40的实际接触力N₁₂、N_14,S、N₁₆、N₃₈、N₄₀、N_42,S时，诸如当车辆10包括用于每个地面接合构件12、14、16、38、40、42的地面接合构件载荷传感器(例如，车轮载荷传感器)时，可以使用方程3来确定初始全局载荷向量I。

本发明也涉及一种用于确定指示支撑车辆10的路段18的道路能力的参数的方法。所述车辆10包括多个地面接合构件12、14、16、38、40、42。根据本发明的方法的一个实施例的流程图呈现在图3中。

参考图3，该方法实施例包括如下步骤：

S10：对于多个地面接合构件的子组中的每个地面接合构件14、42，设置所述地面接合构件14、42与路段18之间的接触力N_14,S、N_42,S；

S12：确定要施加到所述车辆10的目标全局载荷向量G，所述目标全局载荷向量G至少包括竖直载荷和倾斜力矩；

S14：确定不在所述子组中的多个地面接合构件中的地面接合构件12、16、38、40的接触力N₁₂、N₁₆、N₃₈、N₄₀，使得用于所述多个地面接合构件的接触力N₁₂、N_14,S、N₁₆、N₃₈、N₄₀、N₄₂一起引起产生的全局载荷向量R，产生的全局载荷向量R与目标全局载荷向量G之间的差值量度DM等于或低于预定差值量度阈值；

S16：向所述多个地面接合构件中的每个地面接合构件施加接触力；

S18：对于所述子组中的至少一个地面接合构件，确定指示与所述地面接合构件相关联的路段的道路能力的参数。

例如，可以使用上文讨论的控制单元36来执行上述方法。然而，还设想可以使用其他措施来执行根据本发明的方法。

施加接触力的上述方法特征S16可以使用车辆悬挂系统来实现，诸如图1的车辆悬挂系统20。然而，还预期的是，所述方法的实施例可以采用其他措施来施加接触力。

应理解，本发明不限于上文所述和附图所示的实施例；相反，本领域技术人员应认识到，可以在所附权利要求的范围内做出许多改变和修改。例如，虽然上文呈现的方程1至方程6仅包括针对每个地面接合构件的法向力，但是所述方程可以被扩展为包括其中一个或多个地面接合构件的接触力除了法向力之外还包括摩擦力的情况。

因此，以方程3为例，假设针对图2中的第一左后轮14设置的接触力包括法向力N_14,S以及纵向轴线L方向上的摩擦力FL_14,S，可以按下列方程修改方程3：

其中：

V₁₂是摩擦力FL_14,S的攻击点与横向轴线T之间沿着竖直轴线V的距离。

方程7可以通过例如将横向轴线T方向上的摩擦力FL_14,S添加到图2中第一左后轮14的接触力和/或通过例如将水平力分量添加到任何一个其他地面接合构件来进一步扩展。