一种面向舒适与节能的智能车辆纵-垂向协同控制系统与方法技术方案

本发明专利技术公开了一种面向舒适与节能的智能车辆纵

【技术实现步骤摘要】
一种面向舒适与节能的智能车辆纵
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垂向协同控制系统与方法


[0001]本专利技术属于智能辅助驾驶技术和车辆底盘动力学控制
，具体涉及一种智能车辆纵
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垂向协同控制系统与方法。

技术介绍

[0002]近些年，随着人工智能的快速发展，车辆自动驾驶技术取得了重大进展。尤其是传感技术与智能控制技术的发展，导致了环境感知、智能决策与控制在车辆应用领域的显著进步，并支持车辆实现了各种场景下的智能驾驶。现有自动驾驶技术不仅可以实现既定行车路线下的车辆轨迹跟踪控制，还可以实现复杂交通环境下的车辆运动轨迹实时规划。然而，实际应用场景中，行驶道路不仅是简单的二维路线，路面还具有垂向高度输入。在崎岖不平的路面上行驶时，车辆会经历颠簸，不仅会影响乘员乘坐舒适性，严重的还会导致乘员损伤。因此，智能车辆除了实现基础的运输功能外，还需要充分考虑运输过程中乘坐人员的舒适性与运输货物的安全性。
[0003]为了提升乘坐舒适性，磁流变阻尼器、CDC减振器、空气弹簧和油气弹簧等执行器被逐步应用于车辆悬架系统，并取得了一定的成效。但是，现有悬架控制大多采用单一控制策略或控制参数，难以满足复杂道路状况下的车辆动力学性能需求。此外，车辆的乘坐舒适性不仅与悬架系统有关，还受到行驶车速的显著影响。尤其面对诸如凸包和凹坑这类离散路面冲击时，为了提高恶劣路况下的驾驶性能，有经验的驾驶员会根据观察的道路信息和车辆振动感受调整行驶车速。然而，对于自动驾驶的智能车辆来说，车速的调整则完全依赖于提前制定的规则，缺乏经验驾驶员的主观判断，使得车辆自动驾驶过程中难以满足乘员的舒适性需求。另一方面，现有基于规则的纵向车速控制没有考虑车辆加/减速行为带来的能量损耗，虽然制动能量回收系统可以回收部分制动能量，但频繁的加/减速行为和急加速/减速行为还是会导致系统能耗的显著增加。如何协调车辆纵向车速和垂向悬架控制，在实现智能车辆自动驾驶的基础上以更节能的方式提升车辆的乘坐舒适性，当前技术未能给出行之有效的解决办法。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在不足，本专利技术提供了一种面向舒适与节能的智能车辆纵
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垂向协同控制系统与方法，旨在通过纵向车速和垂向悬架协同的方式提高智能车辆行驶过程中的乘坐舒适性，同时平衡系统能耗。
[0005]本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0006]一种面向舒适与节能的智能车辆纵
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垂向协同控制系统，包括：
[0007]路面不平度信息预瞄模块，包括路面不平度信息重构子模块、路面不平度信息融合子模块和路面不平度信息处理子模块，所述路面不平度信息重构子模块根据传感器模块获取的前方路面信息进行自车前方路面不平度信息的重构，所述路面不平度信息融合子模
块用于对重构的自车前方路面不平度信息和前车前方路面不平度信息进行融合，所述路面不平度信息处理子模块用于对融合后的前方路面不平度信息进行单元划分，对不同单元内的路面类型、不平度以及路面不平度等级进行辨识；
[0008]车辆纵
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垂向协同控制模块，包括垂向悬架控制子模块、整车动力学参考模型子模块以及纵向车速控制子模块，所述垂向悬架控制子模块根据前方各单元路面类型以及路面不平度等级进行电磁悬架控制参数的切换和期望悬架输出力的计算，所述整车动力学参考模型子模块以单元路面不平度为输入，结合不同单元下电磁悬架控制参数，仿真获取不同单元路面内、不同行驶车速下的车辆动态响应输出，所述纵向车速控制子模块根据不同行驶车速及其对应的车辆动态响应输出确定各单元内的最大舒适速度，并优化获取满足整车舒适与节能要求的最优纵向加速度。
[0009]上述技术方案，还包括车辆传感器模块，用于采集路面不平度信息预瞄模块所需的前方二维和三维路面信息、车辆状态信息估计模块所需的车辆动态输出响应信息以及车辆纵
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垂向协同控制模块所需的纵向车速和纵向加速度信息。
[0010]上述技术方案，还包括通讯模块，所述通讯模块与互联网连接，用于上传预瞄的自车前方路面不平度信息，还用于下载前车前方路面不平度信息以及自车的当前车辆位置信息。
[0011]上述技术方案，还包括车辆状态信息估计模块，基于传感器模块获取的车辆动态输出响应信息以及路面不平度信息预瞄模块获取的路面信息对不可测量的车辆状态信息进行估计，并发送给车辆纵
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垂向协同控制模块。
[0012]上述技术方案，还包括电磁悬架系统及其控制模块，基于期望悬架输出力计算所需控制电流，控制电磁悬架执行器跟踪期望悬架输出力。
[0013]上述技术方案，还包括动力系统及其控制模块，基于最优纵向加速度信号对驱动系统和制动系统进行控制，跟踪满足车辆舒适性与节能性需求的纵向行驶车速。
[0014]一种面向舒适与节能的智能车辆纵
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垂向协同控制方法：车辆传感器模块对自车前方路面进行二维和三维路面信息的获取，并发送给路面不平度信息预瞄模块；路面不平度信息重构子模块基于前方二维和三维路面信息，采用多源异构数据融合方法对前方路面不平度信息进行重构，并发送给通讯模块和路面不平度信息融合子模块；通讯模块上传自车前方路面不平度信息，同时下载前车前方路面不平度信息以及自车的当前车辆位置信息；路面不平度信息融合子模块基于自车的当前车辆位置，对自车前方路面不平度信息和前车前方路面不平度信息进行融合，获取前方更远距离路面不平度信息；路面不平度信息处理子模块对融合后的路面不平度信息进行单元划分，并对各单元路面进行路面类型、不平度和不平度等级辨识，然后发送给车辆纵
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垂向协同控制模块；垂向悬架控制子模块基于路面类型和不平度等级信息切换各单元路面下的电磁悬架控制参数并发送给整车动力学参考模型子模块，同时计算理想悬架输出力并发送给电磁悬架系统及其控制模块；电磁悬架系统及其控制模块依据期望悬架输出力计算悬架控制电流，控制电磁悬架执行器跟踪理想悬架输出力；整车动力学参考模型子模块以单元路面不平度为输入，结合各单元路面下的电磁悬架控制参数，仿真获取不同单元路面内、不同行驶车速下的车辆动态响应输出，并发送给纵向车速控制子模块；纵向车速控制子模块依据不同行驶车速以及对应的车辆动态响应输出计算最大舒适速度，并采用优化算法计算满足综合性能需求的最优纵向加速度，
并发送给动力系统及其控制模块；动力系统及其控制模块控制驱动系统和制动系统跟踪最优纵向加速度，从而实现满足舒适与节能的纵向车速控制。
[0015]进一步地，所述电磁悬架控制参数是通过以下方式确定的：根据路面类型和路面不平度等级确定不同路面下的车辆动力学性能需求，设计综合考虑车辆不同性能的加权性能评价函数，以所述加权性能评价函数为目标函数，以最小化目标函数值为目标，对悬架控制参数进行寻优，从而得到面向不同路面车辆性能需求的悬架控制参数集合。
[0016]进一步地，所述加权性能评价函数为：
[0017][0018]其中，a
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向舒适与节能的智能车辆纵
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垂向协同控制系统，其特征在于，包括：路面不平度信息预瞄模块，包括路面不平度信息重构子模块、路面不平度信息融合子模块和路面不平度信息处理子模块，所述路面不平度信息重构子模块根据传感器模块获取的前方路面信息进行自车前方路面不平度信息的重构，所述路面不平度信息融合子模块用于对重构的自车前方路面不平度信息和前车前方路面不平度信息进行融合，所述路面不平度信息处理子模块用于对融合后的前方路面不平度信息进行单元划分，对不同单元内的路面类型、不平度以及路面不平度等级进行辨识；车辆纵
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垂向协同控制模块，包括垂向悬架控制子模块、整车动力学参考模型子模块以及纵向车速控制子模块，所述垂向悬架控制子模块根据前方各单元路面类型以及路面不平度等级进行电磁悬架控制参数的切换和期望悬架输出力的计算，所述整车动力学参考模型子模块以单元路面不平度为输入，结合不同单元下电磁悬架控制参数，仿真获取不同单元路面内、不同行驶车速下的车辆动态响应输出，所述纵向车速控制子模块根据不同行驶车速及其对应的车辆动态响应输出确定各单元内的最大舒适速度，并优化获取满足整车舒适与节能要求的最优纵向加速度。2.根据权利要求1所述的智能车辆纵
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垂向协同控制系统，其特征在于，还包括车辆传感器模块，用于采集路面不平度信息预瞄模块所需的前方二维和三维路面信息、车辆状态信息估计模块所需的车辆动态输出响应信息以及车辆纵
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垂向协同控制模块所需的纵向车速和纵向加速度信息。3.根据权利要求1所述的智能车辆纵
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垂向协同控制系统，其特征在于，还包括通讯模块，所述通讯模块与互联网连接，用于上传预瞄的自车前方路面不平度信息，还用于下载前车前方路面不平度信息以及自车的当前车辆位置信息。4.根据权利要求1所述的智能车辆纵
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垂向协同控制系统，其特征在于，还包括车辆状态信息估计模块，基于传感器模块获取的车辆动态输出响应信息以及路面不平度信息预瞄模块获取的路面信息对不可测量的车辆状态信息进行估计，并发送给车辆纵
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垂向协同控制模块。5.根据权利要求1所述的智能车辆纵
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垂向协同控制系统，其特征在于，还包括电磁悬架系统及其控制模块，基于期望悬架输出力计算所需控制电流，控制电磁悬架执行器跟踪期望悬架输出力。6.根据权利要求1所述的智能车辆纵
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垂向协同控制系统，其特征在于，还包括动力系统及其控制模块，基于最优纵向加速度信号对驱动系统和制动系统进行控制，跟踪满足车辆舒适性与节能性需求的纵向行驶车速。7.一种基于权利要求1
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6任一项所述的智能车辆纵
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垂向协同控制系统的控制方法，其特征在于：车辆传感器模块对自车前方路面进行二维和三维路面信息的获取，并发送给路面不平度信息预瞄模块；路面不平度信息重构子模块基于前方二维和三维路面信息，采用多源异构数据融合方法对前方路面不平度信息进行重构，并发送给通讯模块和路面不平度信息融合子模块；通讯模块上传自车前方路面不平度信息，同时下载前车前方路面不平度信息以及自车的当前车辆位置信息；路面不平度信息融合子模块基于自车的当前车辆位置，对自车前方路面不平度信息和前车前方路面不平度信息进行融...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪若尘，刘伟，丁仁凯，孟祥鹏，孙泽宇，孙东，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：