CN111791895A - 用于各种动力总成配置的架构和可重构轮胎力估计 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及用于各种动力总成配置的架构和可重构轮胎力估计。本公开公开了一种用于估计车辆轮胎力的方法，该方法包括：由车辆的控制器接收车辆的测量的车辆加速度；由控制器接收车辆的测量的车轮速度和测量的偏航率；由控制器基于车辆的旋转部件的惯性形成惯性矩阵；使用惯性矩阵计算车辆的拐角处的扭矩；基于测量的车辆加速度、测量的车轮速度和惯性矩阵来估计车辆的轮胎力；以及由控制器基于多个所估计的纵向轮胎力和侧向轮胎力来控制车辆。

Description

用于各种动力总成配置的架构和可重构轮胎力估计
背景技术
本公开涉及用于车辆轮胎力估计的方法和系统，更具体地，涉及用于各种动力总成配置的架构和可重构轮胎力估计。
排出轮胎力估计方法是基于轮胎或基于扭矩的。由于轮胎模型参数的不确定性和道路摩擦力的变化，估计方法可能提供不准确的结果。因此，需要一种稳健的轮胎力估计方法。
发明内容
轮胎力估计对于大多数控制和诊断方法是有用的。现有算法面临的挑战之一为对路面状况的敏感性。另一个困难为如何处理具有完全不同的致动系统的不同传动系统配置。本发明所公开的方法以稳健的方式解决了上述问题。
本公开描述了一种可重构算法，该可重构算法用于估计在不同道路上和各种驾驶条件下提出和测试的车辆的每个拐角处的轮胎纵向轮胎力和侧向轮胎力。本发明所公开的算法与道路状况无关，并且可用于AWD、RWD或FWD的不同配置。该估计方法可用于各种致动/传动类型，即，电子限滑差速器(eLSD)、开放式差速器、电动马达、汽油引擎等。本发明所公开的方法估计纵向轮胎力和侧向轮胎力，而不需要用于不同AWD/FWD/RWD传动系统配置的额外或不常见的车辆传感器。该算法不需要道路摩擦条件。本发明所公开的方法也可针对不同的致动/传动类型(即，eLSD、开放式差速器、电动马达、汽油引擎等)进行重构。本发明所公开的方法在漂移操纵以及车道变换、苛刻的转向以及更具体的组合滑动操纵方面提供了良好的估计结果。本发明所公开的方法考虑了驾驶条件，以便在每个拐角上进行更准确和可靠的估计。车辆中的加速度计可能会产生噪声，并且加速度计产生的信号可能会波动。本发明所公开的方法对于加速度计的噪声和波动是稳健的。本发明所公开的方法对于轮胎参数变化是稳健的(由于磨损、老化和温度变化导致的变化对纵向和侧向轮力估计没有影响)。本发明所公开的方法采用滑动/激励监测时间窗口来去除不同驾驶条件下的异常值。与现有方法相比，本发明所公开的方法降低了计算复杂度。通过采用该方法，可使用轮胎力估计显著改善车辆运动的性能。
一种用于估计车辆(纵向和侧向)轮胎力的方法包括：由车辆的控制器接收车辆的测量的车辆加速度；由控制器接收车辆的测量的偏航率；由控制器接收车辆的测量的车轮速度；由控制器基于车辆的旋转部件的惯性，基于测量的车轮速度和测量的车辆加速度，形成惯性矩阵；使用引擎(或电动马达)通过各种差速器配置(包括开放式差速器和eLSD)产生的惯性矩阵和扭矩计算车辆的拐角处的扭矩；基于测量的车辆加速度、测量的车轮速度和惯性矩阵来估计车辆的轮胎力；以及由控制器基于多个所估计的轮胎力来控制车辆。
测量的加速度可被称为车辆的测量的纵向加速度。该方法还可包括由控制器接收车辆的测量的侧向加速度。该方法还可包括由控制器接收道路倾斜角和道路坡度角。该方法还可包括使用道路坡度角和道路倾斜角来校正测量的纵向加速度和测量的侧向加速度，以确定车辆的校正的纵向加速度和车辆的校正的侧向加速度。旋转部件可包括车辆的多个车轮。多个车轮可包括第一车轮、第二车轮、第三车轮和第四车轮。车辆可包括耦接到传动系统的中央驱动轴和耦接到中央驱动轴的电子限滑差速器(eLSD)。eLSD可包括差速器壳和耦接到差速器壳的离合器。
车辆可包括将eLSD和第四车轮互连的第一轴。车辆可包括将eLSD和第三车轮互连的第二轴。控制器可通过确定差速器壳和离合器的惯性矩来形成惯性矩阵；并根据差速器壳和离合器的惯性矩来确定第三车轮和第四车轮的惯性矩。多个轮胎可包括第一轮胎、第二轮胎、第三轮胎和第四轮胎。车辆的拐角处的扭矩包括第一轮胎处的第一拐角扭矩、第二轮胎处的第二拐角扭矩、第三轮胎处的第三拐角扭矩以及第四轮胎处的第四拐角扭矩。可根据第一轮胎处的第一制动扭矩来计算第一拐角扭矩。可根据第二轮胎处的第二制动扭矩来计算第二拐角扭矩。可根据惯性矩阵来计算第三拐角扭矩。可根据惯性矩阵来计算第四拐角扭矩。
该方法还可包括根据车辆的拐角处的扭矩来估计车辆的拐角处的虚拟车轮速度。该方法还可包括根据虚拟车轮速度、经校正的纵向/侧向加速度(按道路角)和测量的偏航率来确定车辆的拐角处的纵向轮胎力和侧向轮胎力。该方法还可包括使用车辆的拐角处的虚拟车轮速度以及车辆的拐角处的纵向轮胎力和侧向轮胎力来形成增强状态矩阵。该方法还可包括对车辆的拐角处的纵向轮胎力和侧向轮胎力进行过滤。
本公开还描述了一种车辆。该车辆包括多个旋转部件。多个旋转部件包括多个轮胎。该车辆还包括耦接到多个轮胎的传动系统和耦接到多个轮胎的致动器。该车辆还包括多个传感器和与多个传感器通信的控制器。控制器被编程为执行上述方法。
当结合附图时，通过用于执行本教导内容的一些最佳模式和其它实施方案的以下具体实施，如所附权利要求中定义的，上述特征和优点以及本教导内容的其它特征和优点是显而易见的。
附图说明
图1为车辆的示意性框图。
图2为图1的车辆的示意图。
图3为用于轮胎力估计的方法的流程图。
具体实施方式
以下具体实施方式本质上仅是示例性的，并非旨在限制本申请和用途。此外，并不意图受前述技术领域、背景技术、发明内容或以下具体实施方式中提出的明示或暗示的理论的约束。如本文所用，术语“模块”是指硬件、软件、固件、电子控制部件、处理逻辑和/或处理器设备(各个地或其组合)，包括但不限于：执行一个或多个软件或固件程序的专用集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共享、专用或组)和存储器、组合逻辑电路和/或提供所述功能的其它合适部件。
在本文中可依据功能和/或逻辑块部件和各处理步骤描述本公开的实施方案。应当理解，此类块组件可通过被配置为执行指定功能的若干硬件、软件和/或固件来实现。例如，本公开的实施方案可采用各种集成电路部件，例如存储元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查找表等，它们可在一个或多个微处理器或其它控制设备的控制下执行多种功能。此外，本领域的技术人员将会认识到，本公开的实施方案可与多个系统结合实施，并且本文所述的系统仅为本公开的示例性实施方案。
为了简洁起见，这里可能不详细描述与信号处理、数据融合、信令发送、控制和系统的其它功能方面(和系统的个体操作部件)相关的技术。此外，本文所包含的各种附图中所示的连接线旨在表示各种元件之间的示例功能关系和/或物理耦接。应当指出的是，另选的或附加的功能关系或物理连接可存在于本公开的一个实施方案中。
如图1所示，车辆10通常包括底盘、主体14以及前轮和后轮17。多个车轮包括第一(左前)车轮17a、第二(右前)车轮17b、第三(左后)车轮17c和第四(右后)车轮17d。主体14被布置在底盘上并且基本上包封车辆10的部件。主体14和底盘可共同形成车架。车轮17各自在主体14的相应拐角附近旋转地耦接到底盘。车辆10还包括多个旋转部件，诸如车轮17、中央驱动轴12、差速器50的差速器壳52、将差速器50互连到第四车轮17d的第一(或右)轴54，以及将差速器50互连到第三车轮17c的第二(或左)轴56。中央驱动轴12将扭矩从传动系统22传递到差速器50。差速器50可为开放式差速器或电子限滑差速器(eLSD)并且可包括差速器壳52和耦接到差速器壳52的离合器58。差速器壳52可包括旋转后齿轮并因此旋转。在旋转期间，差速器壳将扭矩从差速器50传递到第一轴54和第二轴56。
在各种实施方案中，车辆10可为自动驾驶车辆，并且控制系统98被结合到车辆10中。控制系统98可简单地被称为系统。车辆10为例如被自动控制以将乘客从一个位置运载到另一个位置的车辆。车辆10在例示的实施方案中被绘示为轿车，但应当理解，也可使用另一种交通工具，包括摩托车、卡车、运动用途车辆(SUV)、游乐车(RV)、航海船舶、飞机等。在示例性实施方案中，车辆10可为部分地或完全自动化的车辆。四级系统表示“高度自动化”，是指即使人类驾驶员未对干预请求作出适当反应，动态驾驶任务的各方面的自动化驾驶系统做出驾驶模式特有的执行。五级系统表示“完全自动化”，是指在人类驾驶员能够管理的若干道路和环境条件下，由动态驾驶任务的各方面的自动化驾驶系统全时段执行。
如图所示，车辆10通常包括推进系统20、传动系统22、转向系统24、制动系统26、传感器系统28、致动器系统30、至少一个数据存储设备32、至少一个控制器34以及通信系统36。在各种实施方案中，推进系统20可包括电机，诸如牵引马达和/或燃料电池推进系统。车辆10还包括电连接到推进系统20的电池(或电池组)21。因此，电池21被配置为储存电能并且向推进系统20提供电能。另外，推进系统20可包括内燃机。传动系统22被配置为根据可选择的速度比将动力从推进系统20传输到车辆车轮17。根据各种实施方案，传动系统22可包括步进比自动传动、连续可变传动或其它适当传动。制动系统26被配置为向车轮17提供制动扭矩。在各种实施方案中，制动系统26可包括摩擦制动器、线控制动、诸如电机的再生制动系统和/或其它适当的制动系统。转向系统24影响车辆车轮17的位置。
传感器系统28包括一个或多个传感器40(即，感测设备)，该传感器感测车辆10的外部环境和/或内部环境的可观测状况。传感器40与控制器34通信，并且可包括但不限于一个或多个雷达、一个或多个光检测和测距(光达)传感器、一个或多个全球定位系统(GPS)设备、一个或多个相机(例如，光学相机和/或热相机)、超声波传感器、偏航率传感器、陀螺仪、一个或多个惯性测量单元(IMU)、一个或多个用于测量方向盘位置角和转向速率的转向角传感器(SAS)和/或其它传感器。致动器系统30包括一个或多个致动器设备42，该制动器设备控制一个或多个车辆特征，诸如但不限于推进系统20、传动系统22、转向系统24(包括方向盘25)、活动空气动力设备60(图2)和制动系统26。在各种实施方案中，车辆特征部还可包括内部和/或外部车辆特征，诸如但不限于车门、行李箱和车厢特征，诸如空气、音乐、照明等(未编号)。传感器系统28包括被配置为检测和监测路线数据(即，路线信息)的一个或多个全球定位系统(GPS)设备40g。GPS设备40g被配置为与GPS通信以定位车辆10在全球的位置。GPS设备40g与控制器34进行电子通信。GPS设备40g包括GPS发射器从GPS接收数据(诸如地形数据)。地形数据包括车辆10所在的道路的道路坡度和道路倾斜角。
数据存储设备32存储用于自动控制车辆10的数据。在各种实施方案中，数据存储设备32存储可导航环境的定义地图。在各种实施方案中，定义地图可由远程系统预定义并从远程系统获得。例如，定义地图可由远程系统组装并被传送到车辆10(以无线和/或有线的方式)并存储在数据存储设备32中。可以认识到，数据存储设备32可为控制器34的一部分，与控制器34分开，与控制器34的部分和独立系统的部分分开。
控制器34包括至少一个处理器44和非暂态计算机可读存储设备或介质46。处理器44可以是可商购获得的或定制处理器、中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、与控制器34相关联的几个处理器中的辅助处理器、基于半导体的微处理器(以微芯片或芯片组的形式)、宏处理器、它们的组合，或通常用于执行指令的设备。计算机可读存储设备或介质46可包括例如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和保持激活存储器(KAM)中的易失性和非易失性存储装置。KAM为在处理器44断电时可用于存储各种操作变量的持久性或非易失性存储器。可使用若干存储器设备，诸如PROM(可编程只读存储器)、EPROM(电PROM)、EEPROM(电可擦除PROM)、闪存存储器、或能够存储数据的另一种电、磁、光或组合存储器设备实现计算机可读存储设备或介质46，其中一些表示由控制器34用于控制车辆10的可执行指令。
指令可包括一个或多个独立程序，每个程序包括用于实现逻辑功能的可执行指令的有序列表。当由处理器44执行时，该指令接收和处理来自传感器系统28的信号，执行用于自动控制车辆10的部件的逻辑、计算、方法和/或算法，并向致动器30产生控制信号以基于逻辑、计算、方法和/或算法自动控制车辆10的部件。尽管图1中示出了单个控制器34，但车辆10的实施方案可以包括若干控制器34，该控制器通过适当的通信介质或通信介质的组合进行通信并协作以处理传感器信号，执行逻辑、计算、方法和/或算法，并产生控制信号以自动控制车辆10的特征。
在各种实施方案中，控制器34的一个或多个指令体现在控制系统98中。车辆10包括用户界面23，该用户界面可为仪表板中的触摸屏。用户界面23与控制器34进行电子通信并且被配置为接收用户(例如，车辆操作员)的输入。因此，控制器34被配置为经由用户界面23从用户接收输入。用户界面23包括被配置为向用户(例如，车辆操作员或乘客)显示信息的显示器。
通信系统36与控制器34通信并且被配置为向和从其它实体48无线传输信息，其它实体诸如但不限于其它车辆(“V2V”通信)、基础设施(“V2I”通信)、远程系统和/或个人设备。在示例性实施方案中，通信系统36为无线通信系统，其被配置为经由使用IEEE 802.11标准的无线局域网(WLAN)或通过使用蜂窝数据通信进行通信。然而，附加的或另选的通信方法，诸如专用短程通信(DSRC)信道，也被认为在本公开的范围内。DSRC信道是指专门设计用于汽车使用和一组对应协议和标准的单向或双向短程到中程无线通信信道。因此，通信系统36可包括用于接收和/或传输信号(诸如协作感测消息(CSM))的一个或多个天线和/或收发器。通信系统被配置为在车辆10和第二车辆之间无线地传送信息I。
图1为控制系统98的示意性框图，该控制系统被配置为控制车辆10。控制系统98的控制器34与制动系统26、推进系统20和传感器系统28进行电子通信。制动系统26包括耦接到一个或多个车轮17的一个或多个制动致动器(例如，制动钳)。在致动时，制动致动器在一个或多个车轮17上施加制动压力以使车辆10减速。推进系统20包括一个或多个推进致动器，用于控制车辆10的推进。例如，如上面所论述的，推进系统20可包括内燃机，并且在这种情况下，推进致动器可为被专门配置为控制内燃机中气流的节气门。传感器系统28与控制器34进行电子通信并且可包括耦接到一个或多个车轮17的一个或多个加速度计(或一个或多个陀螺仪)。加速度计与控制器34进行电子通信并且被配置为测量和监测车辆10的纵向和侧向加速度。传感器系统28可包括被配置为测量一个或多个车轮17的速度(或速率)的一个或多个速度传感器。速度传感器(即，传感器40中的一个)耦接到控制器34并且与一个或多个车轮17进行电子通信。
参考图2，车辆10可包括一个或多个有源空气动力设备60。术语“有源空气动力设备”是指被专门构造成破坏车辆10周围的现有气流模式并且可相对于主体14移动的物理有形结构(诸如扰流器、侧翼、气坝、底座板、导向叶片、翼片)。每个车轮17(图1)都耦接到轮胎，诸如第一轮胎19a(即，左前轮胎)、第二轮胎19b(即，右前轮胎)、第三轮胎19c(即，左后轮胎)和第四轮胎19d(即，右后轮胎)。轮胎位于车辆10的拐角处。图2还示出了轮胎力(即，第一纵向轮胎力Fx1、第一侧向轮胎力Fy1、第二纵向轮胎力Fx2、第二侧向轮胎力Fy2、第三纵向轮胎力Fx3、第三侧向轮胎力Fy3、第四纵向轮胎力Fx4和第四侧向轮胎力Fy4，它们也被称为车辆10拐角处的力)。图2还示出了车辆10的偏航方向ψ。
图3为用于轮胎力估计的方法100的流程图。方法100可由控制器34执行并且在起始框102处开始。然后，方法100前进至框104。框104需要参数定义和初始化。参数定义可存储在非暂态计算机可读存储设备或介质46上并且可包括车辆质量和几何参数pv、惯性和有效半径矩阵(包括轮胎有效滚动半径
Figure BDA0002091955240000081
)、状态观测器中的初始加强状态(轮胎力)
Figure BDA0002091955240000082
纵向力观测器中的内部常数η_i，∈{1,2,3,4}、观测器增益矩阵(诸如每个拐角处的纵向力观测器增益(与车轮速度相关)
Figure BDA0002091955240000083
每个拐角处的纵向力观测器增益矩阵(与加速度和偏航率校正相关)
Figure BDA0002091955240000084
每个拐角处的侧向力观测器增益矩阵(与加速度和偏航率校正相关)
Figure BDA0002091955240000085
在框104之后，方法100前进至框106。
在框106处，控制器34接收传感器测量结果和估计。例如，在框106处，控制器34接收由一个或多个传感器40(例如，加速度计和/或IMU)测量的车辆10的测量的车辆加速度。具体地，控制器34接收车辆10的测量的纵向加速度ax和测量的侧向加速度ay。控制器34还接收由传感器40之一(例如，转向角传感器)测量的方向盘25的测量的方向盘角δ。控制器34还接收由一个或多个传感器40(例如，偏航率传感器、陀螺仪、IMU)测量的车辆10的测量的偏航率r。控制器34还接收由一个或多个传感器40(例如，速度传感器)测量的一个或多个车轮17的测量的车轮速度(ωi,i∈{1,2,3,4})。控制器34接收车辆10所在道路的道路坡度角θr和倾斜角φr(如果有的话)，以校正测量的纵向加速度ax和测量的侧向加速度ay。控制器34从传感器40之一(例如，GPS设备)接收道路坡度角θr和倾斜角φr。在框106处，控制器34还估计若干扭矩，包括每个拐角/轮胎处的制动扭矩Tbi、引擎扭矩、电动马达扭矩、差速器扭矩(诸如中央驱动轴到差速器50的扭矩Tg，以及离合器扭矩Tc(例如，eLSD控制离合器扭矩))。在框106之后，方法100前进至框108。
在框108处，控制器34使用道路坡度角和道路倾斜角来校正测量的纵向加速度ax和测量的侧向加速度ay，以确定车辆10的经校正纵向加速度和经校正侧向加速度。针对加速度测量波动高的过渡区域和砂砾表面上的操纵，使用时间窗口来细化测量的纵向加速度ax和测量的侧向加速度ay。然后，方法100前进至框110。
在框110处，控制器34确定是否满足有关车辆10的每个拐角/轮胎处的经校正纵向加速度、经校正侧向加速度和测量的车轮速度ωij的静止条件。换句话讲，在框110处，如果车辆10的经校正纵向加速度和经校正侧向加速度以及测量的车轮速度ωi中的至少一者等于或小于相应的预先确定的阈值，则方法100返回框104。另一方面，如果车辆10的每个拐角/轮胎处的经校正纵向加速度、经校正侧向加速度和测量的车轮速度ωii中的一者或多者大于相应的预先确定的阈值，则方法100前进至框112。
在框112处，控制器34基于车辆10的旋转部件(例如，车轮17、中央驱动轴12、差速器50的差速器壳52、将差速器50互连到车轮17之一的第一(或右)轴54，以及将差速器50互连到车轮17之一的第二(或左)轴56)的惯性，基于测量的车轮速度ωi和车辆10的测量的或经校正车辆加速度(例如，在框108确定的测量的纵向加速度ax和测量的侧向加速度ay或经校正纵向加速度和经校正侧向加速度)，形成惯性矩阵。如果差速器50为车辆10的后轨道处的eLSD，则控制器34可采用公式(1)和(2)来计算惯性矩阵的惯性分量：
Figure BDA0002091955240000091
Figure BDA0002091955240000092
针对左后轮胎19c和右后轮胎19d(2)
其中：
Id为差速器壳的惯性矩；
Iin为中央驱动轴12的惯性矩；
Figure BDA0002091955240000093
为输入轴的惯性矩(至eLSD)；
It3，It4为后eLSD侧轴的惯性矩；
Figure BDA0002091955240000094
为从eLSD到第三车轮17c和第四车轮17d的左后轴和右后轴(即，第一轴54和第二轴56)的惯性矩；并且
n为eLSD齿轮比。
如上所述，基于车轮17、差速器壳52、中央驱动轴12和从差速器50(例如，eLSD或开放式差速器)到第三车轮17c和第四车轮17d的右轴/左轴(即，第一轴54和第二轴56)等的惯性形成惯性矩阵。形成增益矩阵并且并入最新的高滑差率条件用于任何增益更新。该算法检测饱和条件以分配自适应观测器增益。饱和检测的阈值根据驾驶条件而变化。在框112处，控制器34形成离散系统、惯性和输入矩阵(具有增强的车轮速度和力状态)。生成一般化力估计结构的离散系统矩阵和增强状态。离散化是通过精确解的步长不变性完成的。在框112之后，方法100前进至框114。
在框114处，控制器34使用惯性矩阵来计算车辆10的拐角处的扭矩。为了这样做，控制器34采用公式(3)、(4)和(5)：
Figure BDA0002091955240000101
Figure BDA0002091955240000102
Figure BDA0002091955240000103
其中：
Tg为从传动系统22到中央驱动轴12的估计输出扭矩；
Tc为估算的差速器离合器58的离合器扭矩(例如，eLSD离合器扭矩)；
ω3为第三车轮17c的测量的车轮速度；
ω4为第四车轮17d的测量的车轮速度；
n为eLSD齿轮比；
It3，It4为后eLSD侧轴的惯性矩；
Figure BDA0002091955240000104
输入轴(至eLSD)惯性的惯性矩；
Figure BDA0002091955240000105
分别为第一轮胎19a、第二轮胎19b、第三轮胎19c和第四轮胎19d处的制动扭矩；
Figure BDA0002091955240000106
分别为第一轮胎19a、第二轮胎19b、第三轮胎19c和第四轮胎19d处的拐角扭矩。
如上所述，车辆10拐角处的扭矩包括第一轮胎19a处的第一拐角扭矩
Figure BDA0002091955240000107
第二轮胎19b处的第二拐角扭矩
Figure BDA0002091955240000108
第三轮胎19c处的第三拐角扭矩
Figure BDA0002091955240000109
和第四轮胎19d处的第四拐角扭矩
Figure BDA00020919552400001010
根据公式(3)、(4)和(5)，根据第一轮胎19a处的第一制动扭矩
Figure BDA00020919552400001011
计算第一拐角扭矩
Figure BDA00020919552400001012
根据第二轮胎19b处的第二制动扭矩
Figure BDA00020919552400001013
计算第二拐角扭矩
Figure BDA00020919552400001014
根据惯性矩阵(例如，输入轴(到eLSD)惯性的惯性矩
Figure BDA00020919552400001015
)，计算第三拐角扭矩
Figure BDA00020919552400001016
并且根据惯性矩阵(例如，输入轴(到eLSD)惯性的惯性矩
Figure BDA0002091955240000111
)，计算第四拐角扭矩
Figure BDA0002091955240000112
由扭矩生成模块(框114)基于动力传输和致动器扭矩来估计拐角扭矩。可重构扭矩生成结构有利于将轮胎力估计器用于各种动力总成配置(FWD/RWD/AWD)和致动器类型(内燃机、电动马达、开放式差速器、eLSD等)。使用来自致动器和传动器的近似输出扭矩(例如，从传动系统22到中央驱动轴12，以及eLSD情况下的离合器扭矩)来形成输入矩阵。在每个拐角处具有模块化估计器的所开发的观测器解决来自引擎、中央驱动轴12、开放式差速器轴和eLSD离合器处的估计的扭矩中的不确定性。在框114之后，方法100前进至框116。
在框116处，控制器34通过使用虚拟车轮速度估计器和车辆平面动力学来形成增强状态矩阵。为了这样做，控制器34可采用公式(6)、(7)和(8)：
Figure BDA0002091955240000113
Figure BDA0002091955240000114
Figure BDA0002091955240000115
其中：
Figure BDA0002091955240000116
针对q∈{5,6}；
Figure BDA0002091955240000117
i∈{1,2,3,4}；
Figure BDA0002091955240000118
为每个拐角处的虚拟车轮速度；
ωi为每个拐角处的测量的车轮速度；
每个拐角处的总扭矩
Figure BDA0002091955240000119
是从(3)-(5)获得的；
Figure BDA00020919552400001110
为(每个拐角处的)车轮17的惯性矩；
Figure BDA00020919552400001111
为轮胎的有效滚动半径；
ηi为纵向力观测器的内部常数(输入观测器增益之一)；
Figure BDA0002091955240000121
为每个拐角处与车轮速度相关的纵向力观测器增益(输入观测器增益之一)；
Figure BDA0002091955240000122
为每个拐角处的车轮速度；
m为车辆总质量；
Figure BDA0002091955240000123
为车辆CG处的总偏航矩；
Figure BDA0002091955240000124
为每个拐角处(与加速度和偏航率校正相关)的纵向力观测器增益矩阵；
Figure BDA0002091955240000125
为每个拐角处(与加速度和偏航率校正相关)的侧向力观测器增益矩阵；
Figure BDA0002091955240000126
为每个拐角/轮胎处的估计纵向轮胎力；并且
Figure BDA0002091955240000127
为每个拐角/轮胎处的估计侧向轮胎力。
如以上公式中所述，车辆的拐角处的虚拟车轮速度根据车辆10的拐角处的扭矩进行计算。在框118处，控制器34根据虚拟车轮速度
Figure BDA0002091955240000128
确定车辆10拐角处的纵向轮胎力和侧向轮胎力
Figure BDA0002091955240000129
控制器34基于在框116处所测量的车辆加速度、所测量的偏航率、所测量的车轮速度和惯性矩阵来估计车辆10的轮胎力。
具有动态力的增强状态矢量可被定义为：
Figure BDA00020919552400001210
其中：
Figure BDA00020919552400001211
为车辆10的每个拐角处的虚拟车轮速度；
Figure BDA00020919552400001212
为第一轮胎19a处的估计纵向轮胎力；
Figure BDA00020919552400001213
为第二轮胎19b处的估计纵向轮胎力；
Figure BDA00020919552400001214
为第三轮胎19c处的估计纵向轮胎力；
Figure BDA00020919552400001215
为第四轮胎19d处的估计纵向轮胎力；
Figure BDA00020919552400001216
为车辆10的每个前轮胎(第一轮胎19a和第二轮胎19b)处的估计侧向轮胎力；
Figure BDA00020919552400001217
为车辆10的每个后轮胎(第一轮胎19c和第二轮胎19d)处的估计侧向轮胎力；并且
Figure BDA00020919552400001218
为在每个时间步骤估计的增强状态矢量。
具有同时校正/观察的直接估计器公式被定义为：
Figure BDA0002091955240000131
其中：
Figure BDA0002091955240000132
为增强状态矢量；
Ac为连续时间状态矩阵；并且
Bc为连续时间输入矩阵。
在框116处，由于是状态矩阵的形式，具有同时校正/观察的新增强状态和直接估计器公式在计算上是有效率的。通过使用扰动观测器、车轮动力学和纵向/侧向动态模型，对车轮速度、IMU数据(加速度和偏航率)进行观察。观测器增益分配定义对模型或测量(车轮速度和加速度)的依赖顺序。增益变化基于高滑差率状态以避免在苛刻操纵的过渡区域期间的波动(由非线性/扰动引起)。在框116之后，方法100前进至框118。
在框118处，控制器34采用输入和线性观测器。每个拐角(轮胎)处的车辆平面动力学、车轮动态和输入观测器被组合，以确保低激励区域和高激励区域中的可靠估计。具体地，控制器34利用公式(11)-(16)定义的惯性、增益和模型输入矩阵，形成连续时间状态矩阵Ac和连续时间状态矩阵Bc：
Figure BDA0002091955240000133
Figure BDA0002091955240000134
Figure BDA0002091955240000135
Figure BDA0002091955240000141
Figure BDA0002091955240000142
Figure BDA0002091955240000143
Figure BDA0002091955240000144
Figure BDA0002091955240000145
Figure BDA0002091955240000146
公式(11)-(16)为变换输入/输出形式的系统矩阵。在框118处，使用公式(17)对连续时间状态矩阵Ac和连续时间状态矩阵Bc进行离散化：
Figure BDA0002091955240000147
其中：
Ac,Ad分别为连续时间状态矩阵和离散时间状态矩阵；并且
Bc,Bd分别为连续时间输入矩阵和离散时间输入矩阵。
在框118处，控制器34然后使用直接输入观测器估计增强状态(纵向力和侧向力
Figure BDA0002091955240000148
)和虚拟车轮速度
Figure BDA0002091955240000149
在框118之后，方法100前进至框120。
在框120处，控制器34确定是否满足有关饱和条件的持久性标准。为此，控制器34检查持久性标准(通过时间窗口)以移除短期异常值并避免不正确的增益分配。另外，控制器34可检测饱和条件(通过车轮速度/加速度获得)和激励水平(转向和加速度测量)。换句话讲，控制器34在饱和条件下分别确定轮胎力是否小于或大于最大阈值和最小阈值。如果不满足持久性标准，则控制器34前进至框122。在框122处，控制器34对每个拐角处的轮胎力进行过滤。另一方面，如果满足持久性标准，则方法100前进至框124。在框124处，控制器34将估计的虚拟车轮速度(公式(6))传递到估计器(即，公式(7)和(8))。在框124之后，方法100前进至框126和框130。
在框126处，对每个拐角的增强状态和系统矩阵进行重新初始化。在框130处，使用以上公式确定轮胎力
Figure BDA0002091955240000151
和
Figure BDA0002091955240000152
在框126之后，方法100前进至框128。由直接(离散化)估计器公式来估计每个拐角的纵向力，并且细化可变观测器增益以在大型转向操纵或低激励情况下具有可靠的估计，并且避免由苛刻的制动/加速产生的振荡。
在框128处，控制器34等待下一采样数据(即，在框106处收集的数据)并返回到框106。在框130之后，方法100前进至框132。在框132处，控制器34使用纵向轮胎力
Figure BDA0002091955240000153
或侧向轮胎力
Figure BDA0002091955240000154
(通过有源前/后转向)来控制车辆10。例如，控制器34可以基于估计的每个拐角处的轮胎力
Figure BDA0002091955240000155
和车辆10的轴侧向力
Figure BDA0002091955240000156
控制一个或多个致动器设备42(例如，有源气动设备60、牵引/稳定控制系统、推进系统20、传动系统22、转向系统24和/或制动系统26)。
具体实施方式和附图是对本教导内容的支持性描述，但本教导内容的范围仅由权利要求书限定。虽然已详细描述了用于执行本教导内容的一些最佳模式和其它实施方案，但存在用于实践所附权利要求书中所限定的本教导内容的各种另选的设计和实施方案。

Claims (10)

1.一种用于估计车辆轮胎力的集成方法，所述集成方法包括：
由车辆的控制器接收所述车辆的测量的车辆加速度；
由所述控制器接收所述车辆的测量的车轮速度；
由所述控制器接收所述车辆的测量的偏航率；
由所述控制器基于所述车辆的旋转部件的惯性，基于所测量的车轮速度和所测量的车辆加速度，形成惯性矩阵；
使用所述惯性矩阵计算所述车辆的拐角处的扭矩；
基于所测量的车辆加速度、所测量的偏航率、所测量的车轮速度和所述惯性矩阵来估计所述车辆的轮胎力；以及
由所述控制器基于所述多个估计的轮胎力来控制所述车辆。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所测量的车辆加速度为所述车辆的测量的纵向加速度，并且所述方法还包括由所述控制器接收所述车辆的测量的侧向加速度。
3.根据权利要求2所述的方法，所述方法还包括由所述控制器接收道路倾斜角和道路坡度角。
4.根据权利要求3所述的方法，所述方法还包括使用所述道路坡度角和所述道路倾斜角来校正所测量的纵向加速度和所测量的侧向加速度，以确定所述车辆的校正的纵向加速度和所述车辆的校正的侧向加速度。
5.根据权利要求4所述的方法，其中：
所述旋转部件包括所述车辆的多个车轮；
所述多个车轮包括第一车轮、第二车轮、第三车轮和第四车轮；
所述车辆包括耦接到传动系统的中央驱动轴和耦接到所述中央驱动轴的电子限滑差速器(eLSD)；
所述eLSD包括差速器壳和耦接到所述差速器壳的离合器；
所述车辆包括将所述eLSD和所述第四车轮互连的第一轴；
所述车辆包括将所述eLSD和所述第三车轮互连的第二轴；
由所述控制器形成所述惯性矩阵包括：
确定所述差速器壳和所述离合器的惯性矩；以及
根据所述差速器壳和所述离合器的所述惯性矩来确定所述第三车轮和所述第四车轮的惯性矩。
6.根据权利要求5所述的方法，其中：
所述车辆包括多个轮胎；
所述多个轮胎包括第一轮胎、第二轮胎、第三轮胎和第四轮胎；
所述车辆的所述拐角处的所述扭矩包括所述第一轮胎处的第一拐角扭矩、所述第二轮胎处的第二拐角扭矩、所述第三轮胎处的第三拐角扭矩以及所述第四轮胎处的第四拐角扭矩；
根据所述第一轮胎处的第一制动扭矩来计算所述第一拐角扭矩；
根据所述第二轮胎处的第二制动扭矩来计算所述第二拐角扭矩；
根据所述惯性矩阵来计算所述第三拐角扭矩；并且
根据所述惯性矩阵来计算所述第四拐角扭矩。
7.根据权利要求6所述的方法，所述方法还包括根据所述车辆的所述拐角处的所述扭矩来估计所述车辆的所述拐角处的所述虚拟车轮速度。
8.根据权利要求7所述的方法，所述方法还包括根据所述虚拟车轮速度来确定所述车辆的所述拐角处的纵向轮胎力和侧向轮胎力。
9.根据权利要求8所述的方法，所述方法还包括使用所述车辆的所述拐角处的所述虚拟车轮速度以及所述车辆的所述拐角处的所述纵向轮胎力和侧向轮胎力来形成增强状态矩阵。
10.根据权利要求9所述的方法，所述方法还包括对所述车辆的所述拐角处的所述纵向轮胎力和侧向轮胎力进行过滤。
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