用于在低抓地力状况下控制轮式车辆的方法技术

一种控制车辆的方法，该车辆的车轮设置有支撑在表面上的轮胎，该方法使用作为每个轮胎相对于该表面的侧滑角(β

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在低抓地力状况下控制轮式车辆的方法
[0001]专利技术背景
[0002]本专利技术涉及轮式车辆，诸如陆上车辆，并且尤其是越野车辆，也包括滑行时的飞行器的领域。
[0003]存在针对轮式车辆的自动控制方法，该方法利用依赖于轮胎相对于地面的行为的线性模型的控制关系。驾驶极限由轮胎中的每一者在地面上施加的最大侧向力确定，使用公式：F
ymax
＝μ
ymax
F
z
，其中μ
ymax
是最大侧向摩擦系数，其取决于地面和轮胎的材料，而F
z
是施加在轮胎上的对应于由轮胎支撑的车辆的重量的垂直力，其通过车辆在转弯或倾斜地面上侧向上倾斜以及加速或减速时在纵向上倾斜产生的重量转移进行调节。摩擦系数大致在以下范围内变化：对于干沥青是0.9至1；对于湿沥青是0.5至0.8；对于雪是0.2至0.3；以及对于冰是0.15到0.2。当车辆在地面上行驶而没有打滑时，这些控制方法是有效的，就像车辆以与所遵循路径的曲率半径和车辆轮胎在地面上的抓地力相适应的速度行驶时所发生的一样。在这种理想状况下，侧滑角β，即轮胎指向的方向与轮胎相对于地面的行驶向量之间的角度很小，因此所述侧滑角β与侧向力F
y
相关联，轮胎可以按线性关系传递侧向力F
y
，直到其达到符合这些控制关系所依赖的线性模型的最大力F
ymax
。然而，可以理解的是，车辆可能快速偏离这种理想状况，例如在地面性质发生改变和/或其路径发生改变和/或其速度发生改变的情况下。然而，在这种理想状况之外，轮胎相对于地面的行为，以及因此侧向力相对于侧滑角β的变化不是线性的。
[0004]因此，目前的控制方法通常不适用于越野车辆或高速行驶。
[0005]不可能设想在代表轮胎非线性行为的模型，诸如pacejka模型上构建车辆控制关系。具体来说，该模型的最佳使用需要定义大量的经验参数，这很难实时实现。
[0006]专利技术目的
[0007]本专利技术的特定目的是改进轮式车辆的控制方法，尤其是当轮胎呈现非线性行为时。

技术实现思路

[0008]为此，根据本专利技术，提供了一种控制车辆的方法，该车辆的车轮设置有支撑(rest)在表面上的轮胎，该方法使用作为每个轮胎相对于表面的侧滑角(β
ij
)的函数的、每个轮胎的物理行为模型。该模型是通过定义由轮胎施加在表面上的侧向力(F
y
)随侧滑角变化的理论曲线、通过在曲线中标识第一线性变化区域、第二线性
‑
到
‑
非线性过渡区域和第三非线性变化区域来获得的；并且，对于每个轮胎，执行以下步骤：
[0009]·
实时操作以定义一组相继的侧向力值每个值对应于侧滑角，并确定所述值是根据第一区域、第二区域还是第三区域而变化；
[0010]·
当各值根据第一区域变化时，应用仿射模型；
[0011]·
当各值根据第二区域变化时，应用DUGOFF模型；以及
[0012]·
当各值根据第三区域变化时，应用常数模型。
[0013]被称为“DUGOFF”模型的模型是一种用于相对于地面对轮胎进行建模的模型，尽管
相对简单但仍然有效，因为它将侧向力(F
y
)与有限数量的参数相关联，这些参数具体是轮胎的纵向刚度(写为C
σ
)、纵向滑移率(写为σ
x
)、侧偏(cornering)刚度系数(写为C
β
)、垂直力(F
z
)、最大侧向摩擦系数(μ
ymax
)和侧滑角(β)。此外，在纯侧向滑动的状况下，前两个参数可以忽略。然而，尽管如此，已经发现，在绘制侧向力作为侧滑角函数的曲线的线性部分上，该模型不必要地复杂，并且它收敛缓慢，或者收敛于非线性部分上错误的值。在本专利技术中，DUGOFF模型被用于估计曲线最有效部分上的侧向力的值，而在曲线的其他部分上，通过更合适的方法估计侧向力。
[0014]在阅读了以下对本专利技术的特定且非限制性实现的描述之后，本专利技术的其他特征及优点将变得显而易见。
[0015]附图的简要说明
[0016]参考附图，在附图中：
[0017]·
图1示出了本专利技术的算法的操作，并且其包括侧向力如何随侧滑角变化的描述；
[0018]·
图2是轮式车辆的平面示意图；
[0019]·
图3示出了相对于地面移动的简化车辆，其前轮被编组在一起作为单个前轮，而其后轮被编组在一起作为单个后轮；以及
[0020]·
图4示出了用于在本专利技术的实现中估计侧偏刚度系数和最大侧向摩擦系数所需的数据。
[0021]本专利技术的具体描述
[0022]下面将本专利技术应用于具有四个可操控(steerable)车轮的车辆。
[0023]参考附图，在给出总体参考1的情况下，该车辆包括经由四个可操控车轮站立在地面上的主体2，即：左前轮fl、右前轮fr、左后轮rl和右后轮rr。以常规方式，每个车轮包括由轮胎包围的轮辋，并且车轮可通过连接至电子控制单元4的电机装置3相对于主体2来操纵，该电子控制单元4还连接至用于驱动车轮旋转的电机装置5和用于制动车轮的旋转的制动系统6。
[0024]控制单元4还连接到包括惯性测量单元7的传感器，惯性测量单元7以常规方式包括加速度计和陀螺仪，用于确定车辆1的姿态及其所承受的速度和加速度。因此，控制单元4具体地接收车辆1沿其纵轴(x)的速度、车辆1沿其横轴(y)的速度以及车辆1的偏航速度。可为所考虑的应用设想其他传感器，并且尤其是测量每个车轮的旋转速度的传感器、测量每个车轮的取向(或航向角)的传感器、每个轮胎的压力传感器、每个轮胎的温度传感器、
……
。此类传感器以及它们如何被使用是已知的，并且本文不对其进行更详细的描述。
[0025]控制单元4是执行包括用于执行本专利技术的方法的指令的程序的计算机单元。本专利技术的控制方法基于对车轮fl、fr、rl、rr中的每一者相对于地面的侧偏刚度系数Cβ
ij
和最大侧向摩擦系数μ
ymaxij
的估计，来应用至少一种控制关系。通过使用该控制关系，控制单元4可以控制电机装置3、电机装置5和制动装置6，以便使车辆1保持在所需路径上。
[0026]针对每个车轮的侧偏刚度系数C
βij
和最大侧向摩擦系数μ
ymaxij
的估计是通过执行自适应算法获得的，该算法对每个车轮执行以下步骤：
[0027]·
通过在其中标识变化是线性的第一区域Z1、线性
‑
到
‑
非线性过渡的第二区域Z2和变化是非线性的第三区域Z3，来定义由轮胎施加在表面上的侧向力随侧滑角β变化的理论曲线(图1)；
[0028]·
实时操作以定义一组相继的侧向力值每个值对应于侧滑角β，并确定所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种控制车辆的方法，所述车辆的车轮设置有支撑表面上的轮胎，所述方法使用作为每个轮胎相对于所述表面的侧滑角(β
ij
)的函数的、每个轮胎的物理行为模型，所述方法的特征在于，所述模型是通过定义在由轮胎施加在所述表面上的侧向力(F
y
)随其侧滑角变化的理论曲线、通过标识第一线性变化区域、第二线性
‑
到
‑
非线性过渡区域和第三非线性变化区域，来定义所述曲线，来获得的；并且对于每个轮胎，执行以下步骤：
·
实时操作以定义一组相继的侧向力值每个值对应于侧滑角，并确定所述值是根据所述第一区域、所述第二区域还是所述第三区域而变化；
·
当所述值根据所述第一区域变化时，应用仿射模型；
·
当所述值根据所述第二区域变化时，应用DUGOFF模型；以及
·
当所述值根据所述第三区域变化时，应用常数模型。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述仿射模型具有以下形式：其中是每个轮胎的所述侧向力的值，a1是曲线在所述区域中的斜率，而b1是截距。3.如权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，所述DUGOFF模型具有以下形式：其中：
·
是每个轮胎的所述侧向力；
···
是每个轮胎的侧偏刚度系数；
·
是每个轮胎的最大侧向摩擦系数；以及
·
β
ij
是每个轮胎的侧滑角。4.如任一前述权利要求1所述的方法，其特征在于，所述常数...

【专利技术属性】
技术研发人员：L，
申请(专利权)人：阿米尼斯工业方法与工艺研究发展协会，
类型：发明
国别省市：