基于最大回正力矩的轮-地摩擦因数估计法

李 遥，张建武，管西强

(上海交通大学机械与动力工程学院，上海200240)

轮-地摩擦因数是对车辆控制系统尤其是车辆主动安全控制系统非常重要的一个量.它表征了汽车加速、刹车或者转向时地面所能提供的最大附着力.但是，在实际的行车过程中，轮-地摩擦因数却很难通过传感器直接测得.过去，针对轮-地摩擦因数的估计方法主要基于纵向动力学，并通过附着系数与滑移率的关系曲线求得［1-4］.但是，这种方法需要实时计算利用附着系数和车轮滑移率，且在非典型路面上很难保证计算精度.也有些学者提出可以基于侧向动力学来估计轮-地摩擦因数，但这些算法都要在侧向力接近极限时才能起作用，而这时车辆已接近危险工况，这使得估计算法很难有实际应用价值［5-6］.近年来，日本学者提出可以利用电动助力转向系统(EPS)自带传感器测量转向系回正力矩［7］，这使得基于侧向动力学估计轮-地摩擦因数的方法成为了可能［8-10］.笔者正是基于此，设计一种利用转向系最大回正力矩估计轮-地摩擦因数的方法，克服基于侧向力估计算法的缺点，具有很大的实际应用价值.

1 车辆模型

1.1 轮胎模型

Brush轮胎模型(BTM)［11］是轮胎侧偏角 α 和轮-地摩擦因数μ的函数.Brush轮胎模型的一般公式为

式中:Fy为轮胎侧向力;Mz为轮胎回正力矩;γ=θy×为轮胎侧偏刚度;l为轮胎接地长度;α为饱和侧偏角，α=arctan 1.

ststθy

为了验证BTM的准确性，在台架(见图1)上做了一系列单轮试验并与公认比较准确的魔术轮胎……