确定轮胎有效半径的方法和系统与流程

1.车辆控制系统可以受益于与车辆参数相关的信息，包括轮胎有效半径。该信息可以用作用于控制一个或更多个车辆系统的输入，这些车辆系统控制车辆制动、转弯和/或加速。


背景技术：

2.已知的车载系统将轮胎有效半径视为恒定校准值。然而，诸如轮胎压力、环境温度、表面温度、轮胎温度、车辆负载等的动态可变因素可能导致轮胎有效半径的变化，这进而可能影响与车辆制动、转弯和加速相关的车辆系统的性能。此外，确定轮胎有效半径的不准确性或误差可能影响驾驶辅助系统（诸如高级驾驶辅助系统(adas)或另一自主车辆系统）的性能。


技术实现要素：

3.描述了一种用于为车辆上的每个车轮动态地确定轮胎有效半径的轮胎半径监测系统，该轮胎半径监测系统包括全球定位系统（gps）传感器、布置成监测多个车轮的转速的多个车轮速度传感器、以及控制器。该控制器与gps传感器和多个车轮速度传感器通信，并且包括指令集，该指令集可以被简化以实践为一个或多个算法和校准。指令集可执行以经由gps传感器确定与车辆的纵向速度相关的速度矢量。该算法还经由多个车轮速度传感器确定多个车轮的车轮速度，并且检测多个车轮的无车轮滑移状态和来自gps传感器的纵向速度矢量。该算法用于基于车辆的纵向速度矢量和多个车轮在无车轮滑移状态期间的车轮速度来确定多个车轮的轮胎有效半径，并且基于轮胎有效半径来控制车辆操作。
4.本发明的一个方面包括一种转换率滤波器，该转换率滤波器包括基于轮胎有效半径的状态矢量和基于多个车轮的车轮速度的测量矢量。指令集执行转换率滤波器以基于状态矢量和测量矢量确定轮胎有效半径。
5.本公开的另一方面包括作为卡尔曼滤波器的转换率滤波器，并且其中卡尔曼滤波器执行以使用状态矢量和测量矢量来确定轮胎有效半径。
6.本公开的另一方面包括具有多个校准增益因子的转换率滤波器，这些校准增益因子特定于与车辆的纵向速度矢量相对应的多个车辆速度范围。
7.本公开的另一方面包括特定于车辆速度范围的多个校准增益因子，其形式为对应于与低速范围相对应的多个车辆速度范围中的第一车辆速度范围的第一校准增益因子、对应于与中速范围相对应的多个车辆速度范围中的第二车辆速度范围的第二校准增益因子、以及对应于与高速范围相对应的多个车辆速度范围中的第三车辆速度范围的第三校准增益因子。
8.本发明的另一方面包括可执行以基于轮胎有效半径确定多个车轮的轮胎压力的指令集。
9.本发明的另一方面包括可执行以基于车辆的纵向速度矢量和多个车轮的车轮速
度来检测多个车轮的无车轮滑移状态的指令集。
10.本发明的另一方面包括一种用于车辆的轮胎半径监测系统，该系统具有全球定位系统（gps）传感器、布置成监测多个车轮的转速的多个车轮速度传感器、和控制器。控制器与gps传感器和多个车轮速度传感器通信，并且控制器包括指令集，指令集可执行为：经由gps传感器确定车辆的纵向速度矢量；经由多个车轮速度传感器确定多个车轮的车轮速度；确定包括多个车轮的车轮速度和车辆的纵向速度矢量的测量矢量；以及执行转换率滤波器以确定包括多个车轮的轮胎有效半径的状态矢量。基于包括多个车轮的车轮速度的测量矢量和车辆的纵向速度矢量来确定状态矢量。基于包括轮胎有效半径的状态矢量来控制车辆的操作。
11.本发明的另一方面包括一种操作车辆的方法，经由全球定位系统（gps）传感器确定车辆的纵向速度矢量，并经由多个车轮速度传感器确定多个车轮的车轮速度。执行卡尔曼滤波器以基于车辆的速度和多个车轮的车轮速度来确定多个车轮的轮胎有效半径。
12.本发明的另一方面包括基于多个车轮的轮胎有效半径之一检测车轮之一的低轮胎压力事件。
13.本发明的另一方面包括将车辆质量和轮胎压力与轮胎有效半径相关联。
14.这里描述的轮胎半径监测系统可以被简化以实践为一个或多个算法，算法使用来自车轮传感器和gps传感器的信息实时估计轮胎的有效半径。算法包括校准每个车轮的标称轮胎半径以用于未来的驾驶循环。该算法还可以采用查找表将轮胎有效半径与轮胎压力和车辆质量相关联。实时估计轮胎有效半径的算法的实现可以是鲁棒的和计算高效的。
15.本发明提供下列技术方案。
16.技术方案1. 一种用于车辆的轮胎半径监测系统，包括：全球定位系统(gps)传感器、布置成监测多个车轮的转速的多个车轮速度传感器以及控制器；其中，所述控制器与所述gps传感器和所述多个车轮速度传感器通信；其中所述控制器包括指令集，所述指令集可执行以：经由所述gps传感器确定所述车辆的纵向速度矢量（vx）；经由所述多个车轮速度传感器确定所述多个车轮的车轮速度；检测所述多个车轮的无车轮滑移状态；基于所述车辆的纵向速度矢量和所述多个车轮在所述无车轮滑移状态期间的车轮速度来确定多个车轮的轮胎有效半径；以及基于所述轮胎有效半径控制车辆操作。
17.技术方案2. 如技术方案1所述的轮胎半径监测系统，还包括转换率滤波器，其中所述指令集执行所述转换率滤波器以确定所述轮胎有效半径，其中所述转换率滤波器包括基于所述轮胎有效半径的状态矢量和基于所述多个车轮的车轮速度的测量矢量。
18.技术方案3. 如技术方案2所述的轮胎半径监测系统，其中所述转换率滤波器包括卡尔曼滤波器，并且其中所述指令集执行所述卡尔曼滤波器以采用基于所述轮胎有效半径的所述状态矢量和基于所述多个车轮的车轮速度的所述测量矢量来确定所述轮胎有效半径。
19.技术方案4. 如技术方案2所述的轮胎半径监测系统，其中，所述转换率滤波器包
括多个校准增益因子，所述多个校准增益因子对应于与所述车辆的纵向速度矢量相关联的多个车辆速度范围。
20.技术方案5. 如技术方案4所述的轮胎半径监测系统，其中，特定于所述车辆速度范围的所述多个校准增益因子包括对应于所述多个车辆速度范围中对应于低速范围的第一车辆速度范围的第一校准增益因子、对应于所述多个车辆速度范围中对应于中速范围的第二车辆速度范围的第二校准增益因子、以及对应于所述多个车辆速度范围中对应于高速范围的第三车辆速度范围的第三校准增益因子。
21.技术方案6. 根据技术方案1所述的轮胎半径监测系统，还包括可执行以基于所述轮胎有效半径确定所述多个车轮的轮胎压力的指令集。
22.技术方案7. 如技术方案1所述的轮胎半径监测系统，其中，所述指令集可执行以基于所述车辆的纵向速度矢量和所述多个车轮的车轮速度来检测所述多个车轮的无车轮滑移状态。
23.技术方案8. 根据技术方案1所述的轮胎半径监测系统，还包括可执行以将车辆质量和轮胎压力与所述轮胎有效半径相关联的指令集。
24.技术方案9. 一种用于车辆的轮胎半径监测系统，包括：全球定位系统(gps)传感器、布置成监测多个车轮的转速的多个车轮速度传感器以及控制器；其中，所述控制器与所述gps传感器和所述多个车轮速度传感器通信；其中所述控制器包括指令集，所述指令集可执行以：经由所述gps传感器确定所述车辆的纵向速度矢量；经由所述多个车轮速度传感器确定所述多个车轮的车轮速度；确定包括所述多个车轮的车轮速度和所述车辆的纵向速度矢量的测量矢量；执行转换率滤波器以确定包括所述多个车轮的轮胎有效半径的状态矢量，其中，所述状态矢量是基于包括所述多个车轮的车轮速度的测量矢量和所述车辆的纵向速度矢量来确定的；以及基于包括所述轮胎有效半径的所述状态矢量来控制车辆操作。
25.技术方案10. 根据技术方案9所述的轮胎半径监测系统，其中所述转换率滤波器包括卡尔曼滤波器；以及其中，所述指令集执行所述卡尔曼滤波器，以基于包括所述多个车轮的车轮速度的所述测量矢量和所述车辆的所述纵向速度矢量来确定包括所述轮胎有效半径的所述状态矢量。
26.技术方案11. 如技术方案10所述的轮胎半径监测系统，其中，所述转换率滤波器包括多个校准增益因子，所述校准增益因子特定于对应于所述车辆的纵向速度矢量的多个车辆速度范围。
27.技术方案12. 如技术方案11所述的轮胎半径监测系统，其中，特定于所述车辆速度范围的所述多个校准增益因子包括对应于所述多个车辆速度范围中对应于低速范围的第一车辆速度范围的第一校准增益因子、对应于所述多个车辆速度范围中对应于中速范围的第二车辆速度范围的第二校准增益因子、以及对应于所述多个车辆速度范围中对应于高速范围的第三车辆速度范围的第三校准增益因子。
28.技术方案13. 根据技术方案9所述的轮胎半径监测系统，还包括可执行以基于所述轮胎有效半径确定所述多个车轮的轮胎压力的指令集。
29.技术方案14. 如技术方案9所述的轮胎半径监测系统，其中，所述指令集可执行以基于所述车辆的纵向速度矢量和所述多个车轮的车轮速度来检测所述多个车轮的无车轮滑移状态。
30.技术方案15. 一种用于操作车辆的方法，所述方法包括：经由全球定位系统(gps)传感器确定所述车辆的纵向速度；经由多个车轮速度传感器确定多个车轮的车轮速度；以及执行卡尔曼滤波器，以基于所述车辆的纵向速度和所述多个车轮的车轮速度来确定所述多个车轮的轮胎有效半径。
31.技术方案16. 根据技术方案15所述的方法，还包括：基于所述多个车轮的车轮速度来检测所述多个车轮的无车轮滑移状态；以及执行所述卡尔曼滤波器，以仅在所述车轮无滑移状态期间基于所述车辆的所述纵向速度和所述多个车轮的所述车轮速度来确定所述多个车轮的轮胎有效半径。
32.技术方案17. 根据技术方案15所述的方法，还包括基于所述多个车轮的轮胎有效半径来控制所述车辆。
33.技术方案18. 根据技术方案15所述的方法，还包括基于所述多个车轮的轮胎有效半径来控制所述车辆的操作系统。
34.技术方案19. 根据技术方案15所述的方法，还包括基于所述多个车轮的轮胎有效半径中的一个来检测所述车轮中的一个的低轮胎压力事件。
35.技术方案20. 根据技术方案15所述的方法，还包括基于所述轮胎有效半径来估计所述车辆的质量。
36.当结合附图考虑时，本教导的上述特征和优点以及其他特征和优点从以下对用于实施本教导的一些最佳模式和其他实施例的详细描述中是显而易见的，如所附权利要求中所限定的。
附图说明
37.现在将参考附图通过示例的方式描述一个或多个实施例，其中：图1示意性地示出了根据本发明的车辆的俯视图。
38.图2和图3示意性地示出了根据本发明的使用来自车轮传感器和gps传感器的信息实时估计轮胎有效半径的例程。
39.图4图示了根据本发明的在估计的轮胎有效半径和轮胎压力之间的关系。
40.应当理解，附图不一定按比例绘制，并且呈现了如本文所公开的本公开的各种优选特征的稍微简化的表示，包括例如具体尺寸、取向、位置和形状。与这些特征相关联的细节将部分地由特定的预期应用和使用环境确定。
具体实施方式
41.如本文所述和所示，所公开的实施例的部件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下详细描述不旨在限制所要求保护的本公开的范围，而仅仅是其可能的实施例
的代表。另外，虽然在以下描述中阐述了许多具体细节以便提供对本文公开的实施例的透彻理解，但是可以在没有这些细节中的一些细节的情况下实践一些实施例。此外，为了清楚起见，没有详细描述相关领域中理解的某些技术材料，以避免不必要地模糊本公开。此外，附图是简化的形式，并且不是精确的比例。为了方便和清楚的目的，可以相对于附图使用诸如顶部、底部、左、右、上、上方、上面、下方、下面、后和前的方向术语。这些和类似的方向术语不应被解释为限制本公开的范围。此外，如本文所示和所述的本公开可以在不存在本文未具体公开的元件的情况下实践。
42.如本文所使用的，术语“系统”可以指机械和电气致动器、传感器、控制器、专用集成电路（asic）、组合逻辑电路、软件、固件和/或被布置为提供所描述的功能的其他组件中的一个或其组合。
43.与这里公开的实施例一致的图1示意性地示出了设置在行驶表面上的车辆100，其中车辆100具有操作系统，包括例如推进系统10、转向系统16和车轮制动系统26。转向系统16包括方向盘12和转向致动器14。车辆100还包括多个车轮20、车轮速度传感器22和车轮制动器24、以及导航系统32。车辆100还包括轮胎半径监测系统200，用于动态地确定多个车轮20中的每个车轮的轮胎有效半径。参考图2和图3描述轮胎半径监测系统200的细节。在一些实施例中，车辆100可以包括轮胎压力监测系统(tpms)25。在一些实施例中，车辆100可以包括空间监视系统30和高级驾驶员辅助系统(adas)40。包括上述操作系统的车辆100的操作由执行控制例程的多个控制器（在下文中称为控制器15）控制。
44.多个车轮20中的每一个可以布置有刚性轮辋部分，该刚性轮辋部分具有安装在其上的可充气轮胎。多个车轮20中的每一个的特征在于各种参数，包括轮胎有效半径。如本文所采用的，轮胎有效半径表示当车轮20在负载下承载车辆100时可以在车轮20的中心与地面之间测量的线性距离。轮胎有效半径受内部空气压力、车辆速度、轮胎和环境温度、车辆加速度、制动、俯仰、偏航等因素的影响。
45.示出了车辆100的顶视图。车辆100和行驶表面以三维坐标系50的形式限定空间域，三维坐标系50包括纵向(x)轴线51、横向(y)轴线52和垂直(z)轴线53。纵向轴线51由车辆100的纵向轴线限定，横向轴线52由车辆100的横向轴线限定，并且竖直轴线53被限定为与由纵向轴线51和横向轴线52限定的平面正交。车辆100可以包括但不限于商用车辆、工业车辆、农用车辆、乘用车、飞行器、船只、火车、全地形车辆、个人移动设备、机器人等形式的移动平台，以实现本公开的目的。
46.导航系统32采用来自全球定位系统（gps）传感器36的信息，并且在一个实施例中，采用来自惯性测量单元（imu）34的信息。在一个实施例中，可以采用全球导航卫星系统(gnss)传感器来代替gps传感器36。imu 34是采用加速度计、陀螺仪和磁力计的组合中的一个或多个来测量和报告车辆100的比力、角速率、偏航和定向的电子设备。
47.在车辆100的某些实施例中，adas 40被设置为通过控制操作系统之一（即推进系统10、转向系统16、车轮制动系统26中的一个或多个），结合或不结合车辆操作者的直接交互，来提供操作者辅助特征。adas 40包括控制器和提供操作者辅助特征的一个或多个子系统，包括自适应巡航控制(acc)系统、车道保持控制(lky)系统、车道变换控制(lcc)系统、自主制动/碰撞避免系统和/或被配置为与操作者请求分离或结合操作者请求命令和控制自主车辆操作的其他系统中的一个或多个。adas 40可以与车载地图数据库交互并访问来自
车载地图数据库的信息，以用于路线规划，并且经由车道保持系统、车道居中系统和/或被配置为命令和控制自主车辆操作的其他系统来控制车辆100的操作。可以生成自主操作命令以控制acc系统、lky系统、lcc系统、自主制动/防撞系统和/或其他系统。车辆操作可以响应于操作者请求和/或自主车辆请求。车辆操作包括加速、制动、转向、稳态运行、滑行和空转。可以基于操作者对加速器踏板、制动踏板、方向盘、变速器档位选择器、acc系统等的输入来生成操作者请求。
48.车载导航系统32可以包括计算机可读存储设备或介质（存储器），其包括数字化道路地图并与adas 40通信。
49.术语“控制器”和诸如微控制器、控制器、控制单元、处理器等的相关术语是指专用集成电路（asic）、现场可编程门阵列（fpga）、电子电路、中央处理单元（例如微处理器）以及存储器和存储设备（只读、可编程只读、随机存取、硬盘驱动器等）形式的相关非暂时性存储器组件中的一种或多种组合。非暂时性存储器组件能够以一个或多个软件或固件程序或例程、组合逻辑电路、输入/输出电路和设备、信号调节、缓冲电路和其他组件的形式存储机器可读指令，其可以由一个或多个处理器访问和执行以提供所描述的功能。输入/输出电路和设备包括监测来自传感器的输入的模拟/数字转换器和相关设备，其中以预设采样频率或响应于触发事件来监测此类输入。软件、固件、程序、指令、控制例程、代码、算法和类似术语意指包括校准和查找表的控制器可执行指令集。每个控制器执行控制例程以提供期望的功能。例程可以以规则的间隔执行，例如在正在进行的操作期间每100微秒执行一次。替代地，可以响应于触发事件的发生而执行例程。控制器、致动器和/或传感器之间的通信可以使用直接有线点对点链路、联网通信总线链路、无线链路或另一通信链路来实现。通信包括交换数据信号，包括例如经由导电介质的电信号；经由空气的电磁信号；经由光波导的光信号等。数据信号可以包括表示来自传感器的输入、致动器命令和控制器之间的通信的离散的、模拟的和/或数字化的模拟信号。术语“信号”是指传送信息的物理上可辨别的指示符，并且可以是能够穿过介质的合适的波形（例如，电、光、磁、机械或电磁），诸如dc、ac、正弦波、三角波、方波、振动等。参数被定义为表示使用一个或多个传感器和/或物理模型可辨别的设备或其他元件的物理性质的可测量的量。参数可以具有离散值，例如“1”或“0”，或者可以是无限可变的值。
50.现在参考图2和图3，继续参考图1描述的车辆100，描述了轮胎半径监测系统200，用于利用来自gps传感器36、imu 34和车轮速度传感器22的信息动态地确定多个车轮20中的每一个的轮胎有效半径。在采用四个车轮的车辆的背景下描述轮胎半径监测系统200的细节。然而，应当理解，本文描述的概念可以应用于两轮车辆、三轮车辆、五轮车辆、六轮车辆等。
51.轮胎半径监测系统200包括由gps传感器36、imu 34和车轮速度传感器22产生的定期监测数据。
52.gps传感器36产生与车辆速度矢量202相关联的第一组参数，以及车辆100的地理空间位置和航向。在一个实施例中，参考enu（东-北-上）参考系和车辆参考系描述车辆速度矢量202，其中车辆的正x轴线指向车辆的前部，车辆的正y轴线或俯仰轴线指向左，并且正z轴线或偏航轴线指向上。车辆速度矢量202包括车辆速度参数，该车辆速度参数包括ve、vn和vu，它们涉及相应的东(e)、北(n)和上(u)轴线上的速度。
53.imu 34生成与车辆偏航角204相关的第二组参数。术语航向或偏航是指车辆指向的方向。第二组参数204可以包括在x轴线、y轴线和z轴线中的每一个上的加速度(a_xm、a_ym、a_zm)和在x轴线、y轴线和z轴线中的每一个上的角速度(ω_x、ω_y、ω_z)。可以通过角速度的数值推导来获得角加速度(a_x，a_y，a_z)。
54.车辆速度矢量202和车辆偏航角204被输入到估计器205，从估计器205估计纵向速度矢量vx 210。纵向速度矢量vx 210表示车辆100沿着纵向轴线的向前运动。纵向速度矢量vx 210在本文中被称为如下：[υ
xlr υ
xrr υ
xlf υ
xlr
]其中：υ
xlr
表示左后轮在x方向上的车辆地面速度，υ
xrr
表示右后轮在x方向上的车辆地面速度，υ
xlf
表示左前轮在x方向上的车辆地面速度；以及υ
xlr
表示右前轮在x方向上的车辆地面速度。
[0055]
车轮速度传感器22产生车轮20的角速度206。角速度206被输入到平均例程207，从中确定角速度矢量220。角速度矢量220包括角速度206的移动平均值，在本文中称为如下：[ω
xlr ω
xrr ω
xlf ω
xrf
]其中：ω
xrf
表示左后轮在x方向上的转速，ω
xrr
表示右后轮在x方向上的转速，ω
xlf
表示左前轮在x方向上的转速；以及ω
xlr
表示右前轮在x方向上的转速。
[0056]
车辆速度矢量vx 210和角速度矢量220被组合以形成测量矢量，如下：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
[1]。
[0057]
测量矢量 作为输入提供给转换率滤波器230，转换率滤波器230被执行以基于此确定车辆100的每个车轮20的轮胎有效半径。在一个实施例中，且如本文中所描述，转换率滤波器230呈卡尔曼滤波器的形式，且更具体地说，在一个实施例中为线性卡尔曼滤波器。卡尔曼滤波，也称为线性二次估计(lqe)，是一种分析构造，其可以被简化以实践为使用随时间观察到的一系列测量值的算法，包含统计噪声和其他不准确性，并且基于在一段时间内观察到的测量值产生未知变量的估计。
[0058]
转换率滤波器230包括基于多个车轮的车轮速度和车辆速度的测量矢量。转换率滤波器230包括表示车辆100的车轮20的轮胎有效半径的状态矢量。状态矢量可以表示如下：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
[2]。
[0059]
当转换率滤波器230是卡尔曼滤波器时，状态和测量等式可表示如下：
。
[0060]
转换率滤波器230的状态矢量表示如下：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
[3]。
[0061]
转换率滤波器230的测量矢量表示如下：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
[4]。
[0062]
过程噪声和测量噪声是分别具有协方差矩阵和的零均值白噪声过程。
[0063]
由转换率滤波器230执行以确定轮胎有效半径的一步预测如下：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
[5]。
[0064]
项表示车轮20之一的轮胎有效半径的估计，其中，a ∈ rnꢀ×ꢀn，b ∈ rnꢀ×ꢀm，g ∈ r
x
ꢀ×ꢀg，c ∈ r p
ꢀ×ꢀn，其中n是状态的数量，m是输出的数量，p是输入的数量，并且假设x和g等于状态的数量。
[0065]
项表示可以如下确定的增益因子： g
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
[6]。
[0066]
初始次优滤波器基于协方差矩阵和的初始值。基于速度的增益校准的目的是估计协方差矩阵和并使用它们来计算与车辆速度相关的增益因子。可以针对若干车辆速度范围确定与车辆速度相关的增益因子，其示例包括在表1中，如下。
[0067]
表 1
[0068]
这些增益因子（0）、（1）、（2）和（3）用于改进在后续执行中估计的轮胎有效半径的准确性。校准增益以在低速下实现更快的收敛并且在高速下实现更慢的收敛。轮胎有效半径的变化可以在相对长的时间段内发生。在一个实施例中，校准增益因子特定于车辆速度范围。这可以包括与对应于低速范围的多个车辆速度范围中的第一车辆速度范围相对应的第一校准增益因子(0)，其中，在一个实施方式中，低速范围是0-5米/秒。这可以包括与中速范围相对应的第二校准增益因子(1)和(2)。在一个实施例中，中速范围和校准增益因子包括5-15米/秒的中速范围和相关联的增益因子(1)，以及15-30米/秒的中
速范围和相关联的增益因子(2)。这可以包括与对应于高速范围的多个车辆速度范围中的第三车辆速度范围相对应的第三校准增益因子(3)，其中，在一个实施方式中，高速范围》30米/秒。速度范围的数量、增益因子和速度范围的相关幅度可以是特定于应用的，并且基于与车辆能力相关的因素等来确定。
[0069]
转换率滤波器230产生状态矢量235，其表示车辆100的车轮20的轮胎有效半径。状态矢量235被输入到后处理步骤240，后处理步骤240参考图3详细描述。
[0070]
评估状态矢量235和其它车辆操作参数以确定车辆100是否正在经历驾驶循环的变化，例如速度的变化（237）。如果驾驶循环中没有变化(237)(0)，则执行后处理步骤240（240）。如果驾驶循环中存在变化(237)(1)，则推迟执行后处理步骤240，并且从非易失性存储器装置恢复车轮20的轮胎有效半径（250）以供车辆控制器15使用。
[0071]
现在参考图3，后处理步骤240包括在车辆操作的情况下评估车轮20的轮胎有效半径，以消除从转换率滤波器230输出的奇特或异常数据点（241）。从转换率滤波器230输出的奇特或异常数据点可以与预定义的非稳态事件相关联，诸如制动事件、可能引起车轮滑移的节气门事件以及非线性动态操纵，该非线性动态操纵包括例如可以包括雪、冰的路面和包括上坡或下坡操纵的道路状况。
[0072]
无滑移条件的发生可以根据以下关系式来确定：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
[7]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
[8]其中：σ表示车轮滑移；ω表示车轮的转速；以及表示车辆速度矢量，即纵向速度矢量。
[0073]
使用等式5和6计算每个车轮20的车轮滑移σ。无滑移状况的发生的检测还可以包括多个车轮20的车轮速度的比较分析。
[0074]
后处理步骤240包括在速度范围的背景下评估车辆速度，例如，如上参考表1所述，以识别对应的速度范围（242）。
[0075]
后处理步骤240包括在必要时确定和修改相应的增益，即增益（0）、（1）、（2）和（3）中的一个，以基于输入变量的速度和不确定性来改善收敛。基于诸如速度阈值、输入到算法的接收速度的不确定性和用于定制的可调校准参数之类的因素来确定增益。（244）。
[0076]
后处理步骤240包括在驾驶循环期间的一段时间内在数据缓冲器中捕获车轮20的轮胎有效半径的连续估计，并且确定车轮20的轮胎有效半径的平均值（245）。
[0077]
后处理步骤240包括使用查找表或另一种形式的预定校准将车轮20的轮胎有效半径与车轮20的轮胎压力相关联（243）。参考图4以图形方式示出了车轮20的轮胎有效半径与
车轮20的轮胎压力之间的相关性的一个示例。可以开发数据以提供轮胎半径、轮胎压力、轮胎温度和车辆质量之间的相关性，其可以在表2中如下表示，并且被简化以实践为查找表，该查找表在控制器15中的存储装置中实现并且可由轮胎半径监测系统200访问。
[0078]
表2
[0079]
当在车辆上开发和实施参照表2描述的元件时，利用轮胎半径监测系统确定的车轮20的轮胎有效半径可被用于估计车辆质量、检测轮胎压力以及与车轮20的轮胎压力相关联的其它参数。
[0080]
后处理步骤240包括编译和存储车轮20的轮胎有效半径的平均值、来自步骤243的相关轮胎压力以及来自步骤244的更新的增益（0）、（1）、（2）和（3）（246）。
[0081]
提供车轮20的轮胎有效半径的平均值、来自步骤243的相关轮胎压力以及更新的增益（0）、（1）、（2）和（3）作为来自后处理步骤240的输出247。
[0082]
再次参考图2，来自后处理步骤240的输出247，即车轮20的轮胎有效半径的平均值、来自步骤243的相关轮胎压力以及更新的增益kp（0）、kp（1）、kp（2）和kp（3），被提供给非易失性存储设备，用于存储并随后由车辆控制器15使用（250）。
[0083]
此外，评估来自后处理步骤240的输出247，即车轮20的轮胎有效半径的平均值，以确定车轮20的轮胎有效半径中的一个或多个是否已经存在可能需要通知车辆操作者的变化（260）。作为非限制性示例，可能需要通知车辆操作者发生低轮胎压力事件。
[0084]
来自后处理步骤240的输出247，即车轮20的轮胎有效半径的平均值，可以被传送到控制器15并用于车辆控制系统的操作，包括例如推进系统10、转向系统16、车轮制动系统26和/或adas40，其可以控制引起或减轻轮胎压力变化、低轮胎压力事件等的例程。
[0085]
图4以图形方式示出了与参考图1描述的车辆100的实施例的操作相关联的数据，该操作执行轮胎半径监测系统200的实施例以动态地确定多个车轮20中的每一个的轮胎有效半径。该数据包括右前轮胎的轮胎有效半径（由411指示的数据）、左前轮胎的轮胎有效半径（由413指示的数据）的数据点，其是在车辆100在从5mph至35mph的车辆速度范围内操作并且轮胎压力在24psi至45psi之间的范围内变化的情况下累积的。该图表示垂直轴线上的轮胎半径410与水平轴线上的轮胎压力420的关系。数据还包括在33psi下的静态地面实况测量（由415指示的数据）。结果表明，轮胎半径监测系统200的实施例能够以小于0.5mm的最大误差动态地监测轮胎有效半径。
[0086]
这里描述的概念使得能够通过基于事件的数据缓冲消除动态的、高滑移条件，并且考虑到车辆质量，在多个驾驶循环内校准轮胎效应半径，来确定稳健的轮胎效应半径估计。
[0087]
在一个实施例中，这里描述的轮胎半径监测系统200具有检测轮胎压力变化的能力，其可用于基于轮胎有效半径来控制车辆操作，包括补充或验证来自车辆100的实施例上的轮胎压力监测系统（tpms）的信息。
[0088]
在一个实施例中，这里描述的轮胎半径监测系统200具有检测轮胎压力变化的能力，其可用于取代轮胎压力监测系统（tpms），使得tpms在车辆100的实施例上是冗余的。
[0089]
流程图中的框图示出了根据本公开的各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系结构、功能和操作。在这方面，框图中的每个框可以表示代码的模块、片段或部分，其包括用于实现指定的逻辑功能的一个或多个可执行指令。还应当注意，框图和/或流程图图示的每个框以及框图和/或流程图图示中的框的组合可以由执行指定功能或动作的基于专用功能硬件的系统或专用功能硬件和计算机指令的组合来实现。这些计算机程序指令还可以存储在计算机可读介质中，该计算机可读介质可以指示计算机或其他可编程数据处理装置以特定方式起作用，使得存储在计算机可读介质中的指令产生包括实现流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的指令装置的制品。
[0090]
详细描述和附图支持和描述了本教导，但是本教导的范围仅由权利要求限定。虽然已经详细描述了用于执行本教导的一些最佳模式和其他实施例，但是存在用于实践所附权利要求中限定的本教导的各种替代设计和实施例。

技术特征：
1.一种用于车辆的轮胎半径监测系统，包括：全球定位系统(gps)传感器、布置成监测多个车轮的转速的多个车轮速度传感器以及控制器；其中，所述控制器与所述gps传感器和所述多个车轮速度传感器通信；其中所述控制器包括指令集，所述指令集可执行以：经由所述gps传感器确定所述车辆的纵向速度矢量（vx）；经由所述多个车轮速度传感器确定所述多个车轮的车轮速度；检测所述多个车轮的无车轮滑移状态；基于所述车辆的纵向速度矢量和所述多个车轮在所述无车轮滑移状态期间的车轮速度来确定多个车轮的轮胎有效半径；以及基于所述轮胎有效半径控制车辆操作。2.如权利要求1所述的轮胎半径监测系统，还包括转换率滤波器，其中所述指令集执行所述转换率滤波器以确定所述轮胎有效半径，其中所述转换率滤波器包括基于所述轮胎有效半径的状态矢量和基于所述多个车轮的车轮速度的测量矢量。3.如权利要求2所述的轮胎半径监测系统，其中所述转换率滤波器包括卡尔曼滤波器，并且其中所述指令集执行所述卡尔曼滤波器以采用基于所述轮胎有效半径的所述状态矢量和基于所述多个车轮的车轮速度的所述测量矢量来确定所述轮胎有效半径。4.如权利要求2所述的轮胎半径监测系统，其中，所述转换率滤波器包括多个校准增益因子，所述多个校准增益因子对应于与所述车辆的纵向速度矢量相关联的多个车辆速度范围。5.如权利要求4所述的轮胎半径监测系统，其中，特定于所述车辆速度范围的所述多个校准增益因子包括对应于所述多个车辆速度范围中对应于低速范围的第一车辆速度范围的第一校准增益因子、对应于所述多个车辆速度范围中对应于中速范围的第二车辆速度范围的第二校准增益因子、以及对应于所述多个车辆速度范围中对应于高速范围的第三车辆速度范围的第三校准增益因子。6.根据权利要求1所述的轮胎半径监测系统，还包括可执行以基于所述轮胎有效半径确定所述多个车轮的轮胎压力的指令集。7.如权利要求1所述的轮胎半径监测系统，其中，所述指令集可执行以基于所述车辆的纵向速度矢量和所述多个车轮的车轮速度来检测所述多个车轮的无车轮滑移状态。8.根据权利要求1所述的轮胎半径监测系统，还包括可执行以将车辆质量和轮胎压力与所述轮胎有效半径相关联的指令集。9.一种用于车辆的轮胎半径监测系统，包括：全球定位系统(gps)传感器、布置成监测多个车轮的转速的多个车轮速度传感器以及控制器；其中，所述控制器与所述gps传感器和所述多个车轮速度传感器通信；其中所述控制器包括指令集，所述指令集可执行以：经由所述gps传感器确定所述车辆的纵向速度矢量；经由所述多个车轮速度传感器确定所述多个车轮的车轮速度；确定包括所述多个车轮的车轮速度和所述车辆的纵向速度矢量的测量矢量；
执行转换率滤波器以确定包括所述多个车轮的轮胎有效半径的状态矢量，其中，所述状态矢量是基于包括所述多个车轮的车轮速度的测量矢量和所述车辆的纵向速度矢量来确定的；以及基于包括所述轮胎有效半径的所述状态矢量来控制车辆操作。10.一种用于操作车辆的方法，所述方法包括：经由全球定位系统(gps)传感器确定所述车辆的纵向速度；经由多个车轮速度传感器确定多个车轮的车轮速度；以及执行卡尔曼滤波器，以基于所述车辆的纵向速度和所述多个车轮的车轮速度来确定所述多个车轮的轮胎有效半径。

技术总结
本发明涉及确定轮胎有效半径的方法和系统。描述了一种用于动态地确定车辆上的每个车轮的轮胎有效半径的轮胎半径监测系统。该系统包括GPS传感器、多个车轮速度传感器和控制器。控制器经由GPS传感器确定与车辆的纵向速度相关的速度矢量。控制器确定多个车轮的车轮速度，并检测车轮的无车轮滑移状态和来自GPS传感器的速度矢量。控制器基于车辆的速度矢量和多个车轮在无车轮滑移状态期间的车轮速度来确定多个车轮的轮胎有效半径，并且基于轮胎有效半径来控制车辆操作。效半径来控制车辆操作。效半径来控制车辆操作。


技术研发人员：K
受保护的技术使用者：通用汽车环球科技运作有限责任公司
技术研发日：2021.05.13
技术公布日：2022/5/25