基于横置板簧端部位移感知的角模块阿克曼自适应修正系统及方法与流程

本发明涉及角模块，具体而言涉及基于横置板簧端部位移感知的角模块阿克曼自适应修正系统及方法。

背景技术：

1、随着分布式驱动电动汽车线控底盘技术的发展，将分布式电驱动总成、线控转向执行器、线控制动执行器以及悬架系统高度物理集成于轮端的角模块架构已成为重要发展方向。这种架构取消了传统底盘系统中的机械转向传动轴、贯穿式横向稳定杆等部件，显著提升了整车空间利用率与多轮控制自由度。

2、然而，角模块架构要求在极其有限的轮端空间内实现驱动、转向、制动等多维执行器的集成布置。由于轮端包络空间受限，传统螺旋弹簧悬架在多维作动或大角度转向工况下极易与旋转部件或制动管路产生空间运动干涉，极大地限制了角模块转向范围的扩展。

3、此外，现有角模块车辆的阿克曼转向控制多采用基于固定运动学几何机理的前馈计算方法。即控制单元仅依据实时输入的车速和方向盘转角，通过阿克曼几何拓扑公式确定内外侧车轮的转向角目标。

4、然而，车辆在实际行驶过程中，由于侧向加速度、纵向加速或制动减速度的作用，同轴内外侧车轮之间必然发生显著的垂向载荷转移。由于轮胎侧偏刚度特性随垂直载荷变化呈现明显的非线性特征，当转弯工况下的载荷转移导致内外侧轮胎的垂直载荷大幅偏离基准设计状态时，基于固定几何关系计算出的原始阿克曼转角将偏离理想的轮胎力学最优响应状态，这极易引发外侧车轮产生非线性轮胎过饱和现象，加剧车辆推头转向不足，并导致同轴轮胎发生非对称异常磨损。

技术实现思路

1、针对现有技术中角模块阿克曼控制存在的技术问题，本发明的第一方面提出一种技术方案，一种基于横置板簧端部位移感知的角模块阿克曼自适应修正系统，包括：

2、角模块悬架机构，所述角模块悬架机构包括下控制臂、副车架以及作为弹性元件的横置板簧，所述横置板簧的自由端通过非刚性约束的搭接方式连接到所述下控制臂，且所述横置板簧在承受垂向载荷时其自由端相对于所述下控制臂具备沿其纵向的弹性相对滑移自由度；

3、位移传感单元，用于采集所述横置板簧的自由端相对于所述下控制臂的纵向相对滑移位移δx以及横置板簧的中部相对于所述副车架垂向跳动位移δz，以作为表征车轮动态垂向载荷变化的伴生变形信号；

4、控制单元，与所述位移传感单元电连接，所述控制单元被配置为执行以下步骤：

5、根据所述纵向相对滑移位移δx以及垂向跳动位移δz，辨识对应角模块车轮的实时动态垂向载荷fz；

6、根据所述实时动态垂向载荷fz，在线辨识同轴转弯外侧车轮与内侧车轮的实时轮胎侧偏刚度差δcα偏差，其中，cα表示轮胎侧偏刚度，δcα偏差表示同轴转弯外侧车轮与内侧车轮的轮胎侧偏刚度之差；

7、根据所述实时轮胎侧偏刚度差δcα偏差，对原始阿克曼外轮目标转角δ外原始进行修正，输出减小后的外轮最终目标转角，以降低转弯外侧车轮的侧偏角，使内外侧车轮的轮胎负荷利用率趋于均衡。

8、优选的，所述位移传感单元包括：

9、安装于所述下控制臂的第一位移传感器，用于采集所述横置板簧的自由端相对于所述下控制臂的纵向相对滑移位移δx；

10、安装于副车架的第二位移传感器，用于采集所述横置板簧的中部相对于所述副车架垂向跳动位移δz；

11、所述控制单元配置有多元解耦映射模型fz=g(δx,δz)，所述多元解耦映射模型g用于根据所述垂向跳动位移δz所表征的横置板簧实时弯曲状态，对所述纵向相对滑移位移δx进行结构非线性解耦，以解算出对应的所述实时动态垂向载荷fz。

12、优选的，所述位移传感单元为非接触式激光三角测距传感器、霍尔式线性位移传感器或拉线式位移传感器中的任意一种。

13、优选的，还包括固定安装于所述横置板簧的自由端本体表面的传感器靶标，所述传感器靶标与所述位移传感单元之间保持测量间隙，形成无机械刚性约束的相对运动测量对。

14、本发明第二方面提出一种技术方案，一种基于横置板簧端部位移感知的角模块阿克曼自适应修正方法，基于上述的基于横置板簧端部位移感知的角模块阿克曼自适应修正系统，包括以下步骤：

15、步骤s1：利用固定安装在下控制臂上的位移传感单元采集横置板簧的自由端的纵向相对滑移位移δx以及垂向跳动位移δz；

16、步骤s2：利用所述控制单元将所述δx和δz代入多元解耦映射模型中进行运动学解耦，消除所述下控制臂动态转动轨迹对滑移量的影响，输出各车轮滑移解耦后的实时垂向载荷fzi；

17、步骤s3：利用所述控制单元将所述实时垂向载荷fzi输入至预设的轮胎刚度观测器中，辨识出前轴转弯外侧车轮实时侧偏刚度cα外与转弯内侧车轮实时侧偏刚度cα内，并计算前轴内外轮侧偏刚度差δcα偏差=cα外-cα内；

18、步骤s4：利用所述控制单元根据所述侧偏刚度差δcα偏差计算外轮转角修正量δδ外，并利用所述外轮转角修正量δδ外对原始阿克曼外轮目标转角δ外原始进行调小修正，生成最终目标转角δ外目标，并下发至对应角模块的主销驱动总成。

19、优选的，在所述步骤s2中，所述多元解耦映射模型g的试验台架标定与构建方法包括以下步骤：

20、弯曲姿态形态标定：在试验台架上通过作动器驱动下控制臂在全行程内进行垂向跳动，通过第二位移传感器记录对应的垂向跳动位移δz，构建全行程下的板簧弯曲形态姿态矩阵；

21、多维刚度解耦标定：在各级恒定的垂向跳动位移δz下，对车轮分级施加递增的垂向载荷fz，并通过第一位移传感器记录对应的纵向相对滑移位移δx；

22、曲面拟合与逆解存储：遍历全行程内所述垂向跳动位移δz的离散点，建立垂直载荷fz、纵向相对滑移位移δx与垂向跳动位移δz的三维空间响应曲面，并转换为物理查表模型存储于所述控制单元中。

23、优选的，在所述步骤s4中，所述最终目标转角δ外目标的计算方法为：

24、δ外目标=δ外原始+δδ外

25、δδ外=-kα·δcα偏差·f(vx)

26、其中，kα为预设的自适应修正增益系数，f(vx)为基于整车纵向车速的调度函数，所述调度函数配置为随车速的提高而收敛减小所述外轮转角修正量δδ外的绝对值；公式中的负号表征当外侧车轮侧偏刚度大于内侧车轮时，调小外轮的最终目标转角，使外轮转向姿态向平行转向偏移。

27、优选的，所述调度函数f(vx)的表达式为：

28、f(vx)=1-vx/vchar

29、其中，vx为整车实时纵向车速，vchar为预设的车辆特征车速。

30、优选的，在所述步骤s1与步骤s2之间，还包括非稳态冲击工况的动态保护判定步骤：

31、利用所述控制单元计算连续采样点下所述纵向相对滑移位移的变化率d(δx)/dt；当所述变化率的绝对值|d(δx)/dt|大于预设的路面瞬态冲击阈值时，判定对应角模块车轮处于非稳态路面高频脉动冲击工况下，控制系统跳转进入动态瞬态保护模式；

32、当所述变化率的绝对值|d(δx)/dt|小于或等于所述路面瞬态冲击阈值时，判定车辆处于稳态行驶或常规转向工况下，系统正常跳转执行步骤s2。

33、优选的，所述动态瞬态保护模式包括以下控制策略：

34、策略a：利用所述控制单元冻结当前的所述外轮转角修正量δδ外，使其保持为进入所述动态瞬态保护模式前一时刻的数值，以抑制高频瞬态轮荷波动对转向目标角规划的干扰；

35、策略b：同步向所述主销驱动总成输出主动阻尼控制指令，通过主销转向电机的反向电磁力矩，对冲了因横置板簧反弹并通过下控制臂传递至转向节的逆向冲击扰动力矩。

36、与现有技术相比，本发明的优点在于：

37、本发明横置板簧由于与摆臂端部连接点较靠近球头，可达成较高的受力杠杆比，大幅降低弹性元件的工作载荷，可适配大载荷车型，同时利用横置板簧受载弯曲时因自由端弦长非线性伸长而产生的纵向相对滑移位移这一机械伴生变形特征，通过将其与中部垂向跳动位移多元融合，构筑高带宽、无相位滞后的实时动态轮荷观测模型，有效规避传统因采用侧向加速度传感器间接估算垂直载荷时因滤波环节引入的相位延迟缺陷。

38、本发明基于在线观测出的同轴轮胎非对称侧偏刚度差，实现自适应逆向调整，在发生剧烈转弯载荷转移、外侧轮胎侧偏刚度激增时，通过主动降低并约束外侧车轮的目标偏转角度，使其向平行转向姿态重构偏移，约束外侧车轮的实际轮胎侧偏角，促使其退出受力饱和非线性区，实现同轴车轮负荷利用率的动态均衡，改善整车的抓地极限与抗侧滑跟随稳定性。