CN111645696A - 一种分布式驱动越野车复杂越野工况辨识方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式驱动越野车复杂越野工况辨识方法，将车辆简化为一个旋转动力学系统，进行复杂越野工况车辆旋转动力学建模，进行车辆运动状态及车轮附着状态分析；将悬空车轮的同轴及同侧车轮作为翘板的支点，悬空车轮及其对角车轮作为翘板两端；以两个支点连线为旋转轴，根据车辆绕该旋转轴的旋转加速度判断车辆稳定状态；基于反证方法进行复杂越野工况辨识，若车轮实际滑转率与基于普通越野工况假设推理的滑转率结论相矛盾，且满足冗余条件时，则当前车辆行驶工况为复杂越野工况。本发明通过分析驱动越野车辆在复杂越野工况下的受力状态，解决了越野车辆不能及时准确判断当前行驶路面为复杂越野工况造成的车辆失稳和整车驱动力不足问题。

Description

一种分布式驱动越野车复杂越野工况辨识方法

技术领域

本发明涉及汽车行驶工况辨识领域，尤其涉及一种特殊工况动力学模型与工况辨识策略。

背景技术

目前针对分布式驱动车辆的行驶状态参数估计以及车辆动力学控制多针对于普通工况(铺装道路行驶工况)的假设，即假设路面平整良好，仅存在路面附着系数的变化，除车辆侧翻等失稳情况外，车辆各个车轮均与地面接触，车轮垂向力不为零。而越野车在实际行驶时由于路面的不确定性、多样性和非线性特征，路面的扭曲起伏，越野车车轮易出现车轮垂向力大幅减小甚至悬空而完全失去附着等情况。在该种复杂越野工况下，基于普通工况的动力学模型已不适用，同时高精度的动力学估计方法实时性难以满足要求，而运动学方法受较高的传感器噪声和参数扰动的影响，估计精度不足。整体上，现有参数估计在估计实时性及精度上难以很好的兼顾。车辆运动状态参数在越野工况下受噪声影响有跳变可能性，很难通过单个或几个车辆运动状态参数正向推理辨识车辆是否处于复杂越野工况。基于普通越野工况减速估计最优滑转率进行驱动防滑控制会造成车轮滑转率高，无法达到最优动力性及稳定性，轮胎过渡磨损，严重时由于整车驱动力不足难以通过该越野路面。

因此需要提出一种针对于分布式驱动越野车辆的、在特殊工况下的动力学模型，分析车辆在复杂越野工况下的车轮稳定性状态，同时为了对车辆进行更好的控制，对分布式驱动越野车辆实际行驶的越野工况辨识尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种特殊工况动力学模型与工况辨识策略。分析分布式驱动越野车辆在复杂越野工况下的受力状态，并提出一种工况辨识策略解决越野车辆不能及时准确判断当前行驶路面为复杂越野工况造成的车辆失稳和整车驱动力不足问题。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：

一种分布式驱动越野车复杂越野工况辨识方法，包括以下步骤：

步骤1、将车辆简化为一个旋转动力学系统，进行复杂越野工况车辆旋转动力学建模，进行车辆运动状态及车轮附着状态分析；

步骤2、将悬空车轮的同轴及同侧车轮作为翘板的支点，悬空车轮及其对角车轮作为翘板两端；以两个支点连线为旋转轴，根据车辆绕该旋转轴的旋转加速度判断车辆稳定状态；

步骤3、通过车轮转动角加速度的等效值与实际值的比较结果，或通过车轮滑移率判断各个车轮的稳定性；

步骤4、基于反证方法进行复杂越野工况辨识，若车轮实际滑转率与基于普通越野工况假设推理的滑转率结论相矛盾，证明假设的普通越野工况不成立，且满足冗余条件时，则当前车辆行驶工况为复杂越野工况。

进一步地，步骤1中，复杂越野工况车辆旋转动力学建模具体步骤为：

设车辆为一刚体，对左前轮失稳情况进行建模，车辆绕右前轮与左后轮轮心连线AB为旋转轴线旋转；

为车辆绕旋转轴的旋转角速度；F_zi为各个车轮的垂向力，车轮垂向力作用点距旋转轴的距离为c_i，i为车轮序号，i＝1,2,3,4；G_fr、G_rl分别为按车辆旋转轴所达的对角平面分割后两部分车体的等效重力，且其作用点距旋转轴的距离为 d₁、d₂；

复杂越野工况下的特殊车辆旋转动力学系统表示为：

式中，J_V为车辆绕旋转轴的转动惯量；

车辆垂向动力学方程：

式中，m为整车质量，

为车辆垂向加速度；

忽略车辆垂向加速度，得：

F_z1+F_z2+F_z3＝G_fr+G_rl＝G_V

式中，G_V为整车重力；

其余各轮失稳情况建模同理。

进一步地，步骤2中，通过旋转加速度分析车辆稳定状态，得出复杂越野工况对角车轮稳定性相似，即悬空失稳车轮的对角轮稳定性低于另外一组对角轮的稳定性。

进一步地，步骤3中，通过车载加速度传感器测量的纵向加速度和横向加速度计算车辆质心加速度，结合车辆质心与车轮轮心在俯视平面内的几何关系关系以及传感器测得的横摆角速度，计算理想工况下的等效车轮轮心纵向加速度，进而计算等效车轮转动角加速度；

通过对基于质心纵向加速度的等效车轮转动角加速度

与基于轮速传感器微分计算的实际车轮转动角加速度

进行比较来判断各个车轮的滑转失稳稳定性。

进一步地，步骤3中，等效车轮转动角加速度计算步骤为：

车辆质心加速度a_o大小由车载加速度传感器测得的纵向加速度a_x和横向加速度a_y计算得到：

理想工况下，运用基点法通过实际测得的质心加速度计算等效车轮转动加速度；

已知车辆质心加速度a_o、横摆角速度γ，等效车轮轮心加速度

表示为：

式中，

a_o、

均为向量，

为等效车轮轮心加速度，i＝1,2,3,4,分别表示左前轮、右前轮、左后轮、右后轮；

为车轮绕车辆质心转动的切向加速度，

为车轮绕车辆质心转动的法向加速度；B为车辆轮距；a为前轴至车辆质心距离；b为后轴距车辆质心距离；

忽略车轮的侧偏运动，即车轮的转动线加速度

等于车轮轮心加速度a_i：

取车辆半载时的车轮静态半径为车轮有效滚动半径，等效车轮转动角加速度计算如下：

式中，

为等效车轮转动角加速度，r为车轮有效滚动半径；

根据电机旋变测得的转速信号，计算实际车轮转动角加速度为：

式中，

为实际车轮转动角加速度，n_i为轮毂电机旋变测得的电机转速，i_t为轮边减速器的减速比，t为时间。

进一步地，步骤3中，车轮滑转率计算步骤为：

获取车辆车速，采用平均轮速法估算车辆的纵向车速，即

式中：

为估计的车辆纵向车速；v₁、v₂、v₃、v₄为车辆的四个车轮轮速；

其中车轮轮速为：

式中，δ为车辆前轮转角；ω_i为车轮转动角速度，B为车辆轮距，γ为车辆横摆角速度，r为车轮有效滚动半径；

当车轮出现滑转失稳时，其轮速测量值对于纵向车速估计失真，此时车辆车速为剔除该失稳车轮轮速后的平均轮速，即

式中，i为处于稳定状态的车轮序号；n为处于稳定状态的车轮数量；

则各车轮滑转率为：

式中：

为上一时刻车辆的纵向车速。

进一步地，步骤4中，冗余条件包括车辆姿态条件、转矩条件、滑转率条件和驱动力条件。

进一步地，步骤4的辨识结果通过计时模块保持一设定时间，计时结束后，辨识结果恢复为默认值，若依旧存在车轮滑转，则再次进行工况辨识。

本发明所达到的有益效果：

本发明的分布式驱动越野车复杂越野工况辨识方法，通过分析分布式驱动越野车辆在复杂越野工况下的受力状态，解决了越野车辆不能及时准确判断当前行驶路面为复杂越野工况造成的车辆失稳和整车驱动力不足问题。

附图说明

图1复杂越野工况车辆旋转动力学系统示意图；

图2图1的运动状态示意图；

图3车辆姿态坐标图；

图4复杂越野工况辨识流程。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明公开的一种分布式驱动越野车复杂越野工况辨识方法，包括以下步骤：

S1、利用一种特殊工况动力学模型判断分布式驱动越野车在复杂越野工况具有对角车轮稳定性相似特性。车辆在复杂越野工况下出现一个车轮的悬空，首先进行复杂越野工况车辆旋转动力学建模，将车辆简化为一个旋转动力学系统，进而进行车辆运动状态及车轮附着状态分析。车辆此时进行一种类似“翘板”的运动，悬空车轮的同轴及同侧车轮附着良好组合成为“翘板”的支点，而悬空车轮及其对角车轮作为“翘板”两端。

所述的复杂越野工况车辆旋转动力学建模过程为：

复杂越野工况具有不同于普通越野工况的扭曲起伏特征，车辆通过时由于悬架伸张和压缩行程有限，会有不同程度的车身侧倾和俯仰，严重时车轮会因悬空而失去附着，根据车辆的几何特征及此时的运动特征，可以将车辆简化为一个旋转动力学系统进而进行车辆运动状态及车轮附着状态分析。

如图1所示，忽略悬架作用，假设车辆为一刚体，以左前轮失稳为例进行建模分析：

左前轮悬空时(F_z1＝0)，车辆可视为如图绕右前轮与左后轮轮心连线AB为旋转轴线的旋转动力学系统。

x、y轴分别为车辆坐标系的纵轴和横轴，Γ轴为沿右前轮与左后轮轮心连线AB设置的当前车辆旋转轴线；

为车辆绕Γ轴的旋转角速度，F_zi为各个车轮的垂向力(车轮序号i＝1,2,3,4)，车轮垂向力作用点距Γ轴的距离为c_i；G_fr、G_rl分别为按车辆对角平面ABCD分割后两部分车体的等效重力，且其作用点距Γ轴的距离为d₁、d₂。

基于前述假设，上述复杂越野工况下的特殊车辆旋转动力学系统可表示为：

式中，J_V为车辆绕Γ轴的转动惯量。再建立车辆垂向动力学方程：

式中，m为整车质量，

为车辆垂向加速度；

由于该工况下车辆行驶速度较低，车辆垂向加速度较小可忽略，由上式可得：

F_z1+F_z2+F_z3＝G_fr+G_rl＝G_V

式中，G_V为整车重力。根据图2及动力学方程可知，车辆此时进行一种类似“翘板”的运动，悬空车轮的同轴及同侧车轮附着良好组合成为“翘板”的支点，而悬空车轮及其对角车轮作为“翘板”两端。由于车辆未装备主动或半主动悬架系统，右后轮垂向力F_z4非控制量，该杠杆的旋转运动并不能进行主动控制，而仅与车辆当前运动状态和路面起伏变化有关。

S2、以这两个支点连线为旋转轴，根据绕该轴的旋转加速度判断车辆稳定状态。在复杂越野工况下，车辆由于局部路面起伏而某一车轮悬空无附着时，其同轴及同侧车轮垂向力相对较大，附着状态良好不易失稳，此外，其对角车轮有两种状态：状态一，垂向力很小，附着条件差，驱动工况下易失稳；状态二，当前垂向力大于零且有附着，驱动工况下有一定稳定性，但其运动状态趋于垂向力减小，附着状态恶化，驱动过程中存在失稳可能性。

依据车辆绕Γ轴的旋转角加速度

及车辆绕Γ轴的旋转角速度

进行各轮附着状态及稳定性分析：

(1)当车辆绕Γ轴的旋转角加速度

时，不论旋向如何，车辆在该旋转方向处于平衡状态，根据下式可得越野车右后轮垂向力：

F_z4＝(G_fr·d₁-G_rl·d₂)/c₄＝ε

式中，ε大于零且较小。由于本实施例研究对象质心到前后轴距离相差较小，因此，与车辆质心位置有关的G_fr、G_rl相差不大，F_z4＝ε为一较小值，根据式可知，此时F_z2、F_z3很大。

综上，该工况下，左前轮悬空，右后轮垂向力很小，附着条件差，驱动工况下容易失稳，而右前轮和左后轮垂向力大附着条件好，有良好的稳定性。

(2)当

且

时，车辆沿Γ轴正方向加速旋转，虽然此时有F_z4≥ε，但右后轮具有远离地面趋于失稳的运动趋势，驱动工况下，右后轮可能由于垂向力减小而滑转，左前轮与之相反，具有接近地面趋于稳定的运动趋势。

综上，该工况下左前轮趋于稳定，右后轮此时有一定附着，但垂向力减小，附着状态恶化，趋于失稳，而另外两个车轮依旧附着良好，有良好的稳定性。

(3)当

且

时，车辆沿Γ轴反方向减速旋转，直至

时，有F_z4≥ε，但下一时刻，由于F_z4≥ε且F_z1＝0，有

且

车辆运动状态及车轮稳定性转化为前述两种工况。

综上，该工况下，当前的右后轮具有一定附着，附着状态由右后轮实际垂向力决定，但接下来工况转化为前述两种工况，右后轮附着条件较差或趋于恶化，驱动工况下，均存在失稳可能性，而右前轮及左后轮依旧附着良好，有良好的稳定性。

(4)由于F_z4≥0且F_z1＝0，所以不存在

的工况。

综上所述，复杂越野工况下，车辆由于局部路面起伏而某一车轮悬空无附着时，其同轴及同侧车轮垂向力相对较大，附着状态良好不易失稳，此外，其对角车轮有两种状态：状态一，垂向力很小，附着条件差，驱动工况下易失稳；状态二，当前垂向力大于零且有附着，驱动工况下有一定稳定性，但其运动状态趋于垂向力减小，附着状态恶化，驱动过程中存在失稳可能性。

本发明将上述结论简要概括为“复杂越野工况对角车轮稳定性相似”，即悬空失稳车轮的对角轮稳定性差或有一定失稳可能性；与之相反，另外一组对角轮稳定性良好。

S3、车轮滑转失稳判定。通过车载加速度传感器测量的纵向加速度和横向加速度计算车辆质心加速度，然后结合车辆质心与车轮轮心在俯视平面内的几何关系以及传感器测得的横摆角速度，计算理想工况下的等效车轮轮心纵向加速度，进而计算等效车轮转动加速度。最后通过对基于质心纵向加速度的等效车轮转动角加速度

与基于轮速传感器微分计算的实际车轮转动角加速度

进行比较来判断各个车轮的稳定性。同时使用车轮滑移率作为另一判定条件。若满足两个条件之一即可判定该车轮出现失稳。

式中，

为车轮转动加速度偏差门限值，K_v为车速调节系数，可通过仿真或实车试验标定。

为实际车轮转动角加速度，可由轮毂电机旋变测得；

为等效车轮转动角加速度，通过陀螺仪测得的车辆加速度值换算为各车轮的转动角加速度得到；

为估计的车辆纵向车速；

为基于上一时刻纵向车速估计值的车轮滑移率估计值；s_x为车轮滑转率基本门限值。

所述的等效车轮转动角加速度计算为：

车辆质心加速度a_o大小可由车载加速度传感器测得的纵向加速度a_x和横向加速度a_y计算得到：

由于该越野车辆常用工况为中低速工况，车辆质心横向加速度相对于质心纵向加速度较小，不考虑轮胎的侧偏特性，因此，质心加速度侧偏角可以忽略，忽略悬架作用，整车视为刚体，四轮轮心与与车辆质心具有固定的几何关系。该理想工况下，可运用基点法通过实际测得的质心加速度计算等效车轮转动角加速度。

已知车辆质心加速度a_o、横摆角速度γ，等效车轮轮心加速度

可表示为：

式中，

a_o、

均为向量，

为等效车轮轮心加速度，i＝1,2,3,4,分别表示左前轮、右前轮、左后轮、右后轮，其余同理；a_o车辆质心加速度，

为车轮绕车辆质心转动的切向加速度，

为车轮绕车辆质心转动的法向加速度；γ为车辆横摆角速度； B为车辆轮距；a为前轴至车辆质心距离；b为后轴距车辆质心距离。

上述模型中忽略车轮的侧偏运动，即车轮的转动线加速度

等于车轮轮心加速度a_i：

考虑到该越野车辆非载重型商用车，行驶过程中各轮载荷变化小，车轮有效滚动半径变化较小，因此取车辆半载时的车轮静态半径为车轮有效滚动半径。因此，等效车轮转动角加速度如下：

式中，

为等效车轮转动角加速度，r为车轮有效滚动半径。

根据轮毂电机旋变测得的转速信号计算实际车轮转动角加速度为：

式中，

为实际车轮转动角加速度，n_i为轮毂电机旋变测得的电机转速，i_t为轮边减速器的减速比，本实施例中该值为5，t为时间。

所述的车轮滑转率计算为：

首先获取越野车辆车速。采用平均轮速法估算车辆的纵向车速，即

(式中：

为估计的车辆纵向车速；v₁、v₂、v₃、v₄为车辆的四个车轮轮速)。其中车轮轮速为：

式中，δ为车辆前轮转角；ω_i为车轮转动角速度，可根据轮毂电机旋变信号线测得信号后计算得到；γ为车辆横摆角速度；B为车辆轮距。

当车轮出现滑转失稳时，其轮速测量值对于纵向车速估计失真，此时车辆车速为剔除该失稳车轮轮速后的平均轮速，即

(i为处于稳定状态的车轮序号)

n为处于稳定状态的车轮数量；

则各车轮滑转率为：

.式中：

为上一时刻车辆的纵向车速；

当某车轮运动状态满足上述两条判定条件中的任意一条时，认为该车轮发生滑转或滑移，判定该车轮失稳，其轮速测量值对于纵向车速估计失真，不参与后续纵向车速估计过程；此外，当该车轮处于驱动防滑控制状态时，其不参与纵向车速估计。

S4、基于反证方法的复杂越野工况辨识策略：通过车轮实际滑转率与基于假设推理的滑转率结论相矛盾，证明假设的普通越野工况是不成立的，当满足冗余条件时，证明车轮实际驱动力极小，垂向力大幅减小甚至为零，证明当前车辆行驶工况为复杂越野工况。具体判定条件为：

当出现车轮滑转失稳以及车辆的行驶车速在车速门限值范围内时，控制系统执行基于反证方法的复杂越野工况辨识策略，整个判定过程分为以下四个条件：

4.1车辆姿态条件。假设车辆于普通越野工况下行驶，车载陀螺仪位于车辆质心处，其测得的车辆俯仰角、侧倾角误差已知。为了车辆俯仰、侧倾运动姿态描述和分析的简洁，本实施例中建立横坐标为侧倾角φ，纵坐标为俯仰角θ的车辆姿态坐标系，横坐标以右倾为正方向，纵坐标以前俯为正方向，令车辆姿态点为State(φ,θ)，如图3所示，斜线区域为误差区域，A、B、C、D为四个有效区域，分别表示不同的车辆行驶姿态， A表示车辆姿态为前俯和右倾，B表示为车辆姿态为后俯加右倾，C表示车辆姿态为后俯加左倾，D表示车辆姿态为前俯加左倾。假设当前车辆处于A区域内，根据普通越野工况车轮垂向力计算原理及过程易知，车轮垂向力为：

式中，L为车辆轴距；α为车身姿态运动学量测系统实时输出的道路行驶坡度值；h_g为车辆质心高度；g为重力加速度；φ为侧倾角；a_x、a_y分别为车载加速度传感器测得的纵向加速度和侧向加速度。

则右前轮垂向力较其他车轮垂向力而言最大，选取右前轮为主要观测轮，考虑车辆实际行驶路面可能具有类对开或对接路面特征，选取其同轴和同侧车轮作为比较轮，即左前轮和右后轮。

4.2转矩条件。作为控制变量条件，用于保证主要观测对象输出转矩小于或等于其同轴和同侧车轮输出转矩，考虑电机转矩控制误差ΔT，该条件表示为 T₂≤T₁+ΔT&&T₂≤T₄/ψ+ΔT

式中：T₁表示左前轮转矩；T₂表示为右前轮驱动转矩；T₄为右后轮驱动转矩；ψ为后轴转矩分配系数。&&表示且，符号两边同时满足条件。

其中后轴转矩分配系数表示如下：

式中：α为车身姿态运动学量测系统实时输出的道路行驶坡度值；a_x为车载加速度传感器测得的纵向加速度；i_T为坡度门限值，可根据车辆常用工况、轴距、悬架刚度等对车辆俯仰运动有影响的参数进行仿真或实车标定，一般取10％(约5.7度)左右；a_x,T为纵向加速度门限值，根据所采用的加速度传感器在越野工况下的噪声水平标定。设立两个门限值以避免路面坡度小幅频繁变化及传感器噪声引起的纵向加速度方向跳变，造成无意义的驱动力分配波动。L为车辆轴距；h_g为质心高度；a为前轴至车辆质心距离。

4.3滑转率条件。通过比较主要观测轮与比较轮的实时滑转率，用于推理矛盾点，是否垂向力水平最高的车轮滑转率大于其他车轮来得出结论。滑转率条件设置为：

式中，

为基于上一时刻纵向车速估计值的车辆滑移率估计值，i＝1,2,4,分别表示左前轮、右前轮、右后轮；

4.4驱动力条件。将驱动力条件作为冗余判断条件，用于克服行驶噪声、传感器误差、估计误差引起的误判断：

式中，T₃表示左后轮驱动转矩；k₀为调整参数，可取0<k₀<0.1，通过仿真测试可得到其准确值；当

时认为估计车轮驱动力极小，ΔT为电机转矩控制误差，当T_i＞ΔT时，认为电机有驱动转矩输出。

基于车辆姿态条件和转矩条件判定条件及其推理结果，结合车轮滑转机理可知，在普通越野工况下行驶时，右前轮垂向力最大，相比之下其同轴同侧车轮(左前轮和右后轮)垂向力小而附着力较小更容易失稳而滑转，因此，同一时刻右前轮的滑转率应低于左前轮和右后轮的滑转率。

当滑转率条件满足时，与基于假设推理的滑转率结论相矛盾，证明假设的普通越野工况是不成立的，当满足冗余条件时，证明车轮实际驱动力极小，垂向力大幅减小甚至为零，证明当前车辆行驶工况为复杂越野工况。

该辨识结果通过计时模块保持一定时间，防止因辨识结果频繁跳变使驱动力分配控制效果不佳。计时结束后，辨识结果恢复为默认值，若依旧存在车轮滑转，则再次进行辨识。

本发明提出的越野车辆复杂越野工况辨识方法采用触发式，如图4所示，车辆默认处于普通越野工况，复杂越野工况标识符置0(RoadID＝0)。当车轮滑转模块判定车轮出现滑转，车辆行驶车速低于本实施例中预设的车速门限值30km/h时，进入车辆工况辨识模块，同时满足由车辆姿态条件、转矩条件、滑转率条件和驱动力条件组成的复杂越野工况判断条件时辨识当前工况为复杂越野工况，复杂越野工况标识符置1 (RoadID＝1)，该辨识结果通过计时模块保持一定时间，防止因辨识结果频繁跳变使驱动力分配控制效果不佳。计时结束后，辨识结果恢复为默认值，若依旧存在车轮滑转，则再次进行辨识。

按上述方法，S1～S4的步骤，其余车轮越野工况判定条件分别为：

首先驾驶车辆当前行驶工况为普通越野工况，车辆实际行驶路面为附着系数一致路面或具有类对开或对接路面特征，并假设类对开或对接路面中，高、低附路面区域内各自的附着系数变化较小可忽略，即某一车轮所处位置路面附着系数至少与其同轴或同侧车轮所处位置路面附着系数之一一致。

车载陀螺仪位于车辆质心处，其测得的车辆俯仰角、侧倾角误差已知。为了车辆俯仰侧倾运动姿态描述和分析的简洁，本实施例建立了如图横坐标为侧倾角，纵坐标为俯仰角的车辆姿态坐标系，横坐标以右倾为正方向，纵坐标以前俯为正方向，令车辆姿态点为State(φ,θ)，如图3。

当观测轮为左前轮时，复杂越野工况判定条件为车辆姿态点位于D点，车辆转矩应小于或等于右前轮和左后轮转矩，即T₁≤T₂+ΔT&&T₁≤T₃/ψ+ΔT；同时在滑转率方面左前轮滑转率要大于右前轮和左后轮滑转率

驱动力方面符合

(式中，可取0<k₀<0.1，当

时认为估计车轮驱动力极小，ΔT为电机转矩执行误差，当T_i＞ΔT时，认为电机有驱动转矩输出。)若以上四个条件均满足，基于前两个判定条件，结合车轮滑转机理可知，在普通越野工况下行驶时，左前轮垂向力最大，相比之下其同轴同侧车轮(右前和左后车轮)垂向力小而附着力较小更容易失稳而滑转，因此，同一时刻左前轮的滑转率应低于右前和左后轮的滑转率。当滑转率条件满足时，与基于假设推理的滑转率结论相矛盾，证明假设的普通越野工况是不成立的，当满足冗余条件时，证明车轮实际驱动力极小，垂向力大幅减小甚至为零。当左前轮失稳时长大于计时模块预设阈值，则判定当前车辆行驶工况为附着复杂越野工况，且左前轮出现悬空。

当观测轮为左后轮时，复杂越野工况判定条件为车辆姿态点位于C点，车辆转矩应小于或等于左前轮和右后轮转矩，即T₃≤T₁+ΔT&&T₃≤T₄/ψ+ΔT；同时在滑转率方面左后轮滑转率要大于左前轮和右后轮滑转率

驱动力方面符合

(式中，可取0<k₀<0.1，当

时认为估计车轮驱动力极小，ΔT为电机转矩执行误差，当T_i＞ΔT时，认为电机有驱动转矩输出。)若以上四个条件均满足，基于前两个判定条件，结合车轮滑转机理可知，在普通越野工况下行驶时，左后轮垂向力最大，相比之下其同轴同侧车轮(右后和左前车轮)垂向力小而附着力较小更容易失稳而滑转，因此，同一时刻左后轮的滑转率应低于左前和右后轮的滑转率。当滑转率条件满足时，与基于假设推理的滑转率结论相矛盾，证明假设的普通越野工况是不成立的，当满足冗余条件时，证明车轮实际驱动力极小，垂向力大幅减小甚至为零。当左后轮失稳时长大于计时模块预设阈值，则判定当前车辆行驶工况为附着复杂越野工况，且左后轮出现悬空。

当观测轮为右后轮时，复杂越野工况判定条件为车辆姿态点位于B点，车辆转矩应小于或等于右前轮和左后轮转矩，即T₄/ψ≤T₂+ΔT&&T₄≤T₃+ΔT；同时在滑转率方面左前轮滑转率要大于右前轮和左后轮滑转率

驱动力方面符合

(式中，可取0<k₀<0.1，当

时认为估计车轮驱动力极小，ΔT为电机转矩执行误差，当T_i＞ΔT时，认为电机有驱动转矩输出。)若以上四个条件均满足，基于前两个判定条件，结合车轮滑转机理可知，在普通越野工况下行驶时，右后轮垂向力最大，相比之下其同轴同侧车轮(右前和左后车轮)垂向力小而附着力较小更容易失稳而滑转，因此，同一时刻右后轮的滑转率应低于右前和左后轮的滑转率。当滑转率条件满足时，与基于假设推理的滑转率结论相矛盾，证明假设的普通越野工况是不成立的，当满足冗余条件时，证明车轮实际驱动力极小，垂向力大幅减小甚至为零。当右后轮失稳时常大于计时模块预设阈值，则判定当前车辆行驶工况为附着复杂越野工况，且右后轮出现悬空。

下面为工况判定条件汇总表：

表1复杂越野工况判定条件表

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种分布式驱动越野车复杂越野工况辨识方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1、将车辆简化为一个旋转动力学系统，进行复杂越野工况车辆旋转动力学建模，进行车辆运动状态及车轮附着状态分析；

步骤2、将悬空车轮的同轴及同侧车轮作为翘板的支点，悬空车轮及其对角车轮作为翘板两端；以两个支点连线为旋转轴，根据车辆绕该旋转轴的旋转加速度判断车辆稳定状态；

步骤3、通过车轮转动角加速度的等效值与实际值的比较结果，或通过车轮滑移率判断各个车轮的稳定性；

步骤4、基于反证方法进行复杂越野工况辨识，若车轮实际滑转率与基于普通越野工况假设推理的滑转率结论相矛盾，证明假设的普通越野工况不成立，且满足冗余条件时，则当前车辆行驶工况为复杂越野工况。

2.根据权利要求1所述的一种分布式驱动越野车复杂越野工况辨识方法，其特征是，步骤1中，复杂越野工况车辆旋转动力学建模具体步骤为：

设车辆为一刚体，对左前轮失稳情况进行建模，车辆绕右前轮与左后轮轮心连线AB为旋转轴线旋转；

为车辆绕旋转轴的旋转角速度；F_zi为各个车轮的垂向力，车轮垂向力作用点距旋转轴的距离为c_i，i为车轮序号，i＝1,2,3,4；G_fr、G_rl分别为按车辆旋转轴所达的对角平面分割后两部分车体的等效重力，且其作用点距旋转轴的距离为d₁、d₂；

复杂越野工况下的特殊车辆旋转动力学系统表示为：

式中，J_V为车辆绕旋转轴的转动惯量；

车辆垂向动力学方程：

式中，m为整车质量，

为车辆垂向加速度；

忽略车辆垂向加速度，得：

F_z1+F_z2+F_z3＝G_fr+G_rl＝G_V

式中，G_V为整车重力；

其余各轮失稳情况建模同理。

3.根据权利要求1所述的一种分布式驱动越野车复杂越野工况辨识方法，其特征是，步骤2中，通过旋转加速度分析车辆稳定状态，得出复杂越野工况对角车轮稳定性相似，即悬空失稳车轮的对角轮稳定性低于另外一组对角轮的稳定性。

4.根据权利要求1所述的一种分布式驱动越野车复杂越野工况辨识方法，其特征是，步骤3中，通过车载加速度传感器测量的纵向加速度和横向加速度计算车辆质心加速度，结合车辆质心与车轮轮心在俯视平面内的几何关系关系以及传感器测得的横摆角速度，计算理想工况下的等效车轮轮心纵向加速度，进而计算等效车轮转动角加速度；

通过对基于质心纵向加速度的等效车轮转动角加速度

与基于轮速传感器微分计算的实际车轮转动角加速度

进行比较来判断各个车轮的滑转失稳稳定性。

5.根据权利要求4所述的一种分布式驱动越野车复杂越野工况辨识方法，其特征是，步骤3中，等效车轮转动角加速度计算步骤为：

车辆质心加速度a_o大小由车载加速度传感器测得的纵向加速度a_x和横向加速度a_y计算得到：

理想工况下，运用基点法通过实际测得的质心加速度计算等效车轮转动加速度；

已知车辆质心加速度a_o、横摆角速度γ，等效车轮轮心加速度

表示为：

式中，

a_o、

均为向量，

为等效车轮轮心加速度，i＝1,2,3,4,分别表示左前轮、右前轮、左后轮、右后轮；

为车轮绕车辆质心转动的切向加速度，

为车轮绕车辆质心转动的法向加速度；B为车辆轮距；a为前轴至车辆质心距离；b为后轴距车辆质心距离；

忽略车轮的侧偏运动，即车轮的转动线加速度

等于车轮轮心加速度a_i：

取车辆半载时的车轮静态半径为车轮有效滚动半径，等效车轮转动角加速度计算如下：

式中，

为等效车轮转动角加速度，r为车轮有效滚动半径；

根据电机旋变测得的转速信号，计算实际车轮转动角加速度为：

式中，

为实际车轮转动角加速度，n_i为轮毂电机旋变测得的电机转速，i_t为轮边减速器的减速比，t为时间。

6.根据权利要求1所述的一种分布式驱动越野车复杂越野工况辨识方法，其特征是，步骤3中，车轮滑转率计算步骤为：

获取车辆车速，采用平均轮速法估算车辆的纵向车速，即

式中：

为估计的车辆纵向车速；v₁、v₂、v₃、v₄为车辆的四个车轮轮速；

其中车轮轮速为：

式中，δ为车辆前轮转角；ω_i为车轮转动角速度，B为车辆轮距，γ为车辆横摆角速度，r为车轮有效滚动半径；

当车轮出现滑转失稳时，其轮速测量值对于纵向车速估计失真，此时车辆车速为剔除该失稳车轮轮速后的平均轮速，即

式中，i为处于稳定状态的车轮序号；n为处于稳定状态的车轮数量；

则各车轮滑转率为：

式中：

为上一时刻车辆的纵向车速。

7.根据权利要求1所述的一种分布式驱动越野车复杂越野工况辨识方法，其特征是，步骤4中，冗余条件包括车辆姿态条件、转矩条件、滑转率条件和驱动力条件。

8.根据权利要求1所述的一种分布式驱动越野车复杂越野工况辨识方法，其特征是，步骤4的辨识结果通过计时模块保持一设定时间，计时结束后，辨识结果恢复为默认值，若依旧存在车轮滑转，则再次进行工况辨识。

Images