[发明专利]一种路面自适应的车轮动载荷估计方法

说明书

本发明公开了一种路面自适应的车轮动载荷估计系统及方法，所述系统包括用于支撑车辆的轮胎、安装在车轮和车身之间的悬架系统、用于确定悬架簧上和簧下质量相对位移的位移传感器、用于根据测得的簧上和簧下质量相对位移确定车轮动载荷的估计算法模块。所述方法包括如下步骤：步骤一、将车轮动载荷估计问题转化为非线性系统未知输入重构问题；步骤二、设计滑模观测器，估计非线性系统状态；步骤三、计算观测器估计误差方程；步骤四：给出保证估计误差方程稳定的观测器增益设计方法；步骤五、通过未知输入重构实现对车轮动载荷的估计。该方法考虑悬架阻尼力非线性特性和路面随机扰动的影响，能够实现不同路面条件下车轮动载荷的低成本实时估计。

技术领域

本发明属于汽车运动控制技术领域，涉及一种在车辆行驶期间估计车轮动载荷的系统及方法。

背景技术

轮胎与地面在轮-地接触点的作用力决定着车轮的纵向、侧向和垂向运动，进而影响汽车的运动和安全性能。由汽车悬架系统的弹性和阻尼特性以及轮-地耦合形成的车轮动载荷直接影响车轮的纵向和侧向力，是车辆纵-侧-垂向动力学耦合的关键因素。因此，对于汽车运动控制系统，包括制动控制系统、牵引力控制系统、车辆稳定性控制系统、转向控制系统等，均需实时获取车轮动载荷信息。

车轮动载荷受到悬架系统动态特性和路面随机扰动的影响，在车辆加速、制动和转向过程中也会发生变化。现有技术中，对车轮动载荷的获取方法有直接测量法、基于轮胎压力传感器的估计方法、基于模型的开环估计方法、基于模型的闭环估计方法等。其中，直接测量法通过安装轮胎六分力传感器可实现对车轮动载荷的直接测量，但传感器价格昂贵，安装复杂，且与轮胎尺寸密切相关，通用性差；基于轮胎压力传感器的估计方法，借助轮胎压力传感器的测量信息计算车轮动载荷，其对轮胎压力的测量精度和采样频率提出了较高的要求，且必须考虑轮胎内部和外部温度的影响，使得这种方法还处于理论研究阶段；基于模型的开环估计方法通常是利用车辆纵向和侧向加速度以及车辆参数直接计算车轮动载荷，具有结构简单、易于实现的有点，但其忽略了悬架系统的非线性特性和路面随机扰动的影响，导致其无法准确预测极限工况下快速变化的车轮动载荷，且车辆参数的变化会产生不准确的车轮动载荷计算结果；基于模型的闭环估计方法能够利用先进估计技术和悬架动力学提高对车轮动载荷的估计精度，但现有技术通常忽略悬架系统的非线性动态特性，并且其实现依赖于对悬架动力学参数的准确辨识和较多的传感器测量信息，包括车辆纵向和侧向加速度传感器、车身侧倾角速度传感器等，限制了其在实际中的应用范围。

发明内容

为了避免上述现有技术所存在的不足之处，本发明提供了一种理论成熟、适用范围广、精度高的路面自适应的车轮动载荷估计系统及方法。本发明考虑悬架阻尼力非线性特性和路面随机扰动的影响，能够实现不同路面条件下车轮动载荷的低成本实时估计。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种路面自适应的车轮动载荷估计系统，包括轮胎、悬架系统、位移传感器、估计算法模块，其中：

所述轮胎用于支撑车辆；

所述悬架系统安装在车轮和车身之间；

所述位移传感器用于确定悬架簧上和簧下质量相对位移；

所述估计算法模块用于根据测得的簧上和簧下质量相对位移确定车轮动载荷。

一种利用上述系统实现路面自适应的车轮动载荷估计方法，包括如下步骤：

步骤一、按照以下悬架系统动力学模型将车轮动载荷估计问题转化为非线性系统未知输入重构问题：