CN112277929A - 一种车辆车轮滑转率控制方法、装置、车辆及存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种车辆车轮滑转率控制方法、装置、车辆及存储介质，具体为获取目标滑转率与车轮轮心速度；根据车轮轮心速度和目标滑转率确定目标轮速；根据目标轮速和实际轮速确定车辆车轮的目标驱动/制动扭矩。通过这样的设计方式能够实现以简化参考车速估算的方式，达到对车轮滑转率的控制目标。

Description

一种车辆车轮滑转率控制方法、装置、车辆及存储介质

技术领域

本申请实施例涉及自动驾驶技术，尤其涉及一种车辆车轮滑转率控制方法、装置、车辆及存储介质。

背景技术

车辆车轮滑转率的稳定控制是车辆实现驱动防滑控制和制动防抱死控制等功能的基础。目前，大多数企业或研究机构利用状态估计或传感器测量等方式获得车辆参考车速和车轮实际滑转率，并通过反馈控制方式实现车轮滑转率的稳定控制，以满足驱动防滑和制动防抱死控制功能要求。现有技术中，为简化参考车速估算在控制算法中的重要程度，一些解决方案忽略了参考车速的估计算法，另一些通过成本较高的车速传感器或全球定位系统(Global Positioning System，GPS)等设备解决车速估计问题的方案又不具备量产条件。

发明内容

为了解决上述至少一个技术问题，本申请实施例提供了以下方案。

第一方面，本申请实施例还提供了一种车辆车轮滑转率控制方法，该方法包括：

获取目标滑转率与车轮轮心速度；

根据车轮轮心速度和目标滑转率确定目标轮速；

根据目标轮速和实际轮速确定车辆车轮的目标驱动/制动扭矩。

第二方面，本申请实施例还提供了一种车辆车轮滑转率控制装置，该装置包括：

获取模块，用于获取目标滑转率与车轮轮心速度；

确定模块，用于根据车轮轮心速度和目标滑转率确定目标轮速；

确定模块，还用于根据目标轮速和实际轮速确定车辆车轮的目标驱动/制动扭矩。

第三方面，本申请实施例还提供了一种车辆，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，当处理器执行计算机程序时，实现如本申请任意实施例提供的车辆车轮滑转率控制方法。

第四方面，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现如本申请任意实施例提供的车辆车轮滑转率控制方法。

本申请实施例提供一种车辆车轮滑转率控制方法、装置、车辆及存储介质，具体为获取目标滑转率与车轮轮心速度；根据车轮轮心速度和目标滑转率确定目标轮速；根据目标轮速和实际轮速确定车辆车轮的目标驱动/制动扭矩。通过这样的设计方式能够实现以简化参考车速估算的方式，达到对车辆车轮滑转率的控制目标。

附图说明

图1为本申请实施例中的一种车辆车轮滑转率控制方法流程图；

图2是本申请实施例中的获取目标滑转率稳定性的充分条件的方法流程图；

图3是本申请实施例中的不同路面附着系数下目标滑转率的示意图；

图4是本申请实施例中的车辆车轮滑转率控制装置的结构示意图；

图5是本申请实施例中的车辆结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。

另外，在本申请实施例中，“可选地”或者“示例性地”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“可选地”或者“示例性地”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“可选地”或者“示例性地”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

图1为本申请实施例提供的一种车辆车轮滑转率控制方法，该方法可以应用于车辆中，以满足车辆车轮的滑转率控制目标，如图1所示，该方法包括：

S101、获取目标滑转率与车轮轮心速度。

示例性地，本申请实施例中获取目标滑转率的实现方式可以包括根据目标滑转率稳定性的充分条件确定目标滑转率。

可选地，本申请实施例可以应用于分布式四驱电动汽车中，那么本步骤中的车轮轮心速度也可以理解为多个车轮各自的轮心速度值。

S102、根据车轮轮心速度和目标滑转率确定目标轮速。

示例性地，本申请实施例中可以通过第一公式结合车轮轮心速度和目标滑转率确定目标轮速，例如，第一公式可以包括

V_w0，i＝v_x，i(1+λ_0，i) (1)

其中，λ_0，i为目标滑转率，v_x，i为车轮轮心速度(m/s)，v_w0，i为目标轮速(m/s)。

可以理解的是，在分布式四驱电动汽车中，上述车轮轮心速度、目标滑转率和目标轮速可以是分别针对不同车轮计算确定的，即公式(1)中下标i的取值范围可以为1～4。

S103、根据目标轮速和实际轮速确定车辆车轮的目标驱动/制动扭矩。

获取车辆的目标轮速后，可以通过比例—积分反馈控制的方式，根据目标轮速和实际轮速确定目标驱动/制定扭矩，从而实现多轮驱动车辆的车轮滑转率的稳定控制。

本申请实施例提供了一种车辆车轮滑转率控制方法，该方法包括获取目标滑转率与车轮轮心速度；根据车轮轮心速度和目标滑转率确定目标轮速；根据目标轮速和实际轮速确定车辆车轮的目标驱动/制动扭矩。通过这样的设计方式能够实现以简化参考车速估算的方式，达到对车辆车轮滑转率的控制目标。

如图2所示，在一种示例中，获取上述步骤S101中目标滑转率稳定性的充分条件的实现方式可以包括但不限于以下步骤：

S201、在车轮滑转状态下，确定单轮驱动系统状态方程。

示例性地，可以根据比例—积分(Proportion-Integral，PI)反馈控制器设计得到单轮目标扭矩，进而在车轮滑转状态下，基于单轮目标扭矩得到单轮驱动系统状态方程。

下面以具体示例对本步骤进行详细描述。

例如，以单轮为对象，设车轮滑转率为λ_i，其计算方式如下：

其中，v_x，i为车辆参考车速(m/s)，v_w，i为车辆单个车轮的实际轮速(m/s)，i的取值可以为1，2，3，4，其分别对应左前轮、右前轮、左后轮、右后轮，λ_i为单个车轮的实际滑转率。

假设车轮滑转率与车轮驱动/制动扭矩和纵向驱动/制动刚度有关，如以下公式

其中，T_i为车轮驱动/制动扭矩(Nm)，D_i为车轮纵向驱动刚度(Nm)。

那么根据上述公式(1)、(2)即可确定单轮参考车速与车轮制动扭矩、纵向刚度以及单轮轮速之间的关系为

需要说明的是，对于单轮而言，上述公式(4)中推导得到的参考车速与轮心速度相同，即单轮的轮心速度也可以通过上述公式(4)表示。

单轮滑转率控制的目标轮速可以根据轮心速度和目标滑转率计算得到，例如，通过以下公式计算：

v_w0，i＝v_x，i(1+λ_0，i) (5)

其中，λ_0，i为目标滑转率，v_x，i为轮心速度，v_w0，i为目标轮速，结合公式(1)可以确定，单轮目标轮速与多轮目标轮速的计算原理相同。

进而采用PI反馈控制实现对车轮滑转率的控制，具体实现方式如以下公式所示：

T_i＝k_P(v_w0，i-v_w，i)+k_I∫(v_w0，i-v_w，i) (6)

其中，T_i为单轮制动扭矩(Nm)，K_P为比例控制系数，K_I为微分控制系数，通过上述公式即可得到单轮目标驱动/制动扭矩，从而实现对车轮滑转率的稳定控制。

进一步地，假设车轮作用力仅包括驱动力和地面反作用力，那么单轮的系统状态方程可以设计为

上述公式中，J_w，i为车轮转动惯量(kgm²)，

为车轮角加速度(rad/s²)，且

F_x，i为地面对车轮的作用力(N)，r_i为车轮滚动半径(m)。

在车轮处于打滑状态或抱死状态时，地面对车轮的作用力与车轮载荷和地面附着系数相关，例如，

F_x，i＝μ_iF_z，i (8)

式中，μ_i为车轮与地面间的附着系数，F_z，i为车轮当前载荷(N)。

根据公式(4)、(5)以及轮速与车轮角速度w_i之间的关系

可以推导出目标轮速与实际轮速之间的差值，即

进一步，将公式(9)代入公式(6)，即根据PI反馈控制设计，得到的单轮目标制动扭矩为

即

那么，在车轮滑转状态下，即可根据公式(7)、(8)、(11)得到单轮驱动系统状态方程为

上述式中的目标滑转率λ_0，i可以理解为控制标定量，车轮角速度w_i(rad/s)可以理解为状态量。

S202、根据单轮驱动系统的状态方程和李雅普诺夫函数确定系统稳定方程。

示例性地，本步骤的实现方式可以包括但不限于以下步骤：

步骤一：将单轮驱动系统的状态方程变换为系统状态方程组。例如，

其中，θ_i为车轮转角(rad)，

表示中间状态。

步骤二：根据李雅普诺夫函数确定系统稳定条件。

例如，构建李雅普诺夫函数为

那么在

这一条件下时，系统稳定。

步骤三：根据系统状态方程组和系统稳定条件确定系统稳定方程。

将公式(13)代入系统稳定条件中，即可确定系统稳定方程为：

S203、对系统稳定方程进行转换，将转换后的方程作为目标滑转率稳定性的充分条件。

设定车轮系统仅考虑车轮转速w的稳定性，不考虑车轮转角θ的稳定性，在驱动状态下，车轮转速和转角分别满足w_i＞0和θ_i＞0。在系统稳定条件下，即

时，可以将系统稳定方程转换得到

此时，系统稳定。

进一步地，对于标定参数

上述公式(16)可以转换为

另外，由于车轮转角θ是车轮转速的积分累计值，其数值较大，因此，可以将

项忽略，那么目标滑转率稳定性的充分条件可以表示为

假设μ_m，i＝1，λ_m，i＝0.15，即

为高附着路径最佳滑转率15％对应的纵向驱动刚度，根据公式(18)计算不同路面附着系数的单轮滑转率稳定控制所要求的最大目标滑转率值，如图3所示。

在车轮处于滑转状态下时，由于车轮利用附着系数接近于真实的路面附着系数，即说明在车轮滑转状态下，目标滑转率与车轮利用附着系数相关。在此基础上，即可以将步骤S101中，根据目标滑转率稳定性的充分条件确定目标滑转率的实现方式转变为，根据车轮利用附着系数从图3中确定目标滑转率。

示例性地，针对四驱电动汽车，获取其各单轮利用附着系数的实现方式可以包括通过车轮纵向力和垂向力确定，比如：

其中，μ_i为各车轮利用附着系数，F_z，i为车轮垂向力，F_x，i为车轮纵向力。

可选地，可以通过以下公式获取上述各车轮垂向力，例如：

上式中，m为车辆质量(kg)，l_a为车辆质心到前轴距离(m)，l_b为车辆质心到后轴距离(m)，h_g为质心高度(m)，a_x为传感器测得的车辆横向加速度(m/s²)，a_y为传感器测得的车辆纵向加速度(m/s²)，t_w为轮距(m)。

示例性地，可以根据车轮角加速度和车轮驱动力矩，利用平衡方程计算得到单个轮胎纵向力。可选地，可以对车轮加速度信号进行最大值限制，以防止车轮纵向力估计过高。其中，车轮纵向力的估算平衡方程可以包括：

上式这，J_w，i为车轮转动惯量(kgm²)，a_w，i为车轮加速度(m/s²)，r_w，i为车轮滚动半径(m)，F_x，i为车轮纵向力(N)，T_b，i为车轮液压制动扭矩(Nm)，T_d，i为车轮电机扭矩(Nm)。

在一种示例中，上述步骤S101中获取车轮轮心速度的实现方式可以包括确定车辆设定车速，该设定车速为车辆后轴中点速度的最小值，根据设定车速确定车辆轮心速度。

示例性地，基于如下公式即可得到四驱电动汽车中四轮刚度转化后的速度，例如：

其中，下标i的取值可以分别为1、2、3、4，对应左前轮、右前轮、左后轮、右后轮。

由于转向工况下不同车轮的转弯轨迹不同，导致轮速存在一定差异，因此，需要将不同轮速通过运动学关系

转换为后轴中点速度，以弥补转向误差，具体转换关系如下：

上式中，V_xi，RC为轮速转换到后轴中点的速度(m/s)，t_w表示轮距(m)，γ表示车辆横摆角速度(rad/s)，δ表示前轮转角(rad)。

那么设定车速可以为，

v_x＝min(v_x1，RC，v_x2，RC，v_x3，RC，v_x4，RC) (30)

示例性地，可以通过以下方式确定各车轮轮心速度，比如，

在一种示例中，上述步骤S103中通过比例—积分反馈控制的方式确定目标驱动/制动扭矩的实现方案可以如公式(6)所示。

图4为本申请实施例提供的一种车辆车轮滑转率控制装置，如图4所示，该装置可以包括：获取模块401、确定模块402；

其中，获取模块，用于获取目标滑转率与车轮轮心速度；

确定模块，用于根据车轮轮心速度和目标滑转率确定目标轮速；

确定模块，还用于根据目标轮速和实际轮速确定车辆车轮的目标驱动/制动扭矩。

在一种示例中，获取模块，用于根据目标滑转率稳定性的充分条件确定目标滑转率。

可选地，获取模块可以包括确定单元和转换单元；

确定单元，用于在车轮滑转状态下，确定单轮驱动系统状态方程，以及，根据单轮驱动系统状态方程和李雅普诺夫函数确定系统稳定方程；

转换单元，用于对系统稳定方程进行转换，将转换后的方程作为目标滑转率稳定性的充分条件。

示例性地，上述确定单元，可以用于将单轮驱动系统的状态方程变换为系统状态方程组；根据李雅普诺夫函数确定系统稳定条件；以及，根据系统状态方程组和系统稳定条件确定系统稳定方程。

在一种示例中，上述获取模块，还用于确定车辆设定车速，该设定车速为车辆后轴中点速度的最小值，以及，根据设定车速确定车轮轮心速度。

在一种示例中，上述确定模块，用于通过第一公式根据车轮轮心速度和目标滑转率确定目标轮速；

其中，第一公式包括V_w0，i＝v_x，i(1+λ_0，i)，λ_0，i为目标滑转率，v_x，i为车轮轮心速度，v_w0，i为目标轮速。

在一种示例中，确定模块，用于通过比例—积分反馈控制根据目标轮速和实际轮速确定车辆车轮的目标驱动/制动扭矩。

上述车辆车轮滑转率控制装置可以实现图1、图2所提供的车辆车轮滑转率控制方法，具备执行方法相应的器件和有益效果。

图5为本申请实施例5提供的一种车辆的结构示意图，如图5所示，该车辆包括处理器501、存储器502、输入装置503和输出装置504；车辆中处理器的数量可以是一个或多个，图5中以一个处理器为例；车辆中的处理器、存储器、输入装置和输出装置可以通过总线或其他方式连接，图5中以通过总线连接为例。

存储器作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本申请图1中的车辆车轮滑转率控制方法对应的程序指令/模块(例如，车辆车轮滑转率控制装置中的获取模块401、确定模块402)。处理器通过运行存储在存储器中的软件程序、指令以及模块，从而执行设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的车辆车轮滑转率控制方法。

存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器可进一步包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至设备/终端/服务器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

输入装置可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与车辆的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置可包括显示屏等显示设备。

本申请实施例还提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，该计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行一种车辆车轮滑转率控制方法，该方法包括：

获取目标滑转率与车轮轮心速度；

根据车轮轮心速度和目标滑转率确定目标轮速；

根据目标轮速和实际轮速确定车辆车轮的目标驱动/制动扭矩。

通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本申请可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory,RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述的方法。

值得注意的是，上述车辆车轮滑转率控制装置中所包括的模块只是按照功能逻辑进行划分，但并不局限于上述的划分方式，只要能够实现相应的功能即可；另外，电子控制模块等模块的具体名称也只是为了便于区分，并不用于限制本申请的保护范围。

注意，上述仅为本申请的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本申请不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本申请的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种车辆车轮滑转率控制方法，其特征在于，包括：

获取目标滑转率与车轮轮心速度；

根据所述车轮轮心速度和所述目标滑转率确定目标轮速；

根据所述目标轮速和实际轮速确定车辆车轮的目标驱动/制动扭矩。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取所述目标滑转率，包括：

根据目标滑转率稳定性的充分条件确定所述目标滑转率。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，获取所述目标滑转率稳定性的充分条件，包括：

在车轮滑转状态下，确定单轮驱动系统状态方程；

根据所述单轮驱动系统状态方程和李雅普诺夫函数确定系统稳定方程；

对所述系统稳定方程进行转换，将转换后的方程作为目标滑转率稳定性的充分条件。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据单轮驱动系统的状态方程和李雅普诺夫函数确定系统稳定方程，包括：

将所述单轮驱动系统的状态方程变换为系统状态方程组；

根据所述李雅普诺夫函数确定系统稳定条件；

根据所述系统状态方程组和所述系统稳定条件确定系统稳定方程。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取所述车轮轮心速度，包括：

确定车辆设定车速，所述设定车速为车辆后轴中点速度的最小值；

根据所述设定车速确定车轮轮心速度。

6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述根据所述车轮轮速和所述目标滑转率确定目标轮速，包括：

通过第一公式根据所述车轮轮速和所述目标滑转率确定目标轮速；

其中，所述第一公式包括V_w0，i＝v_x，i(1+λ_0，i)，λ_0，i为目标滑转率，v_x，i为车轮轮速，v_w0，i为目标轮速。

7.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标轮速和实际轮速确定车辆车轮的目标驱动/制动扭矩，包括：

通过比例—积分反馈控制根据所述目标轮速和实际轮速确定车辆车轮的目标驱动/制动扭矩。

8.一种车辆车轮滑转率控制装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取目标滑转率与车轮轮心速度；

确定模块，用于根据所述车轮轮心速度和所述目标滑转率确定目标轮速；

所述确定模块，还用于根据所述目标轮速和实际轮速确定车辆车轮的目标驱动/制动扭矩。

9.一种车辆，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如权利要求1-7任一项所述的车辆车轮滑转率控制方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1-7任一项所述的车辆车轮滑转率控制方法。

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