轮胎状态估算装置、轮胎状态估算装置的控制方法和非暂态存储介质
阅读说明:本技术 轮胎状态估算装置、轮胎状态估算装置的控制方法和非暂态存储介质 (Tire condition estimation device, control method for tire condition estimation device, and non-transitory storage medium ) 是由 山口裕之 杉浦豪轨 藤吉基弘 服部义和 井上祐哉 山海阳一朗 柴真人 本庄卓也 于 2021-03-30 设计创作,主要内容包括:提供一种轮胎状态估算装置、轮胎状态估算装置的控制方法和非暂态存储介质。该轮胎状态估算装置(1;1A)包括电子控制单元。该电子控制单元被构造成获取轮胎的生成力。电子控制单元被构造成获取轮胎和路面之间的摩擦系数。电子控制单元被构造成导出轮胎的抓地力裕度。电子控制单元被构造成在非受控驱动状态下估算轮胎的接地长度。电子控制单元被构造成:基于所估算出的轮胎的接地长度和所获取到的轮胎的生成力来估算轮胎的转弯能力。(Provided are a tire-state estimating device, a control method of the tire-state estimating device, and a non-transitory storage medium. The tire-state estimation device (1; 1A) includes an electronic control unit. The electronic control unit is configured to acquire a generated force of the tire. The electronic control unit is configured to acquire a friction coefficient between the tire and a road surface. The electronic control unit is configured to derive a grip margin of the tire. The electronic control unit is configured to estimate a ground contact length of the tire in an uncontrolled driving state. The electronic control unit is configured to: estimating the cornering ability of the tire based on the estimated ground contact length of the tire and the acquired generated force of the tire.)
技术领域
本发明涉及一种轮胎状态估算装置、一种轮胎状态估算装置的控制方法以及一种非暂态存储介质。
背景技术
为了控制车辆的制动和姿势以及改善车辆的行驶稳定性,已知一种获得包括轮胎的转弯能力在内的轮胎状态的轮胎状态估算装置(例如,参见日本未审查专利申请公布特开10-281944(JP10-281944A)号)。在该技术中,使用车辆的横向加速度、横摆率、轴距、前后轮到重心的距离等等来计算轮胎处的横向力和轮胎的侧偏角,并且根据横向力和侧偏角的比率来获得轮胎的转弯能力。
发明内容
但是,尽管可以通过对根据横向加速度、横摆率和车速获得的侧偏角速度进行积分来计算轮胎的侧偏角,但是由于来自车辆的车身侧倾的重力加速度分量、路面倾斜等等,预计会出现误差。因此,使用包含误差的轮胎侧偏角计算出的转弯能力的精度会降低。而且,使用由测量设备计算出的侧偏角可以更精确地计算转弯能力,但是这需要使用昂贵的地面速度计来测量侧偏角,这对于应用于个别车辆是不期望的。因此,在准确地发现轮胎的转弯能力方面存在改进的空间。
本发明可以通过简单的构造准确地估算转弯能力。
本发明的第一形态是轮胎状态估算装置。所述轮胎状态估算装置包括电子控制单元。所述电子控制单元被构造成获取轮胎的生成力。所述电子控制单元被构造成获取所述轮胎和路面之间的摩擦系数。所述电子控制单元被构造成基于所获取到的所述轮胎的生成力和所获取到的所述摩擦系数来导出所述轮胎的抓地力裕度。所述电子控制单元被构造成:在非受控驱动状态下,基于所获取到的所述轮胎的生成力和所导出的所述抓地力裕度来估算所述轮胎的接地长度,所述非受控驱动状态是所述轮胎的生成力中的在所述轮胎的前后方向上生成的生成力在预先设定的阈值以下的状态。所述电子控制单元被构造成基于所估算出的所述轮胎的接地长度和所获取到的所述轮胎的生成力来估算所述轮胎的转弯能力。
在轮胎状态估算装置中,该电子控制单元可以被构造成:获取在轮胎处生成的自回正扭矩、在轮胎处生成的前后方向状态、在轮胎处生成的横向方向状态以及在轮胎处生成的轮载状态,来作为轮胎的生成力。该电子控制单元可以被构造成:获取静摩擦系数作为第一摩擦系数,并且获取动摩擦系数作为第二摩擦系数。动摩擦系数可以是在轮胎和路面相对移动的移动状态下的动摩擦系数,使用所获取到的前后方向状态、横向方向状态和轮载状态来导出该动摩擦系数。该电子控制单元可以被构造成:基于第一摩擦系数和第二摩擦系数的比率来导出轮胎的抓地力裕度。该电子控制单元可以被构造成:基于自回正扭矩、前后方向状态、横向方向状态和抓地力裕度来估算轮胎的接地长度。该电子控制单元可以被构造成:基于所估算出的轮胎的接地长度、自回正扭矩、前后方向状态、横向方向状态和抓地力裕度来估算轮胎的转弯能力。
在轮胎状态估算装置中,电子控制单元可以被构造成使用以下表达式来导出轮胎的转弯能力
其中,Tsat表示自回正扭矩,Fx表示前后方向状态,Fy表示横向方向状态,ε表示轮胎的抓地力裕度,且L表示轮胎的接地长度。
在轮胎状态估算装置中,电子控制单元可以被构造成:关于多种不同类型的轮胎,基于按类型存储的、每种轮胎的生成力与每种轮胎的转弯能力之间的相关关系来估算与所获取到的生成力和所估算出的转弯能力相对应的轮胎类型。
本发明的第二形态是轮胎状态估算装置的控制方法。所述轮胎状态估算装置包括处理器。所述控制方法包括:由所述处理器获取轮胎的生成力;由所述处理器获取所述轮胎与路面之间的摩擦系数;由所述处理器基于所获取到的所述轮胎的生成力和所获取到的所述摩擦系数来导出所述轮胎的抓地力裕度;在非受控驱动状态下,由所述处理器基于所获取到的所述轮胎的生成力和所导出的所述抓地力裕度来估算所述轮胎的接地长度,所述非受控驱动状态是所述轮胎的生成力中的在所述轮胎的前后方向上生成的生成力在预先设定的阈值以下的状态;以及由所述处理器基于所估算出的所述轮胎的接地长度和所获取到的所述轮胎的生成力来估算所述轮胎的转弯能力。
本发明的第三形态是一种非暂态存储介质。所述非暂态存储介质存储指令,所述指令能够由一个或多个处理器执行并且所述指令促使所述一个或多个处理器执行以下功能:获取轮胎的生成力;获取所述轮胎与路面之间的摩擦系数;基于所获取到的所述轮胎的生成力和所获取到的所述摩擦系数来导出所述轮胎的抓地力裕度;在非受控驱动状态下,基于所获取到的所述轮胎的生成力和所导出的所述抓地力裕度来估算所述轮胎的接地长度,所述非受控驱动状态是所述轮胎的生成力中的在所述轮胎的前后方向上生成的生成力在预先设定的阈值以下的状态;以及基于所估算出的所述轮胎的接地长度和所获取到的所述轮胎的生成力来估算所述轮胎的转弯能力。
根据上述构造,可以利用简单的构造正确地估算轮胎接地长度。
附图说明
下面将参照附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义,其中相同的附图标记表示相同的元件,并且其中:
图1是示出根据第一实施例的轮胎状态估算装置的示意构造的示例的图示;
图2是示出轮胎接地长度估算单元的示意构造的示例的图示;
图3是示出表示气动尾迹值与轮胎的接地长度之间的比率的物理量与抓地力裕度的相关关系的示例的图示;
图4是示出转弯能力估算单元的示意构造的示例的图示;
图5是示出关于轮胎偏离角的轮胎横向力特性的示例的图示;
图6是示出根据包括计算机的构造的轮胎状态估算装置的示例的图示;
图7是示出轮胎状态估算程序54P的处理流程的示例的流程图;
图8是示出根据轮胎类型的、与轮胎侧偏角相关的转弯力特性的示例的图示;
图9是示出根据不同的轮载类型的、与轮胎侧偏角相关的转弯力特性的示例的图示;
图10是示出根据轮胎类型的、与轮载相关的转弯能力特性的示例的图示;
图11是示出根据第二实施例的轮胎状态估算装置的示意构造的示例的图示;以及
图12是示出轮胎滑移率与摩擦系数之间的关系的示例的图示。
具体实施方式
下面将参考附图详细描述用于实现根据本公开的技术的实施例。在这些实施例中,将对以下情况进行描述:将根据本公开的技术应用于在车辆行驶时估算安装在车辆上的轮胎的各种类型的状态的轮胎状态估算装置。注意,在所有附图中,操作和功能具有相同作用的部件和过程可以由相同的附图标记表示,并且视情况省略重复的描述。
第一实施例
根据第一实施例的轮胎状态估算装置1在车辆行驶时估算轮胎的转弯能力作为轮胎状态。
在本公开中,术语“非受控驱动状态”是以下概念,该概念包括在车辆的稳定行驶期间生成的轮胎生成力的生成范围内的轮胎状态。非受控驱动状态的示例是与如下方面相关的轮胎状态:在该状态下,在车辆的稳定行驶期间生成的轮胎的纵向力在生成范围内(例如,在预先设定的阈值以下)。车辆以恒定的车速笔直行驶或转弯。另外,术语“受控驱动状态”是包括除非受控驱动状态以外的轮胎状态在内的概念。至少一个示例是轮胎的纵向力超过生成范围(例如,超过预先设定的阈值)的轮胎状态。
图1示出了根据第一实施例的轮胎状态估算装置1的示意构造的示例。在本实施例中,例如,以在车辆转弯时的受控驱动来估算转弯能力的情况为例进行描述。
如图1所示,轮胎状态估算装置1设有轮胎接地长度估算单元10、数据获取单元11、判定单元21、转弯能力估算单元23和输出单元24。注意,轮胎状态估算装置1是根据本公开的轮胎状态估算装置的示例。
数据获取单元11用于获取与车辆的行驶有关的各种类型的数据(从图示中省略)。所获取到的数据的示例包括指示路面与轮胎之间的摩擦系数以及轮胎生成力中的每一个的数据。判定单元21用于使用由数据获取单元11获取到的数据来判定轮胎的状态是否为非受控驱动状态。轮胎接地长度估算单元10使用行驶时的轮胎生成力来估算轮胎接地长度L。转弯能力估算单元23使用由数据获取单元11获取到的数据和由轮胎接地长度估算单元10估算出的轮胎接地长度L来估算转弯能力。输出单元24输出在转弯能力估算单元23处估算出的转弯能力。
接下来,将描述轮胎状态估算装置1的部分。
数据获取单元
数据获取单元11获取与车辆的行驶有关的各种类型的数据(从图示中省略)。获取到的数据的示例包括路面与轮胎之间的每个摩擦系数以及作为轮胎生成力的自回正扭矩、纵向力、轮载和横向力的数据中的每一个。数据获取单元11包括自回正扭矩获取单元11A、路面摩擦系数获取单元11B、纵向力获取单元11C、轮载获取单元11D和横向力获取单元11E(参见图2和图4),以获取这些数据。注意,数据获取单元11是根据本公开的生成力获取单元和摩擦系数获取单元的示例。
判定单元
判定单元21使用由数据获取单元11获取到的数据至少判定轮胎的状态是否为非受控驱动状态。在本实施例中,当作为轮胎状态的轮胎纵向力在预先设定的阈值以下时,判定轮胎处于非受控驱动状态下。
具体地,将纵向力Fx是在预定值以下(|Fx|≤A)的非常小的值的条件预先设定为非受控驱动状态的阈值条件,并且当满足该阈值条件时,判定该状态为非受控驱动状态。也就是说,当轮胎的纵向力Fx是在预定值以下(|Fx|≤A)的非常小的值时,判定单元21判定该状态为非受控驱动状态。常数A是阈值,并且是在传感器噪声幅度附近被预先设定为接近零的值的设定值。
注意,用于由判定单元21判定的物理量不限于表示轮胎的纵向力Fx的数据。例如,可以使用指示车辆的加速或减速的操作单元(诸如加速器踏板、制动踏板等)的操作量(从图示中省略)。
而且,判定单元21优选地判定是否满足预先设定的会影响转弯能力Kβ的车辆的转弯条件。该车辆的转弯条件是轮胎的横向力Fy大于预定值(|Fy|>Fyo)的条件。该预定值Fyo可以通过预先进行的实验中的测量来获得,或者可以通过模拟来获得。
轮胎接地长度估算单元
轮胎接地长度估算单元10使用行驶时的轮胎生成力来估算轮胎接地长度L。具体地,在非受控驱动状态下,轮胎接地长度估算单元10使用行驶时的轮胎生成力来估算轮胎接地长度L。
图2示出了轮胎接地长度估算单元10的示意构造的示例。如图2中所示,轮胎接地长度估算单元10设有数据获取单元11、生成摩擦系数计算单元12、抓地力裕度计算单元13、物理量计算单元14、轮胎接地长度计算单元16和轮胎接地长度存储单元17。
轮胎接地长度估算单元10能够从数据获取单元11获取数据。数据获取单元11用于获取与车辆的行驶有关的各种类型的数据(从图示中省略),并且包括自回正扭矩获取单元11A、路面摩擦系数获取单元11B、纵向力获取单元11C、轮载获取单元11D和横向力获取单元11E中的每一个单元。
自回正扭矩获取单元11A检测或估算车辆中的自回正扭矩(Tsat),并且获取指示所检测到的或所估算出的自回正扭矩(Tsat)的数据。自回正扭矩获取单元11A能够获取提供给车辆的每个车轮的自回正扭矩(Tsat)。
检测或估算自回正扭矩的方法是已知的方法,因此将省略详细描述。一个示例是在日本未审专利申请公布特开2004-352048号(JP2004-352048A)中描述的技术。注意,自回正扭矩获取单元11A可以从安装在车辆中的检测器获取指示自回正扭矩(Tsat)的数据,其中该检测器检测或估算自回正扭矩。
路面摩擦系数获取单元11B获取当前行进时间(即,行进位置)时的路面与轮胎之间的已知摩擦系数。可以通过获取根据车辆的行驶状态预先设定的数据来获得已知摩擦系数的数据(以下称为路面摩擦系数)。例如,用于干燥道路的路面摩擦系数的数据可以存储在存储器中,并且当车辆的行驶状态处于高温并且挡风玻璃刮刷器不在运行状态下时,可以获取存储在存储器中的用于干燥道路的路面摩擦系数的数据作为路面摩擦系数的数据。注意,路面摩擦系数获取单元11B是根据本公开的摩擦系数获取单元的示例。路面摩擦系数是根据本公开的指示静摩擦系数的第一摩擦系数的示例。
注意,可以通过诸如例如车对车通信、路对车通信、分配通信等通信从车辆的外部装置获取路面摩擦系数的数据。例如,在车对车通信中,可以从安装在前方行驶的车辆中的通信装置获取由前方行驶的车辆检测出的路面摩擦系数的数据。此外,在路对车通信中,可以从安装在道路上并且传输道路状况的通信装置获取路面摩擦系数的数据。另外,在分配通信中,可以通过通信线和网络通信从分配已知路面摩擦系数的数据的云服务的分配信息、包括已知路面摩擦系数的数据的道路管理信息等中获取路面摩擦系数的数据。
纵向力获取单元11C、轮载获取单元11D和横向力获取单元11E从安装在车辆中的检测器获取指示轮胎生成力的数据。具体地,纵向力获取单元11C获取轮胎生成力中的纵向力(Fx)的数据。轮载获取单元11D获取轮载(Fz)的数据。横向力获取单元11E获取在车辆中出现的横向力(Fy)的数据。注意,可以针对提供给车辆的每个车轮获取表示轮胎生成力的数据。
注意,自回正扭矩获取单元11A是根据本公开的获取自回正扭矩的生成力获取单元的示例。纵向力(Fx)的数据是根据本公开的前后方向状态的示例,并且纵向力获取单元11C是根据本公开的获取前后方向状态的生成力获取单元的示例。轮载(Fz)的数据是根据本公开的轮载状态的示例,并且轮载获取单元11D是本公开中的获取轮载状态的生成力获取单元的示例。横向力(Fy)的数据是根据本公开的横向方向状态的示例,并且横向力获取单元11E是根据本公开的获取横向方向状态的生成力获取单元的示例。
检测这些轮胎生成力的这些检测器是已知的布置,因此将省略其详细描述。例如,可以分别通过来自发动机扭矩传感器、制动液传感器、横摆率传感器、加速度传感器(诸如重力(G)传感器等)的数据或多个数据的组合来检测纵向力(Fx)、轮载(Fz)和横向力(Fy)。
生成摩擦系数计算单元12根据轮胎生成力的数据(在下文中称为生成摩擦系数)来计算当前行驶时间(即行驶位置)时在路面与轮胎之间的摩擦系数。生成摩擦系数计算单元12使用在当前时间点检测到的作为轮胎生成力(纵向力Fx、横向力Fy、轮载Fz)的数据来计算生成摩擦系数。生成摩擦系数可以由下式(1)算出。注意,生成摩擦系数计算单元12能够针对提供给车辆的每个车轮计算生成摩擦系数。另外,生成摩擦系数计算单元12是根据本公开的摩擦系数导出单元的示例。此外,根据本公开,生成摩擦系数对应于表示动摩擦系数的第二摩擦系数。
(1)注意,轮胎接地长度估算单元10估算在非受控驱动状态下的轮胎接地长度L,并且轮胎的纵向力Fx的影响很小并且不需要考虑。
因此,可以将表达式(1)修改为以下表达式(1A)。
抓地力裕度计算单元13用于计算当前抓地力裕度ε。使用由路面摩擦系数获取单元11B获取到的路面摩擦系数的数据以及指示在生成摩擦系数计算单元12处计算出的生成摩擦系数的数据来计算当前抓地力裕度ε。抓地力裕度ε表示例如轮胎的当前制动力相对于最大制动力具有多少裕度,并且可以表达为当前抓地力裕度相对于最大抓地力裕度的比例。计算该抓地力裕度使得能够理解在抓地力裕度中存在多少裕度,并且因此可以提高车辆的行驶稳定性。可以通过下面的表达式(2)来计算抓地力裕度ε。注意,抓地力裕度计算单元13能够针对车辆所配备的每个车轮计算抓地力裕度ε。另外,抓地力裕度计算单元13是根据本公开的抓地力裕度导出单元的示例。
物理量计算单元14计算表示气动尾迹(pneumatic trail)值与轮胎接地长度L之间的比率的物理量MF。注意,物理量计算单元14能够针对车辆所配备的每个车轮计算物理量MF。
现在,自回正扭矩Tsat和抓地力裕度ε(即,ξS 3)具有以下表达式(3)中的关系,
其中Fx表示纵向力,Fy表示横向力,Kβ表示轮胎转弯能力,并且L表示轮胎接地长度。
通过使用抓地力裕度ε对上述表达式(3)进行重新排序,并且将自回正扭矩除以横向力而获得的气动尾迹与轮胎接地长度之间的比率定义为物理量MF,可以将物理量MF以如下表达式(4)表示。
现在,转弯能力Kβ的值根据轮胎类型和轮载而变化。因此,当使用固定值时,物理量MF改变并且产生误差。另一方面,在行驶时,在非受控驱动状态下,轮胎的纵向力Fx是很小的值,在预定值以下(|Fx|≤A)。常数A是阈值,并且是在传感器噪声幅度附近被预先设定为接近零的值的设定值。因此,在非受控驱动状态下行驶时轮胎的纵向力Fx的影响预计较小。
因此,在本实施方式中,将纵向力Fx为在预定值以下(|Fx|≤A)的极小值的条件设定为非受控驱动状态的阈值条件,并且当满足该阈值条件时计算物理量MF。当纵向力Fx满足阈值条件时,可以将表达式(4)的第二项设置为近似零,并且可以消除转弯能力Kβ的影响。即,在非受控驱动状态下行驶时,物理量计算单元14可以省略表达式(4)的第二项,并且根据抓地力裕度ε来计算物理量MF。
如图3所示,物理量计算单元14可以将抓地力裕度ε和物理量MF之间的相关关系作为表格预先存储在存储器中,并且从存储表读出并导出与抓地力裕度ε的每条数据相对应的物理量MF。
轮胎接地长度计算单元16计算轮胎接地长度L。轮胎接地长度计算单元16使用由自回正扭矩获取单元11A获取到的自回正扭矩(Tsat)的数据、由物理量计算单元14计算出的物理量MF的数据和被检测为轮胎生成力(横向力Fy)的数据来计算轮胎接地长度L。轮胎接地长度L可以通过下面的表达式(5)来计算。轮胎接地长度计算单元16具有将计算出的轮胎接地长度L顺序存储在轮胎接地长度存储单元17中的功能。注意,轮胎接地长度计算单元16能够针对车辆所配备的每个车轮计算轮胎接地长度L。另外,轮胎接地长度计算单元16是根据本公开的接地长度估算单元的示例。
轮胎接地长度存储单元17顺序地存储由轮胎接地长度计算单元16计算出的轮胎接地长度L。注意,轮胎接地长度存储单元17能够针对车辆所配备的每个车轮存储轮胎接地长度L。
因此,轮胎接地长度估算单元10使用当前自回正扭矩、轮胎生成力和路面摩擦系数来估算当前时间点的轮胎接地长度L。也就是说,轮胎接地长度估算单元10在生成摩擦系数计算单元12处使用轮胎生成力的数据来计算当前的生成摩擦系数,并且在抓地力裕度计算单元13处计算抓地力裕度ε。轮胎接地长度估算单元10然后在物理量计算单元14处计算物理量MF,并且在轮胎接地长度计算单元16处计算轮胎接地长度L,该轮胎接地长度L被存储在轮胎接地长度存储单元17中。
转弯能力估算单元
转弯能力估算单元23使用由数据获取单元11获取到的数据和由轮胎接地长度估算单元10估算出的轮胎接地长度L来估算转弯能力。
图4示出了转弯能力估算单元23的示意构造的示例。如图4所示,转弯能力估算单元23设有数据获取单元11、生成摩擦系数计算单元12、抓地力裕度计算单元13以及转弯能力计算单元25。注意,转弯能力估算单元23是根据本公开的转弯能力估算单元的示例。
转弯能力估算单元23能够从数据获取单元11获取数据。也就是说,自回正扭矩获取单元11A获取指示自回正扭矩(Tsat)的数据,路面摩擦系数获取单元11B获取路面摩擦系数的数据,纵向力获取单元11C获取纵向力Fx的数据,轮载获取单元11D获取轮载Fz的数据,并且横向力获取单元11E获取横向力Fy的数据。生成摩擦系数计算单元12如上所述计算生成摩擦系数,并且抓地力裕度计算单元13计算当前抓地力裕度ε。
转弯能力计算单元25使用存储在轮胎接地长度存储单元17中的轮胎接地长度L、由自回正扭矩获取单元11A获取到的自回正扭矩(Tsat)、由纵向力获取单元11C获取到的纵向力Fx的数据、由抓地力裕度计算单元13计算出的抓地力裕度ε、以及在横向力获取单元11E处获取到的横向力Fy来计算转弯能力Kβ。
通过重新排序为关于转弯能力Kβ的表达式,上述表达式(4)可以表示为以下表达式(6)。
转弯能力计算单元25将轮胎接地长度L、自回正扭矩Tsat、纵向力Fx、抓地力裕度ε和横向力Fy代入到上述表达式(6)中,并计算转弯能力Kβ。
注意,转弯能力计算单元25使用紧接在最新的轮胎接地长度L之前存储的轮胎接地长度L或使用最新的轮胎接地长度L来计算转弯能力Kβ。也就是说,转弯能力计算单元25具有如下功能:从轮胎接地长度存储单元17获取由轮胎接地长度估算单元10估算并存储的轮胎接地长度L之中的、紧接在最新的轮胎接地长度L之前存储的轮胎接地长度L或最新的轮胎接地长度L。因此,与使用作为固定值的轮胎接地长度L来计算转弯能力时相比,可以进一步与行驶时轮胎的状态相一致地计算转弯能力Kβ。
转弯能力计算单元25使用在作为非受控驱动状态的轮胎状态下计算出的轮胎接地长度L来计算在受控驱动状态下的轮胎的转弯能力Kβ。现在,转弯能力Kβ预计根据受控驱动状态下受控驱动力的增加和减少而变化,但是在非受控驱动状态和受控驱动状态之间,转弯能力Kβ的变化很小且具有轮胎抓地力裕度。因此,在非受控驱动状态和受控驱动状态之间,使用在非受控驱动状态下计算出的轮胎接地长度L来计算在受控驱动状态下轮胎的转弯能力Kβ对于转弯能力Kβ的计算的影响预计足够小。
例如,图5示出了当轮胎滑移率λ=0.0和0.25时关于轮胎侧偏角的轮胎横向力特性的示例。在图5中,用连续线表示在没有受控驱动的情况下的轮胎滑移率λ=0.0的轮胎横向力特性,用长短虚线表示在受控驱动状态下在轮胎的摩擦力极限附近轮胎滑移率λ=0.25的轮胎横向力特性。如图5所示,在轮胎滑移率λ=0.0和0.25的特性中,其作为轮胎转弯能力Kβ1的斜率相对于Kβ2的比例(即,Kβ2/Kβ1)约为0.7。考虑到通常滑移率λ最大为0.1,因此从不受控驱动(非受控驱动状态)到受控驱动对于转弯能力估算值的影响足够小。
因此,转弯能力估算单元23使用估算出的轮胎接地长度L、所获取到的自回正扭矩Tsat、纵向力Fx、抓地力裕度ε和横向力Fy来计算当前时间点的转弯能力Kβ。
输出单元
输出单元24输出由转弯能力估算单元23估算出的转弯能力Kβ。输出单元24输出由转弯能力估算单元23估算出的转弯能力Kβ,并且执行数据输出到外部装置以及执行数据显示输出到诸如监视器等的显示装置。
上述轮胎状态估算装置1可以通过包括作为执行装置的计算机的构造来实现,该执行装置执行用于实现上述功能的处理。
图6示出了通过包括计算机的构造来实现轮胎状态估算装置1的示例。由包括计算机的构造实现的轮胎状态估算装置1设有装置主单元50。装置主单元50设有中央处理单元(CPU)52、随机存取存储器(RAM)53、只读存储器(ROM)54和输入/输出接口(I/O)55。CPU 52、RAM 53、ROM 54和I/O 55是经由总线56相互连接以便能够交换数据和命令的构造。
自回正扭矩传感器51A、通信单元51B、纵向力传感器51C、轮载传感器51D和横向力传感器51E连接到I/O55。
自回正扭矩传感器51A检测车辆中的自回正扭矩(Tsat)。因此,自回正扭矩传感器51A用作自回正扭矩获取单元11A。
通信单元51B例如通过无线通信与外部装置交换数据。这里,通信单元51B通过通信来获取作为当前行驶时的已知摩擦系数的路面摩擦系数的数据。因此,通信单元51B用作路面摩擦系数获取单元11B。
纵向力传感器51C、轮载传感器51D和横向力传感器51E中的每一个传感器都检测轮胎生成力(Fx、Fy、Fz)。因此,纵向力传感器51C、轮载传感器51D和横向力传感器51E用作纵向力获取单元11C,轮载获取单元11D和横向力获取单元11E。
另外,ROM 54存储用于促使计算机用作轮胎状态估算装置1的轮胎状态估算程序54P。CPU 52从ROM 54读取轮胎状态估算程序54P,并且将轮胎状态估算程序54P加载到RAM53,并且执行对轮胎状态估算程序54P的处理。因此,执行轮胎状态估算程序54P的计算机用作轮胎状态估算装置。注意,ROM 54将表示抓地力裕度ε和物理量MF之间的相关关系的信息存储为表格(图3)。还要注意,轮胎状态估算程序54P和表格可以由诸如光盘(CD)-ROM等的记录介质来提供。
图7示出轮胎状态估算程序54P的处理流程的示例。由CPU 52周期性地执行图7中所示的处理例程。轮胎状态估算程序54P是根据本公开的轮胎状态估算程序的示例。由装置主单元50执行的图7中的轮胎状态估算程序54P的处理是根据本公开的轮胎状态估算方法的示例。
在步骤S100中,CPU 52获取路面摩擦系数和轮胎生成力(自回正扭矩Tsat、纵向力Fx、横向力Fy和轮载Fz)中的每一个的数据。
接下来,CPU 52在步骤S102中判定在步骤S100中获取到的数据中的横向力Fy的数据是否超过预先设定的大小。步骤S102中的处理是判定横向力Fy是否满足预先设定的将会影响转弯能力Kβ的转弯条件((|Fy|>Fyo)的处理。当在步骤S102中做出肯定判定时,CPU 52转移到步骤S104的处理,当做出否定判定时,处理返回到步骤S100。
当轮胎的横向力Fy满足车辆的转弯条件时,CPU 52在步骤S102中做出肯定判定,并且在步骤S104中使用以上表达式(1A)来计算生成摩擦系数。
接下来,在步骤S106中,CPU 52使用上述表达式(2)来计算抓地力裕度。
接下来,在步骤S108中,CPU 52判定在步骤S100中获取到的数据中的纵向力Fx的数据是否在预先设定的大小以下。步骤S108中的处理是判定纵向力Fx是否满足预先设定为非受控驱动状态的阈值条件(|Fx|≤A)的处理。当步骤S108中的判定为肯定时,CPU 52将处理转移到步骤S110,并且当步骤S108中的判定为否定时,CPU 52将处理返回到步骤S120。
接下来,在步骤S110中,CPU 52使用以上表达式(4)来计算物理量MF。然后,CPU 52在下一个步骤S112中通过使用上述表达式(5)来计算轮胎接地长度L从而估算轮胎接地长度L,将轮胎接地长度L存储在RAM 53(轮胎接地长度存储单元17)中,并结束此处理例程。
另一方面,当轮胎的纵向力Fx不满足阈值条件并且步骤S108中的判定为否定时,预计轮胎处于受控驱动状态,并且因此执行估算转弯能力Kβ的处理。也就是说,在步骤S120中,CPU 52判定所估算出的轮胎接地长度L是否存储在RAM 53(轮胎接地长度存储单元17)中。当步骤S120中的判定为肯定时,CPU 52将处理转移到步骤S122,并且当步骤S120中的判定为否定时,CPU 52将处理返回到步骤S100。
当存储了所估算出的轮胎接地长度L时,CPU 52在步骤S120中做出肯定的判定。然后,在步骤S122中CPU 52使用上述表达式(6)来计算转弯能力Kβ,输出所计算出的转弯能力Kβ,并且结束该处理例程。
如上所述,根据本实施例,在非受控驱动状态下使用轮胎接地长度L估算转弯能力Kβ。因此,与使用作为固定值的轮胎接地长度L来估算转弯能力Kβ时相比,可以与行驶时随时变化的轮胎状态一致地来计算转弯能力Kβ。
第二实施例
接下来,将描述第二实施例。第二实施例是用于使用所估算出的转弯能力Kβ来判定轮胎的类型的布置。注意,第二实施例具有与第一实施例相同的构造,因此,相同的部分由相同的附图标记表示,并且将省略其详细描述。
现在,取决于轮胎类型,转弯能力Kβ有时具有不同的值。图8示出了在相同的轮载下关于各种类型的轮胎的轮胎侧偏角的转弯力特性的示例。如图8所示,对于每种轮胎类型,作为转弯力特性的斜率的转弯能力Kβ不同。在图8所示的示例中,转弯能力Kβ以斜交帘布轮胎、子午线轮胎和赛车轮胎的顺序增加。因此,当可以识别转弯能力Kβ时,就可以识别轮胎类型。
另一方面,即使轮胎类型相同,转弯力Fc也根据轮载Fz而变化。图9示出了关于相同类型的轮胎(例如,相同的轮胎)的轮胎侧偏角的转弯力特性的示例。如图9所示,对于每个轮载Fz,转弯能力Kβ不同。在图9所示的示例中,以当轮载Fz小时、当轮载Fz为中等水平以及当轮载Fz大时的顺序,转弯能力Kβ随着轮胎的轮载Fz增加而增加。
因此,在本实施例中,针对每种轮胎类型预先存储与轮载相关的转弯能力Kβ的特性,并且基于转弯能力Kβ的估算值和所获取到的轮载来判定轮胎类型。图10根据轮胎类型示出了与关于轮载的转弯能力Kβ相关的轮胎特性的示例。如图10所示,对于每个轮载Fz,转弯能力Kβ不同。在图10的示例中,示出了轮胎类型TS1、TS2和TS3中的每一个轮胎类型的轮胎特性。例如,当转弯能力Kβ为估算值Kβ1,并且轮载Fz为轮载Fz1时,可以将轮胎类型判定为TS2。
图11示出了根据第二实施例的轮胎状态估算装置1A的示意构造的示例。如图11中所示,轮胎状态估算装置1A是图1中所示的轮胎状态估算装置1,轮胎状态估算装置1A进一步设有轮胎类型估算单元32。注意,除轮胎类型估算单元32以外的构造与图1中所示的轮胎状态估算装置1的构造相同,因此将省略详细描述。轮胎类型估算单元32是根据本公开的轮胎类型估算单元的示例。
轮胎类型估算单元32使用转弯能力Kβ和轮载Fz来判定轮胎类型。轮胎类型估算单元32设有表格34,该表格34存储轮胎特性,所述轮胎特性示出每种轮胎类型的轮载与转弯能力Kβ之间的相关关系(图10)。也就是说,轮胎类型估算单元32预先获得针对每种轮胎类型的轮载与转弯能力Kβ之间的相关关系并将其存储为表34。轮胎类型估算单元32读出由转弯能力估算单元23计算出的转弯能力Kβ和由轮载获取单元11D获取到的轮载Fz,并且使用表34来判定对应于转弯能力Kβ和轮载Fz的轮胎类型。注意,当转弯能力Kβ的值和轮载Fz的值不匹配任何轮胎特性时,可以选择附近的轮胎特性。
现在,近年来,设有防锁制动系统(ABS)的车辆得到了广泛使用。例如,ABS执行控制以使得滑移率保持在预定范围内,并且执行控制以使得车轮的滑移率接近预先判定的滑移率。滑移率优选设定为使得轮胎的纵向力最大,特别是在执行车辆的制动时,但是轮胎的纵向力最大的滑移率取决于轮胎类型而不同。
图12示出了轮胎滑移率与路面摩擦系数之间的关系的示例。在图12中所示的示例中,用连续线表示当在干燥路面上行驶的车辆安装了夏季轮胎时的滑移率特性,用虚线表示当车辆安装了冬季轮胎(所谓的无钉轮胎)时的滑移率特性。如图12中所示,夏季轮胎的轮胎的纵向力最大的滑移率λmax1小于冬季轮胎的轮胎的纵向力最大的滑移率λmax2。
根据本实施例,可以根据所估算出的转弯能力Kβ来识别轮胎类型。也可以获取路面摩擦系数的值。因此,ABS可以根据所获取到的路面摩擦系数的值和轮胎类型的判定结果来设定纵向力最大的滑移率,并且可以使用ABS来改进车辆的制动能力。
如上所述,根据本实施例,可以估算转弯能力Kβ,并且可以将所估算出的转弯能力Kβ和所获取到的轮载Fz用于判定轮胎类型。
尽管以上已经通过实施例描述了本公开的技术,但是本实施例的技术的技术范围不限于以上实施例中描述的范围。可以在不脱离其本质的情况下对以上实施例进行各种修改和改进,并且对本发明的技术范围涵盖进行了这些修改和改进的实施例。
此外,尽管在以上实施例中已经描述了通过执行存储在辅助存储装置中的程序而执行的处理,但是该程序的处理的至少一部分可以通过硬件来实现。
此外,上述实施例的处理可以作为程序存储在诸如光盘等的存储介质等中并且被分配。
在以上实施例中,术语“处理器”是指广义上的处理器,包括通用处理器(例如,CPU等)和专用处理器(例如,图形处理单元(GPU)、特定应用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑装置等)。
以上实施例中的处理器的操作不限于由单个处理器执行,并且可以由在物理上远程位置处协作的多个处理器执行。另外,处理器的操作顺序不仅仅限于以上实施例中阐述的顺序,并且可以适当地改变。
本说明书中描述的所有文献、专利申请和技术标准均通过引用方式并入本说明书中,这与通过经由这些并入文本的特别和个别声明的引用的程度一样。
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