CN115243907A - 使用独立致动车轮实现主动悬架的方法和系统 - Google Patents

使用独立致动车轮实现主动悬架的方法和系统 Download PDF

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Abstract

提供了用于控制具有车轮的车辆的运动的控制系统。该控制系统包括：悬架单元，其被配置为支承车轮，所述车轮分别由油门控制的马达驱动；一组传感器，其被配置为检测车辆的运动，其中，运动由车辆的抬升值、俯仰值和滚动值表示；分配模块，其与传感器连接，其被配置为生成和发送所分配的油门信号到油门，以便通过解决与运动相关的优化问题最小化运动；以及马达控制单元，其被配置为根据所分配的油门信号驱动每个马达。

Description

使用独立致动车轮实现主动悬架的方法和系统
技术领域
本发明总体涉及使用单独致动车轮而无须添加致动器(即，主动悬架)实现底盘运动减少的方法。
背景技术
主动悬架是由于道路表面不平坦而减少车辆底盘的运动的一种类型的车辆悬架。主动悬架使用致动器，致动器响应于道路表面重新配置悬架。例如，主动悬架可以使用线性马达向上或向下移动车轮，以减少在坑洞上方驾驶的影响。主动悬架提供了改善的驾驶舒适性，但是需要专用致动器硬件，这可能是昂贵的。
抗抬升和抗后沉悬架是由于车辆的加速度和/或减速度而减少车辆底盘的运动的多种类型的车辆悬架。当车辆加速时，惯性导致车辆俯仰，从而导致前端抬升和后端后沉。对于后轮驱动车辆，抗后沉悬架使用倾斜悬架杆将后轮产生的某些牵引力重定向成垂直力，以抵消后端的后沉。因此，命名为“抗后沉”悬架。对于前轮驱动车辆，抗抬升悬架使用倾斜悬架杆对抗前端在加速期间的自然抬升。因此，命名为“抗抬升”悬架。悬架的抗抬升/后沉特征是悬架设计的几何形状的结果，并且仅需要标准(被动)硬件。专门为抗抬升/后沉特征设计的悬架在商用车辆中是通用的。
发明内容
当前公开的一些实施方式是基于以下认识的：未来(例如，电动)车辆将采用(例如，4个)独立马达独立地驱动每个车轮，而不是采用一起驱动2个或4个车轮的单个马达/引擎。本发明可以提供车辆悬架和独立驱动车轮的抗抬升/后沉特征，以提供主动悬架的效果，而无需任何附加硬件(除了独立致动每个车轮的各个马达外)。本发明是基于以下认识的：当车轮被独立驱动时，车辆底盘上的垂直力可以通过抗抬升/后沉悬挂力来操纵。例如，当前轮进入坑洞时，驾驶越过坑洞的车辆将首先向前俯仰。通过在前轮上施加牵引力并且在后轮上施加制动力，可以通过产生向后俯仰来抵消这种向前俯仰。当后轮进入坑洞时，可以施加相反的力。通过使用车辆悬架中已经存在的硬件特征(抗抬升/后沉)和预测将来会被采用的另一个硬件特征(独立驱动车轮)，本发明产生由主动悬架提供的驾驶舒适性的改善，但是无需任何附加硬件。
根据本公开的实施方式，提供了一种控制具有车轮的车辆的运动的控制系统。该控制系统可以包括：悬架单元，其被配置为支承车轮，所述车轮分别通过由油门控制的马达驱动；一组传感器，其被配置为检测(测量)车辆的运动，其中，运动由车辆的抬升值、俯仰值和滚动值表示；分配模块，其与传感器连接，其被配置为生成/计算并且发送所分配的油门信号到油门，以通过解决与运动相关的优化问题来最小化运动；以及马达控制单元，其被配置为根据所分配的油门信号经由油门驱动各个马达。
此外，一些实施方式可以提供一种控制具有车轮的车辆的运动的方法。在这种情况下，悬架单元被配置为支承车轮，并且该方法包括分别通过由油门控制的马达驱动车轮；使用一组传感器测量车辆的运动，其中，运动通过车辆的抬升值、俯仰值和滚动值表示；计算并且发送所分配的油门信号到油门，以通过解决与运动相关的优化问题来最小化运动；并且根据所分配的油门信号经由油门驱动各个马达。
目前公开的实施方式将参考附图被进一步解释。所示的附图不必须是按比例的，而是重点通常放在说明当前公开的实施方式的原理上。
附图说明
[图1]
图1示出了根据本公开的实施方式的用于描述车辆的运动的定义的图。
[图2]
图2示出了根据本公开的实施方式的致动器控制系统。
[图3A]
图3A示出了根据本公开的实施方式的车辆的前悬架的受力分析图。
[图3B]
图3B示出了根据本公开的实施方式的车辆的前悬架的受力分析图。
[图4A]
图4A示出了根据本公开的实施方式的车辆的后悬架的受力分析图。
[图4B]
图4B示出了根据本公开的实施方式的车辆的后悬架的受力分析图。
[图5]
图5是根据本公开的实施方式的用于说明牵引力分配如何产生车辆的抬升的示意图。
[图6]
图6是根据本公开的实施方式的用于说明牵引力分配如何产生车辆的俯仰的示意图。
[图7]
图7示出了根据本公开的实施方式的如何执行牵引力分配以避免在道路上的凸起上行驶时的底盘运动的示例。
[图8]
图8示出了根据本公开的实施方式的导致抬升运动而没有任何俯仰、滚动或偏航运动的牵引力分配。
[图9]
图9示出了根据本公开的实施方式的导致俯仰运动而没有任何抬升、滚动或偏航运动的牵引力分配。
[图10]
图10示出了根据本公开的实施方式的导致滚动运动而没有任何抬升运动、俯仰运动或偏航运动的牵引力分配。
[图11]
图11示出了根据本公开的实施方式的导致偏航运动而没有任何抬升、滚动或俯仰运动的牵引力分配。
[图12]
图12示出了根据本公开的实施方式的油门分配系统的框图。
[图13]
图13示出了根据本公开的实施方式的用于描述油门分配方法的框图。
[图14A]
图14A是根据本公开的实施方式的用于描述车辆的致动器控制方法的图。
[图14B]
图14B是根据本公开的实施方式的用于描述车辆的致动器控制方法的图。
如讨论中指出的那样，虽然上述附图示出了当前公开的实施方式，但是也可以想到其它实施方式。本公开通过表示而非限制呈现了说明性实施方式。本领域技术人员可以想到落入当前公开的实施方式的原理的范围和精神内的许多其它修改和实施方式。
具体实施方式
以下描述仅提供示例性实施方式，并且不旨在限制本公开的范围、适用性或配置。而是，对示例性实施方式的以下描述将为本领域技术人员提供实现一个或更多个示例性实施方式的实现描述。预期可以在元件的功能和布置方面做出各种变化，而不会偏离所附权利要求中公开的主题的精神和范围。
在以下描述中给出了具体细节，以提供对实施方式的透彻理解。但是，本领域技术人员可以理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践这些实施方式。例如，所公开的主题中的系统、处理和其它元素可以以框图形式被示出为组件，以免不必要的细节使实施方式变得模糊。在其它情况下，可以在没有不必要的细节的情况下示出众所周知的处理、结构和技术，以避免使实施方式变得模糊。此外，多个附图中的相同参考标号和名称指示相同元素。
同样，各个实施方式可以被描述为处理，处理被描述为流程图表、流程图、数据流程图、结构图或框图。尽管流程图可以将操作描述为顺序处理，但是许多操作都可以并行或同时执行。此外，可以重新布置操作顺序。当操作完成时，处理可能会终止，但是可能具有在附图中未讨论或包括的其它步骤。此外，并非所有具体描述的处理中的所有操作都发生在所有实施方式中。处理可能对应于方法、函数、过程、子例程、子程序等。当处理对应于函数时，函数的终止可以对应于函数返回到调用函数或者主函数。
此外，至少可以部分手动地或自动地实现所公开的主题的实施方式。可以通过使用机器、硬件、软件、固件、中间件、微型码、硬件描述语言或任何组合来执行或至少辅助手动或自动实现。当在软件、固件、中间件或微码中实现时，可以将执行必要任务的程序代码或代码段存储在机器可读介质中。处理器可以执行必要的任务。
本公开的实施方式
图1示出了车辆100(例如，汽车)的示例，车辆被包括以定义在本公开中使用的术语。车辆100可以包括通过悬架系统附接到底盘的(至少)4个车轮(未显示)。在图中，示出了三个轴(x轴、y轴和z轴)，以描述车辆100围绕各个轴的旋转(102、103、104)。
附接到车辆的坐标系的x轴101被称为纵向方向。纵向运动包括底盘在该方向上的位置、速度、加速度、颠簸等。底盘围绕x轴101的旋转104被称为滚动。滚动运动包括底盘在该方向上的角度、角速度、角加速度等。
附接到车辆的坐标系的y轴102被称为横向方向。横向运动包括底盘在该方向上的位置、速度、加速度、颠簸等。底盘围绕y轴102的旋转105被称为俯仰。俯仰运动包括底盘在该方向上的角度、角速度、角加速度等。
附接到车辆的坐标框的z轴103被称为抬升方向。抬升运动包括底盘在该方向上的位置、速度、加速度、颠簸等。底盘围绕z轴103的旋转106被称为偏航。偏航运动包括底盘在该方向上的角度、角速度、角度加速度等。
根据本发明的实施方式，可以通过减少车辆底盘的运动来改善乘客舒适性。例如，在自动驾驶车辆中，乘客可能想要在通勤期间阅读，但不想要的底盘运动可能会引起晕动病。
然而，重要的是，本发明不会消除所有底盘运动，因为车辆的目的是在位置之间移动底盘(及其包含物)。有2个主要因素导致车辆底盘运动：车辆的驱动方式以及车辆行驶的道路表面的质量。本发明在不改变车辆驱动方式的情况下减少由于道路粗糙度导致的底盘运动。相反，本发明的特征之一是它保持车辆的驾驶性能。驾驶性能意味着车辆以可预测且可重复的方式对驾驶员的(人类或自主)命令做出响应。毕竟，消除颠簸的最简单方法是使车辆停止，但这不是正确的解决方案。至关重要的是，本发明保持驾驶性能，以便驾驶员可以安全可用地操作车辆。
驾驶员在纵向方向和偏航方向上控制车辆(及其底盘)的运动。气体/制动踏板控制纵向加速度(因此控制速度和位置)，并且方向盘控制偏航率(从而控制偏航方向)。为了提高舒适性，本发明将牵引力分配给各个车轮，并且设置转向角度以实现驾驶员指定的加速度和偏航率，同时减少底盘在抬升方向、俯仰方向和滚动方向上的运动。因此，在本公开中，舒适度与底盘的抬升运动、俯仰运动和滚动运动同义。根据本发明，可以在不牺牲驾驶性能的情况下减少底盘的抬升运动、俯仰运动和滚动运动，因为本发明仅适用于具有独立致动车轮的车辆，在维持驾驶性能时，它提供了三个附加自由度，即，针对具有独立驱动车轮的车辆，存在4个“油门”，而不是存在1个油门。本发明还可以减少车辆的横向运动，这取决于轮胎滑移以减少对车辆轮胎的磨损。
图2示出了根据本公开的实施方式的在车辆100中布置的致动器控制系统200。致动器控制系统200可以包括连接到车辆传感器1201和道路粗糙度传感器1302的输入/输出接口(I/O)210、一个或更多个处理器220、存储计算机(处理器)实现的程序的存储器设备230，计算机实现的程序包括道路粗糙度预测程序231、致动器控制程序232和油门分配器程序233。
接口210被配置为形成车辆的有线网络或车辆100的无线网络，并且在车辆100的车轮的致动器控制系统200、车辆传感器1201、道路粗糙度传感器1302和马达1-4之间执行数据通信。处理器220被配置为响应于经由接口210来自车辆传感器1201和道路粗糙度传感器1302的传感器数据，执行道路粗糙度预测程序231、致动器控制程序232和油门分配器程序233。此外，处理器220被配置为在响应于来自车辆传感器1201和道路粗糙度传感器1302的信号(数据)，执行道路粗糙度预测程序231、致动器控制程序232和油门分配器程序233时，经由接口210将控制数据发送到致动器控制器1402。致动器控制器1402基于关于到马达1-4中的每一个的油门分配和来自处理器220的转向控制的控制数据，执行马达1-4的油门分配和车辆100的转向控制。
存储器设备230可以是一个或更多个存储器单元，其可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)和非易失性存储器和硬盘驱动器中的一者或组合。此外，系统200可以包括致动器控制器1402，该致动器控制器被配置为经由接口210从处理器220接收输出数据(信号)，并且基于接收到的输出数据信号，使用车轮的油门/制动控制器(扭矩分配模块)1203(1203-1、1203-2、1203-3和1203-4)执行对四个马达1-4中的各个马达的转向控制和油门/制动控制。
根据本发明，致动器控制系统200可以将牵引力分配给各个车轮，并且设置转向角，以减少由于道路粗糙度而导致的底盘运动，同时保持驾驶性能。在本发明的一个实施方式中，道路粗糙度是通过道路粗糙度传感器1302测量的，这些测量结果被用于计算车辆100的牵引力和转向角。在本发明的另一个实施方式中，道路粗糙度未被测量，但是使用车辆100上的传感器1201(车辆运动传感器1201)或者布置在与致动器控制系统200通信的车辆上/中的外部传感器(未示出)测量。在该实施方式中，运动传感器1201被用于计算车辆100的牵引力和转向角。本发明的另一个实施方式使用了使用车辆运动传感器1201和道路粗糙度传感器1302对道路粗糙度和底盘运动两者的测量结果来计算减少底盘运动并保持驾驶性能的牵引力和转向角。
根据本发明的一些实施方式，可以处理具有至少被布置到马达1-4的4个独立致动车轮的有轮车辆(例如，汽车)。在这种情况下，各个致动车轮都被配置为相互独立地控制由各个车轮产生的油门和制动力。
本发明也可以应用至具有多于4个独立致动车轮或4组独立致动车轮的车辆。例如，可以通过使用位于各个车轮中的“轮毂马达”来实现独立致动，但是当各个马达在车轮外部时，本发明也可应用。
传统车辆具有用于驱动车辆的两个致动器：(1)油门/制动器和(2)例如前轮胎的转向角。这些致动器被用于遵循驾驶员(其可以是人类或自动驾驶系统)指定的期望加速度和偏航率。对于人类驾驶员，期望加速度和偏航率是通过气体/制动踏板的位置和方向盘角度指定的。对于自动驾驶员，期望加速度和偏航率通过不同的方法指定。请注意，传统车辆具有2个致动器，这两个致动器用于实现2个驾驶目标(即，油门/制动和方向盘)跟踪期望加速度和偏航率。
本发明的实施方式是基于以下认识的，即，具有独立油门/制动车轮的车辆具有3个自由度，即，4个油门/制动器和1个转向角。进一步认识到，这些附加自由度可用于通过减少车辆底盘的抬升运动、俯仰运动和滚动运动来改善乘客舒适度。
应当注意的是，油门/制动器和转向角如何影响车辆底盘的抬升运动、俯仰运动和滚动运动是不明显的。本发明的一些实施方式是基于这样的认识的，即，由于设计车辆悬架的方式，导致车轮产生的纵向力和横向力在底盘上产生垂直力。因此，接下来将讨论车辆悬架的相关特征。
图3A和图3B示出了后臂前悬架。众所周知，其它悬架设计动态地等同于后臂悬架，因此为简单起见，即使本发明的某些实施方式适用于其它悬架设计，我们也会将讨论重点放在这种类型的悬架上。后臂悬架的关键特征是绕枢轴旋转的悬架臂。因此，车轮不能水平(即，在纵向方向或横向方向上)移动，也没有由于悬架臂的旋转而垂直移动。
图3A和图3B示出了前悬架上的力，示出了前悬架的受力分析图。前悬架在车辆底盘上施加4种类型的力(a用于左力，并且b用于右力)：
纵向反作用力303a和303b：左轮胎和右轮胎必须产生驱动力301a和301b才能使车辆加速/减速。悬架将这些驱动力301a和301b传输到车辆底盘，并且产生纵向力303a和303b。
横向反作用力304a和304b：当车辆转弯(即，车轮抓紧道路)时，左轮胎和右轮胎分别产生滑动力309a和309b。悬架将这些轮胎滑动力309a和309b传输到底盘，分别产生横向力304a和304b。
弹簧阻尼力308a和308b：弹簧的变形和阻尼器在悬架中的运动会在底盘上产生力308a和308b。弹簧/阻尼器的变形/移动是由车辆底盘相对于道路移动或通过道路高度相对于车辆“移动”(即，车辆在凸起上行驶)而引起的。弹簧-阻尼器力减小相对底盘道路运动，并且将其恢复到默认位置(即，底盘相对于道路是平坦的)。
垂直反作用力304a和304b：由于悬臂是倾斜的，302a/b和310a/b，因此纵向303a/b和横向305a/b力在悬臂上产生扭矩。在准定状态下，这种扭矩通过垂直反作用力304a/b平衡。将油门力302a/b施加到前轮之一导致在悬架上的负垂直反作用力304a/b。由于图3示出了前悬架，因此这些垂直反作用力304a/b是防止在加速期间车辆前端抬升的抗抬升力。本发明的一些实施方式是基于这样的认识的，即，由于这些垂直反作用力304a/b取决于致动驱动力303a/b，因此可以操纵它们以控制底盘的抬升运动、俯仰运动和滚动运动。
图4A和图4B示出了后悬架组件之一的受力分析图。与前悬架组件相似，我们可以得出后轮上的油门力如何在车辆悬架上产生正垂直反作用力。该力被称为抗后沉力，因为它可以防止车辆的后端在加速期间“动力后沉”。
该致动器控制系统200可以使用这些抗抬升力和抗后沉力来操纵车辆底盘的运动。例如，图5示出了到前轮和后轮的油门/制动力如何影响车辆抬升。箭头501和502分别代表前轮胎和后轮胎产生的驱动力。为简单起见，由于图5仅示出了车辆在俯仰平面中的运动，因此，图5中的左前轮胎和右前轮胎的力是相同的，并且左后轮胎和右后轮胎的力也是相同的。实际上，对于底盘运动的3D控制，有必要在车辆的左右施加不同的力。牵引力501和502在相反方向上，即，前轮加油且后轮制动。这使车轮分别从默认位置503和504旋转到位置505和506。如图所示，这会导致底盘507下降(向负抬升方向移动)。
图6中示出俯仰平面中的抬升和俯仰运动的另一个示例。在图6中，相同的牵引601和602被施加于前轮和后轮。前轮从默认位置603至605向前旋转，后轮从默认位置604至606向后旋转。这将导致底盘607向前俯仰，如图所示。请注意，向前俯仰与车辆加速时会发生的自然向后俯仰相反。这称为抗俯仰效应。
在三个维度(即，不限于俯仰平面)中发生类似的效果。但是，车辆动力学更为复杂，因为油门/制动力不再是作用在轮胎上的唯一力。取而代之的是，我们现在必须考虑沿横向方向移动的轮胎的滑动力。但是，可以得出将油门/制动力和转向角与底盘的抬升运动、俯仰运动和滚动运动相关的模型。例如，
Figure BDA0003833756320000091
Figure BDA0003833756320000092
Figure BDA0003833756320000093
Figure BDA0003833756320000094
Figure BDA0003833756320000095
其中，弹簧阻尼力由以下给出
Figure BDA0003833756320000096
我们可以使用将油门/制动力和转向角与底盘的抬升运动、俯仰和滚动运动相关的模型用于设计。但是，该模型对于实施来说是不需要的，也不需要模型(1)。实际上，更精确的基于物理的模型或机器学习模型可以替代模型(1)。表1和表2中总结了模型的变量。
[表1]
Figure BDA0003833756320000101
[表2]
b<sub>f</sub>,b<sub>r</sub> 前/后轴距：从车辆CG到前/后轮胎的纵向距离
L<sub>f</sub>,L<sub>r</sub> 前/后轨道宽度：在车辆的前后的左右车轮指间的横向距离。
M<sub>s</sub> 底盘的质量
J<sub>X</sub>,J<sub>Y</sub>,J<sub>Z</sub> 底盘关于x、y和z方向的惯性矩(即，滚动、俯仰和偏航惯性矩)
K<sub>ij</sub>,C<sub>ij</sub> 各个悬架组件的弹簧刚度和阻尼比
使用模型(1)，可以确定油门/制动力和转向角的分配，这些分配产生类似于图5和图6中所示的三维运动。
图8示出了油门/制动力分配的示例，该示例无需任何俯仰、滚动或偏航运动也可抬升底盘。左后轮胎和右后轮胎均具有导致后端由于抗后沉力而抬起的正(即，油门)力801和802。左前轮胎和右前轮胎具有导致车辆的前端抬升的负(即，制动)力803和804，这是因为由此产生的抗抬升力为负。该力模式与图5相似。力801-804的相对幅值取决于模型参数的数值。
图9示出了油门/制动力分配的示例，该示例在没有任何抬升运动、滚动运动或偏航运动的情况下使底盘俯仰。所有的轮胎都在相同方向上具有力901-904，这将导致车辆向后俯仰。该力模式与图6相似。力901-904的相对幅值取决于模型参数的数值。
图10示出了油门/制动力分配的示例，该示例使底盘滚动而没有任何抬升运动、俯仰运动或偏航运动。车辆右侧的轮胎以与图5相同的模式产生力1002和1004，从而导致车辆的右侧下降(即，沿负抬升方向移动)。车辆左侧的轮胎以与图5相反的模式产生力1001和1003，导致车辆的左侧抬升。最终结果是，在车辆滚动时，车辆的质心保持静止。力1001-1004的相对幅值取决于模型参数的数值。
图11示出了油门/制动力分配的示例，该示例在没有任何抬升运动、俯仰运动或滚动运动的情况下使车辆偏航。这种力分配更加复杂，因为使车辆偏航/转弯会产生向心力，向心力将导致车辆滚动。然后，必须补偿该滚动运动。力1101-1104通过对车辆的左侧和右侧施加的差动力(即，左侧上的力1101和1103的力为正，而在右侧上的力1102和1104为负)导致偏航运动。由此产生的偏航运动导致车辆滚动。通过在图10中施加力1001-1004，可以取消该滚动运动。添加这些力(1101+1001、1102+1002、1103+1003、1104+1004)，从而产生力1105和1106。在该分配中，差动驱动力被施加到左后轮胎1105和右后轮胎1106，但是没有力被施加至前轮胎。这导致车辆在不滚动的情况下转弯。实际上，力1001-1004和1101-1106的相对幅值取决于模型参数的数值。
此外，本发明的一些实施方式是基于以下认识的，即，图8至图11所示的车辆的转向角和抬升运动、俯仰运动、滚动运动和偏航运动与油门/制动力之间的关系可以被用于改善乘客舒适度。本发明的一个实施方式在图12中示出。在该实施方式中，系统200可以包括3个模块，3个模块一起工作以改善乘客舒适度；传感器模块1201，其测量(或估计)底盘的运动；扭矩分配模块1203，其使用模型(1)计算期望的驱动力的分配；以及(至少)4个油门/制动控制器(扭矩分配模块)1203，其为各个车轮实施期望的牵引力。传感器模块1201可以包括(但不限于)使用重力传感器、加速度计、全球定位系统等的惯性测量。油门分配(扭矩分配)模块1202基于底盘运动的测量结果以及油门/制动力影响底盘运动的知识(即，模型(1))来计算马达/制动控制器的油门/制动器设定点。该模块可以是例如计算机处理器、模拟电路或机械链接。例如，作为说明性示例，扭矩分配模块可以包括数字计算机处理器，该数字计算机处理器执行优化算法，该优化算法计算油门/制动分配，其可以实时最小化底盘运动。另一个说明性示例：扭矩分配模块1202可以包括模拟电路，该模拟电路实现了H∞状态反馈控制器(使用(1)设计的)的增益，该电路最小化底盘运动对道路的集成RMS粗糙度的集成RMS响应。
本发明的另一个实施方式在图13中示出。致动器控制系统200可以包括附加模块1301，该模块预测道路粗糙度对底盘运动的未来影响。模块1301包括2个子模块；传感器子模块1302和预测器子模块1303。传感器子模块1302感测车辆前面的道路。子模块1302可以包括例如相机、雷达或激光雷达(光检测和测距)、或者测量车辆前面的道路表面的声纳。预测器子模块1303预测这些道路凸起何时将到达车辆的每个轮胎及其对车辆的影响。例如，预测器子模块1303可以包括简单的模型，该模型使用车辆的当前速度和到凸起的距离来确定凸起何时经过各个轮胎下面。可以修改扭矩分配模块1202，以使用该预测信息进一步改善乘客舒适度。例如，如果扭矩分配模块包括执行优化算法的计算机处理器，则可以将预测的道路粗糙度包括在优化问题中以改善凸起。
图7示出了致动器控制系统200如何使用预测信息来改善凸起的示例。图7示出了在道路上遇到凸起701的车辆的4张快照。在第一张快照中，车辆正在接近凸起701。致动器控制系统200将油门702施加至前轮胎，使它们在凸起701上方抬升703。在下一个快照中，致动器控制系统200使油门停止，导致前轮经过凸起701后返回地面高度704。在第三张快照中，致动器控制系统200将制动力705施加至后轮胎，以在凸起701上方抬升轮胎706。最后，制动力被释放，允许后轮胎在经过凸起701之后返回其原始位置707。
图14示出了如何通过车辆的控制/软件堆栈来修改致动器控制系统200。当前堆栈可以包括2层；驾驶员1401(人类或自主)和低级致动器控制器1402。目前，驾驶员1401(人类或自主)使用气体/制动踏板和方向盘表示期望加速/减速和转向/偏航率，并且致动器控制器1402实现这些期望行为。请注意，在较旧的车辆上，低级致动器控制器1402可能是简单的直通馈电(feed-through)，即，驾驶员通过电缆、经由气缸的制动器和经由机械链接的转向角直接控制油门。在现代车辆中，低级致动器控制器通常更智能。但是，根据本发明的致动器控制系统200与任何类型的低级致动器控制器兼容。
根据本发明的致动器控制系统200可以在驾驶员和致动器控制器之间添加新的控制器层1403。新的控制器层1403是扭矩分配模块，它确定各个致动器的设定点，以保持驾驶员期望的驾驶特性(即，实现期望的加速和偏航/转弯)，同时改善乘客舒适性。根据本发明的一些实施方式，可以提供这些附加益处，因为它适用于各个车轮具有独立致动的油门/制动器的车辆。因此，存在3个附加自由度来实现期望驾驶配置。扭矩分配模块使用附加自由度来改善乘客舒适度。
另外，本文概述的各种方法或过程可能被编码为可以在采用各种操作系统或平台中的任一个的一个或更多个处理器上执行的软件。此外，可以使用许多合适的编程语言和/或编程或脚本工具中的任何一个编写此类软件，并且此类软件还可以被编译为可执行机器语言代码或在框架或虚拟机上执行的中间代码。通常，程序模块的功能可以根据需要在各个实施方式中组合或分布。
此外，本公开的实施方式可以作为一种方法来体现，并且提供了该方法的示例。作为该方法的一部分执行的动作可以以任何合适的方式排序。因此，可以构造动作以不同于所示的顺序执行的实施方式，这可能包括同时执行某些动作，即使在说明性实施方式中显示为顺序动作。此外，为了修改权利要求要素而在权利要求中使用顺序术语(诸如第一、第二)本身不意味着一个权利要求要素相对于另一个权利要求要素的任何优先权、优先地位或顺序或者执行方法的动作的时间顺序，而是仅被用于区分具有特定名称的一个权利要求要素与具有相同名称的另一个要素(但用于使用顺序术语)以区分权利要求要素。
尽管已经参考某些优选实施方式进行了描述，但是应当理解，可以在本公开的精神和范围内进行其它各种改变和修改。因此，权利要求的方面是涵盖落入本公开的真实精神和范围内的所有这些变化和修改。

Claims (14)

1.一种用于控制具有车轮的车辆的运动的控制系统，所述控制系统包括：
悬架单元，所述悬架单元被配置为支承车轮，所述车轮分别被油门控制的马达驱动；
一组传感器，所述一组传感器被配置为检测所述车辆的运动，其中，所述运动由所述车辆的抬升值、俯仰值和滚动值表示；
分配模块，所述分配模块与所述传感器连接，所述分配模块被配置为生成分配的油门信号并且将分配的油门信号发送到所述油门，以通过解决与所述运动相关的优化问题使运动最小化；以及
马达控制单元，所述马达控制单元被配置为根据所分配的油门信号经由所述油门驱动各个马达。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所分配的油门信号驱动所述马达，以响应于检测到的运动来改变所述车轮当中的前侧车轮与后侧车轮之间的距离。
3.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所分配的油门信号驱动所述马达，以响应于检测到的相反方向上的滚动运动，使右侧的车轮一起更靠近地移动，并且使左侧的车轮更远离地移动，以产生滚动运动。
4.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述传感器是相机。
5.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述传感器是角度传感器。
6.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述传感器是相机和角度传感器的组合。
7.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述悬架单元包括扭力杆式悬架。
8.一种用于控制具有车轮和悬架单元的车辆的运动的方法，所述悬架单元被配置为支承所述车轮，所述方法包括以下步骤：
通过由油门控制的马达来分别驱动所述车轮；
使用一组传感器测量所述车辆的运动，其中，所述运动由所述车辆的抬升值、俯仰值和滚动值表示；
计算分配的油门信号并且将分配的油门信号发送所到所述油门，以通过解决与所述运动相关的优化问题使所述运动最小化；以及
根据所分配的油门信号，经由所述油门驱动各个马达。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所分配的油门信号驱动所述马达，以响应于检测到的运动来改变所述车轮当中的前侧车轮与后侧车轮之间的距离。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所分配的油门信号驱动所述马达，以响应于检测到的相反方向上的滚动运动，使右侧的车轮一起更靠近地移动，并且使左侧的车轮更远离地移动，以产生滚动运动。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述传感器是相机。
12.根据权利要求8所述的方法，其中，所述传感器是角度传感器。
13.根据权利要求8所述的方法，其中，所述传感器是相机和角度传感器的组合。
14.根据权利要求8所述的方法，其中，所述悬架单元包括扭力杆式悬架。
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