CN116061936A - 在不平坦道路上实现平稳行驶的驱动扭矩的最优控制的方法和装置 - Google Patents

在不平坦道路上实现平稳行驶的驱动扭矩的最优控制的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种在不平坦道路上实现平稳行驶的驱动扭矩的最优控制的方法和装置，其包括使用车辆的加速度值和加加速度约束来计算俯仰运动降低目标函数、纵向加速度降低目标函数和加加速度降低目标函数，并且权重被反映在这些目标函数中，以计算出最终驱动扭矩并应用于车辆，从而降低俯仰运动、纵向加速度和加加速度。

Description

在不平坦道路上实现平稳行驶的驱动扭矩的最优控制的方法和装置
相关申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C.§119(a)要求于2021年11月3日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请号10-2021-0149911的权益，其全部公开出于所有目的通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及车辆的驱动系统的控制，并且更具体地涉及一种用于对实现在不平坦道路(诸如具有凸块或凹陷的道路)上平稳行驶的驱动扭矩进行最优控制的技术。
背景技术
当车辆驶过不平坦道路(例如，具有凸块、凹陷等)时，非预期的俯仰运动和纵向加速度被增加到车辆的簧载质量，从而降低乘坐舒适性。这里，“簧载质量”是主要被用于建模车辆负载的术语，并且指的是车辆的上部(即人们乘坐的地方)。另一方面，下部车身结构被称为簧下质量。
根据相关技术，为了使簧载质量的垂直位移最小化，主要利用车辆的特定主动悬架，以尝试提高乘坐舒适性。
例如，韩国专利公开申请号10-1997-0069430(1997年11月7日)报告了一种用于车辆的特定水平调节设备，其中，为了检测有凸块凸起的道路情况的路面，致动器根据从安装在车身下方的道路传感器传输的信号而进行操作，以打开或关闭用于控制压缩空气的调平阀。通过控制调平阀的压缩空气来调整车身高度的空气弹簧被安装在车身和车轴之间，以防止车身下部由于凸块而受损，并吸收和减轻来自路面的冲击，从而提高乘客的乘坐舒适性。
发明内容
传统上，只有通过使用比例增益控制(P控制)来寻求缓解当车辆驶过不平坦道路时发生的垂直波动(俯仰运动)的控制。然而，我们已经发现，除了俯仰运动外，车辆通过不平坦道路或地面会受到纵向加速度和加加速度的明显影响。
在一个方面，本发明旨在提供一种控制方法和装置，通过降低纵向加速度和加加速度以及在驶过不平坦道路时发生的俯仰运动来提高乘坐舒适性。
为了通过降低车辆驶过凸块或凹陷时发生的俯仰(俯仰运动)变化来提高乘坐舒适性，它能够要求将俯仰运动保持为零。特别是，在前轮驱动车辆中，这是通过在与增加或降低俯仰的方向相反的方向上生成驱动扭矩来实现的。
因此，在控制俯仰运动的同时，通过适当地调整车辆的纵向加速度和加加速度程度来调整和提高乘坐舒适性。例如，如果车辆的前鼻部被抬高(进入凸块或摆脱凹陷)，则在与车辆行进方向相反的方向上生成扭矩，以对要被降低的车辆的前鼻部执行控制，反之，如果车辆的前鼻部被降低(摆脱凸块或进入凹陷)，则在车辆的行进方向上生成扭矩，以对要被抬高的车辆的前鼻部执行控制。
为了执行该控制，基于最优控制，使用车辆的加速度约束和加加速度约束计算俯仰运动降低目标函数、纵向加速度降低目标函数和加加速度降低目标函数，并权重被反映在这些目标函数中，以计算出最终驱动扭矩并应用于车辆，从而降低俯仰运动、纵向加速度和加加速度。
在一个方面，提供了一种用于在不平坦道路或地面上行驶的驱动扭矩的最优或增强控制的方法，该方法包括以下步骤：a)根据估计的俯仰角速度计算扭矩候选组；b)根据扭矩候选组生成俯仰运动降低目标函数；c)估计对应于步骤a)中生成的扭矩候选组的车辆加速度候选组；d)通过综合预定的加速度约束和估计的车辆加速度候选组生成纵向加速度降低目标函数；e)通过计算从传感器获取的当前加速度值与在步骤c)中估计的车辆加速度候选组一起估计加加速度候选组；f)通过综合设定的加加速度约束和加加速度候选组生成加加速度降低目标函数；以及g)在目标函数中选择具有最小值的候选者，并确定对应于所选候选者的驱动扭矩。
在优选方法的某些方面，在步骤b)中，俯仰运动降低目标函数与驱动扭矩候选组的大小成反比地生成，以便俯仰运动降低目标函数随着驱动扭矩的幅值增加而逐渐减少。
在优选方法的附加方面，在步骤d)中，纵向加速度降低目标函数与驱动扭矩候选组的大小成比例地生成，以便纵向加速度降低目标函数随着驱动扭矩的幅值的增加而逐渐增加。
在优选方法的进一步方面，在步骤e)中，目标函数的大小在加速度约束之上的区域中增加。
在优选方法的又一方面中，在步骤f)中，目标函数与驱动扭矩候选组的大小成比例地生成，以便加加速度降低目标函数随着驱动扭矩的幅值增加而逐渐增加。
如所讨论的，该方法和系统适当地包括使用控制器或处理器。因此，在上述方法中，该方法可包括以下步骤：a)经由控制器根据估计的俯仰角速度计算扭矩候选组；b)经由控制器根据扭矩候选组生成俯仰运动降低目标函数；c)经由控制器估计与步骤a)中生成的扭矩候选组相对应的车辆加速度候选组；d)经由控制器通过综合预定的加速度约束和估计的车辆加速度候选组来生成纵向加速度降低目标函数；e)经由控制器通过计算从传感器获取的当前加速度值以及在步骤c)中估计的车辆加速度候选组来估计加加速度候选组；f)经由控制器通过综合设定的加加速度约束和加加速度候选组来生成加加速度降低目标函数；以及g)经由控制器选择在目标函数中具有最小值的候选者并确定对应于所选候选者的驱动扭矩。
在另一个实施例中，提供了包括如本文所公开的装置或系统的车辆。
通过后面参照附图描述的具体实施例，本发明的配置和操作将变得更清晰。
附图说明
通过参考附图对本发明的示例性实施例进行详细描述，本发明的上述和其他目的、特征和优点将对本领域普通技术人员更加明显，在附图中：
图1是根据本发明的乘坐舒适性的控制的示意性说明图；
图2是根据本发明的控制乘坐舒适性的方法的逻辑流程图；
图3是根据本发明的控制乘坐舒适性的装置的框图；
图4是图2的控制逻辑的修改实施例的控制逻辑流程图；
图5是示出了运动型多功能车(SUV)和轿车的俯仰运动的仿真结果的图；
图6是示出根据旧控制、新控制和无控制的俯仰运动仿真的结果的图；
图7是示出根据旧控制和本发明技术的应用的纵向加速度仿真结果的图；
图8是示出根据旧控制和本发明技术的应用的加加速度仿真结果的图；以及
图9是示出根据旧控制和本发明技术的应用的车轮输入扭矩仿真结果的图。
具体实施方式
应当理解，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似术语包括一般的机动车辆，诸如包括运动型多用途车(SUV)的乘用汽车、公共汽车、卡车、各种商业车辆、包括各种船只和船舶的水上交通工具、飞机等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆和其他替代燃料车辆(例如，源于石油以外的资源的燃料)。如本文所述，混合动力车辆是具有两种或更多动力来源的车辆，例如同时有汽油动力和电动动力的车辆。
本文使用的术语仅用于描述特定的实施例，并不打算限制本公开内容。如本文所使用的单数形式“一”、“一个”和“该”旨在还包括复数形式，除非上下文明确指出。这些术语仅旨在区分一个组件和另一个组件，并且这些术语并不限制组成组件的性质、顺序或次序。可以进一步理解的是，术语“包括(comprises)”和/或“包含(comprising)”，在本说明书中使用时，具体说明了所述特征、整数、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但不排除存在或增加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件和/或其群组。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关联的列出的项目的任何和所有组合。在整个说明书中，除非有明确的相反描述，否则“包括”一词和诸如“包括(comprises)”和/或“包含(comprising)”的变体将被理解为意味着包括所述的元素，但不排除任何其他元素。此外，本说明书中描述的术语“单元”、“……的人”、“……的设备”和"模块"是指用于处理至少一种功能和操作的单元，并且可以由硬件组件或软件组件及其组合来实施。
尽管示例性实施例被描述为使用多个单元来执行示例性过程，但可以理解的是，示例性过程也可以由一个或多个模块执行。附加地，可以理解的是，术语控制器/控制单元是指包括存储器和处理器的硬件设备，并被专门编程以执行本文所述的过程。存储器被配置为存储模块，并且处理器被具体配置为执行所述模块以执行一个或多个过程，这些过程将在下文中进一步描述。
进一步，本公开内容的控制逻辑可以被体现为计算机可读介质上的非暂时性计算机可读介质，该计算机可读介质包含由处理器、控制器或类似装置执行的可执行程序指令。计算机可读介质的示例包括但不限于：ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光学数据存储设备。计算机可读介质也可以被分布在网络耦合的计算机系统中，以便计算机可读介质，例如，通过远程信息处理服务器或控制器区域网络(CAN)，以分布式方式存储和执行。
除非特别说明或从上下文中明显看出，如本文所使用的，术语“大约”被理解为在本领域的正常公差范围内，例如在平均值的2个标准偏差内。“大约”可以被理解为在所述值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％以内。除非上下文另有说明，本文提供的所有数值都由术语“大约”来修饰。
本发明的优点和特征以及实现它们的方法将从参考附图详细描述的示例性实施例中变得显而易见。然而，本发明不限于以下描述的实施例，而是可以以各种其他形式体现的。提供实施例只是为了完全公开本发明，并完全告知本发明所属领域的技术人员本发明的范围，并且本发明将由权利要求书定义。此外，本文使用的术语用于解释实施例而非限制本发明。除非另有说明，单数形式在本说明书中包括复数形式。此外，本文中使用的术语“包括”、“包含”等描述的组件、步骤、操作和/或元素不排除一个或多个其他组件、步骤和/或元素的存在或添加。
下文将参考附图详细描述本发明的示例性实施例。在描述实施例时，公知的结构或功能将不被详细描述，因为它们可能不必要地模糊对本发明的理解。
将参考图1描述根据本发明的乘坐舒适性控制的概述。
当车辆驶过不平坦道路(诸如具有凸块和凹陷的道路)时，俯仰运动发生变化(下沉和俯冲)。为了提高乘坐舒适性，需要将俯仰运动保持为零(0)。在本发明中，在前轮驱动车辆中，通过在与增加或降低俯仰运动的方向相反的方向上生成车辆扭矩来抵消俯仰运动。此外，在控制俯仰运动的同时，通过适当调整车辆的纵向加速度和加加速度程度来调整和提高乘坐舒适性。
此外，如果车辆的前鼻部被抬高(例如，进入凸块或摆脱凹陷)，则在与车辆行驶方向相反的方向上生成驱动扭矩(即，制动扭矩)，以对要被降低的车辆的前鼻部执行控制。相反，如果车辆的前鼻部被降低(例如，摆脱凸块或进入凹陷)，则在车辆的行驶方向上生成驱动扭矩(即，加速扭矩)，以对要被抬高的车辆的前鼻部执行控制。
在图1中，①是在车辆的行驶方向上生成前轮驱动加速扭矩的控制情况，以使车辆的前鼻部抬高，并且当摆脱凸块时需要这种控制，如在③中。另外，②是在与车辆行驶方向相反的方向上生成前轮制动扭矩的控制情况，以降低车辆的前鼻部，并且在进入凸块时需要这种控制，如在④中。
与凸块不同，在有凹陷的情况下，控制是以与上述相反的方向执行的。因此，在下面的描述中，将主要描述针对凸块的控制。
图2是根据本发明的乘坐舒适性控制逻辑的流程图，并且图3是根据本发明的通过确定驱动扭矩来控制乘坐舒适性的装置的框图。
首先，将介绍以下描述中使用的缩写。
Figure BDA0003923080060000071
估计俯仰或估计俯仰运动，
Figure BDA0003923080060000072
估计俯仰角速度
vx：纵向速度，ax：纵向加速度，
Figure BDA0003923080060000073
估计纵向加速度，
Figure BDA0003923080060000074
纵向加速度目标约束
Figure BDA0003923080060000075
纵向加加速度目标约束
Twhl,cand：车轮施加的驱动扭矩候选组，Twhl：最终驱动扭矩
u：控制输入，u*：最优控制输入
ku：用于计算驱动扭矩的比例增益候选组
J，J(x，u)：目标函数或成本函数
Jθ：俯仰运动降低的目标函数，Ja：纵向加速度降低的目标函数，Jjerk：加加速度降低的目标函数。这些中的每一个都可以通过以下等式来计算。
Figure BDA0003923080060000076
Figure BDA0003923080060000077
Figure BDA0003923080060000078
w1和w2：目标函数的权重(分别对应于加速度降低和加加速度降低)。
将参考图2和图3描述根据本发明的用于提高乘坐舒适性的最优控制方法和装置。将在主要描述图2的方法过程的描述的同时添加对图3的装置的描述。
1、根据估计的车辆俯仰角速度生成驱动扭矩候选组
俯仰角速度估计单元11可以通过使用各种已知方法计算车辆的估计俯仰角速度。此外，驱动扭矩候选组生成单元22根据由俯仰角速度估计单元11计算的估计俯仰角速度来生成驱动扭矩候选组。
如上所述，本发明的目的是通过最优控制选择使成本函数最小化的最合适的驱动扭矩。为此，驱动扭矩候选组生成单元22需要首先生成用于可以由车辆生成的驱动扭矩的候选者。例如，在需要提供正扭矩以降低俯仰运动的情况下，可以由控制器生成的扭矩被定期划分并预先设置。在这种情况下，由于需要在降低俯仰运动的方向上执行控制，因此通过将估计的俯仰角速度
Figure BDA0003923080060000081
乘以一定大小的增益(比例增益控制)而获得的扭矩候选组ku被设置。例如，假设P控制候选组ku被设置为矢量[0，200，400，600，800，1000，……，2000，2200]，则扭矩候选组
Figure BDA0003923080060000082
由
Figure BDA0003923080060000083
确定。在该示例中，比例增益的范围已被定义为从0到2200，其间隔为200(总共12维度的矢量)。考虑到驱动系统的限制和估计俯仰角速度的范围，候选组选择的最大比例增益已被设置(约8000)，并且考虑到数据量，间隔(矢量的维度)已被选择(约20)。
2、根据驱动扭矩候选估计与俯仰运动降低相关的目标函数
俯仰降低相关目标函数生成单元21接收由驱动扭矩候选组生成单元12生成的驱动扭矩候选者，并生成与俯仰运动(或俯仰)降低相关的目标函数。目标函数是被建模为驱动扭矩和俯仰降低之间的比例关系的函数。在这种情况下，由于俯仰运动降低随着驱动扭力矩的增加而变得有利，因此目标函数被确定与驱动扭力矩候选组的大小成反比，从而使目标函数Jθ逐渐变小。
更具体地说，与俯仰运动降低相关的目标函数是
Figure BDA0003923080060000084
并且该等式与上述缩写描述中介绍的等式相同。该目标函数被生成为驱动扭矩候选组的平方的倒数。之所以这样做，是因为将Jθ设置为较小，以响应驱动扭矩的增大值，因为俯仰运动降低的效果随着驱动扭矩的增加而增加。此外，平方的原因是为了计算正数。例如，在前面的示例中，如果驱动扭矩候选组
Figure BDA0003923080060000085
为
Figure BDA0003923080060000086
Figure BDA0003923080060000087
且
Figure BDA0003923080060000088
值为0.05，则通过等式计算，Jθ＝0.0001*[无穷大，11.111，2.7778，1.2346，0.6944，0.4444，0.3086，0.2268，0.1736，0.1372，0.1111，0.0918]。
3、根据估计的俯仰角速度估计当前俯仰值
积分器31通过对由俯仰角速度估计单元11计算的估计俯仰角速度进行积分来估计当前俯仰值。在这种情况下，确定根据本发明的控制是输入(激活)还是终止(完成)(32)，并且每次输入控制时，俯仰值估计操作都被重置(初始化)。
下面将提供其详细描述。为了估计纵向加速度，有必要估计当前俯仰运动值。该操作是当前俯仰值估计操作。为此在积分器31中对估计的俯仰角速度进行积分以估计俯仰值(俯仰运动值)。然而，在本发明中，俯仰估计并非总是被执行，而是仅当驶过凸块(以及在有凹陷的情况下)，根据本发明的控制操作被激活(输入控制)时才被执行。此后，当确定车辆已完全越过凸块时，控制被终止，并且对异常俯仰的估计也被终止。因此，有必要在控制终止后的每个输入处初始化(重置)俯仰估计，以从初始俯仰值(即，零(0))开始积分。这是为了降低在平地、上坡或下坡行驶期间由于车辆加速/减速而导致的俯仰估计误差。
4、确定纵向加速度和加加速度的目标约束
在生成与纵向加速度降低相关的目标函数和与加加速度降低相关的目的函数之前，目标约束确定单元41确定纵向加速度和加加速度的目标约束。
具体而言，当通过根据本发明的控制方法过度降低俯仰运动时，会生成较大的加速度。为了防止这种情况，目标约束被设置为不控制纵向加速度变得过大。换句话说，随着驱动扭矩的幅值增加，车辆纵向加速度降低变得不利，并且目标约束被确定为与驱动扭矩候选组的大小成比例地生成目标函数，使得与之相关的目标函数Ja(与纵向加速度相关)逐渐增加(对于加加速度的目标约束也是如此)。在根据设计意图的加速度约束之上的区域中，目标函数的大小被有意地增加，以将其排除在最优控制输入候选之外。
例如，当加速度大于2.943m/s2时，驾驶员会感到非常不适，因此，为了执行控制以避免出现大于该值的加速度，可以设置纵向加速度目标约束
Figure BDA0003923080060000091
5、加速度(纵向加速度)候选组的估计和纵向加速度降低相关目标函数的生成
通过接收由驱动扭矩候选组生成单元12生成的驱动扭矩候选组和由积分器31估计的俯仰运动值，纵向加速度降低相关目标函数生成单元51估计纵向加速度候选组并生成加速度相关目标函数。在这种情况下，使用纵向车辆动力学与安装在车辆中的纵向加速度传感器52(例如，G传感器)一起估计加速度。为了生成目标函数，参考由目标约束确定单元41所确定的加速度目标约束。
加速度候选组是根据驱动扭矩候选组估计的纵向加速度。加速度候选组的定义如下。
Figure BDA0003923080060000101
此处，m表示车辆质量，rdyn表示车轮的滚动半径，Cr1和Cr2表示滚动阻力系数，vx表示纵向车辆速度，ρ表示空气密度，Cd表示空气阻力系数，并且AF表示车辆前部面积。
此外，俯仰运动降低相关的目标函数如下所示，已在缩略的解释中进行了描述。
Figure BDA0003923080060000102
上述目标函数被生成为由驱动扭矩候选组生成的估计纵向加速度
Figure BDA0003923080060000103
的平方根。这样做的原因是响应于驱动扭矩值的增加值将Ja设置为较大，因为加速度的幅值随着驱动扭矩值增加而增加。取平方的原因是为了计算正数，并且取平方根的原因是为了调整目标函数的整体大小。此外，为了通过设置加速度约束防止加速度增加到某个大小
Figure BDA0003923080060000104
以上，当加速度大于目标加速度
Figure BDA0003923080060000105
时，Ja被设置为非常大的值(即，惩罚(penalty))。例如，当
Figure BDA0003923080060000106
为[0，0.1，0.25，0.4，0.55，0.7，0.9，1.1，1.4，1.7，2.1，2.7]且
Figure BDA0003923080060000107
为1.962时，如果惩罚设置为106，则从等式计算得出Ja＝[0，0.1,0.25，0.4，0.55，0.7，0.9，1.1，1.4，1.7，106，106]。
6、加加速度候选组的估计和加加速度降低相关目标函数的生成
加加速度降低相关目标函数生成单元61从在加速度降低相关目标功能生成单元51中生成的当前加速度候选组中估计加加速度候选组，并生成加加速度相关目标函数。在这种情况下，使用安装在车辆中的轮速传感器62来执行加加速度的估计。为了生成目标函数，参考由目标约束确定单元41确定的加加速度目标约束。
在该操作中，由于随着驱动扭矩的幅值增加，加加速度降低变得不利，因此目标函数被确定与驱动扭矩候选组的大小成比例，使得目标函数Jjerk逐渐变大。根据设计意图，在加加速度约束之上的区域中，目标函数的大小被有意地增加，以将其排除在最优控制输入候选之外。
这将被详细描述。加加速度候选组是在当前车辆状况下施加驱动扭矩时将发生的加加速度的估计值。这些加加速度估计是通过将估计的纵向加速度候选组与从G传感器获取的当前加速度之间的差除以采样时间(0.01秒)而生成的。也就是说，加加速度的估计值被计算为
Figure BDA0003923080060000111
这里，ax，curr表示当前状态的加速度，Ts表示控制器的采样时间，即0.01秒。此外，加加速度候选组的定义如下。
Figure BDA0003923080060000112
在执行本发明的控制时，当发生较大的加加速度时，乘坐舒适性将降低。为了将其视为目标函数，将估计的加速度的平方根设置为目标函数。此外，与纵向加速度一样，应避免出现非常大的加加速度的情况，以防止乘坐舒适性恶化。为此，当加加速度发生在加加速度约束
Figure BDA0003923080060000113
之上时，将受到惩罚，并且因此目标函数Jjerk被设计为非常大。例如，如果当前加速度为ax，curr＝0.1，则估计的纵向加速度矢量
Figure BDA0003923080060000114
Figure BDA0003923080060000115
并且惩罚＝106，并且加加速度候选组
Figure BDA0003923080060000116
Figure BDA0003923080060000117
此外，加加速度目标函数Jjerk＝[10，0，15，106，106，106，106，106，106，106，106，106]。
7、确定最终目标函数的操作
最终目标函数确定单元71将最终目标函数计算为上述三个目标函数的线性和。最终目标函数由J＝Jθ+w1Ja+w2Jjerk确定。这里，w1和w2是权重，并且意味着当最终目标函数被确定时，可以通过增加w1来抑制纵向加速度的增加，并且可以通过增加w2来抑制加加速度的增加。取决于w1和w2的相对大小，对纵向加速度和加加速度的控制的贡献效果可以被不同地应用。权重的细节将在下文中描述。
8、根据控制意图确定权重
在最终目标函数确定单元71确定最终目标函数之前，权重确定单元72可以考虑俯仰降低、纵向加速度和加加速度的目标函数的重要性来确定常数或变量的权重。例如，当加速度目标函数的权重w1增加时，反映了设计者抑制加速度增加的意图，并且当加加速度目标函数的权重w2增加时，则反映了设计者抑制加加速度增加的意图。这些权重可以被设置为常量或变量。
具体而言，根据控制器设计者的意图确定每个目标函数的重要性。例如，一些车辆模型可以专注于降低俯仰运动，而其他车辆模型可以生成大量俯仰运动，但相反，可以关注最小化纵向加速度。因此，权重确定单元72用于根据车辆模型的概念和设计意图来调整俯仰运动、纵向加速度和加加速度的控制。
此处使用的术语“重要性”意指“与车辆或车辆模型概念和设计者意图的一致程度”。例如，当仅降低俯仰运动很重要时，权重w1和w2可以被设置为零(0)。然后，即使发生较大的加速度和加加速度，俯仰运动降低性能也可以得到保证。此外，由于设计者不需要考虑加加速度，当仅俯仰运动降低和纵向加速度降低很重要时，仅权重w1增加，并且w2被设置为0。此外，在这种情况下，为了比降低俯仰运动更积极地降低纵向加速度，当初始设定权重的值w1增加时，纵向加速度被抑制(然而，俯仰运动的性能将在一定程度上反过来变差)。最后，为了降低俯仰运动，降低纵向加速度，并降低加加速度，权重w1和w2两者都需要被考虑。
这里，权重的确定可以通过仿真和实验的适当调试来执行。此外，权重w1和w2可被确定为常量或变量。
9、最终驱动扭矩最小化目标函数的确定
最后，这是确定用于驱动车辆的车轮的驱动扭矩的操作。这里，使用目标函数最小化算法73，并确定使确定的最终目标函数最小化的最终驱动扭矩值。为此，首先，可以选择具有最小最终目标函数的驱动扭矩候选者，并且可以从所选择的候选者中确定最终驱动扭矩量。
这将被详细描述。首先，将通过线性最优控制理论的表述简要描述本发明中使用的“最优控制”概念。
最优控制是一种控制技术，当所有情况可能不能同时得到改善时，它可以得到最优解决方案。通过设置作为控制目标的成本函数J，控制输入u被确定以在整个控制周期期间使成本函数最小化。在这方面，下面介绍了最优控制理论的示例。
Figure BDA0003923080060000131
如上所述，将被最小化的成本函数(即，本发明中以上所述的目标函数)被定义，并针对每个控制周期获得成本函数最小(最小化)的控制输入(在本发明中，车轮施加的驱动扭矩)。根据最优控制理论，成本函数越小，满足控制意图的控制是更优的。本发明将该概念应用于沿不平坦道路(诸如具有凸块和凹陷的道路)的通行控制。
为了更好地理解，将在某一时刻通过根据本发明的上述控制方法选择驱动扭矩的过程作为示例来描述。下面的解释是对上述每个操作中所例举内容的全面总结。
当驱动扭矩候选组
Figure BDA0003923080060000132
为
Figure BDA0003923080060000133
Figure BDA0003923080060000141
且
Figure BDA0003923080060000142
值为0.05时，
Figure BDA0003923080060000143
Figure BDA0003923080060000144
根据等式的计算，Jθ＝0.0001*[无穷大，11.111，2.7778，1.2346，0.6944，0.4444，0.3086，0.2268，0.1736，0.1372，0.1111，0.0918]。此外，根据公式计算，当
Figure BDA0003923080060000145
为[0，0.1，0.25，0.4，0.55，0.7，0.9，1.1，1.4，1.7，2.1，2.7]时，
Figure BDA0003923080060000146
为1.962，并且惩罚被设置为106，则Ja＝[0，0.1，0.25，0.4，0.55，0.7，0.9，1.1，1.4，1.7，106，106]。此外，当当前加速度ax，curr＝0.1时，估计的纵向加速度矢量ax，curr＝[0，0.1，0.25，0.4，0.55，0.7，0.9，1.1，1.4，1.7，2.1，2.7]，
Figure BDA0003923080060000147
Figure BDA0003923080060000148
并且惩罚＝106，加加速度候选组
Figure BDA0003923080060000149
Figure BDA00039230800600001410
此外，加加速度目标函数Jjerk＝[10，0，15，106，106，106，106，106，106，106，106，106]。
假设将权重w1＝5e-4和w2＝2e-4设置为用于考虑俯仰运动、纵向加速度和加加速度的控制，最终目标函数计算为J＝Jθ+w1Ja+w2Jjerk，并且因此J＝[无穷大，0.0012，0.0034，200.0003，200.0004，200.0005，200.0006，200.0007，200.0008，200.0009，700，70]。
Figure BDA00039230800600001411
在控制输入(u，驱动扭矩候选组)中找到使J最小化的最优驱动扭矩输入u*，并且因此被采用作具有最小值为0.0012的第二控制输入。然后最优驱动扭矩被确定为10。
通过这种方式，针对每个控制周期获取目标函数，并获取最小值，以确定与最小值对应的最佳驱动扭矩。
当预期加加速度降低的效果稍小时，w2可以降低多一些。在这种情况下，例如，当权重被控制为w1＝5e-4和w2＝2e-5时，最终目标函数被计算为J＝Jθ+w1Ja+w2Jjerk，并且因此获得J＝[无穷大，0.0012，0.0007，20.0003，20.0003，20.0004，20.0005，20.0006，20.0007，20.0009，520，520]。在这种情况下，最优控制输入被采用作为
Figure BDA00039230800600001412
中具有最小值为0.0007的第三控制输入。因此，最终驱动扭矩被确定为20。因此，可以看出，控制意图根据w1和w2的值而改变。
图4是图2示出的权重确定逻辑8的修改实施例。与SUV相比，由于轿车型乘用车具有较低的车身，并且重心较低，因此俯仰运动较大(见图5)。特别是，当在驶过较大凸块(或凹陷)后开始在平坦地面上行驶时，俯仰运动会附加地发生一次或两次。图5示出了SUV和轿车以30km/h的速度依次驶过较长凸块、较长凹陷以及较短凸块的场景的俯仰运动仿真结果。乘用车(轿车)的俯仰运动通常大于SUV，并且特别是，可以确认，即使在8秒(sec)后从路段中的凸块中摆脱并到达平坦地面后，俯仰运动也会附加地发生。
为了应用本发明，考虑了乘用车的特性，如图4所示，在权重确定单元72的权重确定过程中，响应于驶过凸块(或凹陷)后的附加俯仰运动，执行附加的控制例程。作为补充，子操作81至83被添加到根据图2的实施例的控制流程图的操作8(权重确定)。
首先，通过综合在图2的操作3中估计的俯仰值和为控制输入计算的信号，确定当前车辆是否已驶过凸块(或凹陷)，并且然后到达平坦地面(81)。
用于确定摆脱凸块后是否执行控制的指数被计算，并且因此确定在摆脱凸块(82)后是否执行控制(附加控制)。通过综合估计的俯仰角速度值、控制输入/终止(ON/OFF)信号和控制结束时间来确定是否执行附加控制。在估计的俯仰角速度的大小超过一定值后，需要保持一定量的时间，并且在驶过凸块或凹陷时，并且其在所有控制结束后被执行。特定值和时间通过实验和仿真而进行调试。
当附加控制被确定时，权重被调整，以便在附加地发生一次或两次俯仰运动(在摆脱凸块之后)的路段中，使得俯仰运动被抑制得比纵向加速度和加加速度的抑制更多(83)。在调整权重之后执行图2的控制方法的操作8。权重调整与参照图2和图3描述的相同。即，图4的实施例的操作83与图2的操作8(根据控制意图确定权重)相同。
图6至图9是用于显示根据本发明的乘坐舒适性控制技术与相关技术相比的改进的仿真结果。
图6示出了在SUV以30km/h的速度依次驶过较长(或较宽)凸块、较宽凹陷和较短(或较窄)凸块的场景下根据传统技术的旧控制、本发明的新控制和无控制的俯仰运动。
图7示出了在相同场景下根据旧控制和新控制的纵向加速度。
图8示出了在相同场景中根据旧控制和新控制的加加速度。
图9示出了在相同场景下根据旧控制和新控制的车轮输入扭矩。
通过上述仿真，与相关技术(比例增益控制)相比，本技术(最优控制)具有以下特征。
根据本发明的控制技术通过限制如图9所示的控制输入扭矩来防止纵向加速度增加超过如图7所示的一定水平。此外，可以通过防止如图8所示的加加速度迅速增加来提高乘坐舒适性。然而，可以看出俯仰运动降低性能如图6所示有所降低。
这些结果是由于俯仰运动降低、纵向加速度和加加速度降低之间的反比关系。也就是说，当纵向加速度和加加速度的程度大大降低时，俯仰运动降低性能大大恶化，并且当纵向加速和加加速度程度稍微降低时，俯仰运动降低性能恶化得较少。在图2和图4的控制流程图的操作7中，可以在改变权重的同时调整该程度。
在根据相关技术的控制(例如，比例增益控制(或P控制))中，可以执行用于降低俯仰运动的有效控制，但纵向加速度和加加速度的幅值变得相当大，从而使乘坐舒适性受损。另一方面，根据本发明，可以执行考虑整体乘坐舒适性的控制，因此可以控制纵向加速度和加加速度以及降低在驶过不平坦道路时发生的俯仰运动。根据本发明，可以有效地提高由于相关技术中未考虑的纵向加速度和加加速度而导致的乘坐舒适性降低。
尽管已经参考本发明的示例性实施例描述了本发明，但本领域技术人员将理解，在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，可以进行各种修改和改变。因此，应当理解，上述实施例在所有方面都是示例性的，而不是限制性的。

Claims (17)

1.一种用于在不平坦道路上实现平稳行驶的驱动扭矩的最优控制方法，所述方法包括以下步骤：
a)根据估计的俯仰角速度来计算扭矩候选组；
b)根据所述扭矩候选组来生成俯仰运动降低目标函数；
c)估计与操作1中生成的所述扭矩候选组相对应的车辆加速度候选组；
d)通过综合预定加速度约束和估计的所述车辆加速度候选组来生成纵向加速度降低目标函数；
e)通过计算从传感器获取的当前加速度值以及在步骤c)中估计的所述车辆加速度候选组来估计加加速度候选组；
f)通过综合所设置的加加速度约束和所述加加速度候选组来生成加加速度降低目标函数；以及
g)在目标函数中选择具有最小值的候选者，并且确定与所选的候选相对应的驱动扭矩。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤b)中，所述俯仰运动降低目标函数与所述驱动扭矩候选组的大小成反比地生成，使得所述俯仰运动降低目标函数随着所述驱动扭矩的幅值增加而逐渐降低。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤d)中，所述纵向加速度降低目标函数与所述驱动扭矩候选组的大小成比例地生成，使得所述纵向加速降低目标函数随着驱动扭矩的幅值增加而逐渐增加。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤d)中，目标函数的大小在所述加速度约束之上的区域中增加。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤f)中，与驱动扭矩候选组的大小成比例地生成目标函数，使得所述加加速度降低目标函数随着驱动扭矩的幅值增加而逐渐增加。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤f)中，目标函数的大小在所述加加速度约束之上的区域中增加。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤g)还包括将权重应用于在操作步骤b)、d)和f)中计算的目标函数。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，在应用所述权重时，与纵向加速度相关的第一权重和与加加速度相关的第二权重被应用。
9.一种用于驱动扭矩的装置，所述装置包括：
驱动扭矩候选组生成单元，被配置为根据来自俯仰角速度估计单元的估计俯仰角速度来计算扭矩候选组；
俯仰降低相关目标函数生成单元，被配置为从所生成的扭矩候选组生成俯仰运动降低目标函数；
加速度降低目标函数生成单元，被配置为通过估计车辆加速度候选组并且综合预设加速度约束和所估计的车辆加速度候选组来生成纵向加速度降低目标函数，所述车辆加速度候选组的每一个对应于由所述驱动扭矩矩候选组生成单元所生成的扭矩候选组中的一个；
加加速度降低目标函数生成单元，被配置为通过计算从纵向加速度传感器获取的当前加速度值和所估计的车辆加速度候选组来估计加加速度候选组，并且综合预设加加速度约束和所述加加速度候选组而生成加加速度降低目标函数；以及
最终目标函数确定单元，被配置为从目标函数中选择具有最小值的候选者，并且确定对应于所选候选者的驱动扭矩。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述俯仰运动降低目标函数生成单元与驱动扭矩候选组的大小成反比地生成所述俯仰运动降低目标函数，使得所述俯仰运动降低目标函数随着所述驱动扭矩的幅值增加而逐渐降低。
11.根据权利要求9所述的装置，其中，所述纵向加速度降低目标函数生成单元与驱动扭矩候选组的大小成比例地生成所述纵向加速度降低目标函数，使得所述纵向加速降低目标函数随着所述驱动扭矩的幅值增加而逐渐增加。
12.根据权利要求9所述的装置，其中，所述纵向加速度降低目标函数生成单元在所述加速度约束之上的区域中增加目标函数的大小。
13.根据权利要求9所述的装置，其中，所述加加速度降低目标函数生成单元与所述驱动扭矩候选组的大小成比例地生成目标函数，使得所述加加速度降低目标函数随着所述驱动扭矩的幅值增加而逐渐增加。
14.根据权利要求9所述的装置，其中，所述加加速度降低目标函数生成单元在所述加加速度度约束之上的区域中增加目标函数的大小。
15.根据权利要求9所述的装置，还包括权重确定单元，所述权重确定单元被配置为将权重应用于在所述俯仰运动降低目标函数生成单元、所述加速度降低目标函数生成单元和所述加加速度降低目标函数生成单元中计算的目标函数。
16.根据权利要求15所述的装置，其中，所述权重确定单元将与纵向加速度相关的第一权重和与加加速度相关的第二权重应用于所述目标函数。
17.一种车辆，包括根据权利要求9至16中任一项所述的装置。
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