CN100380108C - 用于确定地面作用在车轮上的力的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种方法，用于确定支持车轮的地面对机动车辆车轮(3)施加的纵向力(Fx)，该车辆包括连接车轮和所述车辆主体(5)的装置(6)。本发明的特征在于所述方法包括下述阶段：在所述连接装置中的至少一个测量点水平面测量实际力(FAX)；测量基于主体的力(FADX；FAX)从至少一个测量点通过连接装置传递到车轮而产生力(FDx；Fx)，其中基于主体的力取决于至少一个所述实际力；根据传递产生的力(FDx；Fx)，计算由地面施加给车轮的纵向力(Fx)。

Description

用于确定地面作用在车轮上的力的方法和装置
本发明涉及一种用于确定由支撑车轮的地面沿车轮的纵向施加在机动车辆车轮上的力的方法和装置。
仪表板上的电子系统是公知的，其设计用于当车辆驾驶者处于各种类型的困难情况下为他提供帮助。最为公知的毫无疑问是用于车辆动力性能的ABS防滑系统和ESP电子控制系统。
ABS系统作用于制动系统，以防止紧急刹车时车轮滑动。ESP也作用于制动系统，如果需要它也可作用于发动机控制系统，从而在危险转弯的情况下改进车辆路线，例如当在高速情况下进入急转弯时，即，用于抵消车辆过度转向或转向不足的趋势。
这些系统的共同点是为了增强机动车辆的路面支持力，更确切地是寻求适应车轮的操作，从而所需的纵向和/或侧向加速度不超过车辆行驶的道路或表面能够通过它的轮胎有效地将该力传递到车辆的力的大小。这能够一方面通过适应所述力的大小，另一方面通过适应操作参数，例如制动力，发动机的运转或车轮的转向角而实现。
因此，ABS系统控制施加到车辆上的制动力，以保持道路作用于轮胎上的纵向力处于最大允许水平。在一种公知的方法中，该控制基于轮胎滑行速度Vg的测量，例如由Vg＝|Rω-Ve|限定，其中ω表示车轮转速，R表示车轮外圈半径，Ve表示车辆的总速度。
图5显示了轮胎和道路之间摩擦系数μ作为滑行速度Vg的函数变化。该图显示了存在一个最佳滑行速度Vg0，在该速度下摩擦系数μ最大。如果由车轮支持的负载看作为恒量，最佳滑行速度Vg0也使道路对轮胎的作用力达到最大，该作用力与摩擦系数μ成比例。
如果，在工作制动器的帮助下刹车时，车轮的滑行速度Vg超过Vg0，道路对轮胎的作用力开始减少，导致车辆的减速趋向于减小而车轮的减速趋向于增加。这是因为在刹车期间，地面和车轮之间的纵向接触力既是减速车辆的力也是驱动车轮的力，该驱动车轮的力与工作制动装置施加的制动力相反。这两种趋势的结果是滑行速度增加，这又增强了摩擦系数的减小。在这些情况下，除非施加到车轮的制动力完全释放，否则可以发现车轮将快速地趋向于完全锁住，这实际上是车轮的稳定平衡状态。因此，为了获得最短的可能制动，制动力应当尽可能的大并且滑行速度Vg不超过Vg0。
因此，作为安全措施，通常调整ABS系统，以在基本上小于Vg0的滑行速度范围S内操作，如图5所示，从而避免临界区Vg＞Vg0。尽管理论上系统的操作范围能够达到Vg＝Vg0，但是实际上这是做不到的，因为Vg0的可变性和Vg测量的误差。因此，公知的ABS系统导致地面施加在车轮上的力小于其最佳值。
为了克服该缺点，对于ABS系统，需要一种基于制动力控制算法，不基于滑行速度值而直接基于地面施加到车轮上的力的值，假设该值是已知的。
本发明的目的是提供一种方法和装置，其允许从悬挂系统执行的测量中准确地确定支持车轮的地面沿车轮的纵向施加到所述车轮尤其是驱动轮上的力。
为了该目的，本发明提供了一种方法，其用于确定支持车轮的地面施加到机动车辆的车轮上的力，所述车辆包括连接车轮和所述车辆主体的装置，其特征在于所述方法包括下述阶段：
在所述连接装置中的至少一个测量点的水平面测量实际力，
计算与主体相关的力经过所述连接装置从所述至少一个测量点传递到所述车轮而产生的力，其中与主体相关的力至少取决于所述实际力，
作为至少所述传递产生的力的函数，计算所述地面施加到所述车轮上的所述纵向力。
在该方法中，与主体相关的力可以是驱动力--尤其当没有制动施加到车轮上时，或者是阻力--尤其当没有驱动力矩施加到车轮上或驱动力矩单独测量并且其基值从测量的实际力中减去时。这样确定地面施加到车轮上的力的纵向分量，该纵向分量平行于车轮的中面和地面的交线。
优选地，作为从所述车轮的转向角、车轮相对于主体的垂直距离、连接到车轮的制动系统的运转状态和车辆发动机施加到车轮上的驱动力矩中选择的至少一个参数的函数，计算传递产生的所述力。
根据一个特定的实施例，设计测量车轮的转向角的阶段，作为该转向角的函数计算所述传递产生的所述力。
在另一个特定的实施例中，设计测量所述车轮相对于主体的垂直距离的阶段，作为该垂直距离的函数计算传递产生的力。
有利地，设计检测连接到车轮的制动系统的运转状态的阶段，作为该运转状态的函数计算传递产生的力。例如，当制动系统停止时，选择第一传递函数，其适于模拟与主体相关的力的驱动类型的传递，当制动系统工作时，选择第二传递函数，其适于模拟与主体相关的力的阻力类型的传递。
有利地，通过将传递函数应用到所述与主体相关的力计算传递产生的所述力，其中所述传递函数代表所述连接装置。在一个特定实施例中，通过至少一个神经网络应用该传递函数。
优选地，所述车轮是驱动轮，该方法包括测量车辆的发动机施加到所述车轮的驱动力矩的阶段，作为所述驱动力矩的函数计算传递产生的所述力。
根据本发明的一个特定实施例，所述与主体相关的力由所述实际力组成。优选地，在该情况下，计算出施加到车轮上的纵向力等于实际力经连接装置传递产生的力。这有利于特别简单的处理，其允许在最通常的车轮驱动条件下准确确定施加到车轮上的力。
在另一个实施例中，本发明的方法包括计算虚拟的与车轮相关的驱动力，其代表地面对驱动力矩的反作用，
所述与主体相关的力也取决于所述虚拟的与车轮相关的驱动力，作为虚拟的与车轮相关的阻力而计算所述力，
作为所述虚拟的与车轮相关的驱动力和所述虚拟的与车轮相关的阻力的函数而计算地面施加到车轮上的所述纵向力。
该方法基于纵向力分解为两个虚拟分量。实际上，在任何时刻可以把车轮当作在其地面接触区受到两个同时作用的力：一个虚驱动力，其对应于传递到车轮的作用-该作用关于车辆的有效位移实际上能够是驱动作用(加速)或阻止作用(发动机制动)，和一个虚阻力，其对应于阻止作用，例如轮胎的滚动阻力和车辆制动系统的作用。这两个虚拟分量组合成由接触区传递的实际纵向力的形式，找到其测定数据。然而，对于每个分量，符合悬挂系统中连接车轮和车体的元件中力的特定分布。例如，悬臂、弹性接头、弹簧、减震器和车辆转向系统的元件。实际力分解成两个虚拟分量的情况能够考虑这些不同的分布，从而从悬挂系统中一个或多个力的测量准确地确定实际力。从发动机轴传递到车轮的力矩的瞬时值计算第一分量(虚拟驱动力)。从悬挂系统中测量的至少一个实际力和从力的分布确定第二分量(虚拟阻力)，其作为它们起点的函数。
虚拟的与车轮相关的驱动力代表地面对施加到车轮的驱动力矩的反作用，但是不代表施加到车轮的至少一个阻力作用，例如由制动系统施加的阻力和/或在接触区水平面的轮胎的滚动阻力，所述阻力作用(一个或多个)由虚拟阻力表示。有利地，作为总驱动力矩的反作用而由所述地面施加到车轮的力计算所述虚拟的与车轮相关的驱动力。
有利地，所述与主体相关的力包括下面的阶段：
计算虚拟的主体相关的驱动力，该力可以由所述虚拟的与车轮相关的驱动力从车轮经过所述连接装置传递到至少一个测量点而产生，
作为所述虚拟的主体相关的驱动力的函数，作为虚拟的主体相关的阻力计算所述与主体相关的力，所述虚拟的主体相关的阻力在所述至少一个测量点的水平面应用。
优选地，本发明的方法包括测量车轮的转向角的阶段，作为该转向角的函数计算所述虚拟的主体相关的驱动力和/或所述虚拟的与车轮相关的阻力。
优选地，本发明的方法包括测量车轮相对于主体的垂直距离的阶段，作为该垂直距离的函数计算所述虚拟的主体相关的驱动力和/或所述虚拟的与车轮相关的阻力。
这些测量能够考虑车轮相对于主体的实际位置和连接装置的相应结构，这提高了力经过所述连接装置传递的模拟的真实性。
有利地，可以通过将代表所述连接装置的第一传递函数应用到所述虚拟的与车轮相关的驱动力而计算所述虚拟的主体相关的驱动力。类似地，可以通过将代表所述连接装置的第二传递函数应用到所述虚拟的主体相关的阻力而计算所述虚拟的与车轮相关的阻力。
优选地，通过至少一个神经网络应用所述第一函数和/或第二函数。
以前的讨论(teach-in)涉及的神经网络的使用允许非常精确和真实地以半唯象方式模拟力经过连接装置的传递，从而尤其考虑了传递的非线性和共振现象。优选地，第一神经网络用于应用第一函数，第二神经网络用于应用第二函数。
可以在悬挂系统中的各个测量点进行力的测量，尤其在连接元件之间的接合点的水平面。当然，每个测量点和车轮之间力传递的模拟必须考虑连接元件中测量点的位置。有利地，所述至少一个测量点包括连接元件和主体之间的连接点，测量的实际力是在所述连接点的水平面施加到主体上的力。
在本发明的一个特定实施例中，所述连接装置包括车轮安装在其上的轮毂支座，连接到轮毂支座的悬挂叉形架或臂，和至少一个弹性接头，该弹性接头包括由弹性体连接的两个固定件，所述固定件的第一个固定到所述悬挂叉形架，所述固定件的第二个固定到主体，构成连接到主体的所述至少一个点。
有利地，通过确定所述弹性体的变形而测量所述实际力。
优选地，所述实际力是平行于车辆的纵向测量的。
本发明还提供了一种装置，用于确定支持车轮的地面施加到机动车辆车轮的纵向力，该车辆包括连接车轮和车辆主体的连接装置，其特征在于所述装置包括：
用于在所述连接装置中的至少一个测量点的水平面测量实际力的装置，
用于计算与主体相关的力经过所述连接装置从所述至少一个测量点传递到车轮产生的力的装置，其中所述与主体相关的力取决于所述实际力，
用于计算地面施加到车轮上的所述纵向力的装置，其中该纵向力作为至少传递产生的所述力的函数。
在一个特定的实施例中，提供用于测量所述车轮转向角的装置，作为该转向角的函数计算传递产生的所述力。
在另一个特定的实施例中，提供用于测量车轮相对于主体的垂直距离的装置，作为该垂直距离的函数计算传递产生的所述力。
在另一个特定的实施例中，提供用于检测连接到车轮的制动系统的运转状态的装置，作为该运转状态的函数计算传递产生的所述力。
在又一个特定的实施例中，提供用于测量车辆的发动机施加到车轮的驱动力矩的装置，作为该驱动力矩的函数计算传递产生的所述力。
有利地，本发明的装置包括：
用于计算虚拟的与车轮相关的驱动力的装置，该虚拟的与车轮相关的驱动力代表地面对驱动力矩的反作用，
用于计算虚拟的主体相关的驱动力的装置，该虚拟的主体相关的驱动力由所述虚拟的与车轮相关的驱动力经过所述连接装置从车轮传递到所述至少一个测量点而产生，
用于作为虚拟的主体相关的阻力计算所述所述与主体相关的力的装置，该虚拟的主体相关的阻力作为所述实际力和所述虚拟的主体相关的驱动力的函数，在所述至少一个测量点的水平面应用该虚拟的主体相关的阻力，
作为虚拟的与车轮相关的阻力计算出由所述与主体相关的力的传递而产生的所述力，
作为所述虚拟的与车轮相关的驱动力和所述虚拟的与车轮相关的阻力的函数计算出地面施加到车轮上的所述纵向力。
优选地，用于计算虚拟的主体相关的驱动力的装置包括第一神经网络。
优选地，用于计算虚拟的与车轮相关的阻力的装置包括第二神经网络。
参考附图从本发明的几个特定实施例的描述中将更好地理解本发明并将更清楚地显现本发明的其它目的、具体特征和优点，下面列举的这些实施例仅仅是示例性的而不是出于限制目的，其中附图为：
图1：部分地显示了机动车辆的透视图，该机动车辆设计成用于实施根据本发明确定力的方法；
图2：图1中车辆的悬架叉形架(wishbone)，其与力测量装置配合；
图3：考虑图4的方法的力的示意图；
图4：表示图1的车辆实施的方法的流程图；
图5：显示车轮和道路之间的摩擦系数μ作为车轮滑行速度Vg的函数的图；
图6：根据本发明的力确定装置的示意性功能性框图，该力确定装置安装在图1的车辆中；
图7和图8：图6的装置的两个神经网络。
图1显示了牵引式机动车辆1的前端。更特别地显示了车辆1的前轴2，车辆1的其它部分用虚线表示轮廓。在描绘前轴2的组成中，由于前轴2是基本对称的，因此仅仅描绘了它的一半。
每个前轮3枢轴转动地安装到轮毂支座4上，该轮毂支座通过悬架叉形架6和力支撑杆(force strut)7由车辆1的主体5支持。主体5表示车辆1的悬挂部分。在典型的方式中，力支撑杆7具有两部分7a、7b，这两部分能够相对彼此移动，下部7b的底端固定到轮毂支座4，而上部7a的顶端固定到主体。传动轴15连接到车轮3，从而将来自车辆1的发动机(未示出)的驱动力矩Γ传递给车轮。
横拉杆8(track rod)连接轮毂支座4和车辆1的驾驶杆9，从而调整车轮3的方向。车轮3和轮毂支座4的转向枢轴转动围绕悬架叉形架6的一端6a发生。车轮3的方向由转向角α确定，该转向角α典型地作为车辆1的纵向和车轮3的中面的纵向之间的角度而限定，其中车辆1的纵向由其轴线X表示，车轮3的中面的纵向由轴线x表示。在图1中，车轮定向成沿直线行驶，从而角度α可以忽略。
轮毂支座4也具有制动钳10，该制动钳能够卡紧(close)连接到车轮3的制动片11，从而制动后者的旋转。制动钳10是典型的工作制动器的一部分，并由液压或电力装置(未示出)以公知的方式控制。
在该示例中，悬架叉形架6具有两个基本垂直的分支6b和6c，在图2中可以更好地看到这两个分支。悬架叉形架6通过两个减震接头12和13在两个连接点A和B连接到主体5，所述减震接头例如为弹性或液压类型。减震接头12包括外部固定件12a和内部固定件12b，该外部固定件固定连接在基本位于悬架叉形架6的中点6d的圆柱座中，该内部固定件形成连接点A，该连接点A通过在其内部空间接合的螺栓(未示出)固定到主体5。减震接头13以与接头12类似的方式固定到悬架叉形架6的另一端6e和主体5。接头12带有对传递的力敏感的测量系统14。
参考图4，现在将要描述用于测量地面在车轮的纵向x施加到车轮3的力Fx的算法的第一实施例。结合参考图6，将要描述安装在实施该算法的车辆1的仪表板上的电子装置40。为了清楚起见，该电子装置40没有在图1中完全表示出来。图4的阶段和由虚线表示的图6的部件不涉及第一实施例。
在阶段20，测量经传动轴15施加到车轮3的驱动力矩Γ。该驱动力矩Γ可以是任何方向，这取决于该车辆是否处于加速阶段或发动机制动阶段。换句话说，该驱动力矩Γ是由车轮3从车辆的发动机接收的力矩，该力矩实际上能够对车辆1具有推动作用，或者相反，具有制动作用。力矩测量探测器21能够实施阶段20，该探测器与传动轴15配合，以测量驱动力矩Γ的代数值。同样以公知的方式，发动机的特定电子计算机也能够测量驱动力矩。
在阶段22，使用物理模型来计算虚驱动力FMx，该驱动力是由车轮3从地面接收的针对驱动力矩Γ的反作用力。为了计算该虚驱动力FMx，使用的该物理模型在于地面反作用于车轮上的整个驱动力矩Γ，即：FMx＝Γ/R，其中R是车轮3的半径。这样计算出的力FMx是虚力，它仅仅代表驱动力矩Γ的效果。
计算模块23从探测器21提供的驱动力矩Γ的值以实现阶段22。
在阶段25，从力FMx计算虚驱动力FAMX，该虚驱动力可以由力FMx经轮毂支座4、悬架叉形架6和接头12传递到主体5的连接点A而产生。力FMAX沿车辆1的纵向X定向。在第一函数FTD的帮助下进行该计算，其中该第一函数表示连接车轮3和主体5的连接装置的机械性能。该函数FTD以真实的方式通过一种方法模拟，该方法同时包括物理模型和唯象近似法。
在阶段28，为了在函数FTD中考虑，测量车轮3的转向角α和车轮3相对于主体5的垂直悬挂偏差z。该垂直悬挂偏差z是主体5上的预定点相对于车轮3与地面的接触点的垂直距离。
例如，当看作连接装置的物理模型时，接头12可以看作叉形架6围绕其枢转的无摩擦枢轴，接头13可以看作是与减震器平行安装的刚度K的弹性弹簧，其中该减震器产生衰减的力并具有阻尼系数C，该衰减的力与接头13的固定件的相对位移速度成比例。作为车轮3沿轴线X的纵向位移d(t)的函数，通过解出一组不同形式的方程而获得虚驱动力FAMX：
{FAMX(t)＝G[Kd(t)+Cd′(t)]，
{FMx(t)＝Md″(t)+Cd′(t)]+Kd(t)
其中M表示与车轮3相关的未悬挂质量，即基本组成车轮3、轮毂支座4、悬架叉形架6和力支撑杆7的下部7b的组件的质量，d′(t)表示函数d(t)的时间导数，G表示唯象加权系数。
系数G解释在上述方程组中没有清楚模拟的现象，即横拉杆8和力支撑杆7参与力的传递、接头水平面的摩擦--例如在轮毂支座4和叉形架6之间的旋转接头中、接头12和13中弹性体的非线性，及其它现象。
可以在频率范围内设法分析地解出上述方程组。然而，该方法不可能得到足够准确的结果。实际上在第一神经网络26的帮助下实现阶段25，其中第一神经网络代表函数FTD，该函数比线形分析模型得到的结果更准确。神经网络26的输入是力FMx的值、转向角α和车轮3的垂直偏差z。随后将进行详细描述。
通过转向角测量探测器24测量转向角α，其中该探测器与车辆1的驾驶杆配合。通过探测器27测量相对于预定参考位置的垂直偏差z，其中该探测器测量力支撑杆7的部分7a和7b之间的相对位移。
在阶段29，测量由接头12沿车辆1的纵向X传递到主体5的实际力FAX。可以使用各种已知的方法测量实际力FAX。
在阶段31，计算力FADX，该力是在阶段29测量的实际力FAX与在阶段25测量的虚驱动力FAMX之间的差值：
FADX＝FAX-FAMX
力FADX对应于虚驱动力FAMX和有效传递到主体的实际力FAX之间的差值。因此，力FADX对应于在接头12水平面施加到车轮3上的虚阻力FDx的效果，尤其是在制动系统启动时在它的作用下，以及在车轮3和地面之间的接触区的滚动阻力作用下。
在力FADX和FAMX是不能被分别测量的一般情况下，他们是虚拟的，但是其总和FAX是可以测量的。当然，当力FADX或FAMX变为零时，他们是特定的简单情况。例如，如果发动机与车轮3断开，例如通过离合器的脱开，该虚的驱动力FAMX变为零。
在阶段33，作为力FADX经接头12、悬架叉形架6和轮毂支座4从主体5上的连接点A传递到车轮3的结果，从力FADX计算虚阻力FDx。计算出的力FDx沿车轮3的纵向x定向。在第二函数FTI的帮助下执行该计算，其中该第二函数代表连接主体5和车轮3的连接装置的动力性能。类似于阶段25，函数FTI通过一种方法模拟，该方法同时包括物理模型和唯象近似法。
然而，函数FTI不能通过逆变换该函数FTD而推导。因为虚驱动力FMx和虚阻力FDx产生不同的效果。这是因为对于由车轮3相关的未悬挂质量组成的机械系统，驱动力矩Γ能够看作是施加到车轮3中央的外力，但是损耗或制动力同时包括内力和施加到车轮3和地面之间的接触区的力。因此，函数FTI必须独立于函数FTD建模。
在阶段34，测量车轮3的转向角α和车轮相对于主体5的垂直偏差z，从而它们可以包含到函数FTI中。阶段34不一定与阶段28分离。
优选在另一神经网络35的帮助下实现阶段33，该神经网络真实和准确地表示了函数FTI。该神经网络35接收作为输入的力FADX、转向角α和车轮3的垂直偏差z的值。随后将进行详细描述。
在阶段36，作为来自阶段22的虚驱动力FMx和来自阶段33的虚阻力FDx的和计算力Fx：Fx＝FMx+FDx。
通过求和模块37实现阶段36，其中的一个输出连接到装置40的输出界面38，以使力Fx的值提供给仪表板上的ABS或ESP辅助系统(未示出)。例如，装置40经车辆1的内部数据传输网络39与这样的辅助系统通信。
图3示意性地显示了考虑力FMx，FAMX，FADX和FDx用来确定力Fx。Fx获取的值是在地面接触区的水平面传递到车轮的纵向力的非常准确的估计值。该估计值在电子装置40的帮助下实时获取，通过车辆的操作和循环期间的定时采样实现阶段20到36。例如测量信号以200HZ的频率采样。
装置40的功能模块23，32和37能够以电子部件的组装形式制造，其中所述电子部件的材料设计成专门用于该目的，或者以电子部件的普通组装形式制造，例如特定用途的计算机程序编程的普通微处理器卡，或这两者的组合。根据本发明，计算机程序是一组可以从支持程序读或写的指令代码，该指令代码可以由计算机或类似设备执行。
在图6中，为各种模块之间的连接标注了它们的连接传递的参数。
现在将参考图7和图8描述装置40的神经网络26和35的一个实施例。在该示例中，输入代表转向角α的值，不包括垂直偏差z。
神经网络26和35进行状态的多层网络循环，每个都具有各自的输入层26a，35a，各自的单隐蔽层26b，35b，和各自的输出层26c，35c。
在图7表示的网络26中，输入层26a具有三个神经元，它们在表示为k-1、k-2、k-3的最后三个时间增量期间分别接收代表力FMx值的输入信号，其中k是计算虚力FAMX时刻的当前指数。因此，网络26具有用于输入的指令3的存储器。输入层26a还具有三个神经元，它们分别接收对应三个状态变量X1、X2和X3的输入信号，这三个状态变量在前一时间增量k-1从存储器30获得。最后，输入层26a具有接收恒定输入信号c的神经元。
隐蔽层26b由两个带有偏压(bias)的线性启动的反曲式神经元和一个多路单元组成。这些元件中的每一个都连接到输入层26a的七个神经元。
输出层26c由一个带有偏压的线性神经元组成，其中该神经元传递代表虚力FAMX当前值的输出信号FAMX(k)和代表当前值的输出信号X1(k)、X2(k)、X3(k)，其中该虚力FAMX的当前值在时间增量k时计算，输出信号X1(k)、X2(k)、X3(k)分别在三个状态变量X1，X2，X3的时间增量k时计算。
图8中网络35的结构基本上与网络26的结构相同，除了输入层35a包括神经元接收输入信号FADX(k-1)而不是网络26的三个相应神经元，该输入信号FADX(k-1)代表在施加增量(k-1)时计算的虚力FADX。因此，网络35具有用于输入的指令1的存储器。输出层35c具有带有偏压的线性神经元而不是网络26的相应神经元，该输出层35c的神经元传递代表虚力FDx的当前值的输出信号FDx(k)。
输入和输出信号以200HZ的频率采样。这两个网络26个35的状态是顺序3，即它们中的每一个都具有三个状态变量X1，X2和X3，这三个状态变量独立于其它网络的状态变量。
对于网络26和35中的每一个，允许分别跟踪函数FTD和FTI的神经元的系数从讨论阶段的结论获得。该系数的值在该讨论阶段的结论确定，该讨论阶段在装置30进行工作之前发生。
上述的第一实施例能够在许多情况下确定施加到车轮3上的纵向力，这些情况包括复杂的驱动情况，其中很大的驱动力和很大的阻力同时施加到车轮3上。
现在将描述用于确定力的方法和装置的第二实施例，该实施例比第一实施例简单，其适于在简单的驱动情况下确定施加在车轮3上的纵向力，也就是当驱动力或制动力为零或至少可忽略时。
如先前提到的，当驱动力矩Γ产生的驱动力为零或与阻力相比，尤其与车辆的制动系统施加的力相比可忽略时，图4中表示的算法可以通过省略阶段31而简化。在该情况下，如箭头131a和131b指示的，直接通过对测量的力FAX应用传递函数FTI而获得纵向力Fx，其中测量的力FAX对应与主体相关的阻力。
相应地，当制动系统施加的阻力为零或可忽略时，图4中表示的算法可以通过省略阶段22、31和33而简化。在该情况下，如箭头141和142指示的，直接从测量的力FAX和从阶段125中应用的传递函数而获得纵向力Fx。
在阶段125使用传递函数，其模拟测量的力FAX经连接车轮3和主体5的连接装置从连接点A传递到车轮3，该测量的力于是对应主体相关的驱动力。在数学上，该函数是用于第一实施例的函数FTD的逆函数。如箭头143指示的，作为驱动力矩Γ的函数能够有利地计算所述逆传递函数。
为了确定是否处在上述第一或第二简单情况，可以使用制动系统操作的逻辑指示器，例如显示后刹车灯开启的指示器或可感知刹车踏板沿其路线位移的指示器。
假设当驾驶者启动制动系统时他通常不明显地加速，当制动系统运行时选择执行阶段131a，33和131b，当制动系统停止时选择执行阶段141，125和142。
用于实现该简化算法的仪表板上的电子装置140表示在图6中，其中在第二实施例中，省略了部件23，32和37，增加了虚线表示的元件。
测量系统114接收作为输入的逻辑变量L，该变量指示车轮3的制动系统是运行还是停止。考虑到驱动力矩Γ，该测量系统114具有两个信号输出132a和132b，这两个信号输出分别连接到神经网络35和神经网络126，该神经网络126设计成应用传递函数，该传递函数是函数FTD的逆函数。该测量系统114具有输出转换器(未示出)，当制动系统运行时，该输出转换器作为变量L的函数转换到选择输出132a，在该情况下力Fx的值通过连接114传递到输出界面38，当制动系统停止时，转换到选择输出132b，在该情况下力Fx的值通过连接145传递到输出界面38。
已经通过与直接测量相比较而验证了上述的方法和装置，该方法和装置提供了纵向力Fx的估计值，该值的均方误差小于2％。
尽管上述的实施例涉及牵引车辆的驱动轮，该方法和装置也适合于推进车辆的驱动轮。车辆也能够装备超过一个装置40或140，从而确定其每个驱动轮受到的力。而且，该方法和装置能够适合于从动(非主动)轮，在该情况下可以省略对应驱动力的获取和处理的阶段和部件。
尽管已经联系许多特定实施例描述了本发明，明显地，本发明并不限于这些实施例，而是在本发明的范围内，包含所述方法的所有等同技术及其组合。

Claims (21)

1.一种用于确定支持车轮的地面施加到机动车辆(1)的车轮(3)上的纵向力(Fx)的方法，所述车辆包括连接车轮和所述车辆主体(5)的连接装置(4，6，12，13)，其特征在于所述方法包括下述阶段：
在所述连接装置(4，6，12，13)中的至少一个测量点(A)水平面测量(29)实际力(FAX)，
计算(33；125)与主体相关的力(FADX，FAX)经过所述连接装置从所述至少一个测量点传递到所述车轮而产生的力(FDx，Fx)，其中所述与主体相关的力至少取决于所述实际力，
作为至少所述传递产生的力(FDx；Fx)的函数，计算(36)所述地面施加到车轮上的所述纵向力(Fx)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
作为从所述车轮的转向角(α)，车轮(3)相对于主体(5)的垂直距离(z)，连接到车轮的制动系统(10)的运转状态，和车辆发动机施加到车轮上的驱动力矩(Γ)中选择的至少一个参数的函数，计算传递产生的所述力(FDx；Fx)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：
它包括测量车轮的转向角(α)和作为该转向角的函数计算所述传递产生的所述力(FDx；Fx)的阶段(28，34)。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：
它包括测量所述车轮(3)相对于所述主体(5)的垂直距离(z)和作为该垂直距离的函数计算传递产生的所述力(FDx；Fx)的阶段(28，34)。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：
它包括检测连接到所述车轮的制动系统(10)的运转状态(L)和作为该运转状态的函数计算传递产生的所述力(FDx；Fx)的阶段。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：
通过将传递函数(33，125)应用到所述与主体相关的力(FADX，FAX)计算传递产生的所述力(FDx；Fx)，其中所述传递函数代表所述连接装置(4，6，12，13)。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：
通过至少一个神经网络(35；126)应用该传递函数。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：
所述车轮(3)是驱动轮，该方法包括测量(20)车辆的发动机施加到所述车轮的驱动力矩(Γ)，作为所述驱动力矩(Γ)的函数计算传递产生的所述力(FDx；Fx)的阶段。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：
所述与主体相关的力由所述实际力(FAX)组成。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：
它包括计算(22)虚拟的与车轮相关的驱动力(FMx)，其代表所述地面对所述驱动力矩的反作用，
所述与主体相关的力(FADX)也取决于所述虚拟的与车轮相关的驱动力(FMx)，
作为虚拟的与车轮相关的阻力(FDx)而计算(33)出所述与主体相关的力的传递产生的所述力，以及
作为所述虚拟的与车轮相关的驱动力(FMx)和所述虚拟的与车轮相关的阻力(FDx)的函数而计算(36)出地面施加到车轮上的所述纵向力(Fx)。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：
所述与主体相关的力(FADX)的计算包括下面的阶段：
计算(25)虚拟的主体相关的驱动力(FAMX)，该力可以由所述虚拟的与车轮相关的驱动力(FMx)从车轮经过所述连接装置(4，6，12，13)传递到至少一个测量点而产生，
作为所述实际力(FAX)和虚拟的主体相关的驱动力(FAMX)的函数，作为虚拟的主体相关的阻力(FADX)计算(31)所述与主体相关的力，
所述虚拟的主体相关的阻力在所述至少一个测量点(A)的水平面应用。
12.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：
所述至少一个测量点包括所述连接装置(4，6，12，13)和所述主体(5)之间的连接点(A)，测量的实际力(FAX)是在所述连接点的水平面施加到主体上的力。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：
所述连接装置包括车轮(3)安装在其上的轮毂支座(4)，连接到轮毂支座的悬挂叉形架或臂(6)，和至少一个弹性接头(12)，该弹性接头包括由弹性体(12c)连接的两个固定件，所述固定件的第一个(12a)固定到所述悬挂叉形架(6)，所述固定件的第二个(12b)固定到主体(5)并构成连接到主体的所述至少一个连接点(A)。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：
通过确定所述弹性体(12c)的变形而测量所述实际力  FAX。
15.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：
所述实际力(FAX)是平行于所述车辆(1)的纵向(X)测量的。
16.一种用于确定支持车轮的地面施加到机动车辆(1)的车轮(3)的纵向力(Fx)的装置(40)，所述车辆包括连接车轮(3)和车辆主体(5)的连接装置(4，6，12，13)，其特征在于所述装置包括：
用于在所述连接装置(4，6，12，1 3)中的至少一个测量点(A)的水平面测量实际力(FAX)的装置(14)，
用于计算与主体相关的力(FADX；FAX)经过所述连接装置从所述至少一个测量点传递到所述车轮而产生的力(FDx；Fx)的装置(35；126)，其中所述与主体相关的力取决于所述实际力(FAX)，
用于计算地面施加到车轮(3)上的所述纵向力(Fx)的装置(37，144，145)，其中该纵向力作为至少传递产生的所述力(FDx；Fx)的函数。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于：
它包括用于测量所述车轮(3)转向角(α)并作为所述转向角的函数计算传递产生的所述力(FDx；Fx)的装置(24)。
18.根据权利要求16或17所述的装置，其特征在于：
它包括用于测量所述车轮(3)相对于所述主体(5)的垂直距离(z)并作为所述垂直距离的函数计算传递产生的所述力(FDx；Fx)的装置(27)。
19.根据权利要求16或17所述的装置，其特征在于：
它包括用于检测连接到所述车轮(3)的制动系统(10)的运转状态(L)并作为所述运转状态的函数计算传递产生的所述力(FDx；Fx)的装置(114)。
20.根据权利要求16或17所述的装置，其特征在于：
它包括用于测量所述车辆的发动机施加到所述车轮(3)的驱动力矩(Γ)并作为所述驱动力矩(Γ)的函数计算传递产生的所述力(FDx；Fx)的装置(21)。
21.根据权利要求20所述的装置，其特征在于它包括：
用于计算虚拟的与车轮相关的驱动力(FMx)的装置(23)，该虚拟的与车轮相关的驱动力代表地面对所述驱动力矩(Γ)的反作用，
用于计算虚拟的主体相关的驱动力(FAMX)的装置(26)，该虚拟的主体相关的驱动力由所述虚拟的与车轮相关的驱动力(FMx)经过所述连接装置(4，6，12，13)从车轮(3)传递到所述至少一个测量点而产生，
用于作为虚拟的主体相关的阻力(FADX)计算所述与主体相关的力的装置(32)，该虚拟的主体相关的阻力作为所述实际力(FAX)和所述虚拟的主体相关的驱动力(FAMX)的函数，在所述至少一个测量点(A)的水平面应用该虚拟的主体相关的阻力(FADX)，
作为虚拟的与车轮相关的阻力(FDx)计算出由所述与主体相关的力的传递而产生的所述力，和
作为所述虚拟的与车轮相关的驱动力(FMx)和所述虚拟的与车轮相关的阻力(FDx)的函数计算出所述地面施加到所述车轮(3)上的所述纵向力(Fx)。
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