[发明专利]一种车辆与路面摩擦力的实时计算方法

说明书

技术领域

本发明涉运输安全技术领域，具体涉及跟驰运行控制技术领域的一种车辆与路面摩擦力的实时计算方法。

背景技术

在车辆行驶的全过程中，车轮始终受到路面滚动摩擦力的影响，而在车辆减速制动从容避碰的过程中，车轮同时受到路面滚动摩擦力和滑动摩擦力的影响，而车轮所受摩擦力的大小直接影响着驾驶员的驾驶行为选择。

传统的路面摩擦力计算公式为：

可以看出，除了车辆自身重量和当地的重力加速度以外，摩擦力的大小与运行时刻路面的相对摩擦系数关系密切。

在传统的制动距离计算公式中，路面的相对摩擦系数一般通过在不同材料路面建成后的多次实验提取出其平均值作为使用年限内该路段道路路面的相对摩擦系数。

实际上，路面的相对摩擦系数不仅与道路路面材料、使用状况、磨损老化程度等内在因素有关，同时也与不同天气条件，路面抛洒物体等外界因素有关。

在使用恒定相对摩擦系数带入车轮所受路面摩擦力计算过程中：若实际相对摩擦系数（实际值）超出理论相对摩擦系数（理论值）太大（>=0.1），在车辆制动距离的其他影响因素相对恒定的情况下，安全性足以保证，但线路运能得不到充分运用，同时也会干扰到后车运行；若实际值低于理论值，车辆制动安全难以得到保证，较大概率引发交通事故。

因此，传统的路面摩擦力计算方法的突出问题在于：在预先给定理论值的基础上，车辆行驶于某一路段的过程中受到的路面摩擦力相对固定，没有进一步修正的可能，驾驶员需要根据自身驾驶经验对其驾驶行为进行调整以满足安全行驶条件，而完全依靠驾驶经验的判断在特殊的路况条件下较易发生失误，从而引发交通事故，目前国一般通过道路警示标志提示驾驶员路段路况条件变化。

路面的相对摩擦系数只有真实反映当前运行时刻路段的路况条件的实时变化，车轮所受路面摩擦力的计算公式必须考虑滚动摩擦力和滑动摩擦力的综合变化情况，并以实际车辆运行情况为约束条件，才能作为计算车辆安全制动距离的有效依据。这是路面的相对摩擦系数能运用于载运工具跟驰运行控制，发挥实时路面摩擦计算方法优势的前提条件。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种车辆与路面摩擦力的实时计算方法，综合考虑了内在和外在多因素对车辆所受路面摩擦力的影响和车辆运行状态的动态调整，以实际情况拟合路面摩擦力的计算，避免了计算参数的不确定性，从而增强了算法的适应性和工程实践的可行性，适用于前、后载运工具跟驰运行的全过程、全速域和任意路段的情形，有利于进一步增强车辆避碰智能，以提高跟驰运行的安全性和线路运能的利用水平。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种车辆与路面摩擦力的实时计算方法，用于车辆全速域或任意条件下的地面摩擦力计算，包括以下步骤：（1）建立路面相对摩擦系数的影响因素指标体系，并将该指标体系与车辆所受路面摩擦力以及车辆发动机扭矩建立函数联系，公式如下：

其中，为发动机转速，u为车辆速度，为车辆变速箱齿轮比，为车辆主减速器速比；

（2）建立路面相对摩擦指标体系，将不易标定的雨雪天气条件、道路变化条件等因素转化为易于标定的扭矩或摩擦力，其函数关系如下：

其中，M为发动机扭矩，W为发动机功率，k为固定常数；

（3）在统一将路面相对摩擦系数影响指标体系中各因素实时反应到车辆扭矩的动态变化过程后，可以通过扭矩与驱动力的函数关系反映到车轮所受的摩擦力上，其函数关系如下：

其中，f为摩擦力，M为发动机扭矩，W为发动机功率，k为固定常数，为车辆变速箱齿轮比，为车辆主减速器速比，r为车轮半径；

（4）以步骤（3）中的f值实时测画出路面相对摩擦系数的变化曲线，并与车辆正常运行状态及制动状态下滑移率的变化曲线进行拟合，然后根据拟合曲线实时计算车辆运行时刻所处路面的相对摩擦系数并进行检验，从而形成车辆制动模式判断体系，实现车辆的安全制动。

作为本发明进一步改进的，所述步骤（4）中滑移率的计算公式如下：

其中，s为滑移率，u为车辆速度，r为车轮半径，为车轮转动角速度。

作为本发明进一步改进的，将滑移率的拟合曲线与相对摩擦系数的变化曲线进行拟合检验；若检验合格，可以用制动过程中总摩擦系数减去运行过程中路面滚动摩擦系数得到车辆所受路面的滑动摩擦系数；若检验不合格，则表明该路段路况发生明显变化，需要重新计算。达到实时调整车辆运行状态的目的。