CN115837903A - 轮胎力分配的控制方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种轮胎力分配的控制方法、装置、设备及存储介质，涉及车辆技术领域。该方法包括根据获取的车辆行驶状态信息和道路的中心线位置信息，确定车辆行驶的车辆期望力矩阵；并根据车辆期望力矩阵、轮胎力约束条件和具有参数自适应功能的伪逆矩阵，对车辆的轮胎力进行优化分配，同时确保分配后的轮胎力矩阵与车辆期望力矩阵误差最小，根据分配后的轮胎力矩阵控制车辆的车轮转角和驱动力矩。本申请能够根据动态工况进行优化求解，进行高时效性、高精度的计算结果，避免极限工况下轮胎力分配速度慢、轮胎力分配误差大导致的安全隐患。

Description

轮胎力分配的控制方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本申请属于汽车控制技术领域，具体涉及一种轮胎力分配的控制方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

随着科技的快速进步，汽车领域的各项技术如制造技术和控制技术也在不断发展，还包括了智能车辆的出现，目前，智能车辆的控制系统大部分采用分层控制框架，包括路径跟踪、轮胎力分配、执行控制等内容。其中，全线控智能电动汽车能够对每个车轮的转角、扭矩进行独立控制，利用冗余转向、驱动、制动能力实现特殊操作，如原地转向、横行等。其中，轮胎力分配需要将路径跟踪给出的期望车辆运动总力、总力矩分配至各车轮上。

在车辆轮胎力进行分配的过程中，需要优化分配结果，使得分配后的各轮胎力的合力与期望总力的误差最小，保证车辆的稳定性；此外，还需要优化计算方法简化计算难度，保证计算过程和计算结果的实时性。目前对轮胎力分配的方法包括，通过控制器重构保证车辆在极限工况下跟踪路径和使用了非线性规划的方法进行轮胎力分配，但是这些方法的计算难度都比较高，因此难以满足实时性的要求；还包括使用拉格朗日方法计算各个车轮的目标轮胎纵向力和避免纵向滑移满足横摆力矩需求以保证车辆横摆和侧倾稳定性，但是这些方法都并未考虑到极限工况下的作业要求，因此也难以满足稳定性的要求。

针对上述的车辆轮胎力分配方法存在的问题：因计算难度高，而不能满足计算过程和计算结果的实时性；以及因为未考虑轮胎在极限工况如轮胎打滑不能通过参数自适应的情况，因此也不能保证车辆的稳定性，目前尚未提出相关有效的解决方案。

发明内容

本申请提供一种轮胎力分配的控制方法、设备及存储介质，用以解决现有车辆轮胎力分配方法中计算不能满足实时性和不能保证车辆的稳定性的问题。

第一方面，本申请提供一种轮胎力分配的控制方法，包括：

获取车辆行驶状态信息和目标道路的中心线位置信息；

根据所述车辆行驶状态信息和所述中心线位置信息，确定车辆行驶的车辆期望力矩阵；

根据所述车辆期望力矩阵、轮胎力约束条件和伪逆矩阵，进行轮胎力分配，并确保分配后的轮胎力对应的车辆分配力矩阵与所述车辆期望力矩阵误差最小，其中，所述伪逆矩阵为基于轮胎力权重矩阵实现的伪逆矩阵；

根据所述分配后的轮胎力矩阵控制所述车辆的车轮转角和驱动力矩。

在一种可能的设计中，所述轮胎力约束条件，包括：

当车辆的后轮无法主动转向时，左右车轮转角为0°，后轮轮胎力根据所述车辆的质心侧偏角决定；

当车辆的前后轮都可以转向时，左右车轮的转角变化率相同，左轮转角等于右轮转角，所述轮胎力约束条件通过下列公式实现：

通过如下公式求解最优F矩阵：

其中，

F＝[f_x11 f_x12 f_x21 f_x22 f_y11 f_y12 f_y21 f_y22]^T

a_ij＝cosδ_ij；c_ij＝(-1)^jdcosδ_ij+(-1)ⁱ⁺¹l_icosδ_ij；

b_ij＝sinδ_ij；d_ij＝(-1)^j+1dsinδ_ij+(-1)ⁱ⁺¹l_icosδ_ij

其中，δ_ij为各个车轮转角，C_f为侧偏刚度，

l_f，d分别为纵向速度，横向速度，横摆角速度，前轮轴距，轮距、fxij为纵向力、fyij为横向力；

V为车辆期望力矩阵，F为所述车辆分配力矩阵，F_x为纵向合力，F_y为横向合力，M_z为旋转方向合力矩。

在一种可能的设计中，所述伪逆矩阵通过如下公式实现：

min J＝||W(u-u_d)||

s.t.v_d＝Nu

其中，min J为满足车辆分配力矩阵和车辆期望力矩阵的最小误差参数，u为控制量，所述u等于所述车辆分配力矩阵F，u_d为期望控制变量，v_d为期望控制指令，所述v_d此时等于车辆期望力矩阵V；s.t.vd指在满足所述期望控制指令的情况下，求控制量u，以车辆分配力矩阵和车辆期望力矩阵的误差最小进行伪逆求解，控制量u为：

其中#为伪逆矩阵求解，N_#表示N的伪逆矩阵；

所述矩阵W通过如下公式进行自适应调节：

其中，

其中，F_z11，F_z12，F_z21，F_z2分别表示左前轮，右前轮，左后轮，右后轮的垂向载荷，所述W_X、所述W_y为轮胎力权重矩阵。

在一种可能的设计中，在前轮转向汽车物理约束，当车辆的后轮无法主动转向，左右后车轮转角为0°时，

重新构建车辆期望力矩阵V及N矩阵的拓展矩阵，通过如下公式实现：

其中，

为所述车辆期望力矩阵V重新构建的拓展矩阵，/>

为N矩阵的拓展矩阵；δ_ij为各个车轮转角，C_f为侧偏刚度，/>

l_f,d分别为纵向速度，横向速度，横摆角速度，前轮轴距，轮距、f_xij为纵向力、f_yij为横向力；

加权伪逆矩阵算法控制量通过如下公式实现：

u＝F_d＝[f_x11 f_x12 f_x21 f_x22 f_y11 f_y12 f_y21 f_y22]^T；

其中，f_xij为纵向力、f_yij为横向力,u为控制量，所述u等于所述车辆分配力矩阵F，u_d为期望控制变量，v_d为期望控制指令，所述v_d此时等于车辆期望力矩阵V。

在一种可能的设计中，在无法满足轮胎力约束条件，则将轮胎横向力替换为修正横向力，将轮胎纵向力替换为修正纵向力，通过如下公式实现：

其中，

分别表示修正后的纵向力和横向力，μ为道路摩擦系数，F_zij为垂向力。

在一种可能的设计中，所述根据所述分配后的轮胎力矩阵控制所述车辆的车轮转角和驱动力矩通过如下公式实现：

其中，δ_ij为各个车轮转角，C_f为侧偏刚度，

l_f,d分别为纵向速度，横向速度，横摆角速度，前轮轴距，轮距，T_ij为驱动力矩，I_w为轮胎转动惯量，ω_ij为车轮转速，r_tire为车轮滚动半径，f_roll为车轮滚动阻力。

第二方面，本申请提供一种轮胎力分配装置，包括：

获取模块，用于获取车辆行驶状态信息和目标道路的中心线位置信息；

第一处理模块，用于根据所述车辆行驶状态信息和所述中心线位置信息，确定车辆行驶的车辆期望力矩阵；

第二处理模块，用于根据所述车辆期望力矩阵、轮胎力约束条件和伪逆矩阵，进行轮胎力分配，并确保分配后的轮胎力矩阵对应的车辆分配力矩与所述车辆期望力矩误差最小，其中，所述伪逆矩阵为基于轮胎力权重矩阵实现的伪逆矩阵；

执行模块，用于根据所述分配后的轮胎力矩阵控制所述车辆的车轮转角和驱动力矩。

第三方面，本申请提供一种轮胎力分配设备，包括：处理器，以及与所述处理器通信连接的存储器；

所述存储器存储计算机执行指令；

所述处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，以实现一种轮胎力的控制方法。

第四方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，所述计算机执行指令被处理器执行时用于实现一种轮胎力分配的控制方法。

第五方面，本申请提供一种程序产品，所述计算机程序被处理器执行时实现一种轮胎力的控制方法。

本申请提供了一种轮胎力分配的控制方法、装置、设备及存储介质，该方法根据获取的车辆行驶状态信息和道路的中心线位置信息，确定车辆行驶的车辆期望力矩阵；并根据车辆期望力矩阵、轮胎力约束条件和具有参数自适应功能的伪逆矩阵，对车辆的轮胎力进行优化分配，同时确保分配后的轮胎力矩阵与车辆期望力矩阵误差最小，根据分配后的轮胎力矩阵控制车辆的车轮转角和驱动力矩，能够根据动态工况进行优化求解，进行高实时性、高精度的计算结果，避免极限工况下轮胎力分配速度慢、轮胎力分配误差大导致的安全隐患。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的轮胎力分配的控制方法的系统示意图；

图2为本申请实施例提供的轮胎力分配的控制方法流程示意图一；

图3为本申请实施例提供的轮胎力分配的控制方法流程示意图二；

图4为本申请实施例提供的车辆轮胎力示意图；

图5为本申请实施例提供的轮胎力分配装置的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的轮胎力分配设备的结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

随着科技的快速进步，汽车领域的各项技术如制造技术和控制技术也在不断发展，其中，智能车辆的控制系统大部分采用分层控制框架，包括路径跟踪、轮胎力分配、执行控制等内容。其中，轮胎力分配需要将路径跟踪给出的期望车辆运动总力分配至各车轮上。

在车辆轮胎力进行分配的过程中，需要优化分配结果，使得分配后的各轮胎力的合力与期望总力的误差最小，保证车辆的稳定性；此外，还需要优化计算方法简化计算难度，保证计算过程和计算结果的实时性。而目前对轮胎力分配的方法存在因计算难度高，不能满足计算过程和计算结果的实时性；以及因为未考虑轮胎在极限工况如轮胎打滑的情况，也不能保证车辆的稳定性，因此更需要一种对车辆的轮胎力进行高实时性和高精度的分配控制方法。

本申请提供了一种轮胎力分配的控制方法，根据获取的车辆行驶状态信息和道路的中心线位置信息，确定车辆行驶的车辆期望力矩阵；并根据车辆期望力矩阵、轮胎力约束条件和具有参数自适应功能的伪逆矩阵，对车辆的轮胎力进行优化分配，同时确保分配后的轮胎力矩阵与车辆期望力矩阵误差最小，根据分配后的轮胎力矩阵控制车辆的车轮转角和驱动力矩，能够根据动态工况进行优化求解，进行高实时性、高精度的计算结果，避免极限工况下轮胎力分配速度慢、轮胎力分配误差大导致的安全隐患。

图1为本申请实施例提供的一种轮胎力分配的控制方法的系统示意图，如图1所示，包括环境感知单元101、路径跟踪单元102、轮胎力分配单元103以及执行控制单元104和执行器105。

其中环境感知单元101用于将获取的车辆行驶状态信息和道路的中心线位置信息传送给路径跟踪单元102，路径跟踪单元102根据获得的车辆行驶状态信息和道路的中心线位置信息确定车辆的总力和总力矩数据，并将确定的车辆总力和总力矩数据传送给轮胎力分配单元103，轮胎力分配单元103根据得到的车辆总力和总力矩数据对车辆的轮胎力进行优化分配，并将优化分配后的轮胎力数据传送给控制单元104，控制单元104根据分配后的轮胎力数据向执行器105发送控制信号，实现期望的轮胎力。

下面采用具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本申请的实施例进行描述。

实施例一

图2为本申请实施例提供的轮胎力分配的控制方法流程示意图一。如图2所示，本实施例的执行主体，例如可以为图1中的轮胎力分配单元103，该方法包括：

S201、获取车辆行驶状态信息和目标道路的中心线位置信息；

其中，车辆行驶状态信息是指通过传感器获得的包括车辆的绝对坐标、速度、横摆角等信息，目标道路是指预测的车辆未来将要行驶的道路，目标道路的中心线位置信息是指车道中心绝对坐标信息。

具体来说，通过传感器获得包括被控运动车辆的绝对坐标、速度、横摆角等车辆行驶状态信息，然后预测被控运动车辆运动相适应的可能行驶的车道中心绝对坐标信息。

S202、根据车辆行驶状态信息和中心线位置信息，确定车辆行驶的车辆期望力矩阵；

具体来说，路径跟踪单元在得到环境感知单元传来的车辆行驶状态信息和所述中心线位置信息后，根据路径跟踪的误差确定车辆行驶的车辆期望力矩阵，该期望力矩阵例如包括横向力、纵向力、横摆力矩的数据，以及总力和总力矩数据等；

其中，路径跟踪单元可以采用模型预测控制、PID控制(Proportional IntegralDerivative，PID)、LQR控制(linear quadratic regulator，LQR)亦即线性二次型调节器等方法，PID控制是指按被控对象的实时数据采集的信息与给定值比较产生的误差的比例、积分和微分进行控制的控制系统，基于环境感知单元获得的目标道路中心线位置以及车辆的实际位置，获得车辆运动期望运动总力和总力矩。

S203、根据车辆期望力矩阵、轮胎力约束条件和伪逆矩阵，进行轮胎力分配，并确保分配后的轮胎力对应的车辆分配力矩阵与所述车辆期望力矩阵误差最小，其中，伪逆矩阵为基于轮胎力权重矩阵实现的伪逆矩阵；

其中，轮胎力约束条件是指在车辆行驶过程中，基于车辆设计结构对车辆运动时的限制，包括当车辆的后轮无法主动转向时的情况以及当车辆的前后轮都可以转向时的情况；

伪逆矩阵是指，在满足轮胎力约束条件下，基于获得的车辆期望力矩阵，通过计算伪逆矩阵获得的车辆分配力矩阵，从而得到的分配至各个车轮的轮胎上的力；

具体来说，基于获得的车辆期望力矩阵和轮胎力约束条件，通过计算伪逆矩阵可以获得最优的轮胎力分配结果，并且在伪逆矩阵中还设置有参数自适应权重矩阵即轮胎力权重矩阵，通过在各个车轮上的载荷变化，实现对车辆轮胎力的进一步优化分配，同时通过参数自适应权重矩阵确保分配后的轮胎力对应的车辆分配力矩阵与所述车辆期望力矩阵误差最小，因此本申请中的伪逆矩阵与普通伪逆矩阵相比，通过设置的参数自适应权重矩阵，能够自动调整分配目标，计算量更小。

S204、根据所述分配后的轮胎力控制所述车辆的车轮转角和驱动力矩；

其中，车轮转角是指汽车在转向时，轮胎指向与车辆的方向之间所形成的夹角，驱动力矩是指车辆驱动力对轮胎产生转动作用的物理量。

具体来说，当控制单元接收到优化分配后的轮胎力矩阵中的数据后，控制单元根据分配后的轮胎力矩阵中的数据向执行器发送控制信号，控制信号包括车辆的车轮转角数据和驱动力矩数据，实现期望的轮胎力。

本申请提供了一种轮胎力分配的控制方法，通过获取车辆的行驶状态信息和道路的中心线位置信息，确定车辆行驶的车辆期望力矩阵；并根据车辆期望力矩阵、轮胎力约束条件和伪逆矩阵，对车辆的轮胎力进行优化分配，并确保分配后的轮胎力矩阵与车辆期望力矩阵误差最小，其中，伪逆矩阵是根据轮胎力权重矩阵实现的伪逆矩阵；基于分配后的轮胎力矩阵控制车辆的车轮转角和驱动力矩，实现了对车辆的轮胎力进行高实时性和高精度的分配控制，避免了由于轮胎力分配误差大导致的安全隐患。

下面采用一个具体的实施例，对本申请的轮胎力分配的控制方法进行详细说明。

实施例二

图3为本申请实施例提供的轮胎力分配的控制方法流程示意图二。图4为本申请实施例提供的车辆轮胎力示意图。结合图3和图4，对该方法进行详细说明，该方法包括：

S301、获取车辆行驶状态信息和目标道路的中心线位置信息；

具体来说，环境感知单元通过传感器获得被控运动车辆的行驶状态信息包括绝对坐标、速度、横摆角等信息，以及与运动车辆运动相适应的车道中心绝对坐标信息。

S302、根据车辆行驶状态信息和中心线位置信息，确定车辆行驶的车辆期望力矩阵；

具体来说，路径跟踪单元在得到环境感知单元传来的车辆行驶状态信息和所述中心线位置信息后，根据路径跟踪的误差确定包括横向力、纵向力、横摆力矩的数据，以及总力和总力矩数据的期望力矩阵数据。

S303、确定轮胎力约束条件，包括当车辆的后轮无法主动转向时的情况以及当车辆的前后轮都可以转向时的情况；

其中，对于当车辆的前后轮都可以转向时的情况，左右车轮的转角变化率相同，左轮转角等于右轮转角时，轮胎力约束条件可以通过下列公式表达：

基于车辆的前后轮都可以转向时的轮胎力约束条件，通过如下公式求解最优车辆分配力矩阵F：

其中，

F＝[f_x11 f_x12 f_x21 f_x22 f_y11 f_y12 f_y21 f_y22]^T

a_ij＝cosδ_ij；c_ij＝(-1)^jdcosδ_ij+(-1)ⁱ⁺¹l_icosδ_ij；

b_ij＝sinδ_ij；d_ij＝(-1)^j+1dsinδ_ij+(-1)ⁱ⁺¹l_icosδ_ij

结合图4所示，其中，δ_ij为各个车轮转角，C_f为侧偏刚度，

l_f，d分别为纵向速度，横向速度，横摆角速度，前轮轴距，轮距、f_xij为纵向力、f_yij为横向力；V为车辆期望力矩阵，F为所述车辆分配力矩阵，F_x为纵向合力，F_y为横向合力，M_z为旋转方向合力矩；

具体来说，通过已知的车辆期望力矩阵V中包含的纵向合力F_x、横向合力F_y以及旋转方向合力矩M_Z，以及由已知车轮转角δ_ij构成的N矩阵，可以初步的计算得到车辆分配力矩阵F。

其中，对于当车辆的后轮无法主动转向时，左右车轮转角为0°的情况时，重新构建车辆期望力矩阵V及N矩阵的拓展矩阵，通过如下公式实现：

其中，

为所述车辆期望力矩矩阵V重新构建的拓展矩阵，/>

为N矩阵的拓展矩阵；δ_ij为各个车轮转角，C_f为侧偏刚度，/>

l_f,d分别为纵向速度，横向速度，横摆角速度，前轮轴距，轮距。

S304、对于当车辆无法满足轮胎力约束条件时，将轮胎横向力替换为修正横向力，将轮胎纵向力替换为修正纵向力，通过如下公式实现：

结合图4所示，其中，f_xij为纵向力、f_yij为横向力，

分别表示修正后的纵向力和横向力，μ为道路摩擦系数，F_zij为垂向力。

S305、通过伪逆矩阵实现对轮胎力分配；

具体来说，基于车辆期望力矩矩阵和轮胎力约束条件，同时确保分配后的轮胎力对应的车辆分配力矩矩阵与所述车辆期望力矩矩阵误差最小，通过具有轮胎力权重矩阵的伪逆矩阵实现对轮胎力分配；

其中，对于当车辆的前后轮都可以转向时的情况，伪逆矩阵通过如下公式实现：

min J＝||W(u-u_d)||

s.t.v_d＝Nu

其中，W为参数自适应矩阵，min J为满足车辆分配力矩阵和车辆期望力矩阵的最小误差参数，以确保分配后的轮胎力对应的车辆分配力矩矩阵与所述车辆期望力矩矩阵误差最小，u为控制量，此时u等于所述车辆分配力矩阵F，u_d为期望控制变量，v_d为期望控制指令，所述v_d此时等于车辆期望力矩阵V；s.t.v_d指在满足期望控制指令的情况下，求控制量u，以车辆分配力矩阵和车辆期望力矩阵的误差最小为目标进行伪逆求解，控制量u为：

其中，#为伪逆矩阵求解，N_#表示N的伪逆矩阵，此时控制量u等于车辆分配力矩阵F，矩阵W通过如下公式进行自适应调节：

其中，

结合图4所示，F_z11,F_z12,F_z21,F_z22分别表示左前轮，右前轮，左后轮，右后轮的垂向载荷，所述W_X、所述W_y为轮胎力权重矩阵。

对于当车辆的后轮无法主动转向时的情况，伪逆矩阵通过如下公式实现：

u＝F_d＝[f_x11f_x12 f_x21 f_x22 f_y11 f_y12 f_y21 f_y22]^T；

其中，f_xij为纵向力、f_yij为横向力,u为控制量，此时控制量u等于车辆分配力矩阵F，u_d为期望控制变量，v_d为期望控制指令，所述v_d此时等于车辆期望力矩阵V。

S306、根据分配后的轮胎力矩阵控制车辆的车轮转角和驱动力矩实现对车辆轮胎力的分配：

具体来说，当控制单元接收到优化分配后的轮胎力矩阵数据后，控制单元根据分配后的轮胎力矩阵数据向执行器发送控制信号，控制信号包括车辆的车轮转角数据和驱动力矩数据，通过如下公式实现期望的轮胎力：

其中，δ_ij为各个车轮转角，C_f为侧偏刚度，

l_f,d分别为纵向速度，横向速度，横摆角速度，前轮轴距，轮距，T_ij为驱动力矩，I_w为轮胎转动惯量，ω_ij为车轮转速，r_tire为车轮滚动半径，f_roll为车轮滚动阻力，f_xij为纵向力、f_yij为横向力、F_zij为垂向力。

本申请提供的一种轮胎力分配的控制方法，基于获取的车辆行驶状态信息和道路的中心线位置信息，确定车辆期望力矩阵；并根据车辆期望力矩阵、轮胎力约束条件和伪逆矩阵，对车辆的轮胎力进行优化分配，其中，轮胎力约束条件包括当车辆的后轮无法主动转向时、当车辆的前后轮都可以转向时以及在车辆无法满足轮胎力约束条件时三种情况，同时确保分配后的轮胎力矩阵与车辆期望力矩阵误差最小，其中，伪逆矩阵是根据轮胎力权重矩阵实现的伪逆矩阵，轮胎力权重矩阵具有根据载荷参数实现自适应功能；基于分配后的轮胎力矩阵控制车辆的车轮转角和驱动力矩，实现了对车辆的轮胎力进行高实时性和高精度的分配控制，避免了极限工况下如车轮打滑时轮胎力分配速度慢、轮胎力分配误差大导致的安全隐患。

本发明实施例可以根据上述方法示例对电子设备或主控设备进行功能模块的划分，例如，可以对应各个功能划分各个功能模块，也可以将两个或两个以上的功能集成在一个处理单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。需要说明的是，本发明实施例中对模块的划分是示意性的，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。

图5为本申请实施例提供的轮胎力分配装置的结构示意图。如图5所示，该装置500包括：

获取模块501，用于获取车辆行驶状态信息和目标道路的中心线位置信息；

第一处理模块502，用于根据车辆行驶状态信息和中心线位置信息，确定车辆行驶的车辆期望力矩阵；

第二处理模块503，用于根据车辆期望力矩阵、轮胎力约束条件和伪逆矩阵，进行轮胎力分配，并确保分配后的轮胎力矩阵对应的车辆分配力矩与车辆期望力矩误差最小，其中，伪逆矩阵为基于轮胎力权重矩阵实现的伪逆矩阵；

执行模块504，用于根据分配后的轮胎力矩阵控制车辆的车轮转角和驱动力矩。

进一步的，第二处理模块503，具体用于：当车辆的后轮无法主动转向时，左右车轮转角为0°，此时后轮轮胎力根据所述车辆的质心侧偏角决定；当车辆的前后轮都可以转向时，左右车轮的转角变化率相同，左轮转角等于右轮转角，所述轮胎力约束条件通过下列公式实现：

通过如下公式求解最优F矩阵：

其中，

F＝[f_x11 f_x12 f_x21 f_x22 f_y11 f_y12 f_y21 f_y22]^T

a_ij＝cosδ_ij；c_ij＝(-1)^jdcosδ_ij+(-1)ⁱ⁺¹l_icosδ_ij；

b_ij＝sinδ_ij；d_ij＝(-1)^j+1dsinδ_ij+(-1)ⁱ⁺¹l_icosδ_ij

其中，δ_ij为各个车轮转角，C_f为侧偏刚度，

l_f，d分别为纵向速度，横向速度，横摆角速度，前轮轴距，轮距、f_xij为纵向力、f_yij为横向力；V为车辆期望力矩阵，F为所述车辆分配力矩阵，F_x为纵向合力，F_y为横向合力，M_z为旋转方向合力矩。

进一步的，第二处理模块503，具体用于：伪逆矩阵通过如下公式实现：

min J＝||W(u-u_d)||

s.t.v_d＝Nu

其中，min J为满足车辆分配力矩阵和车辆期望力矩阵的最小误差参数，u为控制量，所述u等于所述车辆分配力矩阵F，u_d为期望控制变量，v_d为期望控制指令，所述v_d此时等于车辆期望力矩阵V；s.t.v_d指在满足所述期望控制指令的情况下，求控制量u，以车辆分配力矩阵和车辆期望力矩的误差最小进行伪逆求解，控制量u为：

其中#为伪逆矩阵求解，N_#表示N的伪逆矩阵；

所述矩阵W通过如下公式进行自适应调节：

其中，

其中，F_z11,F_z12,F_z21,F_z22分别表示左前轮，右前轮，左后轮，右后轮的垂向载荷，所述W_X、所述W_y为轮胎力权重矩阵。

进一步的，第二处理模块503，具体用于：在前轮转向汽车物理约束，当车辆的后轮无法主动转向，左右后车轮转角为0°时，重新构建车辆期望力矩阵V及N矩阵的拓展矩阵，通过如下公式实现：

其中，

为所述车辆期望力矩阵V重新构建的拓展矩阵，/>

为N矩阵的拓展矩阵；其中，δ_ij为各个车轮转角，C_f为侧偏刚度，/>

l_f,d分别为纵向速度，横向速度，横摆角速度，前轮轴距，轮距、f_xij为纵向力、f_yij为横向力；

加权伪逆矩阵算法控制量通过如下公式实现：

u＝F_d＝[f_x11 f_x12 f_x21 f_x22 f_y11 f_y12 f_y21 f_y22]^T；

其中，f_xij为纵向力、f_yij为横向力,u为控制量，所述u等于所述车辆分配力矩阵F，u_d为期望控制变量，v_d为期望控制指令，所述v_d此时等于车辆期望力矩阵V。

进一步的，第二处理模块503，具体用于：在无法满足轮胎力约束条件，将轮胎横向力替换为修正横向力，将轮胎纵向力替换为修正纵向力，通过如下公式实现：

其中，

分别表示修正后的纵向力和横向力，μ为道路摩擦系数，F_zij为垂向力。

进一步的，执行模块504，具体用于：根据分配后的轮胎力矩阵控制车辆的车轮转角和驱动力矩通过如下公式实现：

其中，δ_ij为各个车轮转角，C_f为侧偏刚度，

l_f,d分别为纵向速度，横向速度，横摆角速度，前轮轴距，轮距，T_ij为驱动力矩，I_w为轮胎转动惯量，ω_ij为车轮转速，r_tire为车轮滚动半径，f_roll为车轮滚动阻力。

本实施例提供的一种轮胎力分配装置，可执行上述实施例的一种轮胎力分配的控制方法，其实现原理和技术效果类似，本实施例此处不再赘述。

在前述的轮胎力分配的控制方法的具体实现中，各模块可以被实现为处理器，处理器可以执行存储器中存储的计算机执行指令，使得处理器执行上述的基于重载车辆的挡位控制方法。

图6为本申请实施例提供的轮胎力分配设备的结构示意图。如图6所示，该电子设备600包括：至少一个处理器601和存储器602。该电子设备600还包括通信部件603。其中，处理器601、存储器602以及通信部件603通过总线604连接。

在具体实现过程中，至少一个处理器601执行所述存储器602存储的计算机执行指令，使得至少一个处理器601执行如上电子设备侧所执行的一种轮胎力分配的控制方法。

处理器601的具体实现过程可参见上述方法实施例，其实现原理和技术效果类似，本实施例此处不再赘述。

在上述实施例中，应理解，处理器可以是中央处理单元(英文：CentralProcessing Unit，简称：CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(英文：DigitalSignal Processor，简称：DSP)、专用集成电路(英文：Application Specific IntegratedCircuit，简称：ASIC)等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合发明所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。

存储器可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储NVM，例如至少一个磁盘存储器。

总线可以是工业标准体系结构(Industry Standard Architecture，ISA)总线、外部设备互连(Peripheral Component，PCI)总线或扩展工业标准体系结构(ExtendedIndustry Standard Architecture，EISA)总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，本申请附图中的总线并不限定仅有一根总线或一种类型的总线。

上述针对电子设备以及主控设备所实现的功能，对本发明实施例提供的方案进行了介绍。可以理解的是，电子设备或主控设备为了实现上述功能，其包含了执行各个功能相应的硬件结构和/或软件模块。结合本发明实施例中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，本发明实施例能够以硬件或硬件和计算机软件的结合形式来实现。某个功能究竟以硬件还是计算机软件驱动硬件的方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同的方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明实施例的技术方案的范围。

本申请还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当处理器执行所述计算机执行指令时，实现如上一种轮胎力分配的控制方法。

上述的计算机可读存储介质，上述可读存储介质可以是由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，可编程只读存储器(PROM)，只读存储器(ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。可读存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。

一种示例性的可读存储介质耦合至处理器，从而使处理器能够从该可读存储介质读取信息，且可向该可读存储介质写入信息。当然，可读存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和可读存储介质可以位于专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuits，简称：ASIC)中。当然，处理器和可读存储介质也可以作为分立组件存在于电子设备或主控设备中。

本申请还提供了一种计算机程序产品，计算机程序产品包括：计算机程序，计算机程序存储在可读存储介质中，电子设备的至少一个处理器可以从可读存储介质读取计算机程序，至少一个处理器执行计算机程序使得电子设备执行上述任一实施例提供的方案。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种轮胎力分配的控制方法，应用于车辆，其特征在于，所述方法包括：

获取车辆行驶状态信息和目标道路的中心线位置信息；

根据所述车辆行驶状态信息和所述中心线位置信息，确定车辆行驶的车辆期望力矩阵；

根据所述车辆期望力矩阵、轮胎力约束条件和伪逆矩阵，进行轮胎力分配，并确保分配后的轮胎力对应的车辆分配力矩阵与所述车辆期望力矩阵误差最小，其中，所述伪逆矩阵为基于轮胎力权重矩阵实现的伪逆矩阵；

根据所述分配后的轮胎力矩阵控制所述车辆的车轮转角和驱动力矩。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述轮胎力约束条件，包括：

当车辆的后轮无法主动转向时，左右车轮转角为0°，后轮轮胎力根据所述车辆的质心侧偏角决定；

当车辆的前后轮都可以转向时，左右车轮的转角变化率相同，左轮转角等于右轮转角，所述轮胎力约束条件通过下列公式实现：

通过如下公式求解最优F矩阵：

其中，

F＝[f_x11 f_x12 f_x21 f_x22 f_y11 f_y12 f_y21 f_y22]^T

a_ij＝cosδ_ij；c_ij＝(-1)^jdcosδ_ij+(-1)ⁱ⁺¹l_icosδ_ij；

b_ij＝sinδ_ij；d_ij＝(-1)^j+1dsinδ_ij+(-1)ⁱ⁺¹l_icosδ_ij

其中，δ_ij为各个车轮转角，C_f为侧偏刚度，

l_f，d分别为纵向速度，横向速度，横摆角速度，前轮轴距，轮距、f_xij为纵向力、f_yij为横向力；

V为车辆期望力矩阵，F为所述车辆分配力矩阵，F_x为纵向合力，F_y为横向合力，M_z为旋转方向合力矩。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述伪逆矩阵通过如下公式实现：

min J＝||W(u-u_d)||

s.t.v_d＝Nu

其中，min J为满足车辆分配力矩阵和车辆期望力矩阵的最小误差参数，u为控制量，所述u等于所述车辆分配力矩阵F，u_d为期望控制变量，v_d为期望控制指令，所述v_d此时等于车辆期望力矩阵V；s.t.v_d指在满足所述期望控制指令的情况下，求控制量u，以车辆分配力矩阵和车辆期望力矩阵的误差最小进行伪逆求解，控制量u为：

其中#为伪逆矩阵求解，N_#表示N的伪逆矩阵；

所述矩阵W通过如下公式进行自适应调节：

其中，

其中，F_z11,F_z12,F_z21,F_z22分别表示左前轮，右前轮，左后轮，右后轮的垂向载荷，所述W_X、所述W_y为轮胎力权重矩阵。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在前轮转向汽车物理约束，当车辆的后轮无法主动转向，左右后车轮转角为0°时，

重新构建车辆期望力矩阵V及N矩阵的拓展矩阵，通过如下公式实现：

其中，

为所述车辆期望力矩阵V重新构建的拓展矩阵，

为N矩阵的拓展矩阵；δ_ij为各个车轮转角，C_f为侧偏刚度，

l_f,d分别为纵向速度，横向速度，横摆角速度，前轮轴距，轮距、f_xij为纵向力、f_yij为横向力；

加权伪逆矩阵算法控制量通过如下公式实现：

u＝F_d＝[f_x11 f_x12 f_x21 f_x22 f_y11 f_y12 f_y21 f_y22]^T；

其中，f_xij为纵向力、f_yij为横向力,u为控制量，所述u等于所述车辆分配力矩阵F，u_d为期望控制变量，v_d为期望控制指令，所述v_d此时等于车辆期望力矩阵V。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在无法满足轮胎力约束条件，则将轮胎横向力替换为修正横向力，将轮胎纵向力替换为修正纵向力，通过如下公式实现：

其中，

分别表示修正后的纵向力和横向力，μ为道路摩擦系数，F_zij为垂向力。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述分配后的轮胎力矩阵控制所述车辆的车轮转角和驱动力矩通过如下公式实现：

其中，δ_ij为各个车轮转角，C_f为侧偏刚度，

l_f,d分别为纵向速度，横向速度，横摆角速度，前轮轴距，轮距，T_ij为驱动力矩，I_w为轮胎转动惯量，ω_ij为车轮转速，r_tire为车轮滚动半径，f_roll为车轮滚动阻力。

7.一种轮胎力分配装置，其特征在于，包括：

获取模块，获取车辆行驶状态信息和目标道路的中心线位置信息；

第一处理模块，根据所述车辆行驶状态信息和所述中心线位置信息，确定车辆行驶的车辆期望力矩阵；

第二处理模块，根据所述车辆期望力矩阵、轮胎力约束条件和伪逆矩阵，进行轮胎力分配，并确保分配后的轮胎力矩阵对应的车辆分配力矩与所述车辆期望力矩误差最小，其中，所述伪逆矩阵为基于轮胎力权重矩阵实现的伪逆矩阵；

执行模块，根据所述分配后的轮胎力矩阵控制所述车辆的车轮转角和驱动力矩。

8.一种轮胎力分配设备，其特征在于，包括：处理器和存储器；

所述存储器存储计算机执行指令；

所述处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，使得所述分配设备执行权利要求1至7中任一项所述的方法。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，所述计算机执行指令被处理器执行时用于实现如权利要求1至7任一项所述的一种轮胎力分配方法。

10.一种程序产品，包括计算机程序，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1-6中任一项所述的方法。

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