用于在存在滑水的情况下控制车辆的方法和系统与流程

本发明涉及一种在存在滑水的情况下在路面上移动的车辆的控制方法和系统。本发明还涉及一种包括控制系统的车辆。

背景技术：

1、轮胎在运行期间通常具有围绕其旋转轴线的大体环面形结构，并且呈现有与旋转轴线正交的赤道面，所述赤道面通常是（基本上）几何对称的平面（例如，忽略任何细微的不对称性，如胎面花纹和/或侧面的文字和/或内部结构）。

2、“胎冠部分”是指位于轮胎的位于胎面带处的部分。

3、术语“径向”和“轴向”分别参照垂直于轮胎的旋转轴线的方向和平行于轮胎的旋转轴线的方向来使用。

4、术语“切向”参照大体根据轮胎的滚动方向转动的方向使用，其垂直于径向方向和轴向方向两者。

5、“胎印”是指胎面带的外表面的一部分，该部分在经受负载（例如，由于安装在车辆下方）的所安装的轮胎的滚动期间始终与滚动表面相接触。胎印通常具有基本上为零的曲率（或基本上无穷大的曲率半径），或者在任何情况下其基本上呈现滚动表面的形态。“胎印部分”是指胎冠部分的对应于胎印的部分。

6、术语“纵向”用于表示时刻与车辆的轨迹相切的方向（优选地，具有与车辆的前进行驶方向一致的方向）。

7、术语“横向”（或等同地“侧向”）用于表示基本上正交于纵向方向并且基本上平行于路面的方向。

8、在本文中，滑水被理解为表示这样的一种状态，在所述状态中，在路面上滚动的轮胎，由于在轮胎和道路之间存在水层，导致轮胎对所述路面的抓地力下降，甚至完全丧失了抓地力。

9、通常当无法充分排出和驱出胎印区域处的胎面的沟道和/或凹槽中的水以至于引起轮胎和路面之间积水从而导致在胎印区域处能够将轮胎从路面抬升（或多或少）时就会出现滑水状态。

10、这种抬升尤其会导致胎印区域减小，进而又导致轮胎对路面的抓地力的前述减小，结果致使轮胎本身的该部分丧失方向性和牵引力。

11、在下文中，“滑水强度”或“滑水状态强度”将总体上是指轮胎对路面的残余抓地力的估计。该估计的范围可以从对应于轮胎在基本上干燥的表面上或在具有薄水层（基本上不改变轮胎自身在地面上的胎印）的表面上滚动的情况下的基本上最大抓地力状态的等级到分别对应于部分滑水（即，由于存在水层而丧失部分轮胎抓地力（但轮胎与路面之间仍然存在部分残留的胎印区域））的一个或多个状态的一个或多个等级以及对应于完全滑水状态（即，轮胎与路面完全或基本上完全丧失抓地力（即，轮胎在地面上的胎印区域完全或基本上完全消失）的一个或多个等级。

12、滑水现象可能极其危险，因为在这种状态下，驾驶员可能会基本上失去对车辆的控制，并且不再能够沿循道路、规避障碍物等等。

13、文献us2018/0178769a1描述了一种用于在滑水情况下辅助驾驶的方法和装置。

14、文献ep2832617a1描述了一种用于车辆的控制设备，当车辆处于滑水状态时，所述控制设备基于车轮的旋转相位与滑水特性之间的相关性来调整每个车轮的旋转相位。

技术实现思路

1、在用于控制车辆的方法的背景下，本技术人发现目前市场上没有能够在滑水情况下激活车辆的控制的系统。本技术人还发现上述文献中提出的方法和装置存在若干问题。

2、例如，us2018/0178769a1的用于触发驾驶员辅助例程的方法是基于来自前轮转速传感器（例如，abs编码器）的信号来检测车辆可能的滑水状态：如果这些传感器指示剧烈滑动（正或负，这取决于车辆的牵引类型），即，如果前轮中的至少一个前轮的滑动超出给定范围，则识别出滑水状态。在这种情况下，假定后轮不处于滑水状态，通过作用于后轮（制动）来激活驾驶辅助例程的启动。

3、本技术人发现，上述us2018/0178769a1的方法通过在前轮胎已经完全抬升并相对于路面滑动（并且因此基本上失去抓地力）时进行干预而仅在至少一个前轮完全滑水的状态下起作用。

4、然而，本技术人观察到，在真实驾驶条件下，轮胎也可能出现部分滑水状态，即，这样的状态，在所述状态中，由于水层，轮胎会出现部分抬升，从而导致胎印区域减小并降低抓地力，但同时仍然至少部分地保持对路面的抓地力（即具有足够低的滑动值）。

5、因此，在持续部分滑水状态下，us2018/0178769a1的方法永远不会进行干预。

6、类似地，仅在发生完全滑水状态时才激活辅助例程可能意味着，在某些状态下，仅在轮胎处于部分滑水状态的暂态时间段结束时才激活例程。

7、因此，上述两种情形都可能导致驾驶员和乘客面临潜在危险的情形，因为驾驶员对车辆的控制可能已经受到影响和/或限制，特别是在早在us2018/0178769a1的辅助例程激活之前突然进行操纵（例如，突然改变方向）的情况下，并且该例程无法对此进行补偿。

8、本技术人还观察到，基于前轮的滑动来确定滑水状态，有可能面临与车辆在湿滑表面（例如，结冰）上行驶的其他情况（其中所有车轮的轮胎都出现异常滑动或者在任何情况下后轮中的至少一个后轮也出现异常滑动）无法区分的风险。在这种情况下，激活诸如在us2018/0178769a1中描述的驾驶辅助例程可能会带来风险，这是因为后轮可能抱死，从而导致车辆失控。

9、此外，本技术人指出，us2018/0178769a1的辅助例程存在高估后轮可能形成的最大抓地力的风险。

10、关于ep2832617a1，本技术人认为其中描述的例程除了在实践中执行起来极其复杂之外，还有可能面临高估轮胎的真实抓地力的风险。

11、因此，本技术人解决了实现对在滑水状态下移动的车辆进行控制的问题，该控制具体可行，在面对发生滑水的多种情况时具有鲁棒性，并且能够实现较高的驾驶安全性。

12、根据本技术人，上述问题通过车辆的控制方法和系统来解决，该车辆的控制方法和系统在车辆的运动不符合安全条件（例如，车辆的姿态不符合驾驶员的意图和/或车辆的速度/加速度太高）的情况下被激活，其中，实时确定每个轮胎的滑水状态的强度，并且如果至少一个轮胎的滑水强度大于或等于给定阈值，则向车辆车轮施加扭矩（例如，制动扭矩和/或驱动扭矩），其中根据姿态的校正力矩和/或校正纵向力以及相应滑水强度来计算所述扭矩。

13、根据一个方面，本发明涉及一种用于控制在路面上移动的车辆的方法。

14、该方法包括：

15、-对于所述车辆的在所述路面上滚动的每个轮胎，实时确定相应滑水强度；

16、-将每个相应滑水强度与第一阈值进行实时比较；

17、-在出现启动条件使得至少一个轮胎的所述相应滑水强度达到所述第一阈值时，执行以下操作中的一个或多个：

18、优选地规定，实时获取所述车辆的纵向速度的当前值。

19、优选地规定，实时获取所述车辆的转向角。

20、优选地规定，根据纵向速度的所述当前值和所述转向角实时计算代表所述车辆的侧向运动的参数的参考值。

21、优选地规定，实时检测所述参数的当前值；

22、优选地规定，根据所述参数的所述参考值和所述当前值实时计算校正力矩；

23、优选地规定，将根据所述校正力矩和相应轮胎的所述滑水强度实时计算得出的相应扭矩实时施加给所述车辆的每个车轮。

24、优选地规定，实时计算代表所述车辆的纵向运动的参数的参考值。

25、优选地规定，实时获取代表纵向运动的所述参数的当前值。

26、优选地规定，根据代表纵向运动的所述参数的所述参考值和所述当前值实时计算校正纵向力。

27、优选地规定，向所述车辆的每个车轮实时施加根据所述校正纵向力和相应轮胎的所述滑水强度计算得出的相应扭矩。

28、根据另一个方面，本发明涉及一种在路面上移动的车辆的控制系统。

29、该系统包括：

30、-检测模块，用于实时检测所述车辆的在所述路面上滚动的每个轮胎的相应滑水强度；

31、-致动装置，所述致动装置操作地连接至所述车辆的每个车轮；

32、-命令和控制单元，所述命令和控制单元操作地连接到所述检测模块和所述致动装置。

33、优选地，所述命令和控制单元被编程和配置成：

34、-将每个相应滑水强度与第一阈值进行比较；

35、-当出现启动条件使得至少一个轮胎的所述相应滑水强度达到所述第一阈值时，执行以下操作中的一个或多个：

36、-实时接收第一信号作为输入，所述第一信号代表车辆的纵向速度的当前值；

37、-实时接收第二信号作为输入，所述第二信号代表车辆的转向角；

38、-根据所述第一信号和所述第二信号实时计算代表所述车辆的侧向运动的参数的参考值；

39、-实时接收第三信号作为输入，所述第三信号代表所述参数的当前值；

40、-根据所述参数的所述参考值和所述当前值实时计算校正力矩；

41、-命令所述致动装置向所述每个车轮实时施加相应扭矩，所述相应扭矩是根据所述校正力矩和相应轮胎的所述滑水强度计算得出的。

42、优选地，所述命令和控制单元被编程和配置成：

43、-将每个相应滑水强度与第一阈值进行比较；

44、-当出现启动条件使得至少一个轮胎的所述相应滑水强度达到所述第一阈值时，执行以下操作中的一个或多个：

45、-设置代表所述车辆的纵向运动的参数的参考值；

46、-实时接收（第四）信号作为输入，所述信号代表纵向运动的所述参数的当前值；

47、-根据代表纵向运动的所述参数的所述参考值和所述当前值实时计算校正纵向力；

48、-命令所述致动装置向所述每个车轮实时施加相应扭矩，所述相应扭矩是根据所述校正纵向力和相应轮胎的所述滑水强度计算得出的。

49、根据另外的方面，本发明涉及一种包括根据本发明的控制系统的车辆。

50、表述“转向角”是指代表车辆的转向车轮（通常是前轮）所呈现的方向与车辆的纵向伸展方向之间形成的角度的值，例如车辆的转向车轮相对于转向车轮的中性位置（即，车辆向前直线行驶的位置）的旋转角度（顺时针和/或逆时针），或者在自动驾驶系统中由车辆的电子设备设置的参数，或者车辆的转向车轮（通常是前轮）所呈现的方向与车辆的纵向伸展方向之间形成的角度本身。

51、根据本技术人，对每个轮胎的滑水强度的确定允许连续地且实时地监测所有轮胎的滚动状态。

52、通过这种方式，不仅可以迅速检测可能出现的滑水状态，而且还可以迅速检测每个轮胎的相应强度，从而能够识别多种真实驾驶情形。

53、该方法然后在至少一个轮胎的滑水强度达到第一阈值的条件下执行校正例程的事实赋予校正更高的激活灵敏度，因此也能够针对部分滑水状态进行操作，而且这种情况对于四个典型滚动轮胎中的单个轮胎也会出现。

54、最后，向每个车轮施加的扭矩不仅作为计算得出的校正力矩和/或计算得出的校正纵向力的函数，而且还作为轮胎本身的滑水强度的函数，这允许不管控制动作的目的如何，都能考虑轮胎抓地力的真实情况来调整控制动作，并且从而限制车轮抱死的风险。

55、特别地，每个相应扭矩的施加（即，具体控制动作的实施）可以旨在：

56、-根据驾驶员的意图改变车辆的轨迹，此时根据校正力矩（其则是根据转向角计算得出的）计算每个相应扭矩；或者

57、-使车辆减速，此时根据校正纵向力（其则是根据代表纵向运动的参数的参考值和当前值计算得出的）计算每个相应扭矩；或者

58、-根据驾驶员的意图改变车辆的轨迹以及使车辆减速两者，这是因为可以根据校正力矩和校正纵向力两者计算每个相应扭矩。

59、本发明可以具有以下优选特征中的一个或多个。

60、优选地，所述命令和控制单元被编程和配置成执行优选地为该方法提供的以下操作中的一个或多个。

61、优选地，所述方法包括：对于每个轮胎，（至少）实时检测代表所述轮胎的运动、更优选地代表所述轮胎的胎冠部分的运动的相应量。优选地，所述（至少一个）相应量包括涉及单个轮胎（的胎冠部分）的以下量中的（至少）一个：位移、速度、加速度（例如，径向和/或轴向和/或切向加速度）、以及变形。

62、优选地，根据所述相应量来执行所述相应滑水强度的实时确定（例如，通过处理相应量随着时间和/或轮胎的旋转角度的变化的相应信号）。这样，基于与单个轮胎与滚动表面的相互作用相关的信息鲁棒地确定滑水强度。

63、优选地，在所述轮胎的在胎冠部分处的内表面处检测所述相应量。这样，该量直接代表轮胎的胎冠部分（即，与滚动表面接触的部分）的运动。

64、优选地，所述检测模块包括与每个轮胎相关联的相应监测装置，每个监测装置被固定在相应轮胎的所述胎冠部分处，更优选地固定在所述胎冠部分处的内表面上。优选地，所述监测装置适于检测涉及相应轮胎的所述至少一个相应量。

65、优选地，所述致动装置包括制动系统和/或马达（例如，电动马达）。这样，可以向车轮施加制动扭矩和/或驱动扭矩。

66、优选地，代表侧向运动的所述参数包括以下量中的（至少）一个或由以下量中的（至少）一个构成：横摆角速度、侧向加速度、滑移角（也称为漂移角）。出于本发明的目的，本技术人已经认为这些量对于代表车辆的侧向运动方面特别有效。

67、特别地，本技术人认为横摆角速度是一个在实时处理中处理的非常有效且简单的量。

68、优选地，实时计算所述校正力矩包括：实时执行代表所述车辆的侧向运动的所述参数的所述参考值与所述当前值之间的差值；以及根据所述差值计算所述校正力矩。这样，校正力矩代表要施加到车辆的力矩（例如，通过制动和/或加速至少一个车轮）以确保代表车辆的侧向运动的参数的当前值等于（目标）参考值，所述参考值是根据纵向速度的当前值和转向角计算得出的。

69、优选地，所述相应扭矩（的最大值）随着相应轮胎的滑水强度增大而减小（反之亦然）。这样，可以根据相应轮胎的当前抓地力将校正动作实时分配给车轮。

70、优选地，在相应轮胎的所述相应滑水强度大于或等于第二阈值（优选地大于所述第一阈值）的条件下，所述相应扭矩为零。换句话说，当所述滑水强度达到/超过所述第二阈值时，相应扭矩的所述最大值为零。这样，消除了在相应车轮处产生抱死的风险，从而提高了安全性。

71、优选地，代表纵向运动的所述参数包括以下量中的（至少）一个或由以下量中的（至少）一个构成：纵向加速度、纵向速度。出于本发明的目的，本技术人已经确定这些量在代表车辆的纵向运动方面特别有效。例如，可有利的是，使用纵向加速度，以便使车辆安全地减速，从而避免可能导致车辆失控的突然动作。

72、优选地，根据代表纵向运动的所述参数的所述当前值和所述参考值之间的差值计算所述校正纵向力。

73、优选地，根据所述纵向校正力以及根据所述校正力矩计算所述相应扭矩。这样，将上述两种校正动作组合起来，提高了安全性。

74、优选地，所述方法包括：（典型地当代表纵向运动的所述参数不包括所述纵向速度，也不由所述纵向速度构成时）设置所述车辆的纵向速度的参考值。纵向速度的参考值代表希望驾驶车辆的期望安全速度。

75、优选地，所述方法包括：（典型地当代表纵向运动的所述参数不包括所述纵向速度，也不由所述纵向速度构成时），在出现所述启动条件时，实时获取车辆的纵向速度的当前值。优选地，所述方法包括实时比较纵向速度的所述当前值与纵向速度的所述参考值。优选地，所述方法包括在所述纵向速度的所述当前值达到所述纵向速度的所述参考值的条件下取消所述校正纵向力。通过这种方式，车辆仅在必要时减速。

76、优选地，施加到一个车轮的每个相应扭矩还根据与所述车辆的其他车轮相关联的轮胎的相应滑水强度计算得出，更优选地通过分配所述相应扭矩以便最小化所述相应扭矩（相对于相应最大值）中的一个或多个（更优选地所有）。优选地规定，最大化整体代表每个相应扭矩（以模量）与相应最大值（以模量）之间的差值的参数，所述最大值是根据相应轮胎的所述相应滑水强度实时计算得出的。换句话说，在能够根据计算得出的校正力矩和/或校正纵向力校正车辆的侧向运动和/或纵向运动的可能的扭矩组中，优选地选择包括尽可能远离相应最大适用值的扭矩值的那些扭矩组。这样，施加到每个车轮的扭矩保持远离相应最大值，从而进一步降低车轮抱死的风险并提高了安全性。事实上，如上所述，适用于每个车轮的最大扭矩值随着检测到的滑水强度而变化，在沥青条件突然变化时，所述滑水强度可能会急剧减小，从而导致瞬时危险情形，其中扭矩的当前值可能非常接近相应最大值，甚至大于相应最大值，因而车轮完全抱死（并因此失去控制）的风险很高。

77、优选地，当出现所述启动条件时，所述方法包括：中断从车辆的马达到车辆的驱动车轮的驱动力传递，以便降低车辆的速度并进一步增加安全性。

技术特征：

1.一种用于控制在路面上移动的车辆（1）的方法，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法包括：对于每个轮胎（3），实时检测代表所述轮胎（3）的运动的至少一个相应量（q），并且其中，所述至少一个相应量（q）包括涉及单个轮胎（3）的以下量中的至少一个：位移、速度、加速度和变形。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述至少一个相应量（q）代表所述轮胎（3）的胎冠部分（6）的运动，并且其中，在所述轮胎（3）的所述胎冠部分（6）的内表面（5）处检测所述相应量（q）。

4.根据权利要求2和3中任一项所述的方法，其中，实时确定所述相应滑水强度（hi）是作为所述相应量（q）的函数来执行的。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，代表所述侧向运动的所述参数包括以下量中的至少一个：横摆角速度、侧向加速度、滑移角。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，代表所述侧向运动的所述参数由所述横摆角速度构成。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，实时计算所述校正力矩（mz）包括：实时执行代表所述车辆的所述侧向运动的所述参数的所述参考值（yrr）和所述当前值（yrc）之间的差值；以及根据所述差值计算所述校正力矩（mz）。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述相应扭矩（tr）随着相应轮胎（3）的所述滑水强度（hi）增加而减小。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述相应扭矩（tr）的最大值随着相应轮胎（3）的所述滑水强度（hi）增加而减小。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在相应轮胎（3）的所述相应滑水强度（hi）大于或等于第二阈值的条件下，所述相应扭矩（tr）为零，所述第二阈值大于所述第一阈值。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法包括：当出现所述启动条件时，设置代表所述车辆（1）的纵向运动的参数的参考值（axr，vxr）；实时获取代表所述纵向运动的所述参数的当前值（axc，vxc）；根据代表所述纵向运动的所述参数的所述参考值（axr，vxr）和所述当前值（axc，vxc）实时计算校正纵向力（fx），其中，所述相应扭矩（tr）还根据所述校正纵向力（fx）来计算。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，代表所述纵向运动的所述参数包括以下量中的至少一个：纵向加速度、纵向速度。

13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，施加到所述车辆的车轮（7）的每个相应扭矩（tr）还根据与所述车辆的其余车轮（7）相关联的轮胎的所述相应滑水强度（hi）来计算。

14.一种在路面上移动的车辆（1）的控制系统（99），所述控制系统包括：

15.根据权利要求14所述的控制系统（99），其中，所述检测模块（2）包括与每个轮胎（3）相关联的相应监测装置（4），每个监测装置（4）固定在相应轮胎（3）的胎冠部分（6）处，其中，所述监测装置（4）适合于检测涉及相应轮胎的至少一个相应量（q），所述至少一个相应量（q）代表所述轮胎（3）的所述胎冠部分（6）的运动，并且其中，所述至少一个相应量（q）包括涉及单个轮胎（3）的以下量中的至少一个：位移、速度、加速度和变形。

16.根据权利要求15所述的控制系统（99），其中，所述命令和控制单元（8）被编程和配置成执行根据权利要求2至13中的一项或多项所述的用于控制在路面上移动的车辆的方法，并且其中，所述致动装置（9）包括制动系统和/或发动机系统。

17.一种车辆（1），包括根据权利要求14至16中任一项所述的控制系统（99）。

技术总结
在路面上移动的车辆（1）的控制方法和系统（99），其中所述系统包括：用于实时检测车辆（1）的每个轮胎（3）的相应滑水强度（HI）的检测模块（2）；连接至车辆（1）的每个车轮（7）的致动装置（9）；以及命令和控制单元（8），其被编程和配置成执行控制方法，所述控制方法包括：‑将每个相应滑水强度（HI）与第一阈值进行比较；‑当出现启动条件使得至少一个轮胎（3）的相应滑水强度（HI）达到所述第一阈值时，则：‑根据车辆的纵向速度（Vxc）和转向角（STA）实时计算代表车辆（1）的侧向运动的参数的参考值（YRr）；‑根据参考值（YRr）和实时检测到的参数的当前值（YRc）实时计算校正力矩（Mz）；‑向每个车轮（7）实时施加相应扭矩（Tr），所述相应扭矩是根据校正力矩（Mz）和相应轮胎（3）的滑水强度（HI）实时计算得出的。

技术研发人员：M·罗卡,F·罗塞利,S·卡尼尔,M·科诺尔,S·M·萨瓦雷斯
受保护的技术使用者：倍耐力轮胎股份公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23