基于智能轮胎的车辆横向控制系统及方法与流程-k8凯发

本发明涉及车辆控制，具体为基于智能轮胎的车辆横向控制系统及方法。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、传统的整车控制方法通常利用获得的整车质量、侧偏刚度以及车辆的实时载荷等参数来进行整车控制，而常用的车辆载荷实时检测方法主要有发动机扭矩估计法，空气悬架行程测量法，车辆弹簧钢板变形检测法，基于粘贴式应变传感器检测法等方式，这类方式中涉及的设备安装复杂、成本高，并且载荷估算的精度不理想。商用货车由于其载货特性，在驾驶过程中载荷变化较大，质心位置转移较为频繁，在采用传统方式获得载荷、质心位置及侧偏刚度等参数进行控制时，难以满足其控制精度，尤其是转向控制精度的要求。

技术实现思路

1、为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供基于智能轮胎的车辆横向控制系统及方法，通过布设在车辆轮胎胎面内侧的智能传感器获取每个轮胎的气压、加速度和转角，经过处理获取车辆的载荷和质心位置、侧偏刚度参数以及前轮的最优转角，进而控制整车转向。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的第一个方面提供基于智能轮胎的车辆横向控制系统，包括通信连接的智能轮胎传感器和车载终端，智能轮胎传感器位于轮胎胎面的内侧，用于获取轮胎的气压、加速度和转角并发送给车载终端，车载终端根据接收到的信息利用数据处理单元实现整车控制；

4、数据处理单元，被配置为：

5、根据车辆前、后轮受到的侧向力和前轮转角，确定车辆侧向方向的合力以及绕垂直轴的横摆力矩，得到自然坐标系下的力矩平衡方程；

6、以加速度信号中，相邻的正峰和负峰之间的信号长度c确定轮胎接地长度，相邻的正峰和负峰之间的时间间隔l确定轮胎旋转圈数，以c与l之间的比值作为实际载荷指标，利用预先标定实验得到车辆在水平面的质心位置以及轮胎的侧偏刚度；

7、以车辆规划轨迹上任意一点的信息，确定真实点位置矢量与规划点矢量之间误差方程，以规划轨迹为自然坐标系下的坐标轴，利用自然坐标系下的力矩平衡方程得到误差方程的解，经后处理得到质心位置改变后的不同横向误差，确定前轮最优转角。

8、进一步的，根据车辆前、后轮受到的侧向力和前轮转角，确定车辆侧向方向的合力以及绕垂直轴的横摆力矩，得到自然坐标系下的力矩平衡方程；包括，利用车辆二自由度模型，根据车辆前、后轮受到的侧向力和前轮转角，得到车辆侧向方向的合力以及绕垂直轴的横摆力矩，经坐标系转换，得到自然坐标系下的力矩平衡方程。

9、进一步的，基于预先标定实验，确定载荷、实际载荷指标与轮胎气压的回归模型，利用智能轮胎传感器获取的气压和加速度得到每个轮位的载荷和车辆在水平面的质心位置。

10、进一步的，基于预先标定实验，得到侧偏刚度-气压-载荷的关系曲面，利用智能轮胎传感器获取的轮胎气压和对应的载荷数据，经查表确定轮胎的侧偏刚度。

11、进一步的，以车辆规划轨迹上任意一点的信息，确定真实点位置矢量与规划点矢量之间误差；包括，根据规划轨迹上的任意一点的位置、速度、航向角和加速度，得到真实点位置矢量与规划点矢量之间的误差方程。

12、进一步的，后处理，包括基于离散线性二次型调节器得到最优控制量。

13、进一步的，后处理，还包括根据前馈确定预测点的位置、速度和横摆角信息。

14、进一步的，若规划轨迹为连续轨迹，则根据匹配点确定离散轨迹点的误差。

15、进一步的，以离散规划轨迹点与真实位置距离最近的点为匹配点，通过投影点和匹配点几何关系确定投影点。

16、本发明的第二个方面提供基于上述系统实现的控制方法，包括以下步骤：

17、根据车辆前、后轮受到的侧向力和前轮转角，确定车辆侧向方向的合力以及绕垂直轴的横摆力矩，得到自然坐标系下的力矩平衡方程；

18、以加速度信号中，相邻的正峰和负峰之间的信号长度c确定轮胎接地长度，相邻的正峰和负峰之间的时间间隔l确定轮胎旋转圈数，以c与l之间的比值作为实际载荷指标，利用预先标定实验得到车辆在水平面的质心位置以及轮胎的侧偏刚度；

19、以车辆规划轨迹上任意一点的信息，确定真实点位置矢量与规划点矢量之间误差方程，以规划轨迹为自然坐标系下的坐标轴，利用自然坐标系下的力矩平衡方程得到误差值，经后处理得到质心位置改变后的不同横向误差，基于得到的横向误差确定车辆的最优前轮转角并实现控制。

20、与现有技术相比，以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

21、通过布设在车辆轮胎胎面内侧的智能传感器获取每个轮胎的气压、加速度和转角，经过处理获取车辆的载荷和质心位置、侧偏刚度参数以及前轮的最优转角，进而控制整车转向，应用在商用载货车辆上时，能够提升控制精度，从而在一定程度上减少方向盘的转角，进而提升车辆行驶的安全性、舒适性和平稳性。

技术特征：

1.基于智能轮胎的车辆横向控制系统，其特征在于，包括通信连接的智能轮胎传感器和车载终端，智能轮胎传感器位于轮胎胎面的内侧，用于获取轮胎的气压、加速度和转角并发送给车载终端，车载终端根据接收到的信息利用数据处理单元实现整车控制；

2.如权利要求1所述的基于智能轮胎的车辆横向控制系统，其特征在于，根据车辆前、后轮受到的侧向力和前轮转角，确定车辆侧向方向的合力以及绕垂直轴的横摆力矩，得到自然坐标系下的力矩平衡方程；包括，利用车辆二自由度模型，根据车辆前、后轮受到的侧向力和前轮转角，得到车辆侧向方向的合力以及绕垂直轴的横摆力矩，经坐标系转换，得到自然坐标系下的力矩平衡方程。

3.如权利要求1所述的基于智能轮胎的车辆横向控制系统，其特征在于，基于预先标定实验，确定载荷、实际载荷指标与轮胎气压的回归模型，利用智能轮胎传感器获取的气压和加速度得到每个轮位的载荷和车辆在水平面的质心位置。

4.如权利要求1所述的基于智能轮胎的车辆横向控制系统，其特征在于，基于预先标定实验，得到侧偏刚度-气压-载荷的关系曲面，利用智能轮胎传感器获取的轮胎气压和对应的载荷数据，经查表确定轮胎的侧偏刚度。

5.如权利要求1所述的基于智能轮胎的车辆横向控制系统，其特征在于，以车辆规划轨迹上任意一点的信息，确定真实点位置矢量与规划点矢量之间误差；包括，根据规划轨迹上的任意一点的位置、速度、航向角和加速度，得到真实点位置矢量与规划点矢量之间的误差方程。

6.如权利要求1所述的基于智能轮胎的车辆横向控制系统，其特征在于，所述后处理，包括基于离散线性二次型调节器得到最优控制量。

7.如权利要求1所述的基于智能轮胎的车辆横向控制系统，其特征在于，所述后处理，还包括根据前馈确定预测点的位置、速度和横摆角信息。

8.如权利要求1所述的基于智能轮胎的车辆横向控制系统，其特征在于，若规划轨迹为连续轨迹，则根据匹配点确定离散轨迹点的误差。

9.如权利要求1所述的基于智能轮胎的车辆横向控制系统，其特征在于，以离散规划轨迹点与真实位置距离最近的点为匹配点，通过投影点和匹配点几何关系确定投影点。

10.基于权利要求1-9任一项所述系统实现车辆控制的方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及基于智能轮胎的车辆横向控制系统及方法，通过布设在车辆轮胎胎面内侧的智能传感器获取每个轮胎的气压、加速度和转角，经过处理获取车辆的载荷和质心位置、侧偏刚度参数以及前轮的最优转角，进而控制整车转向，应用在商用载货车辆上时，能够提升控制精度，从而在一定程度上减少方向盘的转角，进而提升车辆行驶的安全性、舒适性和平稳性。

技术研发人员：晋琦,赵长松,张硕,秦清旺,邱新新,马鹏之
受保护的技术使用者：山东华勤橡胶科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8