[发明专利]集成式车辆运动控制的自适应轮胎力预测的构架和方法

说明书

一种用于机动车辆中的自适应轮胎力预测系统包括控制模块，该控制模块执行程序代码部分，该程序代码部分从机动车辆传感器接收实时静态和动态数据，在一个或多个增量时间步长下对机动车辆的每个轮胎上的力进行建模，在一个或多个增量时间步长中的每个步长下估计机动车辆的每个轮胎的实际力，在一个或多个增量时间步长中的每个步长下自适应地预测机动车辆的每个轮胎的轮胎力，为机动车辆的致动器生成一个或多个控制命令，采集机动车辆的每个轮胎的实时力估计和标称力计算之间的差异，并应用补偿参数以减少对机动车辆的一个或多个致动器的一个或多个控制命令中的跟踪误差。

技术领域

本公开涉及用于机动车辆的控制系统，并且更具体地涉及用于对汽车轮胎特征进行建模的系统和方法。

背景技术

静态和动态机动车辆控制系统越来越多地用于管理各种静态和动态机动车辆性能特征。对于涉及轮胎打滑的挑战性驾驶场景尤其如此。在许多挑战性驾驶场景中，应以光学方式分配诸如车轮和/或车轴扭矩之类的控制动作，以便在纵向和横向方向上充分利用轮胎负荷能力。在车载计算平台或控制器和传感器，包括惯性测量单元(IMU)中进行典型的轮胎负荷能力管理，以测量机动车辆在空间中的移动方式，称为车辆动力学。IMU在三个车轴上测量车辆加速度：x轴(前进/后退)、y轴(左右)和z轴(上/下)。IMU还测量机动车辆绕三个车轴转动的速度，称为俯仰率(围绕y轴)、偏航率(围绕z轴)和滚转率(围绕x轴)。车载计算平台或控制器使用测量数据来估计作用在车辆上的力。

尽管当前轮胎力预测系统和方法运行时已实现其预期目的，但是需要一种新的和改进的轮胎力预测系统和方法，能够在轮胎的使用寿命期间以及在许多受控和失控的轮胎操作条件下管理机动车辆的控制，同时保持或降低成本和复杂性，提高简单性，并增加冗余和稳健性。

公开内容

根据本公开的几个方面，一种用于机动车辆中的自适应轮胎力预测系统包括一个或多个置于机动车辆上的传感器，若干个传感器测量机动车辆的实时静态和动态数据。该系统进一步包括一个或多个置于机动车辆上的致动器，若干个致动器改变机动车辆的静态和动态行为。该系统进一步包括具有处理器、存储器和输入/输出(I/O)端口的控制模块，控制模块执行存储在存储器中的程序代码部分。程序代码部分包括：第一程序代码部分，通过I/O端口接收来自一个或多个传感器的实时静态和动态数据；第二程序代码部分，在一个或多个增量时间步长下对机动车辆的每个轮胎上的力进行建模；以及第三程序代码部分，在一个或多个增量时间步长中的每个步长下估计机动车辆的每个轮胎的实际力。程序代码部分进一步包括第四程序代码部分，其在一个或多个增量时间步长中的每个步长下自适应地预测机动车辆的每个轮胎的轮胎力；第五程序代码部分，其为机动车辆的一个或多个致动器生成一个或多个控制命令；以及第六程序代码部分，采集机动车辆的每个轮胎的实时力估计和标称力计算之间的差异，并应用补偿参数以减少对机动车辆的一个或多个致动器的一个或多个控制命令中的跟踪误差。

在本公开的另一个方面中，第一程序代码部分进一步从以下一个或多个接收实时静态和动态数据：能够在至少三个维度上测量位置、方向、加速度和速度的惯性测量单元(IMU)，能够测量机动车辆的车轮角速度的车轮速度传感器，以及能够测量机动车辆的油门位置的油门位置传感器。第一程序代码部分还从能够测量机动车辆的加速踏板位置的加速位置传感器和能够测量机动车辆的轮胎压力的轮胎压力监测传感器接收实时静态和动态数据。

在本公开的另一个方面中，实时静态和动态数据进一步包括横向速度、纵向速度、偏航率、车轮角速度以及机动车辆的每个轮胎上的纵向力、横向力和法向力。

在本公开的另一个方面中，第二程序代码部分进一步包括分段仿射模型，该模型生成对机动车辆的每个轮胎上的纵向力和横向力的预测。

在本公开的另一个方面中，分段仿射模型进一步包括程序代码部分，其计算纵向力、横向力、自位扭矩和轮胎与表面之间的接触面处的摩擦系数的线性近似，使得线性近似在一个或多个增量时间步长下对线性区域和非线性区域中的轮胎力行为进行建模。