專利名稱：根據(jù)車輪角速度估算作用于車輛車輪的擾動的方法與設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可用來測定影響汽車充氣輪胎車輪(下面稱為“汽車車輪”或“車輪”)擾動或噪聲的設(shè)備，以及一種利用上述的測定這類擾動的設(shè)備的方法。
為了控制汽車，有效而實(shí)用的方法是去認(rèn)識汽車車輪的行為和它的變化特性，這是因?yàn)檐囕喣耸擒囕v與地面接觸的唯一部件的緣故。但在車輛行駛期間是不易直接測定車輪的行為與變化特性的，原因在于車輪是通過一種懸掛系統(tǒng)接附到車身上面以使車輪可相對于車身位移，還在于車輪本身是轉(zhuǎn)動的。
對于裝配有充以壓縮空氣來保持合適程度彈性的輪胎車輪的汽車來說，此輪胎中的空氣壓力會對車輪的運(yùn)行特性具有重要影響。為此，希望測定出車輪輪胎的空氣壓力水平，然而測定輪胎壓力同樣不易。
車輛輪胎的空氣壓力可以用裝附于其上的一種氣動壓力傳感器測出。但在車輛行駛期間是不易把轉(zhuǎn)動輪胎上的傳感器的輸出傳送到車身上的所需位置的。也還能根據(jù)路面與車身間距會因輪胎壓力降低致車輪輪胎變形而發(fā)生的變化，來測定此輪胎的壓力。除此，還能依據(jù)輪胎壓力隨轉(zhuǎn)速增加而下降的事實(shí)，按照所測出的各個(gè)車輪的轉(zhuǎn)速，來估算一或多個(gè)車輪與其它車輪輪胎壓力相比較時(shí)的下降情形。但上述這兩種方法不能保證準(zhǔn)確地測出輪胎壓力。特別是在后一種方法中，當(dāng)擬測定速度的所有車輪的輪胎壓力水平都降低了時(shí)，就不可能測定出任一車輪的輪胎壓力下降情形。
鑒于探測車輛車輪輪胎壓力變化的困難，日本專利A-62-149502號提出一種輪胎壓力探測設(shè)備，它的工作原理基于下述事實(shí)當(dāng)作用于車輪上的外力，因某種原因例如由于通過路面某隆起部分而改變時(shí)，輪胎的壓力將隨相應(yīng)車輪轉(zhuǎn)速的改變量或變化率而變化。由于車輪轉(zhuǎn)速改變量的最大值隨輪胎壓力的下降而下降，就能根據(jù)所探測出的輪速改變量的最大值來估算輪胎壓力。此種輪胎壓力探測設(shè)備包括信號發(fā)生裝置，它當(dāng)探測到的輪速改變量高于一預(yù)定閾值時(shí)即發(fā)出信號；響應(yīng)于此信號的輪胎壓力估算裝置，它用來根據(jù)輪速改變量的最大值來估算輪胎壓力。
但是，允許上述設(shè)備探測輪胎壓力的路面條件并非是任意的，具體地說，只當(dāng)相應(yīng)的輪胎是滾過路面上單個(gè)隆凸部上時(shí)，才能根據(jù)探測出的輪速改變量的最大值來估算出輪胎壓力。當(dāng)車輪通過坎坷或搓板式路面上相續(xù)的凸凹處時(shí)，車輪轉(zhuǎn)速因這些凸凹部的變化將相互交錯(cuò)疊加，此時(shí)測得的輪速改變量的最大值將不與輪胎壓力相比配，使它不能準(zhǔn)確地用于探值輪胎壓力。
上面用舉例方式描述了探測車輪輪胎壓力的困難性，但同樣也難以測定車輪和/或輪胎其它特性的變化狀態(tài)，這類特性例如有車輪的轉(zhuǎn)速、加速度與偏心度、車輪金屬部件的更換、輪胎的損耗以及外來物對輪胎的附著等。
盡管要是能精確地測出作用于車輪上并影響到車輪行為與變化特性的擾動或噪聲時(shí)，就易于估算出車輪的行為與變化特性，但已知尚沒有能夠精確地測定作用于車輪上擾動的設(shè)備。
本發(fā)明的第一個(gè)目的在于提供一種能探測作用于汽車轉(zhuǎn)動車輪上的擾動或噪聲的設(shè)備。
本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供一種利用上述擾動探測設(shè)備來探測這類車輛車輪的行為與變化特性的方法。
此第一目的可據(jù)本發(fā)明的第一組成部分來達(dá)到，這一組成部分提供了用來測定作用于汽車充氣輪胎車輪上擾動的擾動探測設(shè)備，它包括用來探測此充氣輪胎車輪角速度的角速度探測裝置；以及擾動觀察裝置，它可根據(jù)為上述角速度探測裝置探測出的至少是此充氣輪胎車輪的角速度，來估算作用于此充氣輪胎車輪的擾動。此擾動觀察裝置把擾動作為此充氣輪胎車輪的狀態(tài)變量之一加以估算。例如這種擾動觀察裝置是根據(jù)這樣一種充氣車輪輪胎的動力模型而設(shè)計(jì)成的，其中的擾動是作用在具有一定慣性矩的整體轉(zhuǎn)動體上的。雖然由路面不規(guī)則性所給出的擾動一般地說是總擾動的各分量中最大的一個(gè)，但充氣車輪輪胎還要受到其它擾動分量的影響，例如受到由于輪胎的慣性矩或空氣壓力變化或波動所引起的擾動分量的影響。充氣車輪輪胎的慣性矩因輪胎的磨損、輪胎上有異物附著、以及更換新輪胎或新的金屬車輪部件而有變化。必要時(shí)，可以通過分析擾動的變化狀態(tài)來估算不同來源所引起的各個(gè)擾動分量，而得以消除挑選出的擾動分量或其它分量。
根據(jù)本發(fā)明構(gòu)制的擾動探測設(shè)備，易于根據(jù)至少是充氣車輪車胎的角速度來估算由傳統(tǒng)設(shè)備不可能或難以探測的擾動。
前述第二目的則可以根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)組成部分來實(shí)現(xiàn)，此第二組成部分提供了一種補(bǔ)償汽車充氣輪胎車輪角速度的方法，它包括以下步驟根據(jù)作用于車輪的擾動來求得充氣輪胎車輪的角速度改變量，該擾動可通過上述擾動探測設(shè)備探測到并且是它造成了此角速度的改變量；然后，根據(jù)這一角速度的改變量，補(bǔ)償為上述擾動探測設(shè)備的角速度探測裝置探測出的充氣車輪輪胎的角速度。
具體地說，由上述角速度探測裝置探測出的充氣輪胎車輪的角速度是由這樣一個(gè)角速度的改變量來補(bǔ)償，此改變量是根據(jù)作用于這一車輪上的且由上述擾動探測設(shè)備所估算出的擾動所求出。這樣，此方法乃是本發(fā)明的擾動探測設(shè)備的一種應(yīng)用形式。
車輪的角速度可以用來估算車輛的行駛速度。此時(shí)，得到一個(gè)平均角速度來估算車速，因?yàn)檫@種平均角速度將不會受到較高頻率周期性波動的角速度的不利影響。但是，當(dāng)需用車輪的角速度來估算在防抱死或離合器操縱方式下控制車輪制動力的車速，以便防止車輪在車輛的制動或加速過程中過量滑動時(shí)，則希望根據(jù)探測出的角速度來消除因路面使車輪受擾動而造成車輪角速度較高頻率的周期性波動。這樣的希望可以通過本發(fā)明的角速度補(bǔ)償方法來滿足，此方法能用較已知方法高的精度探測充氣輪胎車輪的角速度，即使這一角速度是以較高的速率變化時(shí)。
上述第二目的亦可根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)組成部分來實(shí)現(xiàn)，此第三組成部分提供了一種求出汽車充氣輪胎車輪慣性矩改變量的方法，它包括以下各步驟操縱前述擾動探測設(shè)備來估算充氣輪胎車輪的角加速度以及作用于此車輪的擾動；根據(jù)此擾動與車輪角加速度間的關(guān)系來求出此車輪的慣性矩的改變量。
求得充氣輪胎車輪慣性矩改變量的上述方法則是本發(fā)明的擾動探測設(shè)備的另一項(xiàng)應(yīng)用。也就是，可根據(jù)擾動探測設(shè)備的角速度探測裝置探測出的角速度，來計(jì)算出車輪的角加速度。遵從所算出的車輪角加速度與擾動觀察裝置所估算出的擾動這兩者間的關(guān)系，可以求得車輪慣性矩的改變量。分析此充氣車輪輪胎慣性矩的變化狀態(tài)，能提供有關(guān)此車輪的各種變化的信息。要是分析的情況指出，此車輪慣性矩的改變僅僅是由于輪胎的磨損所引起，則此種輪胎磨損量可以根據(jù)例如慣性矩的改變量估算出。通常，輪胎的磨損只反映為較低或緩慢地減少慣性矩。要是此慣性矩在車輛的一個(gè)特定行駛過程中增加，則說明有某種異物附到了輪胎上，例如有石塊插合到輪胎的胎面紋槽中。要是車輪的慣性矩在車輛起動后突然變化，則說明此車輪的輪胎或金屬部件至少有一個(gè)要更換。
不同于由擾動觀察裝置用在上述方法中所求得的信息的那些信息，則可以用來消除此擾動的一種挑選出的分量或其它一些分量。例如，充氣車輪輪胎在車輛行駛中發(fā)生慣性矩改變的信息，可用來判斷所探測出的這種改變不是由于更換了金屬車輪部件而造成。換句話說，這一判斷要求的是例如這樣一種信息充氣輪胎車輪的角速度繼續(xù)較零為高，或車輛的發(fā)動機(jī)接通開關(guān)繼續(xù)處于接通狀態(tài)。
此外，根據(jù)所提供的用來探測制動器(例如制動踏板)起動的制動器開關(guān)的輸出信號，或是所提供的用來探測制動液(例如在制動缸中的)的壓力傳感器的輸出信號，就能確定出是否有制動力施加到此車輪上。也還能根據(jù)加速踏板的工作位置來確定是否有驅(qū)動扭矩作用于驅(qū)動輪上。
還能根據(jù)可用來探測路面不規(guī)則性或反向率的傳感器的輸出信號，來估算此路面作用于車輪的擾動的大小。
這樣，根據(jù)本發(fā)明第三組成部分的方法能夠探測充氣車輪輪胎慣性矩的改變量，以用于探測輪胎的磨損、異物對輪胎的附著以及充氣輪胎車輪的輪胎和/或金屬車輪部件的改換。此外，本方法可以用來提高擾動觀察裝置的擾動估算精度，這是因?yàn)橛米鬟@一觀察裝置的參數(shù)的慣性矩可以根據(jù)探測到的慣性矩改變量加以調(diào)節(jié)。
在本發(fā)明的擾動探測設(shè)備的一種最佳形式中，設(shè)置有一扭矩探測器用來探測作用于充氣輪胎車輪的驅(qū)動扭矩和/或制動扭矩中的至少一個(gè)，而擾動觀察裝置則根據(jù)車輪的角速度以及驅(qū)動扭矩和/或制動矩中的至少一個(gè)來估算擾動。由于這種驅(qū)動扭矩和/或制動扭矩以及車輪的角速度是由擾動觀察裝置用來估算擾動的，這樣的擾動估算精度就能提高而不論車輛的具體行駛條件如何，例如不論是強(qiáng)制驅(qū)動條件(發(fā)動機(jī)的驅(qū)動力作用于驅(qū)動輪上)、反向驅(qū)動條件(以制動力作用于車輪上)或慣性滑行條件(車輪上沒有驅(qū)動力或制動力作用)。
在這種擾動探測設(shè)備的另一種最佳形式中，設(shè)置有用來求得由角速度探測裝置探測出的充氣車輪輪胎角速度可變分量的裝置，而擾動觀察裝置則根據(jù)充氣車輪輪胎角速度的至少是上述可變分量來估算此擾動。
用來求得此車輪角速度的可變分量的裝置可以是一種模擬式或數(shù)字式濾波器，這種濾波器只通過角速度探測裝置測得的角速度中的高頻分量。
根據(jù)此種擾動探測設(shè)備的另一種最佳形式，擾動觀察裝置是根據(jù)充氣輪胎車輪的動力學(xué)模型設(shè)計(jì)的，其中有輪輞與皮帶，經(jīng)由一扭轉(zhuǎn)彈簧使它們能相對轉(zhuǎn)動地互連到一起。在此種設(shè)備中，角速度探測裝置可用來探測輪輞的角速度，而擾動觀察裝置則可根據(jù)至少是此輪輞的角速度而估算此擾動。
在此設(shè)備的上述形式中，此車輪輪輞的角速度是以有別于該皮帶的角速度而測定的。在這種情形下，應(yīng)該注意到此輪輞的角速度被看作是充氣輪胎車輪的金屬車輪部件的角速度，而皮帶的角速度則視作為與路面接觸的輪胎外表面的角速度。輪輞的角速度可以由適當(dāng)?shù)囊阎b置測定，此種裝置例如利用到一個(gè)沿外周形成有一批齒的轉(zhuǎn)動體，以及一個(gè)可用來探測這些齒的通道的磁拾音頭。另一方面，此皮帶的角速度是不能通過測量來探測的。但是，此皮帶的角速度是可以估算的。
此外，上述動力形模型的輪輞與皮帶間的扭轉(zhuǎn)角可以估算，而扭轉(zhuǎn)彈簧常數(shù)的改變量可以根據(jù)估算的擾動與扭轉(zhuǎn)角間的關(guān)系求得。由于扭轉(zhuǎn)彈簧的彈簧常數(shù)與輪胎的空氣壓力有著緊密的關(guān)系，利用剛剛所述的最佳形式的擾動探測設(shè)備可以探測空氣壓力的變化。
為此，前述的第二目的還可以根據(jù)本發(fā)明的第四組成部分求得，此第四組成部分提供了利用上述擾動探測設(shè)備來探測汽車充氣輪胎車輪的空氣壓力變化的方法。此方法包括以下步驟起動上述擾動觀察裝置來估算輪輞與皮帶間的扭轉(zhuǎn)角以及作用于充氣輪胎車輪上的擾動；同時(shí)根據(jù)此擾動與扭轉(zhuǎn)角間的關(guān)系求出此車輪的空氣壓力改變量。
根據(jù)這一方法，任何時(shí)候都可求得輪胎空氣壓力的改變情形，而不象前述日本專利A-62-149502號所公開的先有技術(shù)設(shè)備那樣，會受到路面不規(guī)則性的影響。
擾動與扭轉(zhuǎn)角間的關(guān)系可以通過下述方式求得的各作為此擾動與扭轉(zhuǎn)角間關(guān)系的一個(gè)變量表示的相續(xù)的規(guī)范化相關(guān)值而求出，此方式即是用擾動觀察裝置相續(xù)求得的扭轉(zhuǎn)角的各個(gè)自相關(guān)函數(shù)去除此擾動觀察裝置相續(xù)求得的擾動與扭轉(zhuǎn)角間各個(gè)互相關(guān)函數(shù)。但是，這種求得各個(gè)規(guī)范化相關(guān)值的方式需要有一具備較大容量的存儲器來存儲估算出的擾動與扭轉(zhuǎn)角值?？紤]到這一缺點(diǎn)，最好能根據(jù)前面的規(guī)范化相關(guān)值、現(xiàn)行的擾動值與現(xiàn)行扭轉(zhuǎn)角值乘積的影響、以及現(xiàn)行扭轉(zhuǎn)角值平方的影響，來求得現(xiàn)行的規(guī)范化相關(guān)值。根據(jù)本方法，可在連續(xù)探測輪胎空氣壓力的同時(shí)，把用來存儲規(guī)范化相關(guān)值的存儲器所需容量減到最小。
在其中的擾動觀察裝置是根據(jù)包括有輪輞、皮帶與扭轉(zhuǎn)彈簧的動力學(xué)模型所設(shè)計(jì)的上述擾動探測設(shè)備的最佳配置形式中，設(shè)置有用來探測充氣輪胎車輪慣性矩改變量的裝置；以及根據(jù)探測出此車輪的這一慣性矩改變量，來補(bǔ)償為擾動觀察裝置用作一參數(shù)的充氣輪胎車輪的慣性矩的裝置。
根據(jù)以上配置形式，由擾動觀察裝置用作參數(shù)的充氣輪胎車輪的慣性矩可以根據(jù)探測出的改變量來調(diào)節(jié)。由于充氣輪胎車輪的慣性矩一般保持不變，此種擾動觀察裝置可用一個(gè)常數(shù)值作為慣性矩來估算擾動。但此車輪的慣性矩事實(shí)上是可以變化的，因而最好是探測出這一慣性矩的改變量并補(bǔ)償擾動觀察裝置所用的慣性矩，以提高擾動估算值的精度。
上述同型設(shè)備的另一最佳配置形式還包括用來探測扭轉(zhuǎn)彈簧的彈簧常數(shù)改變量的裝置；以及根據(jù)上述探測量來對擾動觀察裝置用作參數(shù)的這一彈簧常數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)难b置。
在上述同型設(shè)備的另一最佳配置形式中，該擾動觀察裝置包括有，根據(jù)至少是前述輪輞的角速度WR來估算輪輞與皮帶間的擾動W2與扭轉(zhuǎn)角θRB的裝置。在這種配置形式中，上述設(shè)備還包括有根據(jù)擾動觀察裝置估算出的擾動W2與扭轉(zhuǎn)角θRB間的關(guān)系，來探測扭轉(zhuǎn)彈簧的彈簧常數(shù)K改變量△K的常數(shù)改變探測裝置。擾動W2由下述方程規(guī)定W2＝(-1/JB)Td+(△K/JB)θRB式中JB是皮帶的慣性矩，而Td是汽車行駛的路而對皮帶所施加的擾動矩。
在這種配置形式下，上述設(shè)備還可包括一空氣壓力探測裝置，用來探測與常數(shù)改變探測裝置測出的扭轉(zhuǎn)彈簧的彈簧常數(shù)K的改變量△K相對應(yīng)的充氣輪胎車輪的空氣壓力改變量△P，其中要根據(jù)此兩個(gè)改變量△K與△P間的一個(gè)預(yù)定關(guān)系。此設(shè)備還包括有為擾動觀察裝置用作參數(shù)的彈簧常數(shù)K的補(bǔ)償裝置，其中根據(jù)的是由前述常數(shù)改變探測裝置所探測出的扭轉(zhuǎn)彈簧彈簧常數(shù)K的改變量△K。
在同一種上述設(shè)備的又另一個(gè)最佳配置形式下，該擾動觀察裝置包括有，根據(jù)至少是輪輞的角速度WR來估算擾動W2和角速度WB的裝置。在這種配置形式下，該設(shè)備還包括有慣性矩改變量探測裝置，它能根據(jù)擾動觀察裝置所估算的皮帶角速度WB來求皮帶角加速度WB′，以及根據(jù)擾動觀察裝置探測出的擾動W2與皮帶角加速度WB′間的關(guān)系來探測皮帶之慣性矩JB的改變量△JB。根據(jù)這種配置形式所估算的W2是由下述方程所確定W2=(-1/JB)Td-(△JB/JB)WB′式中的Td是車輛所行駛的路面對皮帶所施加的擾動扭矩。
在上述配置形式下，此設(shè)備還可包括根據(jù)慣性矩改變量探測裝置所探測出的皮帶慣性矩JB的改變量△JB，來探測附著于充氣輪胎車輪的輪胎上的外來物的裝置。
在此同一種配置形式下，該設(shè)備還可包括根據(jù)慣性矩改變量探測裝置探測出的皮帶慣性矩JB的改變量△JB，來探測安裝在充氣輪胎車輪的輪胎上的鏈的裝置。
在此同一種配置形式下，該設(shè)備還可包括根據(jù)慣性矩改變量探測裝置探測出的皮帶慣性JB的改變量△JB，來探測充氣輪胎車輪的磨損量的裝置。
在此同一種配置形式下，該設(shè)備還可包括補(bǔ)償裝置，根據(jù)慣性矩改變量探測裝置探測出的皮帶慣性矩JB的改變量△JB，來補(bǔ)償為擾動觀察裝置用作參數(shù)的這一慣性矩JB。
在此種同型設(shè)備又另一個(gè)最佳配置形式下，該擾動觀察裝置包括有，根據(jù)至少是輪輞的角速度WR來估算擾動W1的裝置。在這種配置形式下，此設(shè)備還包括一慣性矩改變量探測裝置，用來根據(jù)擾動觀察裝置估算出的輪輞角速度WR來求得此輪輞的角加速度，并用來根據(jù)擾動觀察裝置探測出的擾動W1與輪輞的角加速度WR′間的關(guān)系，來探測此輪輞的慣性矩JR的改變量△JR。此擾動W1由以下方程確定W1=-(△JR/JR)WR′在上述配置形式中，此設(shè)備還包括有根據(jù)慣性矩改變量探測裝置所探測到輪輞的慣性矩JR的改變量△JB，來探測更換充氣輪胎車輪的金屬車輪部件的裝置。
根據(jù)這種擾動探測設(shè)備的復(fù)又另一種最佳形式，該擾動觀察裝置是根據(jù)這樣一種充氣輪胎車輪的動力學(xué)模型設(shè)計(jì)的，此模型中的輪輞與皮帶是通過平行設(shè)置的扭轉(zhuǎn)彈簧與減震器連接成了相互相對轉(zhuǎn)動的形式。在這種形式的設(shè)備中，角速度探測裝置探測輪輞的角速度，而擾動觀察裝置則根據(jù)至少是此輪輞的角速度來估算此種擾動。上述形式的這一設(shè)備所能提供的優(yōu)點(diǎn)，與其中的擾動觀察裝置是根據(jù)只由扭轉(zhuǎn)彈簧所連接起的輪輞與皮帶那種動力學(xué)模型所設(shè)計(jì)成功的擾動觀察裝置能提供的相同。但是，由這里的擾動觀察裝置估算擾動時(shí)的精度有了提高，這是因?yàn)槌まD(zhuǎn)彈簧外還要考慮到減震器的作用。
在上述形式設(shè)備的一種最佳配置形式中，該擾動觀察裝置把輪輞的角速度用作此輪輞的一種等效的線性位移速度XR′，并根據(jù)至少是輪輞的這一等效的線性位移速度XR′來估算出擾動W2、皮帶的一個(gè)等效線性位移速度XB′、以及輪輞與皮帶間的等效的相對線性位移XRB。在這種配置形式下，此設(shè)備還包括一常數(shù)改變量探測裝置，它根據(jù)擾動觀察裝置估算出的擾動W2、等效線性位移速度XB′和等效相對線性位移XRB，以及由角速度探測裝置所探測出的等效線性位移速度XR′，來探測減震器的減震系數(shù)DW的改變量△DW以及扭轉(zhuǎn)彈簧的彈簧常數(shù)KW的改變量△KW。在這種配置形式下所估算出的W2由下述方程確定W2=(△DW/mB)(XR′-XB′)+(△KW/mB)XRB+Fd/mB′式中的mB為皮帶的等效慣性質(zhì)量；Fd為與車輛行駛路面作用于皮帶的擾動扭矩等效的擾動力。
在上述配置形式中，常數(shù)改變量探測裝置在下述方式下探測減震系數(shù)DW的改變量△DW以及彈簧常數(shù)KW的改變量△KW，使得按時(shí)間間隔求得的估算出的W2與一理論近似值(△DW/mB)(XR′-XB′)+(△KW/mB)XRB的差的平方和，實(shí)質(zhì)上最小。
在本發(fā)明的探測設(shè)備的再又一種最佳形式中，該擾動觀察裝置是根據(jù)一種連接到車輛之懸掛系統(tǒng)的充氣輪胎車輪的動力學(xué)模型設(shè)計(jì)的，其中車輛的懸掛質(zhì)量以及作為車輛的非懸掛質(zhì)量的充氣輪胎車輪是通過此懸掛系統(tǒng)作可相對轉(zhuǎn)動的互連，且其中的一個(gè)輪輞與一個(gè)皮帶是由一扭轉(zhuǎn)彈簧互連成可相對轉(zhuǎn)動的形式。在此種形式的設(shè)備中，該擾動觀察裝置是根據(jù)至少是充氣輪胎車輪的角速度來估算擾動的。
在上述設(shè)備中，于設(shè)計(jì)擾動觀察裝置時(shí)考慮到了懸掛系統(tǒng)以及充氣輪胎車輪。這就使得該觀察裝置能對較大量的項(xiàng)目進(jìn)行估算，而增加了可用來控制車輛的信息量。此外，也更改進(jìn)了由此觀察裝置對擾動進(jìn)行估算的精度。
在本發(fā)明又另一種最佳形式中提供了一種抑制裝置，當(dāng)它充氣輪胎車輪角速度同期波動的頻率與干擾觀察裝置在以高精度估算擾動時(shí)的最佳頻率之間的差不大于一預(yù)定值時(shí)，抑制此觀察裝置進(jìn)行作業(yè)。
此設(shè)備的再又另一種最佳形式則包括探測車輛行駛速度的車速傳感器，計(jì)算車速傳感器探測到的車輛行駛速度與角速度探測裝置探測到的充氣輪胎車輪的角速度二者的差的速度差計(jì)算裝置，根據(jù)此速度差計(jì)算裝置算出的參數(shù)來估算充氣輪胎車輪角速度周期變化的周期變化估算裝置；以及根據(jù)此估算裝置估算出的周期變化來補(bǔ)償角速度探測裝置探測出的該車輪角速度的角速度補(bǔ)償裝置，使得該擾動觀察裝置接收到已由此角速度補(bǔ)償裝置補(bǔ)償了的角速度。
只要是車輛以恒速行駛，為上述角速度探測裝置所探測到的角速度將保持不變，亦即不隨時(shí)間變化。但由于充氣輪胎車輪存在著某些與其制造過程相關(guān)的不可避免的誤差，所探測到的此種車輪的角速度事實(shí)上多少會隨時(shí)間變化。即由角速度探測裝置探測到的角速度不可避免地包括有因制造誤差而由角速度周期變化引起的分量。要是擾動觀察裝置在未考慮到這種車輪角速度周期變化下來估算擾動，這種擾動的估算精度將未必會是滿意的。
上面兩種形式的設(shè)備是以下述分析為基礎(chǔ)的。在此種設(shè)備的前一種形式中，當(dāng)周期性變化的頻率相當(dāng)接近于觀察裝置的最佳頻率時(shí)，由于這種擾動的估算精度隨著比周期性變化的頻率接近于該最佳頻率而變動，因而擾動觀察裝置便不再適用。在此設(shè)備的后一種形式中，可以求得這種車輪角速度相對于車速的周期性波動量，而這種為角速度探測裝置所探測到的角速度是根據(jù)上面求得的波動量來補(bǔ)償，使得該擾動觀察裝置根據(jù)此補(bǔ)償?shù)慕撬俣裙ぷ鳎纱硕岣吡擞^察裝置的估算精度。此設(shè)備的上述幾個(gè)最佳形式保證了能改進(jìn)擾動觀察裝置在作中的可靠性，而無誤地估算出因不可避免的充氣輪胎車輪角速度周期性波動所造成的擾動。
閱讀下面結(jié)合附圖對本發(fā)明最佳實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，將可較好地理解本發(fā)明的上述的和其它的目的、特點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)，在附圖中

圖1是一示意性框圖，說明可用來探測作用于汽車充氣輪胎車輪上擾動的本發(fā)明一擾動探測設(shè)備的實(shí)施例；圖2是它的擾動正為圖1中的設(shè)備所探測的一個(gè)充氣輪胎車輪的局部橫剖面圖；圖3示明圖2中的車輪的一個(gè)動力學(xué)模型；圖4是一框圖，說明圖1設(shè)備中的各功能元件；圖5是一流程圖，說明依據(jù)存儲于用于本設(shè)備的計(jì)算機(jī)中的只讀存儲器(ROM)內(nèi)的控制程序，來求得此車輪轉(zhuǎn)速變化的程序；圖6是一流程圖，說明依據(jù)另一項(xiàng)也存儲于該ROM中的控制程序的輪速計(jì)算/補(bǔ)償程序；圖7是曲線圖，說明用于圖5程序的步驟S8中的數(shù)N與車速V之間的關(guān)系；圖8是一曲線圖，說明由上述設(shè)備探測到的擾動的近似情形；圖9是一框圖，說明裝配于此設(shè)備中的一種擾動觀察裝置；圖10是一流程圖，說明依據(jù)存儲于該ROM中又一控制程序來計(jì)算為求得該車輪彈簧常數(shù)變化的相關(guān)性的程序；圖11是一流程圖，說明依據(jù)存儲于該ROM中又另一控制序來計(jì)算為求得該車輪中慣性矩變化的相關(guān)性的程序；圖12是一流程圖，說明依據(jù)存儲于該ROM中復(fù)又另一控制程序來計(jì)算為求得該車輪中另一慣性矩變化的程序；圖13是一框圖，說明與圖10中的程序相對應(yīng)的用于本發(fā)明另一實(shí)施例中的程序；圖14是一框圖，說明依據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例所構(gòu)成的擾動探測設(shè)備中的功能元件；圖15是一流程圖，說明依據(jù)存儲于圖14設(shè)備所用計(jì)算機(jī)的ROM中控制程序的一種擾動觀察裝置的控制程序；圖16說明包括在本發(fā)明又另一實(shí)施例中的擾動觀察裝置的動力學(xué)模型；
圖17說明包括在本發(fā)明復(fù)又另一實(shí)施例中的擾動觀察裝置的動力學(xué)模型；圖18是一流程圖，說明按照存儲于作為本發(fā)明擾動探測設(shè)備一種形式的鏈探測裝置所用計(jì)算機(jī)的ROM中控制程序來探測安裝在此種車輪上的鏈的程序；圖19示明包括在本發(fā)明又再另一實(shí)施例中的一種擾動觀察裝置的動力學(xué)模型；圖20是圖19中動力學(xué)模型的簡圖；圖21是示明依據(jù)圖19中實(shí)施例的設(shè)備中各功能元件的框圖；圖22是示意表明圖21設(shè)備中所用計(jì)算機(jī)的框圖；圖23是一流程圖，說明依據(jù)存儲于圖22計(jì)算機(jī)的ROM中的控制程序來探測該車輪之空氣壓力的程序；而圖24是一說明依據(jù)本發(fā)明又另一實(shí)施例的輪胎空氣壓力探測程序。
首先參看圖1與2，依本發(fā)明第一實(shí)施例構(gòu)制成的擾動探測設(shè)備包括一磁拾音頭(可變磁阻拾音器)12，它設(shè)在一隨在圖12中一般以14標(biāo)明的充氣輪胎車輪旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動體10的鄰近。此轉(zhuǎn)動體10沿著它的外周邊上有一批順圓周方向即依此轉(zhuǎn)動體10轉(zhuǎn)動方向等間隔相互分開的齒16。
上述磁拾音頭12經(jīng)構(gòu)制成，當(dāng)齒16通過此磁拾音頭的傳感頭時(shí)，能產(chǎn)生一振幅作周期性變化的電壓信號。由磁拾音頭12所產(chǎn)生的這一電壓信號經(jīng)整形器18整形成矩形脈沖形式，然后此已整形的脈沖信號即加到計(jì)算機(jī)20的一個(gè)輸入輸出(I/O)口。為便于說明，圖1中只示明了轉(zhuǎn)動體10、拾音頭12與整形器18這樣一個(gè)組，但裝備有本擾動探測設(shè)備的汽車是有四個(gè)充氣輪胎車輪14的，其中每個(gè)車輪均設(shè)有轉(zhuǎn)動體10、拾音器12與整形器18的。四個(gè)拾音頭12中的每一個(gè)都通過適當(dāng)?shù)恼纹?8與計(jì)算機(jī)20相連。
每個(gè)車輪14包括一個(gè)金屬車輪部件24和一個(gè)裝附于此車輪部件24的一輪輞28上的輪胎26。此車輪14由圖3所示的系統(tǒng)或模型作動力學(xué)模擬，其中一輪輞28與一皮帶30經(jīng)一扭轉(zhuǎn)彈簧32互連成可相對轉(zhuǎn)動。皮帶30視作為車輪14與路面接觸的輪胎26的外面。由于轉(zhuǎn)動體10配置成能隨金屬車輪部件24轉(zhuǎn)動，該拾音頭12在最嚴(yán)格意義下即可來探測輪輞28的角速度。
計(jì)算機(jī)20包括中央處理機(jī)(CPU)40、作為第一存儲裝置的只讀存儲器(ROM)42以及作為第二存儲裝置的隨機(jī)存取存儲器(RAM)44。ROM42存儲用于執(zhí)行圖5與6流程圖中所示的程序，并與CPU40和RAM44協(xié)同工作，構(gòu)成一示明于圖4中示意性框圖內(nèi)的速度計(jì)算器/補(bǔ)償器45。
此計(jì)算機(jī)20連至另一臺計(jì)算機(jī)47，后者包括一CPU48、作為第一存儲裝置的ROM49、作為第二存儲裝置的RAM50、以及一作為輸入輸出裝置的I/O口51。ROM49存儲用來執(zhí)行例如圖10-12流程圖中所示相關(guān)性計(jì)算程序一類的各種控制程度，并與CPU48和RAM50相配合，構(gòu)成一擾動觀察裝置52、一預(yù)處理機(jī)54、一相關(guān)計(jì)算器56、一規(guī)范器58、一常數(shù)補(bǔ)償器60、一識別處理器62以及一車輪速度發(fā)生器64，它們都示明在圖4的框圖中。
計(jì)算機(jī)47的I/O口51連接上一顯示裝置66，此顯示裝置給出由識別處理器62所作出的識別或確定的結(jié)果的信息，可幫助車輛的駕駛員認(rèn)識各個(gè)車輪14的狀況。盡管本實(shí)施例中的顯示裝置66是液晶顯示的，但也可代之以依預(yù)定方式例如閃爍方式操作的指示燈裝置，或代之以對駕駛員說話的聲音指示器，等等。
連接到I/O口51上的還有一可用來探測金屬部件24(輪輞28)的驅(qū)動扭矩或制動扭矩的扭矩探測器68。這種扭矩探測器68例如可包括一固定在車輪部件24的軸上的應(yīng)變儀。
輪輞速度計(jì)算器/補(bǔ)償器45根據(jù)從相應(yīng)的磁拾音頭12通過對應(yīng)的整形器18所接收到的信號進(jìn)行工作，計(jì)算四個(gè)車輪14中每一個(gè)的轉(zhuǎn)速。此計(jì)算器/補(bǔ)償器45還可根據(jù)圖1所示的適當(dāng)?shù)能囁賯鞲衅?0探測到的車輛行駛速度(如圖4所示的車身72的速度)，來調(diào)節(jié)對各個(gè)車輪14計(jì)算出的速度。這種車速傳感器70可以是一種多普勒效應(yīng)的地速傳感器，由磁拾音頭調(diào)節(jié)計(jì)算出的車輪14的速度來補(bǔ)償對于車輪速度有周期性變化時(shí)所計(jì)算出的速度，而這種車輪速度的周期性變化是來源于車輪14與轉(zhuǎn)動體10在它們的制造與裝配過程中有誤差，而使它們的技術(shù)規(guī)格距名義值存在著固有偏差所致。
車輪14的轉(zhuǎn)速是作為輪胎26的周邊速度求得的。為此目的，應(yīng)該知道輪胎26的半徑(即路面至車輪14的軸線或中心的距離)。此時(shí)，輪胎26的半徑因作用于輪胎上面的載荷而會隨輪胎的變形量而變化，而這一變形量又會隨輪胎26中的空氣壓力而變化。只要是輪胎26的空氣壓力保持在名義的或所需的水平上，此輪胎26的名義半徑即被用來計(jì)算車輪14的作為它的轉(zhuǎn)速的周邊速度。要是在后述的相應(yīng)程序中發(fā)現(xiàn)這一空氣壓力的改變量大于一預(yù)定限度，用來計(jì)算上述周邊速度的輪胎26的半徑則依據(jù)輪胎半徑與輪胎空氣壓力改變量間一預(yù)定關(guān)系(存儲于ROM42中)來計(jì)算。
輪輞速度計(jì)算器/補(bǔ)償器45可用來執(zhí)行圖5中用來獲得周期性輪速變化的程序，以及圖6中用來計(jì)算與補(bǔ)償所探測到的輪速的程序。
圖5中的輪速變化求出程序在轉(zhuǎn)動體10與車輪14已裝配到車輛上后至少要執(zhí)行一次。根據(jù)這一程序來求出輪速變化的操作可以由車輛制造商、修理車間的維修工程師或車輛的使用者來執(zhí)行。在車速的變化是由使用者求出時(shí)，前述程序每當(dāng)一預(yù)定條件滿足時(shí)，例如每當(dāng)車輛的累積行駛距離或行駛時(shí)間達(dá)到一預(yù)定值時(shí)，便執(zhí)行此程序。任何情形下，當(dāng)車輛是在一穩(wěn)定方式中行駛，即在一預(yù)定范圍內(nèi)的基本上恒定的速度下沒有加速與減速(制動)下行駛時(shí)，最好執(zhí)行這一程序。
首先描述圖5中的輪速變化求出程序。此程序從步驟S1開始，其中的數(shù)值“n”、“i”、“v”與“Vn”已預(yù)置。步驟S1之后的步驟S2是根據(jù)車速傳感器70的輸出來計(jì)算車速V的。然后，此控制流向進(jìn)行到步驟S3去計(jì)算充氣輪胎車輪14的速度Vn(以后稱作“輪速Vn”)。嚴(yán)格地說，所算出的輪速Vn乃是皮帶30的周邊速度(輪胎26在它與路面接觸的外周上的周邊速度)，此時(shí)假定了皮帶30的角速度WB是與輪輞28的角速度WR相等。為便于理解，假定此輪速Vn是在每個(gè)齒16通過磁拾音頭12時(shí)計(jì)算的。更具體地說，相應(yīng)于轉(zhuǎn)動體10各個(gè)齒16的輪速Vn的計(jì)算是根據(jù)整形器18求得的相鄰兩矩形脈沖升或降之間的時(shí)間區(qū)間，或此兩相鄰脈沖的升與降之間兩中點(diǎn)間的時(shí)間區(qū)間。
但是，應(yīng)該考慮到各個(gè)齒16通過拾音頭12所需時(shí)間與計(jì)算輪速Vn所需時(shí)間之間的關(guān)系。在此可將圖5的程序修改，使得在每次有兩或多個(gè)齒16通過拾音頭12時(shí)來計(jì)算輪速Vn。
在步驟S3之后的S4是據(jù)步驟S2中確定的輪速V來計(jì)算它與算出的輪速Vn間的差(V-Vn)。所算出的這一速度差(V-Vn)當(dāng)作為輪速Vn的變化[以后稱作為“輪速變化(V-Vn)”]。將這樣求得的輪速度化(V-Vn)存儲于RAM44中一“輪速變化”存儲器連續(xù)地址中相應(yīng)的一個(gè)之上，它的編號等于“j”(在轉(zhuǎn)動體10，或車輪14轉(zhuǎn)動一周中所求得的輪速值Vn的編號)。在對于每個(gè)齒16求出輪速Vn的本實(shí)施例中，編號“j”或“輪速變化”存儲器地址的編號等于齒16的數(shù)目。輪速變化(V-Vn)所存儲的地址對應(yīng)于現(xiàn)行編號“n”。應(yīng)該注意到，各個(gè)地址的內(nèi)容表示了一個(gè)累積的輪速變化∑(V-Vn)=(((V-Vn)于i=1)+((V-Vn)于i=2)+…)。
步驟S4后是步驟S5，其中當(dāng)在后繼的步驟S6中求得了一個(gè)肯定性判定(是)，亦即當(dāng)加1的整數(shù)“n”小于或等于“j”時(shí)，該整數(shù)“n”便加1而重復(fù)步驟S3與S4。要是在步驟S6中得到否定性判定(否)時(shí)，這就意味著車輪14已然轉(zhuǎn)動了一整圈，同時(shí)求得了對應(yīng)于所有齒16的輪速值Vn。對于步驟S6中所得到的否定性判定(否)，此控制流向便進(jìn)到步驟S7，使整數(shù)“n”復(fù)位到“1”，同時(shí)使整數(shù)“i”加1。然后執(zhí)行步驟S8以確定整數(shù)“i”是否小于或等于“N”。如果在步驟S8中得到一指定性判定(是)，則控制流向?qū)⒎祷氐讲襟ES2來再次測定車速V，并重復(fù)地執(zhí)行步驟S3與S4，以在車輪14下一轉(zhuǎn)的過程中獲得對應(yīng)于所有齒16的累積輪速變化。每次執(zhí)行步驟S4得出的輪速變化(V-Vn)均加到對應(yīng)于整數(shù)“n”的“輪速變化”存儲器的地址內(nèi)容中。這樣，此存儲器各地址的內(nèi)容(累積輪速變化的表示)便每當(dāng)車輪14轉(zhuǎn)過一圈時(shí)即增加。
在這一說明性的實(shí)施例中，車速V并不是每當(dāng)整數(shù)“n”加“1”或每當(dāng)重復(fù)步驟S3與S4時(shí)就變更，此時(shí)假定車速V在車輪14的一個(gè)整轉(zhuǎn)中無變化。但圖5中的程序可以修改，使得此控制流向在每次于步驟S6中得到了肯定性判定(是)時(shí)便返回步驟S2，亦即是每當(dāng)?shù)玫搅藢?yīng)于各個(gè)齒16的輪速變化(V-Vn)時(shí)便如此。
當(dāng)整數(shù)“i”變得比預(yù)定的數(shù)“N”大時(shí)，也即當(dāng)車輪14已然轉(zhuǎn)過預(yù)定的轉(zhuǎn)數(shù)“N”時(shí)，在步驟S8中便得到了一否定性判定(否)。此時(shí)，執(zhí)行步驟S9，用數(shù)“N”除RAM44的“輪速變化”存儲器中各地址的內(nèi)容(累積輪速變化)，由此而得到一平均累積輪速變化△Vn。這一數(shù)值△Vn乃是轉(zhuǎn)動體10各個(gè)齒16處相對于此轉(zhuǎn)動體10的下述參考位置的輪速Vn的平均累積變化，該參考位置則是齒16的這樣的位置，在此位置上圖5的程序開始，或是在此位置上第一次來執(zhí)行步驟S3現(xiàn)S4。當(dāng)圖5中的程序在車輛行駛期間是經(jīng)常地或連續(xù)性地執(zhí)行時(shí)，圖6中的輪速計(jì)算/補(bǔ)償程序不要求有轉(zhuǎn)動體10(車輪14)的參考位置來輪速變化補(bǔ)償輪速。當(dāng)圖5中的程序在緊接車輪14裝配好后或是在每次接通車輛的發(fā)動機(jī)開關(guān)后只執(zhí)行一次時(shí)，就應(yīng)知道轉(zhuǎn)動體10的參考位置。為此目的，于轉(zhuǎn)動體10上設(shè)置有一指示此參考位置的適當(dāng)標(biāo)志，并安裝有一探測此參考位置的傳感這一標(biāo)志的探測器。
當(dāng)設(shè)置有指示轉(zhuǎn)動體10上參考位置的標(biāo)志時(shí)，便可從參考位置處的齒16開始執(zhí)行圖5中為獲得與各個(gè)齒16相對應(yīng)的平均輪速變化值的程序。也可以換一種方式從轉(zhuǎn)動體10上的一個(gè)所需位置上開始這一程序，而把所求得的值△Vn轉(zhuǎn)變成相對于參考位置的值。
用來求得平均累積輪速變化值△Vn的轉(zhuǎn)動體10(車輪14)的轉(zhuǎn)數(shù)“N”應(yīng)該足夠地大，以使路面條件對所求得的值△Vn的影響減到最小。在本發(fā)明中，上述數(shù)“N”是根據(jù)車速V確定的，具體地說，數(shù)“N”應(yīng)確定成為圖7中的曲線所示，隨車速V的增加而加大。
在步驟S9中，將對于各個(gè)齒16所求得的平均累積輪速變化△Vn除以車速V，而獲得一累積輪速變化率△Vn/V。對各個(gè)齒16所求得的這一變化率△Vn/V存儲于RAM44的“輪速變化率”存儲器的適當(dāng)?shù)刂分?。對?yīng)于齒16這一變化率的值表示著特定車輪14所固有的轉(zhuǎn)速變化，它是由于轉(zhuǎn)動體10與車輪14的制造與裝配誤差所引起的。這些值△Vn/V用于圖6的程序中來補(bǔ)償或調(diào)節(jié)車輪14的探測出的速度V。
圖6中的輪速計(jì)算/補(bǔ)償程序是在車輛行駛過程中連續(xù)地執(zhí)行。在本實(shí)施例中，執(zhí)行這一程序，是用于預(yù)定的取樣時(shí)間內(nèi)，根據(jù)整形器18所產(chǎn)生出的矩形脈沖在兩個(gè)預(yù)定出現(xiàn)時(shí)刻之間的平均時(shí)間間隔來計(jì)算車輪速度。
圖6中的程序開始于用來在取樣時(shí)間內(nèi)探測矩形脈沖的第一次出現(xiàn)與最后一次出現(xiàn)的步驟S11，并計(jì)算取樣時(shí)間內(nèi)的脈沖出現(xiàn)次數(shù)，同時(shí)去確定與所探測到的最初與最終出現(xiàn)的脈沖相對應(yīng)的轉(zhuǎn)動體10上的兩個(gè)齒16。詳細(xì)地說，每當(dāng)矩形脈沖出現(xiàn)時(shí)，就執(zhí)行一中斷程序，根據(jù)設(shè)在計(jì)算機(jī)20內(nèi)的一個(gè)定時(shí)器的輸出來探測出矩形脈沖出現(xiàn)的時(shí)刻。設(shè)有一臺計(jì)數(shù)器，來計(jì)算取樣時(shí)間內(nèi)這種脈沖出現(xiàn)的次數(shù)。另設(shè)有一臺計(jì)數(shù)器，來計(jì)算根據(jù)對應(yīng)于轉(zhuǎn)動體10的參考位置的出現(xiàn)而計(jì)算的矩形脈沖出現(xiàn)次數(shù)。后一臺計(jì)數(shù)器在參考位置處復(fù)位，而這臺計(jì)數(shù)器的內(nèi)容能識別與最后產(chǎn)生的矩形脈沖出現(xiàn)相對應(yīng)的齒16。
然后，控制流向進(jìn)行到步驟S12，根據(jù)取樣時(shí)間內(nèi)兩相鄰矩形脈沖出現(xiàn)時(shí)刻之間的平均時(shí)間間隔，來計(jì)算車輪14在此取樣時(shí)間內(nèi)的平均速度V。
步驟12之后的步驟13，根據(jù)與最初和最終出現(xiàn)之矩形脈沖相對應(yīng)的兩個(gè)齒16所對應(yīng)的輪速變化率4Vn1/V和△Vn2/V，來補(bǔ)償或調(diào)節(jié)車輪速度V。這兩個(gè)變化率是根據(jù)步驟S11中所確定的兩個(gè)齒16，從RAM44的“輪速變化率”存儲器中讀取的。輪速V的補(bǔ)償是根據(jù)下述方程(1)來進(jìn)行V=(1+(△Vn1-△Vn2)/2V)V……(1)從上述方程(1)可知，輪速V是由等于比率△Vn1/V與△Vn2/V兩者差的1/2再乘以預(yù)補(bǔ)償值V的一個(gè)量來補(bǔ)償?shù)摹?br> 由圖6中程序的步驟S13所求得的補(bǔ)償?shù)妮喫賄要應(yīng)用于擾動觀察裝置52與輪速發(fā)生器64中。但是擾動觀察裝置52用到的是與輪速V相對應(yīng)的角速度。為此目的，在步驟S13中所求得的補(bǔ)償?shù)妮喫賄被換算為輪輞28的角速度WR，其中考慮到了輪胎26的半徑R。算出的角速度WR存儲于RAM44的“角速度”存儲器中。
擾動觀察裝置52是按照圖3所示充氣輪胎車輪14的動力學(xué)模型布置成的。以后將描述此擾動觀察裝置52的布置形式。
要是此車輪14模擬為圖3中的動力學(xué)模型，其中各自具有慣性 矩JR與JB的輪輞28與皮帶30是由具有彈性常數(shù)K的扭轉(zhuǎn)彈簧32所連接，則可構(gòu)成下面的狀態(tài)方程(2)、(3)與(4)來確定一線性動態(tài)系統(tǒng) = -KθRB+T1………………(2) = KθRB-Td………………(3) =ωR -ωB………………(4)其中，WR為輪輞28的角速度；WR′為輪輞28的角加速度；WB為皮帶30的角速度，WB′為皮帶30的角加速度；θRB為輪輞28與皮帶30間的扭矩角；T1為扭矩探測器68探測出的驅(qū)動或制動矩；Td為擾動扭矩(它是由路面上的坎臺或起伏，不規(guī)則地或規(guī)則地發(fā)生的車輪14的滾動阻力所導(dǎo)出)。
但在實(shí)際上，于輪輞28與皮帶30之間設(shè)有一減震器，但此減震器的影響較小，故在本實(shí)施例的上述問題中可忽視減震器的存在。在后述本發(fā)明的另一實(shí)施例中將考慮減震器的影響。
上述狀態(tài)方程(2)至(4)可以轉(zhuǎn)換為采用向量與矩陣的下述方程(5)
當(dāng)扭轉(zhuǎn)彈簧32的彈簧常數(shù)K由于輪胎26空氣壓力的變化從K變到K+△K時(shí)，此充氣輪胎車輪14的運(yùn)動可由下述方程(6)表示 彈簧常數(shù)K的改變量△K等價(jià)于正常條件下作用于輪胎26上的擾動量，此擾動為上述方程(6)右端最后一項(xiàng)表示。應(yīng)該認(rèn)識到最后一項(xiàng)中包括有隨輪胎26空氣壓力變化而變化的改變量△K。換句話說，輪胎26的空氣壓力的改變量可以通過估算為此最后一項(xiàng)所表示的擾動來估算。前述擾動觀察裝置52應(yīng)該能用來估算總的擾動W，它包括車輪14的因路面條件變化而有的擾動扭矩Td以及因輪胎26的空氣壓力變化而產(chǎn)生的擾動。此總的擾動W由下述方程(7)表示 但從理論上說，在此擾動W的三個(gè)元中只有一個(gè)元能夠由觀察裝置52估算。這樣，只有第二個(gè)元W可據(jù)下述方程(8)估算，而車輪14的運(yùn)動狀態(tài)則由下述狀態(tài)方程(9)表示 這樣，擾動觀察裝置便依據(jù)方程(9)工作，來估算作為反映此系統(tǒng)狀態(tài)的變量之一的擾動。采用方程(8)中的擾動W2，作為這種變量之一，利用下述方程(10)來近似待估算的擾動W2′=0……(10)上述方和(10)的近似關(guān)系意味第一個(gè)連續(xù)變化的擾動為圖8中曲線示明的階梯式變化來近似(零階近似)。要是擾動觀察裝置52的擾動估算速度高到足以配合上待估算的擾動的改變率或改變速度，則上述近似是充分合格的。下面的方程(11)表示了一個(gè)把作為方程(10)系統(tǒng)變量之一的W2包括在內(nèi)的擴(kuò)展了的系統(tǒng)
在上面的方程(11)中，[WBθRBW2]，是不能探測出的。在采用擾動觀察裝置52的系統(tǒng)中，不僅是擾動W2，連不能測量的變量WB與θRB也都是可以估算的。
為簡明起見，將方程(11)分解為以下的向量與矩陣［Xa］=ωR［Xb］=［ωBθRBW2］T［u］=T1［A11］=0［A12］=［0 +K/JR0］［A21］=［0 1 0］T［A22］= ［B1］=1/JR［B2］=［0 0 0］T估算狀態(tài)[Z]=[WBθRBW2]T的最低階擾動觀察結(jié)果可由下述方程(12)表示［zP＇］=［A21］［xa］+［A22］［zp］+［B2］［u］+［G］｛［Xa＇］-(［A11］［Xa］+［A12］［zP］+［B1］［u］)｝=(［A21］-［G］［A11］)［Xa］＋(［A22］－［G］［A12］)［zP］＋［G］［Xa＇］＋(［B2］－［G］［B1］)［u］………………………………………………(12)
式中，[ZP]是[Z]的估算值，[ZP′]是估算值[ZP]的改變率，[G]是確定擾動觀察裝置52估算速度的增益。
上述方程(12)由圖9的框圖表示，框圖中的[I]表示單位矩陣而“S”表示拉普拉斯算符。
用[e]=[z]-[zp]來表示實(shí)際值[z]與估計(jì)值[zp]的誤差，同時(shí)用[e′]表示誤差[e]的改變率，則得下述方程(13)[e′]=([A22]-[G][A12])[e]……(13)上述方程(13)表明了擾動觀察裝置52的估算特性，而矩陣([A22]-[G][A12])的特征值則是擾動觀察裝置52的極點(diǎn)。因此，擾動觀察裝置的估算速度隨此種特征值從原點(diǎn)偏移到平面S的左半平面而增加。觀察裝置增益[G]可根據(jù)擾動觀察裝置52所需的估算速度值而適當(dāng)?shù)卮_定。
上面描述了擾動觀察裝置52的一個(gè)方面，即去估算因扭轉(zhuǎn)彈簧32的彈簧常數(shù)K有了改變量△K而影響的擾動W2，假定此擾動W2是由前述方程(8)表示，即W2=(-1/JB)Td+(△K/JB)θRB。那些會因皮帶30與輪輞28的慣性矩JB與JR分別變?yōu)?JB+△JB)與(JR+△JR)而產(chǎn)生的擾動，可以用類似于上面相對擾動W所說明的方式估算。
下面描述估算由皮帶30的慣性矩JB的改變量△JB所引起的擾動的方式。
車輪14在慣性矩JB已有△JB改變時(shí)的運(yùn)動可由下述方程(14)表示 +［-Td/JB0/0 (△JB/JB)ωB＇ …(14)待估算的擾動是上述方程右端最后一項(xiàng)的第二個(gè)元。要是W2是由下述方程(15)確定，則可從后面的狀態(tài)方程(16)得出前述的方程(11) 這樣，擾動觀察裝置52便可有效地估算因皮帶30的慣性矩JB有了改變量△JB而引起的擾動。
下面再來說明因輪輞28的慣性矩JR的改變量而引起的擾動的估算方式。
通常，輪輞28的慣性矩JR是不會改變的。要是把使用中的金屬車輪部件24換成一個(gè)新的，則慣性矩JR就會改變。要是在采用了新的車輪部件24之后仍然沿用相同的慣性矩JR，那就會在估算作用于車輪14上總的擾動中帶來誤差。因此在本實(shí)施例中，將擾動觀察裝置52安排成也能估算因輪輞28的慣性矩的改變所引起的擾動。
當(dāng)慣性矩JR改變了△JR時(shí)，車輪14的運(yùn)動可由下述方程(17)表示 此待估算的擾動乃是方程(17)右端最后一項(xiàng)中的第一個(gè)元。要是擾動W1是由下述方程(18)給定，則可從狀態(tài)方程(19)得出由方程(20)表示的擴(kuò)展了的系統(tǒng)
這樣，擾動觀察裝置52就能有效地估算因輪輞28的慣性矩JR改變了△JR而引起的擾動。
如上安排的擾動觀察裝置52接收作為輸入的角速度WR，后者是由上述輪輞速度計(jì)算器/補(bǔ)償器45根據(jù)輪速V與輪胎半徑R計(jì)算出的。根據(jù)這一角速度WR，觀察裝置52可以估算由扭轉(zhuǎn)彈簧32的彈簧常數(shù)K改變量△K引起并為方程所表示的擾動W2；因皮帶30的慣性矩JB改變量△JB引起并由方程(15)所表示的擾動W2；以及因輪輞28的慣性矩JR改變量△JR引起并由方程(18)所表示的擾動W1。上述擾動W2與W1分別作為估算的擾動值W2P，W2P與W1P求得。除了這些值W2P，W2P與W1P外，觀察裝置52還可用來求得皮帶30的角速度WB的估算值WBP以及輪輞28與皮帶30間的扭轉(zhuǎn)角θRB的估算值θRBP，而WB與θRB則是不能探測或測量的。
預(yù)處理器54為相關(guān)計(jì)算器56的運(yùn)行進(jìn)行了它所必須的預(yù)處理作業(yè)。這就是說，預(yù)處理器54可以根據(jù)探測出的輪輞28的角速度WR和擾動觀察裝置52估算出的皮帶30的角速度WBP，來計(jì)算輪輞28的角加速度WR′與角加速度WB′的估算值WBP′。
相關(guān)計(jì)算器56根據(jù)所估算的擾動值W2P、W2P、W1P、角速度值WR、WBP、角加速度值WR′、WBP′與扭轉(zhuǎn)角θRBP，進(jìn)行計(jì)算相關(guān)函數(shù)的作業(yè)。利用計(jì)算出的相關(guān)函數(shù)，規(guī)范器58進(jìn)行規(guī)范化作業(yè)，同時(shí)計(jì)算扭轉(zhuǎn)彈簧32的彈簧常數(shù)K，輪輞28的慣性矩JR與皮帶30的慣性矩JB等的改變量。
首先描述求扭轉(zhuǎn)彈簧32的彈簧常數(shù)K的改變量的方式。
相關(guān)計(jì)算器56可用來執(zhí)行圖10的流程圖中用來計(jì)算為獲得彈簧常數(shù)K的改變量的那些相關(guān)函數(shù)的一個(gè)程序。
圖10中的這一程序從使整數(shù)“i”復(fù)位到“1”的步驟S21開始，此步驟還使相關(guān)函數(shù)C(W2P，θRBP)與C(θRBP，θRBP)復(fù)位到“0”。相關(guān)函數(shù)C(W2P，θRBP)是方程(8)表示的擾動W2的估算值W2P以及估算的扭轉(zhuǎn)角值θRBP之間的一個(gè)互相關(guān)函數(shù)，而函數(shù)C(θRBP，θRBP)則是估算的扭轉(zhuǎn)角值θRBP的一個(gè)自相關(guān)函數(shù)。換言之，RAM50的“互相關(guān)”以及“自相關(guān)”存儲器的內(nèi)容在步驟S21中已清除了。
然后執(zhí)行步驟S22來讀取現(xiàn)行估算的擾動值W(i)與現(xiàn)行估算的扭轉(zhuǎn)角值θRBP(i)。步驟S22后的步驟23用來計(jì)算上述估算的擾動值W2P(i)與估算的扭轉(zhuǎn)角值θRBP(i)的乘積，同時(shí)把這一乘積加到互相關(guān)函數(shù)C(W2P，θRBP)的最終值上以更新此互相關(guān)函數(shù)。在執(zhí)行圖10中這一程序的第一個(gè)周期中，自相關(guān)函數(shù)C(W2P，θRBP)的最終值為零，而上面指出的積W2P(i)×θRBP(i)則存儲于“互相關(guān)”存儲器中。
控制流向然后進(jìn)入步驟24，求出估算的扭轉(zhuǎn)角值θRBP(i)的平方，并把此平方結(jié)果加到自相關(guān)函數(shù)C(θRBP，θRBP)的最終值上以更新此自相關(guān)函數(shù)。此更新的值則存儲于“自相關(guān)”存儲器中。
然后執(zhí)行程序S25來確定整數(shù)“i”是否已等于或大于一預(yù)定整數(shù)“M”。最初在步驟S25中得到一否定性判定(否)，執(zhí)行步驟S26使整數(shù)“i”加1而重復(fù)步驟S22、S23與S24。
當(dāng)步驟S22-S24已重復(fù)預(yù)定的次數(shù)“M”后，在步驟25中即得到一肯定性判定(是)。這樣便終止了執(zhí)行此程序的一個(gè)周期。
在由相關(guān)計(jì)算器求出了互相關(guān)函數(shù)C(W2P，θRBP)與自相關(guān)函數(shù)C(θRBP，θRBP)后，規(guī)范器18根據(jù)下述方程(21)求得一規(guī)范值L，并將它存儲于RAM50的一個(gè)LK存儲器中。
LK＝C(W2P，θRBP)/C(θRBP，θRBP)……(21)據(jù)方程(21)求得的值LK可以根據(jù)前述方程(8)由下述方程(22)表示LK＝(-1/JB)C0+△K/JB……(22)由于值C0是由C(Tdp，θRBP)/C(θRBP，θRBP)所表示并與彈簧常數(shù)K的改變無關(guān)，故定值C0可在輪胎26的空氣壓力為正常情形時(shí)求得。應(yīng)該注意到，值C(Tdp，θRBP)是擾動扭矩Td的估算值Tdp與扭轉(zhuǎn)角θRB的估算值θRBP間的一個(gè)互相關(guān)函數(shù)。
執(zhí)行了類似的程序來求得輪輞28與皮帶30的慣性矩JR與JB的改變量。
圖11的流程圖中所示明的程序是編制好用來計(jì)算為獲得輪輞28的慣性矩JR的改變量的相關(guān)函數(shù)的。更具體地說，可根據(jù)方程(18)所表示的擾動W1的估算值W1P以及輪輞28的角加速度WR′求出互相關(guān)函數(shù)C(W1P，WR′)與自相關(guān)函數(shù)C(WR′，WR′)。由規(guī)范器58據(jù)下述方程(23)算出一規(guī)范化值LJR，并將它存儲于RAM50的LJR存儲器中LJR＝C(W1D，WR′)/C(WR′，WR′)……(23)由方程(23)得到的值L，可以根據(jù)方程(18)表示成下述方程LJR＝-△JR/JR……(24)圖12的流程圖中說明的程序是編制成用來算出這樣的相關(guān)函數(shù)，以去獲得皮帶30的慣性矩JB改變量。更確切地說，可從方程(15)所表示的擾動W2的估算值W2P以及皮帶30的估算的角加速度WBP，求出互相關(guān)函數(shù)C(W2P，WBP′)與自相關(guān)函數(shù)C(WBP′，WBP′)。由規(guī)范器58據(jù)下述方程(25)計(jì)算出一規(guī)范化值LJB并把它存儲于RAM50的LJB存儲器中LJB＝C(W2P，WBP′)/C(WBP′，WBP′)……(25)由方程(25)得到的值LJB可以據(jù)前述方程(15)表示成下述方程LJB=(-1/JB)C1-△JB/JB……(26)式中的值C1指C(Tdp，WBP′)/C(WBP′，WBP′)。
盡管在本實(shí)施例中，圖10、11與12中的程序是依次一個(gè)接一個(gè)地執(zhí)行(每個(gè)程序一次一個(gè)周期)，但這些程序可以平行地執(zhí)行。例如對于步驟S25、S35與S45中整數(shù)“M”、“P”與“Q”所用的相同值，可順序地執(zhí)行圖10-12中相應(yīng)的第一步驟S21、S31與S41，繼而執(zhí)行相應(yīng)的第二步驟S22、S32與S42，如此等等。
然后起動常數(shù)補(bǔ)償器60，根據(jù)存儲在RAM50相應(yīng)存儲器中的值LK=C(W2P，θRBP)/C(θRBP，θRBP)、LJB=C(W1P，WR′)/C(WR′，WR′)與LJB=C(W2P，WBP′)/C(WBP′，WBP′)，來補(bǔ)償扭轉(zhuǎn)彈簧32的彈簧常數(shù)K，以及轉(zhuǎn)輞28與皮帶30的慣性矩JR與JB。
詳細(xì)地說，擾動觀察裝置52的彈簧常數(shù)K與慣性矩J和J通過改變量△K、△JR與△JB加以調(diào)節(jié)，而這些個(gè)改變量是由常數(shù)補(bǔ)償器60根據(jù)值LK、LJR與LJB并依照LK與△K之間、LJR與△JR之間以及LJB與△JB之間的預(yù)定關(guān)系求得的，因?yàn)橹礚K、LJR與LJB如前所述，是通過方程(22)、(24)與(26)表示出的
LK＝(-1/JB)C0+△K/JB……(22)LJR＝-△JR/JR……(24)LJB＝(-1/JB)C1-△JB/JB……(26)。
上面這些預(yù)定關(guān)系由ROM49中存儲的各有關(guān)數(shù)據(jù)表示。
當(dāng)車輛的發(fā)動機(jī)開關(guān)接通后第一次起動擾動觀察裝置52時(shí)，用到了彈簧常數(shù)K與慣性矩JR、JB的名義值。一旦由常數(shù)補(bǔ)償器60求得了改變量△K、△JR與△JB后，擾動觀察裝置52便采用業(yè)已由改變量△K、△JR與△JB補(bǔ)償了的值K、JR與JB。在執(zhí)行圖10-12中程序的繼后周期中所獲得的改變量△K、△JR與△JB乃是從前面周期中所獲得的已補(bǔ)償值的改變量。
另一方面，識別處理器62則需要來自K、JR與JB名義值的改變量。為此目的，在RAM50中設(shè)有用來存儲累積改變量△K、△JR與△JB的存儲器，而這些存儲器在發(fā)動機(jī)開關(guān)接通后即行清除。由常數(shù)補(bǔ)償器60求得的改變量(即補(bǔ)償值)△K、△JR與△JB，在此常數(shù)補(bǔ)償器60的每次運(yùn)行中即加到相應(yīng)存儲器的內(nèi)容中。
識別處理器62可用來將RAM50適當(dāng)存儲器中所存的累積改變量(累積補(bǔ)償值)△K與ROM49中存儲的預(yù)定負(fù)參考值△K0加以比較。如果累積補(bǔ)償值△K小于負(fù)參考值△K0，就意味著輪胎26的空氣壓力異常地低，而顯示裝置66便能通知車輛操作人員這一事實(shí)。此時(shí)應(yīng)知，ROM49中存儲有表示補(bǔ)償值△K與輪胎26的空氣壓力P的改變量△P之間關(guān)系的數(shù)據(jù)表，從而此空氣壓力P的改變量△P可以根據(jù)現(xiàn)有的補(bǔ)償值△K并依據(jù)△K-△P的關(guān)系確定。
類似地，識別處理器62將存儲于RAM50的相應(yīng)存儲器中的累積改變量或補(bǔ)償值△JB與一預(yù)定的正參考值△JBO加以比較。如果此補(bǔ)償值△JB大于這一正參考值△JBO，就意味著有異物附到輪胎26上，例如有石塊嵌入到輪胎26的胎面紋槽中，同時(shí)在顯示裝置66上會以適當(dāng)?shù)闹甘拘问礁嬷囕v操作人員這一事實(shí)。
此外，補(bǔ)償值△J是與一預(yù)定的負(fù)參考值△J比較。如果這個(gè)值△J小于參考值△J，這就意味著輪胎26的磨損量超過了允許的上限，而需要更換輪胎26。此時(shí)的顯示裝置66會將這一事實(shí)通知車輛操作人員。要是識別處理器62未探測出輪胎26有上述這兩種異常情況，就意味著輪胎26(皮帶30)的慣性矩J不會有過量改變，而處理器62不會起動顯示裝置66。
輪速發(fā)生器64提供了一個(gè)為擾動觀察裝置52所估算的擾動補(bǔ)償了的輪速V的輸出表示。
由擾動觀察裝置52依方程(11)所估算出的擾動W2P是由方程(8)所表示，即W2P=(-1/JB)Td+(△K/JB)QRB。方程(8)右端的第二項(xiàng)為常數(shù)補(bǔ)償器60作連續(xù)性的補(bǔ)償，因而將不會突然地或高速地改變。這就是說，此右端的第二項(xiàng)與同一端的第一項(xiàng)相比，小到可以略去不計(jì)。因此，輪速發(fā)生器64在補(bǔ)償輪速V時(shí)可假定，由擾動觀察裝置52依據(jù)方程(11)所求得的估算擾動值W2P等于(-1/JB)Td。
詳細(xì)地說，擾動扭矩Td是通過以-JB去乘所估算的擾動W2P=(-1/JB)Td而求出，然后據(jù)下述方程(27)來估算僅僅是由此擾動扭矩Td所引起的輪輞28的角速度WRPWRP(S)＝｛[D](S(I)-[E])-1[F]}Td(S)……(27)式中的[1]為單位矩陣、S為拉普拉斯算符、WRP(S)為由拉普拉斯變換根據(jù)估算出的角速度WRP求得的值、Td(S)為由拉普拉斯變換根據(jù)擾動扭矩Td求得的值，而[D]、[E]與[F]則是由下述方程表示的向量與矩陣［D］＝［1 0 0］［E］＝ ［F］＝［0 -1/JB0］T估算出的角速度WRP乃是造成車輪14速度變化的分量之一，而這一分量則是由路面的不規(guī)則性給予車輪14的擾動所引起的。此估算出的角速度WRP換算為車輪14相應(yīng)的周邊速度，而由輪輞速度計(jì)算器/補(bǔ)償器45接收到的車輪速度V則由與此算出的周邊速度相應(yīng)的量補(bǔ)償，由此得以根據(jù)此輪速V來消除因路面擾動帶來的噪聲。
從本實(shí)施例上面的描述可知，所說的轉(zhuǎn)動體10、磁拾音頭12、整形器18以及輪輞速度計(jì)算器/補(bǔ)償器45的計(jì)算器相互配合，提供了一種用來探測充氣輪胎車輪14轉(zhuǎn)速(角速度)的裝置。
還應(yīng)認(rèn)識到，指派用于獲得輪輞28與皮帶30的慣性矩改變量的相關(guān)計(jì)算器56與規(guī)范器58中的那些部分，它們構(gòu)成了用來探測這些變化量的裝置。此外，常數(shù)補(bǔ)償器60的一部分構(gòu)成了用來補(bǔ)償慣性矩JR、JB的裝置。
車速傳感器70起到用于探測車輛行駛速度V的裝置的作用，而輪輞速度計(jì)算器/補(bǔ)償器45則構(gòu)成了用來計(jì)算由車速V減去輪速V的差(V-v)的裝置，這一差值可以視作車輪14所固有的速度變化或它的特征數(shù)。此外，指定來對于轉(zhuǎn)動體10的各個(gè)齒16去求其特定輪速度比(V-v)的計(jì)算器/補(bǔ)償器45的那一部分，構(gòu)成了用來估算輪速V周期性變化的量。輪輞速度計(jì)算器/補(bǔ)償器45的補(bǔ)償器起著用來補(bǔ)償由磁拾音頭12的輸出確定的輪速V的裝置的作用，也就是用來補(bǔ)償車輪14角速度的裝置。
在業(yè)已詳述過的這一實(shí)施例中，圖10-12中的程序被執(zhí)行來在預(yù)定的時(shí)間間隔(為使整數(shù)“i”變成等于“M”、“P”或“Q”所必須的)內(nèi)求得相應(yīng)成對的互相關(guān)與自相關(guān)函數(shù)，并由規(guī)范器58處理這些函數(shù)。但是這些程序可根據(jù)需要修改。例如圖10中用來計(jì)算相關(guān)性以去求出扭轉(zhuǎn)彈簧32的彈性常數(shù)K的改變量的程序，可以由圖13的流程圖中所示的程序取代，這里的值LK(i)是在步驟S54中求得的。與上述的規(guī)范化值LK相同，此值LK(i)是為常數(shù)補(bǔ)償器60與識別處理器62用來補(bǔ)償常數(shù)K和對輪胎26的空氣壓力作出測定的。
上述值LK(i)由以下方程表示Lk(1)=Σj=1i(W2P(j)θRBp(j))Σj=1I(θRBP(j)1)]]>以上方程可以變換為下述方程LK(1)=Σj=1i-1(W2P(j)θRBp(j))+W2p(i)θRBP(i)Σj=1i-1(θRBP(j)2)+θRBP(i)2]]>上一方程可由下面的包括有LK(i-1)的方程(28)表示LK(i)=LK(i-1)+(W2P(i)θRBP(i))F(i-1)1+(θRBP(i)2)F(i-1)---(28)]]>其中F(i-1)=1Σi=1i-1(θRBP(i)2)]]>值F(i-1)可以由下述方程表示F(i-1)=1Σi=1i-2(θRBP(i)2)+θRBP(i-1)2]]>以上一方程則可由包括有F(i-2)的下述方程(29)表示F(i-1)=F(i-2)1+F(i-2)θRBP(i-1)2---(29)]]>
圖13中用來依第二實(shí)施例求出彈簧常數(shù)K改變量的程序是根據(jù)以上各方程所表明的理論。此程序是從步驟S51開始，它使整數(shù)“i”置位到“1”，值LK(0)置位到“0”而值F(0)置位到最大值“MAX”。然后執(zhí)行步驟S52，從RAM50讀取最終獲得的估算的擾動值W2P與估算的扭轉(zhuǎn)角值θRBP。值W2P與θRBP定義作W2P(i)與θRBP(i)?？刂屏飨蛟龠M(jìn)行到計(jì)算值F(i-1)的步驟S53和計(jì)算值LK(i)的步驟S54。再執(zhí)行步驟S55使整數(shù)“i”加1。這樣便結(jié)束了執(zhí)行此程序一個(gè)周期。
在此第一實(shí)施例中，通過由輪輞速度計(jì)算器/補(bǔ)償器45來補(bǔ)償輪速V，以消除車輪14與轉(zhuǎn)動體10在制造與裝配過程中的誤差所引致車輪14的周期性速度變化，由此而改進(jìn)了擾動觀察裝置在估算擾動時(shí)的精度。但是，這種補(bǔ)償依據(jù)本發(fā)明的原理并非絕對必須的。然而，很難設(shè)計(jì)出這樣的擾動觀察裝置，使得它的擾動估算精度在輪速V的整個(gè)變化頻率(即表示輪速V周期性變化的波動頻率)范圍內(nèi)，都能足夠地高。換言之，存在著輪速V的某一變化頻率fd的范圍，使擾動觀察裝置52在其中有充分高的估算精度。因此，必須采取適當(dāng)措施來避免周期性輪速變化的影響。另一方面，能夠通過計(jì)算來估算速度變化頻率fd，即車輪14的速度V因有周期性擾動作用于此車輪上而作周期性變化的頻率。因而能夠估算出輪速V的這樣一個(gè)不希望有的范圍，此在范圍內(nèi)，擾動觀察裝置52的精度低到不合乎需要的程度。這一范圍可以按下述方式結(jié)算出根據(jù)實(shí)測的輪速V來估算輪速變化頻率fd，并將這一變化頻率fd與觀察裝置的精度最高時(shí)的已知最佳變化頻率fopt相比較。要是實(shí)際變化頻率fd與最佳變化頻率fopt的差小于一預(yù)定下限，則認(rèn)為此致輪速V是在不希望有的范圍內(nèi)。因而能夠并且需要在輪速V處于此估算出的不希望有的范圍內(nèi)時(shí)，抑制擾動觀察裝置52運(yùn)行，而得以提高觀察裝置52的作業(yè)可靠性。
基于上述概念按照本發(fā)明一第三實(shí)施例的構(gòu)造例示明于圖14的框圖中，它包括一頻率存儲器80、一輪速計(jì)算器82、一輪速變化頻率計(jì)算器84、一頻率比較器86以及一擾動觀察裝置88。
頻率存儲器80存儲指示最佳變化頻率fopt的數(shù)據(jù)，在此fopt下，觀察裝置88能夠以充分高的精度估算彈簧常數(shù)K以及慣性矩J與J等的改變量。在此應(yīng)該注意到，對于所有要由觀察裝置88估算的所有變量(包括K、JR、JB)都公用一個(gè)最佳變化頻率fopt或是對于不同變量給定各自的最佳變化頻率值fopt。
輪速度化頻率計(jì)算器84依下述方程式計(jì)算變化頻率fd首先依下述方程計(jì)算車輪14的轉(zhuǎn)數(shù)n=TV/2πR式中T為常數(shù)、V為車輛的現(xiàn)行速度、R是車輪14當(dāng)輪胎26的空氣壓力為正常時(shí)的半徑。
然后根據(jù)下述方程計(jì)算輪速相對于現(xiàn)行車速V的基本頻率fo
fo=1/n這一基本頻率fo乃是據(jù)認(rèn)為是組成表示輪速周期變化的合成正弦波的一批正弦波中不同頻率中的最低的一個(gè)頻率。
還存在有由于作用于車輪14上的周期性擾動而造成的輪速的其它變化頻率fd，例如基本頻率fo的高次諧波。由于這些高次諧波的頻率為fo的倍數(shù)，此種變化頻率能夠依下述方程計(jì)算fd=ifo(其中的i為大于等于2的自然數(shù))輪速計(jì)算器82、輪速變化頻率計(jì)算器84、頻率比較器86以及擾動觀察器88，在運(yùn)行時(shí)根據(jù)計(jì)算機(jī)47的ROM中存儲的控制程序，執(zhí)行圖15的流程圖中所示明的擾動觀察裝置控制程序。
圖15中的程序從步驟S61開始，這一步驟是根據(jù)磁拾音頭12的輸出信號來計(jì)算車輪14的輪速V的。步驟S61中計(jì)算輪速V的方式與圖6程序的步驟S12中由輪輞速度計(jì)算器/補(bǔ)償器45來計(jì)算平均輪速V的方式相同。
步驟S61后的步驟S62利用步驟S61中算得的輪速V，按上述方式計(jì)算出輪速V的兩個(gè)或更多個(gè)的變化頻率fd。然后執(zhí)行步驟63，計(jì)算在各個(gè)算出的變化頻率fd與存儲于頻率存儲器80中的最佳頻率fopt的差△f的絕對值。此時(shí)該控制流向即進(jìn)入步驟S64，確定上述差△f(絕對值)是否等于或小于一預(yù)定基準(zhǔn)數(shù)α。要是對任意一個(gè)變化頻率fd在步驟S64中都得到了一個(gè)肯定性判定(是)，便執(zhí)行步驟S65來制止擾動觀察裝置88工作，也即使此裝置88不能工作。在另一些情形下，則執(zhí)行步驟S66使觀察裝置88運(yùn)行，也即使它能夠工作。這一擾動裝置88的結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施例的擾動觀察裝置52的相一致。
在此第三實(shí)施例中，轉(zhuǎn)動體10、磁拾音頭12、整形器18與輪速計(jì)算器82相配合，共同組成了一個(gè)用來探測車輪14的角速度的裝置；而頻率存儲器80、輪速變化頻率計(jì)算器84與頻率比較器86則共同配合工作，構(gòu)成了一個(gè)用來制止擾動觀察裝置88工作的裝置。
要是假定影響輪速V的周期性擾動僅僅是由與車輪14和轉(zhuǎn)動體10有關(guān)的誤差引起，則此種周期性擾動的頻率可以看作是完全依賴于輪速V，即完全依賴于車速V的。因此，根據(jù)當(dāng)前探測出的輪速V或車速V本身而不是去根據(jù)當(dāng)前探測出的與最佳變化頻率fopt相比較的變化頻率fd，就能判定這種擾動觀察裝置能否高精度地估算擾動。
雖然在圖4中示明了用來設(shè)計(jì)上述擾動觀察裝置的充氣輪胎車輪14的動力學(xué)模型，但也可根據(jù)其它模型來設(shè)計(jì)擾動觀察裝置的。
例如，連接到車輛懸掛系統(tǒng)上的充氣輪胎車輪14可以依照圖16所示的模型。
圖16中所用的參考字符的意義如下MV車身懸掛質(zhì)量，mR輪輞28的質(zhì)量，
mB皮帶30的質(zhì)量，KS車輛懸掛彈簧常數(shù)，DS車輛懸掛減震系數(shù)，XV懸掛車身的位移，XR輪輞28的位移，XB皮帶30的位移，XVRXV與XR間的差字符JR、JB與θRB如同在第一實(shí)施例中的情形，分別代表輪輞28的慣性矩、皮帶30的慣性矩與此輪輞扣皮帶間的扭轉(zhuǎn)角。用K來表示扭轉(zhuǎn)彈簧32的彈簧常數(shù)K，字符KT下的腳標(biāo)T是用來與車輛懸掛系統(tǒng)的彈簧常數(shù)KS區(qū)別。
下面將描述幾個(gè)采用了根據(jù)圖16中模型的擾動觀察裝置的本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例。在這些實(shí)施例中，采用圖1中相同的參考號來表示相一致的部件，同時(shí)為簡明起見不再對這些部件作冗贅的描述。
圖16中的模型由下面的關(guān)態(tài)方程(30)表示
式中，JR=mR，JB=βmB，而aij與bij則是指明充氣輪胎車輪的模型與車輛懸掛系統(tǒng)的模型之間相互關(guān)系的常數(shù)。這些常數(shù)取決于車輛懸掛系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
假定輪輞28的質(zhì)量mR(慣性矩JR)與扭轉(zhuǎn)彈簧常數(shù)KT分別改變到mR+△mR(JR+△JR)與KT+△KT，則上述狀態(tài)方程(30)可以轉(zhuǎn)變?yōu)橄率龇匠?31)，它表示這種模型的一個(gè)等效狀態(tài)，其中的擾動是在此模型處于它的正常狀態(tài)下作用于其上的
式中△(KT/JR)＝(KT+△KT)/(JR+△JR)-KT/JR△(DS/mR)＝DS/(mR+△mR)-DS/mR△(KS/mR)＝KS/(mR+△mR)-KS/mR要是方程(31)右端的第三項(xiàng)也視作為擾動，且要是由此第三項(xiàng)中第五個(gè)元所表示的擾動將予以估算出，則此一擾動W5可由下述方程(32)表示，而隨后的狀態(tài)方程(33)則表示這一模型WS＝△(DS/mR)XVR′+△(KS/mR)XVR+n……(32)式中的n表示一誤差項(xiàng)，它只由用來估算擾動的方程(31)右端第三項(xiàng)中第五個(gè)元引起。

用來從方程(32)所表示的擾動W5來求出輪輞28的質(zhì)量mR的改變量(從而是慣性矩JR的改變量)的互相關(guān)函數(shù)C(W5，XVR)由以下方程(34)表示C (W5 ,XVP) =△(DS/mR)C(XVR＇,XVR) +△(KS/mR)C(XVR,XVR)+C(n,XVR)…(34)由于C(XVR′，XVR)=0，可由規(guī)范化，也即用自相關(guān)函數(shù)C(XVR，XVR)去除互相關(guān)函數(shù)C(W5，XVR)，而得到下面的方程(35)C(w5,XVR)/C(XVR,XVR)=C(n,XVR)/C(XVR,XVR)+△(KS/mR)………………(35)此方程(35)中的第一項(xiàng)與質(zhì)量mR(慣性矩JR)的改變無關(guān)，而能夠合適地定出。
根據(jù)上面描述所求得的質(zhì)量mR的改變量即可得出慣性矩J的改變量△JR。這樣取得的改變量△JR則用來補(bǔ)償或調(diào)節(jié)擾動觀察裝置52所用到的慣性矩JR。
這里的擾動觀察裝置52在結(jié)構(gòu)上與相對于第一實(shí)施例所述的相一致，不同的只是
要是待估算的擾動近似于W5′=0，則可由下述方程(36)表示一擴(kuò)展系統(tǒng) 在上述方程(36)中的物理值，只有輪輞28的角速度WR可以探測。
這里的擾動觀察裝置能夠通過在上述方程(36)中重新定義如下矩陣，而以相同于前述的方式使它公式化
盡管在本實(shí)施例中只有輪輞28的角速度WR才能探測，但要是能用適當(dāng)?shù)奶綔y裝置探測出其它的物理值并使其用于此觀察裝置，則可以提高這一擾動觀察裝置52的擾動估算精度。
事實(shí)上，本實(shí)施例可用來使得擾動觀察裝置52能根據(jù)輪輞28的慣性矩JR、皮帶30的慣性矩JB、輪輞28的質(zhì)量mR，皮帶30的質(zhì)量mB、輪輞28的角速度WR、車輛懸持系統(tǒng)的彈簧常數(shù)KS與減震系數(shù)DS以及車身懸掛質(zhì)量MV，來估算擾動W5，從而可通過相關(guān)函數(shù)與規(guī)范化，由估算出的擾動W5來計(jì)算輪輞28的質(zhì)量mR的改變量△mR，且可根據(jù)計(jì)算得的改變量△mR和依照△mR與△JR間的一個(gè)預(yù)定關(guān)系，來確定輪輞28的質(zhì)量m的改變量△m而與彈簧常數(shù)K的改變量△K無關(guān)，即使是由于輪胎26的空氣壓力改變而使彈簧常數(shù)KT會隨輪輞28的質(zhì)量mR的變化而同時(shí)發(fā)生變化。
用來設(shè)計(jì)此種擾動觀察裝置的動力學(xué)模型可以簡化成圖17中所示。雖然圖3與16中所示充氣輪胎車輪14的動力學(xué)模型包括有輪輞28和皮帶30，而它們的慣性矩與角速度則用來估算作用于車輪14上的擾動，但圖17中的動力學(xué)模型則只有一個(gè)具備慣性矩J的轉(zhuǎn)動體。根據(jù)這一模型，也可由此轉(zhuǎn)動體的慣性矩J與角速度來估算擾動扭矩Td。例如，在圖3的模型中采用彈簧常數(shù)K盡可能大的扭轉(zhuǎn)彈簧32，就能實(shí)現(xiàn)圖17中的模型。這一實(shí)施例是本發(fā)明的不同于擾動觀察裝置是據(jù)圖3或16中模型所設(shè)計(jì)的前述實(shí)施例的另一種形式。
在前面幾個(gè)實(shí)施例中，顯示裝置66是用來通知車輛駕駛員，輪胎26的空氣壓力達(dá)到異常低的水平或有了過量磨損的情形。但是，識別處理器62與顯示裝置66可加以改動，使得此顯示裝置66能指出在不需要換輪胎26或增加它的空氣壓力之前，可期望的車輛行駛時(shí)間或行駛距離(里程)。這種期望的行駛時(shí)間或行駛距離可以根據(jù)輪胎26的空氣壓力下降率或磨損量的增加率確定。
輪胎26的空氣壓力下降率例如可以根據(jù)彈簧常數(shù)K的改變率獲得，而此彈簧常數(shù)K的改變率則可以通過使改變量△K除以此改變量發(fā)生所經(jīng)歷的時(shí)間t而求得。期望的車輛行駛時(shí)間則可根據(jù)這樣取得的改變率△K/t求得，并可把它顯示到顯示裝置上。
輪胎26磨損量的增加率可以根據(jù)皮帶30慣性矩J的改變率求得，而JB的改變率則可通過將此慣性矩JB的改變量△JB除以造成這一改變量△JB的行駛距離d而求得。所期望的車輛行駛距離則可從如上求得的改變率△JB/d估算出并顯示在顯示裝置66上。
盡管車速傳感器70在上述實(shí)施例中是專門用來探測車速V的，但也可利用輪速探測裝置10、12、18與45來確定車速V的。也就是說，可以根據(jù)輪速V來確定或估算車速V。這里應(yīng)該注意到，輪速V的改變率的絕對值是大于車速V的改變率的絕對值的，這是因車輪14的慣性矩較小而車身的慣性質(zhì)量較大。因此，當(dāng)根據(jù)輪速V估算車速V時(shí)，要是輪速V的改變率高于車速V的期望的最高改變率時(shí)，就必須把估算的車速V限制到不超過某一預(yù)定的上限。另一方面，應(yīng)在充分長的時(shí)間內(nèi)根據(jù)輪速V的平均值來估算車速V。最好應(yīng)根據(jù)兩或多個(gè)車輪14的速度V來估算車速V。
在所闡明的實(shí)施例中，當(dāng)慣性矩JB的改變量△JB從名義值超過一正的基準(zhǔn)值△JBO時(shí)，顯示裝置66將指出輪胎26上附著有外來物。但當(dāng)輪胎26裝有防滑鏈時(shí)，慣性矩JB同樣會增加。這說明改變量△JB可以用來確定輪胎26是否裝有鏈條。
用來探測安裝在輪胎26上的鏈的程序示例于圖18的流程圖中。該程序?qū)γ總€(gè)車輪14都執(zhí)行。
這一程序開始于從RAM50讀取慣性矩JB最終值的步驟S71。它相繼的步驟S72則是來確定此慣性矩JB是否大于一預(yù)定閾值JBth。閾值JBth是根據(jù)車輪14裝備有鏈時(shí)一般使慣性矩JB發(fā)生有一增量而據(jù)此來確定的。要是當(dāng)前探測得的慣性矩JB不大于閾值JBth，則步驟S72中得到一否定性判定(否)，而控制流向便進(jìn)入步驟S74，使一“鏈在上”的標(biāo)志置位到“0”。這一“鏈在上”標(biāo)志的值“1”指出輪胎26上安裝有鏈，而值“0”則指明輪胎26上沒有安裝鏈。要是慣性矩JB大于閾值JBth，則于步驟S72中得到一肯定性判定(是)，然后執(zhí)行步驟S73；使“鏈在上”標(biāo)志置位于“1”。這樣，此程序便終止于使上述標(biāo)志置位或復(fù)位的步驟S73或S74。
“鏈在上”的標(biāo)志設(shè)于計(jì)算機(jī)47的RAM50中，而此標(biāo)志的狀態(tài)是由與計(jì)算機(jī)47相連的合適的車輛控制裝置監(jiān)控。這種車輛控制裝置可用來根據(jù)是否有鏈安裝到車輪14的輪胎26上，有區(qū)別地來控制車輛。
作為這種車輛控制裝置的例子，市面上出售有一種后輪轉(zhuǎn)向角控制裝置，它設(shè)計(jì)成用電力來控制車輛后輪的轉(zhuǎn)向角。后面要描述將圖18中的鏈探測程序用于此后輪轉(zhuǎn)向角控制裝置。
當(dāng)有一鏈安裝到后輪輪胎26上時(shí)，輪胎26與遮蓋輪胎26的車身的輪罩之間的空隙便小于輪胎26上未安裝上鏈時(shí)的空隙。要是此后輪14的轉(zhuǎn)向角在不論是否裝上有鏈時(shí)都作過均勻地調(diào)整，則安裝到輪胎26上的鏈將會過多地與輪罩挨近而有可能干擾輪罩。因而這種后輪轉(zhuǎn)向角控制裝置經(jīng)設(shè)計(jì)成，當(dāng)有鏈安裝到輪胎26上時(shí)，不要去控制后輪14的轉(zhuǎn)向角。另一種方式是，把這種裝置設(shè)計(jì)成使得裝有鏈時(shí)的這種轉(zhuǎn)向角小于未裝有鏈時(shí)的。這樣，前述“鏈在上”標(biāo)志的狀態(tài)便為這種后輪轉(zhuǎn)向角控制裝置用來根據(jù)車輪是否裝備有鏈，以不同方式來控制后輪轉(zhuǎn)向角。
下面參照圖19，它示明了充氣輪胎車輪14的另一種動力學(xué)模型，其中可相互轉(zhuǎn)動的輪輞28與皮帶30經(jīng)平行設(shè)置的扭轉(zhuǎn)彈簧32與減震器100互連。
圖19中的模型可以簡化成圖20中所示的所謂“雙慣性模型”。
圖20中所用參考字符的意義如下mR輪輞28的等效慣性質(zhì)量(重量)，mB皮帶30的等效慣性質(zhì)量(重量)，KW扭轉(zhuǎn)彈簧32的彈簧常數(shù)，DW減震器100的減震系數(shù)，XR輪輞28的等效線性位移，XB皮帶30的等效線性位移，XRB輪輞28與皮帶30的等效相同線性位移，F(xiàn)d輪胎26從路面接收到的等效擾動。
圖20模型中輪輞28與皮帶30的等效慣性質(zhì)量(重量)mR、mB分別等價(jià)地對應(yīng)于圖10模型中的慣性矩JR、JB，而圖20模型中輪輞28與皮帶30的等效線性位移XR、XB則分別等價(jià)地對應(yīng)于圖19模型中角速度WR、WB的整數(shù)。圖20模型中的等效相對線性位移X則等價(jià)地對應(yīng)于圖19模型中的扭轉(zhuǎn)角θRB。此外，圖20模型中的等效擾動Fd等價(jià)地對應(yīng)于圖19模型中的擾動扭矩Td。下面描述依據(jù)圖20中模型的本發(fā)明的實(shí)施例。
圖20中動力學(xué)模型由以下狀態(tài)方程(37)表示 此狀態(tài)方程(37)不包括對應(yīng)于根據(jù)發(fā)動機(jī)的輸出或制動力，而用于輪輞28上的驅(qū)動或制動轉(zhuǎn)矩T1的參數(shù)，這是由于方程(37)經(jīng)制定成只包括變量參數(shù)，特別是把注意力集中到圖20中模型的各種振動運(yùn)動。在這種情形下，可把驅(qū)動或制動轉(zhuǎn)矩T1視作為一固定值，以區(qū)別于這樣一類變量參數(shù)，例如等效線性位移XR，XB它們的一階導(dǎo)數(shù)XR′、XB′以及二階導(dǎo)數(shù)XR″、XB″，彈簧常數(shù)KW以及減震系數(shù)DW等。
要是彈簧常數(shù)KW與減震系數(shù)DW由于輪胎26的空氣壓力變化而分別改變到(KW+△KW)與(DW+△DW)，則狀態(tài)方程(37)可以轉(zhuǎn)變成下述方程(38)，后一方程表示有擾動作用于處在正常狀態(tài)下的模型上時(shí)此種模型的一種等效狀態(tài)
要是等效擾動Fd也當(dāng)作是不能測量的一個(gè)未知的擾動值，則這一待估算的擾動便由以下方程(39)所表示 如果由方程(39)右端的第二行元所表示的擾動是待估算的，則這一擾動W2便由下述方程(40)表示W(wǎng)2=(△DW/mB)(XR＇-XB＇)+(△KW/mB)XRN+Fd/mB+n………………………………………(40)式中的n表示僅僅由用來估計(jì)擾動W2上述第二行之所引起的誤差項(xiàng)。
于是，以下狀態(tài)方程(41)即表示輪胎26的空氣壓力已改變了的模型
根據(jù)本實(shí)施例的一種擾動探測設(shè)備是以上述分析為基礎(chǔ)的，同時(shí)采用了一臺擾動觀察裝來估算用來求出輪胎26空氣壓力改變量的擾動W。這種擾動探測設(shè)備的結(jié)構(gòu)描述于下。
此設(shè)備包括一臺如圖21中功能元件框圖所示的一種位移速度探測裝置110。此裝置110可用來探測輪輞28的等效線性位移速度XR′且與一臺計(jì)算機(jī)120連接。此裝置110對于如先前實(shí)施例那樣沿轉(zhuǎn)動體10外周邊上形成的齒16的通道，用磁學(xué)的方法進(jìn)行探測，以測定輪輞28的角速度WR。根據(jù)測定的這一角速度WR來計(jì)算前述的等效線性位移速度XR′。如圖22所示，計(jì)算機(jī)120包括一臺中央處理器CPU122、作為第一存儲器的ROM124以及作為第二存儲器的RAM126。此計(jì)算機(jī)如圖21所示，提供有擾動觀察裝置130、常數(shù)改變計(jì)算器122、常數(shù)補(bǔ)償器134以及識別處理器136。
此干擾觀察裝置130在結(jié)構(gòu)上與第一實(shí)施例中所用的干擾觀察裝置52一致，不同的只是如果這里的擾動被估算為近似于W2′=0，則由前述方程(41)所表示的擴(kuò)展的線性系統(tǒng)便為下述方程(42)表示
以上方程(42)中的物理值只有輪輞28的等效線性位移速度XR′可以被探測。
這里的擾動觀察裝置130通過在以上方程(42)重新定義如下矩陣，可以按前述的相同方式公式化 事實(shí)上，本實(shí)施例可使得擾動觀察裝置130根據(jù)至少是為位移速度探測器110探測出的等效線性位移速度XR′，來估算與充氣輪胎車輪轉(zhuǎn)動有關(guān)的線性系統(tǒng)的等效線性位移速度XB′以及等效的相對線性位移XRB。此種擾動觀察裝置130還估算了線性系統(tǒng)中的擾動W2。應(yīng)知探測器110能用來探測輪輞28的角速度。
由擾動觀察裝置130如此估算出的W2用于常數(shù)改變計(jì)算器132，后者可根據(jù)擾動W2來計(jì)算彈簧常數(shù)KW的改變量△KW與減震系數(shù)DW的改變量△DW。
如上所述，W2=(△DW/mB)(XR′-XB′)+(△KW/mB)XRB+Fd/mB+n。這一方程是用來由最小二乘法計(jì)算改變量△KW與△DW。更具體地說，改變量△KW與△DW的確定要使下述程(43)所表示的平方和S取最小值，也即是使這一和S通過對各個(gè)改變量△KW與△DW求偏微分而得到的值均等于零。
Σi=1N(ΔDW(i)mB(XR(i)′-XB(i)′)]]>+ΔKW(i)mBXRB(i)+FdmB-W2(i))2---(43)]]>此改變量△KW與△DW采用下述方程(44)計(jì)算 應(yīng)知在確定改變量△KW與△DW時(shí)，要使相續(xù)求得的理論近似值與估算出擾動W2的差的平方和最小化。在以上方程(43)中，∑后括號內(nèi)的值是前面提到的差值，而此括號內(nèi)最后一項(xiàng)“W2(i)”之前的三項(xiàng)和則是上面指出的擾動W2的理論近似值。
由常數(shù)改變計(jì)算器132所求得的變化量△KW與△DW用于常數(shù)補(bǔ)償器134，使彈簧常數(shù)KW與減震系數(shù)DW能據(jù)所得到的改變量△K與△DW作出補(bǔ)償或調(diào)節(jié)。
由常數(shù)補(bǔ)償器134求得的已調(diào)節(jié)過的彈簧常數(shù)KW與減震系數(shù)DW應(yīng)用于識別處理器136，后者首先計(jì)算出此已調(diào)節(jié)過的彈簧常數(shù)KW與減震系數(shù)DW它們同各自名義值的差，把這些差值用作絕對改變量△KW與△DW，并根據(jù)此絕對改變量△KW與△DW并依據(jù)它們與輪胎空氣壓力P的關(guān)系求出P的改變量△P。這里所說到的關(guān)系則是由存儲于計(jì)算機(jī)120的ROM124中的數(shù)據(jù)表示。最后，處理器136確定上面估算出的空氣壓力改變量△P是否保持在允許范圍內(nèi)，而當(dāng)此△P不在該范圍內(nèi)時(shí)便起動顯示裝置指明此輪胎的空氣壓力反常。
上述作業(yè)根據(jù)計(jì)算機(jī)120的ROM124中所存儲的輪胎空氣壓力探測程序進(jìn)行。這一程序?qū)⒖磮D23的流程圖詳述。
此程序從步驟S81開始，該步驟將整數(shù)“i”置位到“1”，并使改變量△KW(i)與△DW(i)復(fù)位到“0”。然后執(zhí)行步驟S82，根據(jù)位移速度探測器110的輸出來算出輪輞28的等效線性位移速度XR′(i)，并把后者存儲于RAM126中。步驟S82后的步驟S83用來計(jì)算等效線性位移加速度XR″(i)，它是現(xiàn)在的速度值XR′(i)與RAM126中先前存儲的最后一個(gè)速度值XR′(i-1)的差。此計(jì)算出的等效線性位移加速度XR″(i)也存儲于RAM126中。
此時(shí)的控制流程進(jìn)入到步驟S84，在此步驟中，擾動觀察裝置130根據(jù)等效線性位移速度XR′(i)與等效線性位移加速度XR″(i)來估算擾動W2(i)，以及皮帶30的等效線性位移速度XR′(i)與等效相對線性位移XRB(i)。估算出的值X2(i)，XB′(i)與XRB(i)都存儲于RAM126中。
雖然不僅把等效線性位移速度XR′(i)而且也把等效線性位移加速度XR″(i)用來估算擾動W2(i)以及等效線性位移速度XB′(i)與等效相對位移XRB(i)，但擾動觀察裝置卻只可以用等效線性位移速度XR′(i)。
擾動觀察裝置130只當(dāng)輸入XR′(i)、XR″(i)經(jīng)高通濾器濾波后才接收它們，使得只是該速度XR′(i)與加速度XR″(i)的可變分量才為觀察裝置130所用。
然后執(zhí)行步驟S85來確定整數(shù)“i”是否等于或大于一預(yù)定的值“N”。如果不是，則在步驟S85中得到一否定性判定(否)，然后執(zhí)行步驟S86使整數(shù)“i”加“1”而重復(fù)上述步驟S82-S85。將步驟S82-S85重復(fù)預(yù)定次數(shù)“N”之后，就在RAM126中存儲有總共“N”組的XR′(i)、XB′(i)、W2(i)與XRB(i)，并在步驟S85中得到一肯定性判定(是)。這時(shí)再執(zhí)行步驟S87來計(jì)算改變量△KW(i)與△DW(i)。確切地說，這些改變量△KW(i)與△DW(i)是根據(jù)上述“N”組數(shù)據(jù)由最小二乘法計(jì)算的。在步驟S87之后繼以步驟S88，根據(jù)計(jì)算出的改變量△KW(i)與△DW(i)來補(bǔ)償擾動觀察裝置130所用的彈簧常數(shù)KW與減震系數(shù)DW。
再來執(zhí)行步驟S89與S90以確定輪胎26中的空氣壓力P是否異常。詳細(xì)地說，首先執(zhí)行步驟S89來計(jì)算彈簧常數(shù)KW距名義值的改變量△KW，并據(jù)它來估算空氣壓力P距名義值的改變量△P。例如可以根據(jù)下述方程△P=A(△KW/KW)(A為常數(shù))來估算改變量△P。
另一方面，也可根據(jù)ROM124中存儲的數(shù)據(jù)表所表示的△P與△KW間的一個(gè)預(yù)定關(guān)系，來估算改變量△P。
步驟S89之后的步驟S90則是來確定空氣壓力P的改變量△P是否超過一預(yù)定閾值△P，即去確定此空氣壓力P是否反常。
要是此改變量△P不大于這一預(yù)定閾值△Pth，即假定空氣壓力P為正常時(shí)，便不去執(zhí)行通知車輛操作人員有反常空氣壓力P的步驟S92。此時(shí)，在步驟S90中得到一否定性判定(否)，由此而執(zhí)行步驟S91，使整數(shù)“i”復(fù)位到“1”，同時(shí)此控制流向返回到步驟S82來再作執(zhí)行這一程序。如果改變量△P超過閾值△Pth，則于步驟S90中得到一肯定性判定(是)，而步驟S92便被執(zhí)行，起動顯示裝置138來指示空氣壓力反常。在這種情形下，以步驟S92來終結(jié)此程序的執(zhí)行。
應(yīng)知圖23中輪胎空氣壓力探測程序經(jīng)編制成，使得每次當(dāng)有預(yù)定的“N”組數(shù)據(jù)XR′(i)、XB′(i)、W2(i)與XRB(i)已然存儲到RAM126中時(shí)，便來計(jì)算改變量△KW與△DW。但是可以改動這一程序，使得在已存儲有“N”組數(shù)據(jù)后，每當(dāng)新有一組上述數(shù)據(jù)存儲入RAM126，便來計(jì)算改變量△KW與△DW。在此情形下，修正上述方程(44)來更改這“N”組數(shù)據(jù)，使得最初存儲的數(shù)據(jù)組(最舊的數(shù)據(jù)組)為最后存儲的數(shù)據(jù)組(新得到的數(shù)據(jù)組)更換。這種經(jīng)修正的程序的例子示明于圖24的流程圖中。下面描述此修正的程序，并簡單地解釋與圖23的程序中步驟類似的那些步驟。
圖24的程序從步驟S101開始，此程序?qū)⒄麛?shù)“i”置位到“1”，同時(shí)使改變量△KW(i)與△DW(i)以及矩陣LD與LN均置位到零。矩陣LD由上述方程(44)右端的左項(xiàng)表示，而矩陣LN則由方程(44)右端的右項(xiàng)所表示。
步驟S101后的步驟S102用來根據(jù)位移速度探測器110的輸出去計(jì)算等效線性位移速度XR′(i)。然后執(zhí)行步驟S103來計(jì)算等效線性位移加速度XR″(i)。在步驟S103后的步驟S104中，擾動觀察裝置130根據(jù)速度XR′(i)與加速度XR″(i)的可變分量來估算擾動W2(i)、等效線性位移速度XB′(i)以及等效相對線性位移XRB(i)。
此時(shí)的控制流向進(jìn)行到步驟S105，它根據(jù)等效線性位移速度XR′(i)、XB′(i)以及等效相對線性位移XRB(i)的現(xiàn)有值，給矩陣LD的現(xiàn)有值增加一個(gè)增量。然后執(zhí)行步驟S106，根據(jù)XR′(i)、XB′(i)、XRB′(i)的現(xiàn)在值以及擾動W2(i)的現(xiàn)有值，給矩陣LD的現(xiàn)有值增加一個(gè)增量。這樣，步驟S105和S106是設(shè)置用來變更矩陣LD與LN的。然后控制流向進(jìn)到步驟S107，通過將LD與LN插入方程(44)中來計(jì)算出改變量△KW(i)與△DW(i)，并根據(jù)后兩者來補(bǔ)償或調(diào)節(jié)擾動觀察裝置130所用的彈簧常數(shù)KW與減震系數(shù)DW。
然后此控制流向便進(jìn)到步驟S108使整數(shù)“i”加“1”，并由步驟S108來確定整數(shù)“i”是否大于一預(yù)定值“N”。如果不是，則在步驟S108中會得到一否定性判定(否)，而此控制流即返回到步驟S102。如果整數(shù)“i”大于“N”，則于步驟S108中會得到一肯定性判定(是)，而此控制流向進(jìn)到步驟S109，根據(jù)已調(diào)節(jié)的彈簧常數(shù)K與名義值比較的結(jié)果來確定空氣壓力P是否反常。如果反常，便執(zhí)行步驟S110來起動顯示裝置138，通知車輛操作人員有反常的空氣壓力P。
盡管在上面通過有關(guān)的最佳實(shí)施例詳述了本發(fā)明，但應(yīng)認(rèn)識到本發(fā)明并不受所闡明的實(shí)施例的限制，而是可以為熟悉本項(xiàng)技術(shù)的人，在不脫離后附權(quán)利要求書所規(guī)定的本發(fā)明的范圍內(nèi)作出種種變動、更改與改進(jìn)的。
權(quán)利要求
1.用來探測作用于汽車充氣輪胎車輪上的擾動的擾動探測設(shè)備，它包括用來探測此車輪(14)角速度的角速度探測裝置(10，12，18，45，82，110)；以及根據(jù)此角速度探測裝置所探測到的至少是該車輪(14)的角速度，來估算作用于此車輪(14)上的擾動的一種擾動觀察裝置(52，88，130)。
2.補(bǔ)償汽車充氣輪胎車輪角速度的方法，它包括以下步驟根據(jù)作用于此車輪上的一種擾動來求出此車輪角速度的一個(gè)改變量，而此種擾動是由權(quán)利要求1所規(guī)定的那種擾動探測設(shè)備探測出并引致這種角速度改變量的；以及根據(jù)所說角速度改變量來補(bǔ)償由上述擾動探測設(shè)備的一個(gè)角速度探測裝置所探測出的該車輪的角速度。
3.求得汽車充氣輪胎車輪慣性矩改變量的一種方法，它包括如下步驟起動如權(quán)利需求1所規(guī)定的擾動探測設(shè)備，以估算此車輪的角加速度和作用于此車輪上的擾動；以及依據(jù)上述擾動和車輪加速度間的一種關(guān)系來求得此車輪慣性矩的改變量。
4.如權(quán)利要求1所述的擾動探測設(shè)備，它還包括有用來探測施加到此車輪(14)上的驅(qū)動扭矩與制動扭矩中至少一個(gè)的一種扭矩探測器(68)，特征在于所說擾動觀察裝置(52，88，130)可根據(jù)至少是前述車輪(14)的所說角速度以及所說驅(qū)動扭矩與制動扭矩中的至少一個(gè)來估算所說擾動。
5.如權(quán)利要求1或2所述的擾動探測設(shè)備，它還包括有用來求出為角速度探測裝置(10，12，18，110)所探測出的車輪角速度中可變分量的裝置(110)，特征在于前述擾動觀察裝置(130)可根據(jù)至少是該車輪角速度中所說可變分量來估算出所說擾動。
6.如權(quán)利要求1所述的擾動探測設(shè)備，特征在于所說擾動觀察裝置(52，88，130)是根據(jù)車輪(14)這樣一個(gè)動力學(xué)模型設(shè)計(jì)的，其中有一輪輞(28)和一皮帶(30)為一扭轉(zhuǎn)彈簧(32)互連成可相對轉(zhuǎn)動，前述角速度探測裝置(10，12，18，45，82，110)探測此輪輞的角速度，而此種擾動觀察裝置則根據(jù)至少是此輪輞的所說角速度來估算所說擾動。
7.探測汽車充氣輪胎車輪(14)空氣壓力改變的方法，它包括下述步驟起動權(quán)利要求6中所規(guī)定的擾動觀察裝置，來估算前述輪輞與皮帶間的扭轉(zhuǎn)角和作用于該車輪上的擾動；以及依據(jù)一所說擾動與扭轉(zhuǎn)角間的關(guān)系來求得該車輪的空氣壓力改變量。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，特征在于所說求得車輪空氣壓力改變量的步驟包括去求得相續(xù)的一列規(guī)范化的相關(guān)值，其中的每一個(gè)是作為所說擾動與扭轉(zhuǎn)角間關(guān)系的一種變量表示式，而所用的方法是用擾動觀察裝置相續(xù)求得的扭轉(zhuǎn)角的各個(gè)自相關(guān)函數(shù)，去除此擾動與由擾動觀察裝置相續(xù)求得的扭轉(zhuǎn)角之間的各個(gè)互相關(guān)函數(shù)，使得能根據(jù)所說相續(xù)的規(guī)范化的相關(guān)值中前面的一個(gè)、所說擾動的一現(xiàn)有值與所說扭轉(zhuǎn)角現(xiàn)有值乘積的影響、以及所說扭轉(zhuǎn)角的所說現(xiàn)有值的平方的影響，來求得所說相續(xù)的規(guī)范化相關(guān)值中的現(xiàn)行一個(gè)。
9.如權(quán)利要求6所述擾動探測設(shè)備，特征在于它還包括用來探測所說車輪(14)慣性矩改變量的裝置(56，58)，以及用來根據(jù)所探測到的這一車輪慣性矩改變量，對為所說擾動觀察裝置(52)用作參數(shù)的這種車輪慣性矩進(jìn)行補(bǔ)償?shù)难b置(60，134)。
10.如權(quán)利要求6所述擾動探測設(shè)備，特征在于它還包括用來探測所說扭轉(zhuǎn)彈簧(32)彈簧常數(shù)改變量的裝置(56，58，132)；以及根據(jù)探測出的這一彈簧常數(shù)改變量來補(bǔ)償為該擾動觀察裝置(53，130)用作參數(shù)的這種彈簧常數(shù)。
11.如權(quán)利要求6、9與10中任一項(xiàng)所述的擾動探測設(shè)備，特征在于所說擾動觀察裝置(52，88，130)包括有用來根據(jù)至少是所說輪輞(28)的角速度WR，來估算擾動W2與在此輪輞與前述皮帶(30)間一扭轉(zhuǎn)角θRB的裝置；此設(shè)備還包括一常數(shù)改變探測裝置(56，58，138)，用來根據(jù)所說擾動觀察裝置估算出的擾動W2與扭轉(zhuǎn)角θRB之間的一個(gè)關(guān)系，來探測扭轉(zhuǎn)彈簧(32)的彈簧常數(shù)K的改變量△K，而且此擾動W2是由下述方程所規(guī)定W2=(-1/JB)Td+(△K/JB)θRB式中的JB是皮帶(30)的慣性矩，而Td是由汽車行駛的路面對皮帶(30)所施加的擾動扭矩。
12.如權(quán)利要求11所述的擾動探測設(shè)備，特征在于它還包括有空氣壓力探測裝置(62，136)，用來探測所說車輪空氣壓力的改變量△P，這一改變量對應(yīng)于前述常數(shù)改變探測裝置所探測到的扭轉(zhuǎn)彈簧(32)的彈簧常數(shù)K的改變量△K，而所依據(jù)的是此改變量△K與改變量△P之間的一個(gè)預(yù)定關(guān)系。
13.如權(quán)利要求11或12所述的擾動探測設(shè)備，特征在于它還包括有根據(jù)前述常數(shù)改變探測裝置探測到的扭轉(zhuǎn)彈簧(32)彈簧常數(shù)K的改變量△，來補(bǔ)償為擾動觀察裝置(52，88，130)用作參數(shù)的彈簧常數(shù)K。
14.如權(quán)利要求6所述擾動探測設(shè)備，特征在于所說擾動觀察裝置(52，88)包括有根據(jù)至少是前述輪輞(28)的角速度WB，來估算一擾動W2與所說皮帶(30)的角速度WB的裝置，所說設(shè)備還包括一慣性矩改變探測裝置(56，58)，用來根據(jù)擾動觀察裝置估算出的皮帶(30)的角速度WB來求出此皮帶的角加速度WB′，并依據(jù)擾動觀察裝置探測出的擾動W2與所說皮帶角加速度WB′間的一個(gè)關(guān)系，來探測此皮帶的慣性矩JB的改變量△JB，而且上述W是由以下方程規(guī)定W2=(-1/JB)Td-(△JB/JB)WB′式中Td是由汽車行駛路面施加到皮帶(30)上的擾動扭矩。
15.如權(quán)利要求14所述的擾動探測設(shè)備，特征在于它還包括有根據(jù)慣性矩改變探測裝置(56，58)探測出的皮帶(30)慣性矩J的改變量△J，來探測附著于車輪(14)的輪胎(26)上異物的裝置(62)。
16.如權(quán)利要求14或15所述擾動探測設(shè)備，特征在于它還包括根據(jù)慣性矩改變探測裝置(56，58)探測出的皮帶(30)慣性矩J的改變量△J，來探測安裝到車輪(14)的輪胎(26)上的鏈的裝置(62)。
17.如權(quán)利要求14-16中任一項(xiàng)所述擾動探測設(shè)備，特征在于它還包括根據(jù)慣性矩改變探測裝置(56，58)探測出的皮帶(30)慣性矩J的改變量△JB，來探測車輪(14)的輪胎(26)磨損量的裝置(62)。
18.如權(quán)利要求14-17中任一項(xiàng)所述擾動探測設(shè)備，特征在于它還包括補(bǔ)償裝置(60)，根據(jù)慣性矩改變探測裝置(56，58)探測出的皮帶(30)慣性矩J的改變量△JB，來補(bǔ)償為擾動觀察裝置(52，88)用作參數(shù)的皮帶(30)的慣性矩JB。
19.如權(quán)利要求6所述的擾動探測設(shè)備，特征在于所說擾動觀察裝置(52，88)包括有根據(jù)至少是所說輪輞(28)的角速度WR來估算一擾動W1的裝置，而所說設(shè)備則還包括有一慣性矩改變探測裝置(56，58)，它根據(jù)所說輪輞的角速度WR來求出此輪輞的角加速度WR′，并根據(jù)擾動觀察裝置探測出的所說擾動W1與此WR′間的一個(gè)關(guān)系來探測此輪輞慣性矩JR的一個(gè)改變量△JR，且這里的W1是由下述方程W1=-(△JR/JR)WR′所規(guī)定。
20.如權(quán)利要求19所述的擾動探測設(shè)備，特征在于所說車輪(14)包括一車輪部件(24)和一裝附在此車輪部件上的輪胎(26)，所說設(shè)備還包括根據(jù)慣性矩改變探測裝置(56，58)探測出的輪輞(28)的慣性矩J的改變量△JR，來探測車輪部件(24)更換情況的裝置(62)。
21.如權(quán)利要求1所述的擾動探測設(shè)備，特征在于所說擾動觀察裝置(130)是依據(jù)所說車輪(14)的這樣一個(gè)動力學(xué)模型設(shè)計(jì)的，此模型中有一輪輞(28)和一皮帶(30)通過平行設(shè)置的一扭轉(zhuǎn)彈簧(32)和一減震器(100)互連成可相對轉(zhuǎn)動的形式，所說角速度探測裝置(10，12，18，110)探測此輪輞的角速度，而前述的擾動觀察裝置根據(jù)至少是這一輪輞的角速度來估算擾動。
22.如權(quán)利要求26所述的擾動探測設(shè)備，特征在于所說擾動觀察裝置(130)將所說輪輞(28)的角速度用作此輪輞的一個(gè)等效線性位移速度XR′，并根據(jù)至少是此輪輞的上述等效線性位移速度XR′來估算一擾動W2、所說皮帶(30)的一等效線性位移速度XR′、以及此輪輞與皮帶(28，30)間的一個(gè)等效相對線性位移XRB，所說設(shè)備還包括一常數(shù)改變探測裝置(132)，用來根據(jù)所說擾動觀察裝置(130)估算出的擾動W2、等效線性位移速度XB′、等效相對線性位移XRB，以及所說角速度探測裝置(10，12，18，110)探測出的所說等效線性位移速度XR′，來探測減震器(100)的減震系數(shù)DW的改變量△DW以及扭轉(zhuǎn)彈簧(32)的彈簧常數(shù)K的改變量△K，而且所說W2是由下述方程規(guī)定W2=(△DW/mB)(XR′-XB′)+(△K/mB)XRB+Fd/mB式中的mB為皮帶(30)的等效慣性質(zhì)量，F(xiàn)d是與汽車行駛路面作用于此皮帶的擾動扭矩等效的擾動力。
23.如權(quán)利要求22所述的擾動探測設(shè)備，特征在于所說常數(shù)改變探測裝置(132)是依這樣一種方式來探測前述減震系數(shù)DW的改變量△DW與彈簧常數(shù)KW的改變量△KW，即使得所估算出的W2與(△DW/mB)(XR′-XB′)+(△K/mB)XRB的一理論近似值的差，按時(shí)間間隔所取得的平方的和數(shù)基本上為最小。
24.如權(quán)利要求1所述的擾動探測設(shè)備，特征在于所說擾動觀察裝置(52，88)是根據(jù)連接到車輛一懸掛系統(tǒng)上的所說車輪(14)的這樣一種動力學(xué)模型設(shè)計(jì)成的，在此模型中，車輛的懸掛質(zhì)量和作為此車輛非懸掛質(zhì)量的所說車輪(14)通過此懸掛系統(tǒng)互連成可相對運(yùn)動，且在此模型中有一輪輞(28)和一皮帶(30)通過一扭轉(zhuǎn)彈簧(32)互連成可相對轉(zhuǎn)動，且前述的擾動觀察裝置(52，88)根據(jù)至少是所說車輪的所說角速度來估算所說擾動。
25.如權(quán)利要求1所述的擾動探測設(shè)備，特征在于它還包括有抑制裝置(80，82，84，86)，當(dāng)車輪(14)角速度的周期變化頻率與所說擾動觀察裝置(88)以高精度來估算所說擾動時(shí)所在的最佳頻率之間的差不超過一預(yù)定值時(shí)，就抑制此擾動觀察裝置(88)的作業(yè)。
26.如權(quán)利要求1、4-6與9-25中任一項(xiàng)所述的擾動觀察裝置，特征在于它還包括用來探測車輛的車速傳感器(70)；用來計(jì)算由此車速傳感器探測出的車輛行駛速度與由角速度探測裝置(10，12，18，45，82，110)探測出的輪胎角速度兩者差的速度差計(jì)算裝置(45)；用來根據(jù)上述速度差計(jì)算裝置計(jì)算出的這種差值來估算車輪角速度周期變化量的周期變化估算裝置(45)；以及根據(jù)此周期變化估算裝置估算出的所說周期變化量來補(bǔ)償為所說角速度探測裝置探測出的車輪角速度的角速度補(bǔ)償裝置(45)，而所說擾動觀察裝置(52)則接收已為此角速度補(bǔ)償裝置補(bǔ)償過的車輪的角速度。
全文摘要
由一種擾動觀察裝置根據(jù)探測出的車輪角速度估算作用于車輪上擾動的方法與設(shè)備。在此方法的一種形式中，車輪的角速度根據(jù)此擾動造成的車輪角速度量來相對于此擾動進(jìn)行補(bǔ)償。在此方法的另一種形式中，通過上述觀察裝置估算出車輪的角加速度和所說擾動，并根據(jù)此估算出的擾動與車輪角加速度間的一個(gè)關(guān)系來求出此車輪的慣性矩。
文檔編號B60C23/06GK1100689SQ9411490
公開日1995年3月29日 申請日期1994年7月30日 優(yōu)先權(quán)日1993年7月30日
發(fā)明者大橋秀樹, 河井弘之, 小島弘義, 平巖信男, 淺野勝宏, 梅野孝治, 高橋俊道 申請人:豐田自動車株式會社