一种基于UniTire轮胎模型的车辆纵向速度跟踪控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于UniTire轮胎模型的车辆纵向速度跟踪控制方法，首先在轮胎试验台上进行轮胎纯纵滑特性试验，设置不同的轮胎运行参数，记录试验数据，通过最小二乘法进行轮胎模型的参数拟合，得到纯纵滑工况下的UniTire轮胎模型；然后在纯纵滑工况UniTire轮胎模型的基础上搭建车辆纵向速度控制运动学模型，经模型预测控制滚动优化求解期望纵向加速度；最后建立车辆逆动力学传递模型和驱动/制动逻辑切换模型，将期望纵向加速度作为逆动力学传递模型的输入，经动力传递和逻辑判断转变为对发动机节气门开度/制动主缸压力的控制；本方法利用UniTire轮胎模型的独特优势，来提高建立在UniTire轮胎模型基础上的速度控制器在不同车速和不同路况的适用性及精确性。器在不同车速和不同路况的适用性及精确性。器在不同车速和不同路况的适用性及精确性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于UniTire轮胎模型的车辆纵向速度跟踪控制方法


[0001]本专利技术属于智能驾驶
，涉及一种基于UniTire轮胎模型的车辆纵向速度跟踪控制方法。

技术介绍

[0002]智能驾驶是车辆未来发展的重要方向，而车辆纵向速度跟踪控制是智能驾驶系统中不可或缺的部分。过去的纵向速度跟踪控制多在良好驾驶环境下进行，不符合实际车辆的行驶情况，在面对复杂路况或极限工况时，纵向速度跟踪控制器便难有较好的控制效果，因此目前的纵向速度跟踪控制在不同路面和车速下的适用性及精确性仍存在改善空间。

技术实现思路

[0003]为了解决过去的纵向速度跟踪控制器在复杂工况和极限工况表现不佳的问题，本专利技术公开了一种基于UniTire轮胎模型的车辆纵向速度跟踪控制方法，在UniTire轮胎模型的基础上进行车辆纵向速度跟踪控制，借用UniTire轮胎模型可统一表达不同路况和车速下的轮胎力学的能力提高纵向速度跟踪控制器在不同工况的适用性及精确性。
[0004]为了达成目标，本专利技术采取了以下技术方案：
[0005]本专利技术提供了一种基于UniTire轮胎模型的车辆纵向速度跟踪控制方法，首先进行轮胎纯纵滑特性试验，建立纯纵滑工况下的UniTire轮胎模型；在UniTire轮胎模型的基础上建立车辆运动学模型，经模型预测控制滚动优化求解得到期望纵向加速度；将期望纵向加速度输入到逆动力学传递模型中，经逻辑判断模块后进行发动机和制动器的控制；本方法具体步骤如下：
[0006]步骤一、进行轮胎纯纵滑特性试验，建立纯纵滑工况下的UniTire轮胎模型：
[0007]首先设定轮胎的侧偏角α和侧倾角b，再让轮胎在轮胎试验台上进行往复运动，期间不断改变轮胎所受垂直载荷F
z
和制动力F
xb
，从而获取不同轮胎纵向力F
xre
f；
[0008]记录在此过程中的试验数据，包括轮胎的侧偏角α、侧倾角b、纵向滑移率S
x0
、垂直载荷F
z
、滚动半径r、滚动速度V和轮胎纵向力F
xref
；
[0009]其中上述记录的实验数据中，轮胎的侧偏角α、侧倾角b、纵向滑移率S
x0
、垂直载荷F
z
和滚动速度V为纯纵滑工况下UniTire轮胎动力学模型的输入，轮胎纵向力F
x
为纯纵滑工况下UniTire轮胎模型的输出；
[0010]纯纵滑工况下UniTire轮胎模型的待拟合方程如下：
[0011]UniTire轮胎模型是无量纲模型，所用垂直载荷为无量纲垂直载荷：
[0012][0013]其中F
z0
为标称载荷，F
zn
为无量纲垂直载荷；
[0014]纵滑刚度K
x
表达式为：
[0015][0016]其中P
kx1
、P
kx2
和P
kx3
均为纵滑刚度参数，是纵滑刚度K
x
的待拟合参数；
[0017]S
xe
为有效纵向滑移率，数值上为纵向滑移率S
x0
和纵向水平偏移参数S
hx
之和：
[0018]S
hx
＝P
hx1
+P
hx2
F
zn
[0019]S
xe
＝S
x0
+S
hx
[0020]其中的P
hx1
和P
hx2
均为纵向水平偏移参数S
hx
的待拟合参数；
[0021]E
x
为纵向曲率因子，表达式为：
[0022][0023]其中的P
ex1
和P
ex2
均为纵向力曲率因子参数，是纵向曲率因子E
x
的待拟合参数；
[0024]V
sx
为纵向滑移速度，表达式为：
[0025][0026]u
x0
为纵向峰值摩擦系数，表达式为：
[0027][0028]其中P
u0x1
、P
u0x2
和P
u0x3
均为纵向静摩擦系数参数，是纵向峰值系数u
x0
的待拟合参数；
[0029]P
usx1
和P
usx2
均为纵向滑移摩擦系数参数，是纵向滑移摩擦系数u
xs
的待拟合参数，表达式为：
[0030]P
usx1
＝a_P
usx1
+b_P
usx1
·
sign(S
xe
)
[0031]P
usx2
＝a_P
usx2
+b_P
usx2
·
sign(S
xe
)
[0032]其中的a_P
usx1
和b_P
usx1
均为纵向滑移摩擦系数参数P
usx1
的待拟合参数，a_P
usx2
和b_P
usx2
均为纵向滑移摩擦系数参数P
usx2
的待拟合参数；
[0033]由纵向滑移摩擦系数参数P
usx1
和P
usx2
求得纵向滑移摩擦系数u
xs
，表达式为：
[0034]u
xs
＝u
x0
·
(P
usx1
+P
usx2
·
b)
[0035]P
umx1
和P
umx2
均为纵向摩擦系数峰值滑移速度参数，是纵向摩擦系数峰值滑移速度V
sxm
的待拟合参数，表达式为：
[0036]P
umx1
＝a_P
umx1
+b_P
umx1
·
sign(S
xe
)
[0037]P
umx2
＝a_P
umx2
+b_P
umx2
·
sign(S
xe
)
[0038]其中的a_P
umx1
和b_P
umx1
均为纵向摩擦系数峰值滑移速度参数P
umx1
的待拟合参数，a_P
umx2
和b_P
umx2
均为纵向摩擦系数峰值滑移速度参数P
umx2
的待拟合参数；
[0039]由纵向摩擦系数峰值滑移速度参数P
umx1
和P
umx2
求得纵向摩擦系数峰值滑移速度V...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于UniTire轮胎模型的车辆纵向速度跟踪控制方法，首先进行轮胎纯纵滑特性试验，建立纯纵滑工况下的UniTire轮胎模型；在UniTire轮胎模型的基础上建立车辆运动学模型，经模型预测控制滚动优化求解得到期望纵向加速度；将期望纵向加速度输入到逆动力学传递模型中，经逻辑判断模块后进行发动机和制动器的控制；其特征在于，本方法具体步骤如下：步骤一、进行轮胎纯纵滑特性试验，建立纯纵滑工况下的UniTire轮胎模型：首先设定轮胎的侧偏角α和侧倾角b，再让轮胎在轮胎试验台上进行往复运动，期间不断改变轮胎所受垂直载荷F
z
和制动力F
xb
，从而获取不同轮胎纵向力F
xref
；记录在此过程中的试验数据，包括轮胎的侧偏角α、侧倾角b、纵向滑移率S
x0
、垂直载荷F
z
、滚动半径r、滚动速度V和轮胎纵向力F
xref
；其中上述记录的实验数据中，轮胎的侧偏角α、侧倾角b、纵向滑移率S
x0
、垂直载荷F
z
和滚动速度V为纯纵滑工况下UniTire轮胎动力学模型的输入，轮胎纵向力F
x
为纯纵滑工况下UniTire轮胎模型的输出；纯纵滑工况下UniTire轮胎模型的待拟合方程如下：UniTire轮胎模型是无量纲模型，所用垂直载荷为无量纲垂直载荷：其中F
z0
为标称载荷，F
zn
为无量纲垂直载荷；纵滑刚度K
x
表达式为：其中P
kx1
、P
kx2
和P
kx3
均为纵滑刚度参数，是纵滑刚度K
x
的待拟合参数；S
xe
为有效纵向滑移率，数值上为纵向滑移率S
x0
和纵向水平偏移参数S
hx
之和：S
hx
＝P
hx1
+P
hx2
F
zn
S
xe
＝S
x0
+S
hx
其中的P
hx1
和P
hx2
均为纵向水平偏移参数S
hx
的待拟合参数；E
x
为纵向曲率因子，表达式为：其中的P
ex1
和P
ex2
均为纵向力曲率因子参数，是纵向曲率因子E
x
的待拟合参数；V
sx
为纵向滑移速度，表达式为：u
x0
为纵向峰值摩擦系数，表达式为：
其中P
u0x1
、P
u0x2
和P
u0x3
均为纵向静摩擦系数参数，是纵向峰值系数u
x0
的待拟合参数；P
usx1
和P
usx2
均为纵向滑移摩擦系数参数，是纵向滑移摩擦系数u
xs
的待拟合参数，表达式为：P
usx1
＝a_P
usx1
+b_P
usx1
·
sign(S
xe
)P
usx2
＝a_P
usx2
+b_P
usx2
·
sign(S
xe
)其中的a_P
usx1
和b_P
usx1
均为纵向滑移摩擦系数参数P
usx1
的待拟合参数，a_P
usx2
和b_P
usx2
均为纵向滑移摩擦系数参数P
usx2
的待拟合参数；由纵向滑移摩擦系数参数P
usx1
和P
usx2
求得纵向滑移摩擦系数u
xs
，表达式为：u
xs
＝u
x0
·
(P
usx1
+P
usx2
·
b)P
umx1
和P
umx2
均为纵向摩擦系数峰值滑移速度参数，是纵向摩擦系数峰值滑移速度V
sxm
的待拟合参数，表达式为：P
umx1
＝a_P
umx1
+b_P
umx1
·
sign(S
xe
)P
umx2
＝a_P
umx2
+b_P
umx2
·
sign(S
xe
)其中的a_P
umx1
和b_P
umx1
均为纵向摩擦系数峰值滑移速度参数P
umx1
的待拟合参数，a_P
umx2
和b_P
umx2
均为纵向摩擦系数峰值滑移速度参数P
umx2
的待拟合参数；由纵向摩擦系数峰值滑移速度参数P
umx1
和P
umx2
求得纵向摩擦系数峰值滑移速度V
sxm
，表达式为：V
sxm
＝u
xo
·
(P
umx1
+P
umx2
·
b)P
uhx1
和P
uhx2
均为纵向摩擦系数曲率因子参数，是纵向摩擦系数曲率因子u
xh
的待拟合参数，表达式为：P
uhx1
＝a_P
uhx1
+b_P
uhx1
·
sign(S
xe
)P
uhx2
＝a_P
uhx2
+b_P
uhx2
·
sign(S
xe
)其中的a_P
uhx1
和b_P
uhx1
均为纵向摩擦系数曲率因子参数P
uhx1
的待拟合参数、a_P
uhx2
和b_P
uhx2
均为纵向摩擦系数曲率因子参数P
uhx2
的待拟合参数；由纵向摩擦系数曲率因子参数P
uhx1
和P
uhx2
求得纵向摩擦系数曲率因子u
xh
，表达式为：u
xh
＝u
x0
·
(P
uhx1
+P
uhx2
·
b)φ
x
为无量纲纵向滑移率，表达式为：移率，表达式为：为无量纲纵向力，表达式为：由上述公式求得轮胎纵向力F
x0
为：
上述待拟合方程中的待拟合参数有：纵滑刚度参数P
kx1
、P
kx2
和P
kx3
；纵向力曲率因子参数P
ex1
和P
ex2
；纵向静摩擦系数参数P
uox1
、P
uox2
和P
uox3
；纵向滑移摩擦系数参数a_P
usx1
、b_P
usx1
、a_P
usx2
和b_P
usx2
；纵向摩擦系数峰值滑移速度参数a_P
umx1
、b_P
umx1
、a_P
umx2
和b_P
umx2
；纵向摩擦系数曲率因子参数a_P
uhx1
、b_P
uhx1
、a_P
uhx2
和b_P
uhx2
；将上述所有待拟合参数和要求记录的试验数据：轮胎的侧偏角α、侧倾角b、纵向滑移率S
x0
、垂直载荷F
z
、滚动半径r、滚动速度V和轮胎纵向力F
xref
一起代入UniTire轮胎模型中进行最小二乘法拟合，具体拟合过程为：首先赋初值给上述待拟合方程中的所有待拟合参数，并和上述输入量：轮胎的侧偏角α、侧倾角b、纵向滑移率S
x0
、垂直载荷F
z
、滚动半径r和滚动速度V一起代入UniTire轮胎模型得到轮胎纵向力的计算值F
x
，将轮胎纵向力计算值F
x
与试验数据中的轮胎纵向力F
x...

【专利技术属性】
技术研发人员：王菲，陆恒辉，武志杰，高炳钊，郭洪艳，陈虹，李安东，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：