CN111680367A

CN111680367A - 四驱横摆角速度优化评估方法、装置及四驱车辆

Info

Publication number: CN111680367A
Application number: CN202010605931.XA
Authority: CN
Inventors: 魏小雷
Original assignee: Borgwarner Tts Beijing Co ltd
Current assignee: Borgwarner Tts Beijing Co ltd
Priority date: 2020-06-29
Filing date: 2020-06-29
Publication date: 2020-09-18

Abstract

本发明提供了一种四驱横摆角速度优化评估方法、装置及四驱车辆。该方法包括：采集四驱车的车速、前轮转角及横摆角速度；利用采集到的车速、前轮转角及横摆角速度，训练自行车模型；利用已训练的自行车模型，预测四驱车的横摆角速度。本发明提供的四驱横摆角速度优化评估方法、装置及四驱车辆能够预判侧滑的发生。

Description

四驱横摆角速度优化评估方法、装置及四驱车辆

技术领域

本发明涉及四轮驱动技术领域，特别是涉及一种四驱横摆角速度优化评估方法、装置及四驱车辆。

背景技术

四驱控制已经很成熟，博格华纳的四驱产品众多，包括分时四驱，适时四驱，全时四驱等，四驱控制器会根据不同的驾驶工况计算不同的四驱扭矩请求，然后作用于被动车轮，从而达到四轮驱动的目的，举例说明，对于前驱车，主要的驱动力在前轮，没有四驱的车辆，后轮均是被动拖曳而行，对于四驱车辆而言，当需要四驱扭矩的时候，会分配前桥的扭矩到后桥，从而后轮可以产生驱动力。

车辆动态控制是比较难的控制，对于四驱而言，车辆四驱稳态是主要的要求，但是当车辆在低附着系数的地面上面行驶时，如雪地，冰面等，车辆很很容易发生侧滑，如果四驱动态控制的不及时，很难纠正车辆侧滑，出现转向不足现象，如果发生在铺了一层厚厚压实雪的道路上，容易导致事故的发生。

车辆动态控制的好坏取决于车辆模型中二自由度模型的好坏，只有预估好该工况下期望的横摆角速度，才能根据当前的横摆角速度来判断是增加后轮扭矩还是减小后轮扭矩。简单的例子，车辆在雪地路面上面行驶的时候，一旦即将发生侧滑，那么从传感器来的横摆角速度会有较大的波动，那么二自由度模型，亦称自行车模型，会实时计算当前的转向角度和车速下，车辆正常情况下的的横摆角速度，此时期望值与实际值会有偏差。

目前横摆角速度均是车辆自身传感器输出，但是在车辆动态控制中，期望的横摆角速度是很难评估准确的，从而车辆稳态控制的不及时。综上，现有技术中存在如下的缺陷：期望横摆角速度评估不及时，车辆动态效果不理想。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种四驱横摆角速度优化评估方法、装置及四驱车辆，能够预判侧滑的发生。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种四驱横摆角速度优化评估方法，所述方法包括：采集四驱车的车速、方向盘转角及横摆角速度；利用采集到的车速、方向盘转角及横摆角速度，训练自行车模型；利用已训练的自行车模型，预测四驱车的横摆角速度。

在一些实施方式中，自行车模型由如下公式给出：

其中，r表示横摆角速度，β表示质心侧偏角，k₁表示前轴侧偏刚度，k₂表示后轴侧偏刚度，F_f表示前轴侧偏力，F_r表示后轴侧偏力，α_f表示前侧偏角，α_r表示后侧偏角，V表示纵向速度，v表示横向速度，δ_f表示前轮转角，I表示转动惯量，a表示质心到前轴之间的距离，b表示质心到后轴之间的距离，L是前车轴与后车轴之间的距离。。

在一些实施方式中，当K＝0时，为中性转向状态；当K＞0时，为不足转向状态；当K＜0时，为过多转向状态。

在一些实施方式中，中性转向状态表示车辆在极低车速行驶过程中无侧偏角时转向情况。

在一些实施方式中，不足转向状态下，横摆角速度增益比中性转向时小，其与车速不成线性关系，其是一条低于中性转向的汽车稳态增益曲线。

在一些实施方式中，过多转向状态下，横摆角速度增益比中性转向时大，其与车速不在成线性关系，随着车速增大曲线向上弯曲。

此外，本发明还提供了一种四驱横摆角速度优化评估装置，所述装置包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现根据前文所述的四驱横摆角速度优化评估方法。

此外，本发明还提供了一种四驱车辆，所述四驱车辆包括：根据前文所述的四驱横摆角速度优化评估装置。

采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：

本发明通过车速和前轮转角来推断车辆横摆角速度，校正自行车模型，更准确的反应与实际横摆角速度的偏差，使车辆动态控制更及时。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明实施例提供的四驱横摆角速度优化评估方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的自行车模型的原理示意图；

图3是本发明实施例提供的不同输入转角下，评估出来的横摆角速度和ESP传感器信号的对比图；

图4是本发明实施例提供的车辆快速变化方向的时候，评估的横摆角速度和ESP传感器信号的对比图；

图5是本发明实施例提供的四驱横摆角速度优化评估装置的结构图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了本发明实施例提供的四驱横摆角速度优化评估方法的流程图。参见图1，四驱横摆角速度优化评估方法包括：

S11，采集四驱车的车速、方向盘转角及横摆角速度。

S12，利用采集到的车速、方向盘转角及横摆角速度，训练自行车模型。

S13，利用已训练的自行车模型，预测四驱车的横摆角速度。

图2示出了自行车模型的原理图。参见图2，自行车模型的目标是计算当前车速和方向盘转角下的参考横摆角速度。车辆抽象成一个质量，垂直轴转动惯量，一个前轮和一个后轮，其中轮胎具有线性特性，前轮是可转向的。

侧偏角是指，轮胎接地印记中唯一方向与汽车前进方向的夹角。而侧偏离是指，汽车在路面行驶中，侧向分、曲线行驶离心力、侧向倾斜等使得路面作用在轮胎上的一个侧向力。

正的侧偏角产生负的侧向力，在轮胎线性工作范围内成一个比例关系。而且，轮胎的侧向力和轮胎的结构、胎压、轮胎垂向载荷、路面条件都有关系。

轮胎的接地面积一定，载荷一定，且路面附着条件等一定时，轮胎所能提供的总的轮胎附着力的大小是确定的。通过实验数据可以看出，汽车所能提供的纵向力和侧向力之间大概存在一种类似椭圆的关系，当汽车纵向力增大时，其需要消耗一部分附着力，这样轮胎能够提供侧向附着力就相应减少。

建立“自行车模型”，有以下一些假设：(1)车辆在平坦路面行驶，忽略垂向动力学的影响和耦合作用；(2)包括悬架在内的车辆动力学结构是刚性的；(3)忽略了转向系统将输入直接输送给车轮；(4)汽车侧向加速度限定在0.4G以下，轮胎侧偏特性处于线性范围内。

模型忽略了左右轮胎载荷的转移，所以不用考虑车辆轮距的影响，将左右两个轮胎的合力作用在车轴中心上，形成了单轨操纵模型，也称之为“自行车模型”。模型将汽车简化为两个平动自由度(纵向和侧向)和一个转动自由度(横摆)的刚体，模型准确度在70％左右，车辆行驶过程中可作为参考模型进行汽车运动状态的估算和控制算法开发。

在图2示出的“自行车模型”中，有如下关系：

其中，r表示横摆角速度，β表示质心侧偏角，k₁表示前轴侧偏刚度，k₂表示后轴侧偏刚度，F_f表示前轴侧偏力，F_r表示后轴侧偏力，α_f表示前侧偏角，α_r表示后侧偏角，V表示纵向速度，v表示横向速度，δ_f表示前轮转角，I表示转动惯量，a表示质心到前轴之间的距离，b表示质心到后轴之间的距离。

并且，还有如下关系：

v_f＝v+ar

v_r＝v-br

α≈tanα

F_f＝k₁α_f

F_r＝k₂α_r

车辆在稳态行驶状态下，横摆角速度与前轮转角之间的比值

来评价稳态横摆角速度增益。

在稳态行驶状态下，侧向加速度为零，横摆角加速度为零，也即

则有：

其中，

当K＝0时，车辆处于中性转向状态；当K＞0时，车辆处于不足转向状态；当K＜0时，车辆处于过度转向状态。

在中性转向状态下，横摆角速度增益与车速成线性比例关系，可以表示车辆在极低车速行驶过程中无侧偏角时转向情况。

在不足转向状态下，横摆角角速度增益比中性转向时小，其与车速不成线性关系，其是一条低于中性转向的汽车稳态增益曲线，拥有这样特性的汽车我们称之为不足转向特性汽车，当K值越大不足转向特性越明显。

在过度转向状态下，横摆角角速度增益比中性转向时大，其与车速不在成线性关系，随着车速增大曲线向上弯曲，这样特性的汽车我们称之为过多转向。

根据上述推导得到的“自行车模型”的公式，我们搭建了s imu l i nk仿真模型，并基于搭建的仿真模型对横摆角速度的估计过程进行了仿真。

图3及图4分别示出了上述的仿真结果。其中，图3示出了不同输入转角下，评估出来的横摆角速度和ESP传感器信号的对比图；图4示出了车辆快速变化方向的时候，评估的横摆角速度和ESP传感器信号的对比图。参见图3及图4，横摆角速度的评估结果与实测传感器信号都几乎相同。

图5示出了四驱横摆角速度优化评估装置的结构。参见图5，例如，所述四驱横摆角速度优化评估装置500可以用于充当四驱车辆控制系统中的横摆角速度预估主机。如本文所述，四驱横摆角速度优化评估装置500可以用于在四驱车辆控制系统中实现对横摆角速度的预估功能。四驱横摆角速度优化评估装置500可以在单个节点中实现，或者四驱横摆角速度优化评估装置500的功能可以在网络中的多个节点中实现。本领域的技术人员应意识到，术语四驱横摆角速度优化评估装置包括广泛意义上的设备，图5中示出的四驱横摆角速度优化评估装置500仅是其中一个示例。包括四驱横摆角速度优化评估装置500是为了表述清楚，并不旨在将本发明的应用限制为特定的四驱横摆角速度优化评估装置实施例或某一类四驱横摆角速度优化评估装置实施例。本发明所述的至少部分特征/方法可以在网络装置或组件，例如，四驱横摆角速度优化评估装置500中实现。例如，本发明中的特征/方法可以采用硬件、固件和/或在硬件上安装运行的软件实现。四驱横摆角速度优化评估装置500可以是任何通过网络处理，存储和/或转发数据帧的设备，例如，服务器，客户端，数据源等。如图5所示，四驱横摆角速度优化评估装置500可以包括收发器(Tx/Rx)510，其可以是发射器，接收器，或其组合。Tx/Rx 510可以耦合到多个端口550(例如上行接口和/或下行接口)，用于从其他节点发送和/或接收帧。处理器530可耦合至Tx/Rx 510，以处理帧和/或确定向哪些节点发送帧。处理器530可以包括一个或多个多核处理器和/或存储器设备532，其可以用作数据存储器，缓冲区等。处理器530可以被实现为通用处理器，或者可以是一个或多个专用集成电路(application specificintegrated circuit，简称ASIC)和/或数字信号处理器(digital signal processor，简称DSP)的一部分。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种四驱横摆角速度优化评估方法，其特征在于，包括：

采集四驱车的车速、前轮转角及横摆角速度；

利用采集到的车速、前轮转角及横摆角速度，训练自行车模型；

利用已训练的自行车模型，预测四驱车的横摆角速度。

2.根据权利要求1所述的四驱横摆角速度优化评估方法，其特征在于，自行车模型由如下公式给出：

其中，r是横摆角速度，δ_f是前轮转角，k₁是前轴侧偏刚度，k₂是后轴侧偏刚度，a是车辆质心到前车轴的距离，b是车辆质心到后车轴的距离，L是前车轴与后车轴之间的距离。

3.根据权利要求2所述的四驱横摆角速度优化评估方法，其特征在于，当K＝0时，为中性转向状态；当K＞0时，为不足转向状态；当K＜0时，为过多转向状态。

4.根据权利要求3所述的四驱横摆角速度优化评估方法，其特征在于，中性转向状态表示车辆在极低车速行驶过程中无侧偏角时转向情况。

5.根据权利要求3所述的四驱横摆角速度优化评估方法，其特征在于，不足转向状态下，横摆角速度增益比中性转向时小，其与车速不成线性关系，其是一条低于中性转向的汽车稳态增益曲线。

6.根据权利要求3所述的四驱横摆角速度优化评估方法，其特征在于，过多转向状态下，横摆角速度增益比中性转向时大，其与车速不再成线性关系，随着车速增大曲线向上弯曲。

7.一种四驱横摆角速度优化评估装置，其特征在于，包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现根据权利要求1至6任意一项所述的四驱横摆角速度优化评估方法。

8.一种四驱车辆，其特征在于，包括：根据权利要求7所述的四驱横摆角速度优化评估装置。