一种基于附着可行域约束的悬架控制方法及装置与流程

本技术涉及车辆底盘电控，尤其涉及一种基于附着可行域约束的悬架控制方法及装置。

背景技术：

1、现有悬架模型预测控制，通常建立四分之一车辆二自由度模型，以车身垂向位移与簧下质量垂向位移为状态量，将前视传感器测得的前方路面高程序列作为已知扰动引入预测方程，以簧上垂向加速度、悬架动挠度和轮胎动变形的加权二次型为目标函数，以作动器最大作动力和悬架最大压缩行程为不等式约束，通过滚动优化求解未来预测时域内的作动力序列，并只执行当前时刻的作动力。

2、在相关技术中，预瞄信息的维度不完整，预瞄量仅为道路几何高程，导致容易出现轮胎会进入滑转或抱死状态等不足，使车辆行驶的稳定性存在不足。

技术实现思路

1、本技术实施例提供一种基于附着可行域约束的悬架控制方法及装置，可以改善悬架控制的准确性，提高车辆行驶的稳定性。

2、第一方面，本技术实施例提供一种基于附着可行域约束的悬架控制方法，所述方法包括：

3、监测车辆的运行状态，得到所述车辆的工作状态信息；所述工作状态信息包括所述车辆的轮胎的法向载荷、滑移率和利用附着系数；

4、根据所述工作状态信息和预测参数信息，确定附着可行域约束；所述预测参数信息包括最大附着利用率和预测时域内的纵向力需求序列、前方路面高程预瞄序列；

5、在作动力幅值约束、作动力变化率约束、悬架行程约束、轮胎接地约束以及所述附着可行域约束下，构建簧上垂向加速度、俯仰角加速度、悬架动挠度、轮胎动载荷与作动力能耗的加权二次型作为目标函数，确定所述目标函数满足约束条件时的前后轴作动力；

6、基于所述前后轴作动力，对所述车辆实施悬架控制。

7、上述实施例中，所述方法包括：监测车辆的运行状态，得到所述车辆的工作状态信息；根据所述工作状态信息和预测参数信息，确定附着可行域约束；在作动力幅值约束、作动力变化率约束、悬架行程约束、轮胎接地约束以及所述附着可行域约束下，构建簧上垂向加速度、俯仰角加速度、悬架动挠度、轮胎动载荷与作动力能耗的加权二次型作为目标函数，确定所述目标函数满足约束条件时的前后轴作动力；基于所述前后轴作动力，对所述车辆实施悬架控制。该方法，通过将附着能力转换为附着可行域约束并引入模型预测控制，能够改善悬架控制的准确性，提高车辆行驶的稳定性。

8、在一种可能的实现方式中，所述根据所述工作状态信息和预测参数信息，确定附着可行域约束，包括：

9、根据所述法向载荷、所述滑移率和所述利用附着系数，在预先设定的参考附着特性信息集合中进行特征提取，得到多个附着曲线特征；

10、将所述多个附着曲线特征基于对应的通道权重进行加权融合操作，得到峰值附着估计值和估计不确定度；

11、根据保守附着参数、所述预测参数信息，得到逐预测步的最小法向载荷需求信息和所述车辆的轮胎的法向载荷预测信息，并通过比较所述最小法向载荷需求信息和所述法向载荷预测信息得到附着可行域约束；所述保守附着参数为所述峰值附着估计值和所述估计不确定度得到的。

12、该实施例的方法，通过由工作状态信息与参考附着特性信息集合提取附着曲线特征，并将多个附着曲线特征基于对应的通道权重进行加权融合，得到峰值附着估计值和估计不确定度，再由峰值附着估计值和估计不确定度得到保守附着参数，进而结合预测参数信息构造附着可行域约束，提供一种由附着特征到附着可行域约束的确定机制，对多个附着曲线特征基于对应的通道权重进行加权融合操作，能够改善悬架控制的准确性，提高车辆行驶的稳定性。

13、在一种可能的实现方式中，所述根据所述法向载荷、所述滑移率和所述利用附着系数，在预先设定的参考附着特性信息集合中进行特征提取，得到多个附着曲线特征，包括：

14、根据所述法向载荷、所述滑移率和所述利用附着系数，对预先设定的附着特性参考曲线集合进行工况匹配与有效域筛选，得到与当前工作状态相匹配的附着特性参考曲线子集，并确定所述附着特性参考曲线子集中各附着特性参考曲线的有效滑移率区间；

15、基于所述附着特性参考曲线子集及所述有效滑移率区间，将所述当前工作状态的利用附着系数与所述附着特性参考曲线子集中各附着特性参考曲线在同一法向载荷及同一滑移率处的附着系数进行比较，得到多个附着曲线特征；所述多个附着曲线特征包括点值特征、滑移域累计特征与局部斜率特征中的至少两类。

16、该实施例的方法，通过对参考曲线集合进行工况匹配与有效域筛选，得到与当前工作状态相匹配的参考曲线子集和有效滑移率区间，再在子集与有效区间内提取点值特征、滑移域累计特征与局部斜率特征中的至少两类，提供一种附着曲线特征的具体提取机制，可以有效地弱化单一特征在特定工况的可靠性不足，能够改善悬架控制的准确性，提高车辆行驶的稳定性。

17、在一种可能的实现方式中，所述工作状态信息还包括纵向力；所述将所述多个附着曲线特征基于对应的通道权重进行加权融合操作，得到峰值附着估计值和估计不确定度，包括：

18、将所述点值特征、所述滑移域累计特征与所述局部斜率特征分别映射至同一峰值附着空间，得到点值通道峰值附着候选值、累计通道峰值附着候选值与斜率通道峰值附着候选值；

19、针对每一通道，根据观测向量对所述通道的峰值附着候选值的灵敏度雅可比矩阵、观测噪声协方差矩阵、所述通道与附着特性参考曲线的匹配残差方差以及候选分散度，构造所述通道的总方差；所述观测向量为所述滑移率、所述纵向力和所述法向载荷构成的三维向量；

20、根据各通道的总方差构造逆方差融合权重，作为所述通道权重；

21、基于所述通道权重对各通道的峰值附着候选值进行加权融合，得到所述峰值附着估计值；

22、根据所述通道权重、所述各通道的总方差、各通道的峰值附着候选值与所述峰值附着估计值的差异值，得到所述估计不确定度；

23、其中，所述候选分散度由同一通道内各附着特性参考曲线所得候选值相对于该通道的通道估计的加权分散程度确定。

24、该实施例的方法，通过将三类特征映射至同一峰值附着空间，按灵敏度雅可比矩阵、观测噪声协方差矩阵、匹配残差方差与候选分散度构造各通道总方差，再以逆方差融合权重进行加权融合，并据此得到估计不确定度，提供一种多通道自适应融合与不确定度传播机制，能够改善悬架控制的准确性，提高车辆行驶的稳定性。

25、在一种可能的实现方式中，所述点值通道、所述累计通道与所述斜率通道分别设置有门控函数；所述根据各通道的总方差构造逆方差融合权重，作为所述通道权重，包括：

26、将各通道的总方差分别作求逆运算，得到各通道的逆方差；

27、根据各通道的逆方差，和，与各通道对应的门控函数值，得到所述通道权重。

28、该实施例的方法，通过门控函数与逆方差共同确定通道权重，使无效通道不参与融合、可靠通道获得更高权重，提供一种通道权重的具体确定机制，能够改善悬架控制的准确性，提高车辆行驶的稳定性。

29、在一种可能的实现方式中，所述根据保守附着参数、所述预测参数信息，得到逐预测步的最小法向载荷需求信息和所述车辆的轮胎的法向载荷预测信息，并通过比较所述最小法向载荷需求信息和所述法向载荷预测信息得到附着可行域约束，包括：

30、接收纵向控制系统给出的所述预测时域内的纵向力需求序列，并按驱动布置将所述纵向力需求序列分配至前轴和后轴，得到目标轴纵向力需求；

31、根据所述保守附着参数、所述最大附着利用率和所述目标轴纵向力需求，得到逐预测步的最小法向载荷需求信息；

32、由半车模型与所述前方路面高程预瞄序列预测同一时间轴上的法向载荷预测信息，并逐预测步比较所述法向载荷预测信息与所述最小法向载荷需求信息；

33、当所述法向载荷预测信息不小于所述最小法向载荷需求信息时，判定该预测步可行，否则判定该预测步不可行，由各预测步的可行判定构成所述附着可行域约束。

34、该实施例的方法，通过将纵向力需求按驱动布置分配至前后轴，由保守附着参数与最大附着利用率反解得到逐预测步最小法向载荷需求，并与半车模型预测的法向载荷逐预测步比较，提供一种附着可行域约束的具体构造机制，能够改善悬架控制的准确性，提高车辆行驶的稳定性。

35、在一种可能的实现方式中，所述确定所述目标函数满足约束条件时的前后轴作动力，包括：

36、基于laguerre基函数矩阵，对所述目标函数和约束条件进行二次规划求解操作，得到目标函数满足约束条件时的前后轴作动力。

37、该实施例的方法，通过基于laguerre基函数矩阵对目标函数和约束条件进行二次规划求解，将预测时域内的作动力序列压缩为少数laguerre系数，提供一种模型预测控制的具体求解机制，能够改善悬架控制的准确性，提高车辆行驶的稳定性。

38、在一种可能的实现方式中，所述基于所述前后轴作动力，对所述车辆实施悬架控制，包括：

39、判断所述附着可行域约束是否可实现；

40、若所述判断的结果为可实现，则按照所述前后轴作动力对所述车辆实施悬架控制；

41、若所述判断的结果为不可实现，则按照目标前后轴作动力对所述车辆实施悬架控制；

42、其中，所述目标前后轴作动力，为通过下述过程得到的：

43、在所述作动力幅值约束、所述作动力变化率约束与所述悬架行程约束下，确定各轴在预测时域内的可达法向载荷下包络；由所述可达法向载荷下包络、所述保守附着参数与所述最大附着利用率，得到各轴允许的最大纵向轮胎力；将所述允许的最大纵向轮胎力换算为控制力参数上限值，并将所述控制力参数上限值发送给所述车辆的纵向控制系统，并通过软化所述附着可行域约束，重新确定前后轴作动力，将所述重新确定的前后轴作动力作为目标前后轴作动力；所述控制力参数上限值，包括驱动力矩上限、制动力上限。

44、该实施例的方法，通过在附着可行域约束不可实现时求解可达法向载荷下包络，反算得到允许的最大纵向轮胎力并反馈至纵向控制系统，同时软化附着可行域约束后重新确定前后轴作动力，提供一种纵垂协同降级机制，能够改善悬架控制的准确性，提高车辆行驶的稳定性。

45、第二方面，本技术实施例提供一种基于附着可行域约束的悬架控制装置，所述装置包括：

46、状态信息获取单元，用于监测车辆的运行状态，得到所述车辆的工作状态信息；所述工作状态信息包括所述车辆的轮胎的法向载荷、滑移率和利用附着系数；

47、附着约束确定单元，用于根据所述工作状态信息和预测参数信息，确定附着可行域约束；所述预测参数信息包括最大附着利用率和预测时域内的纵向力需求序列、前方路面高程预瞄序列；

48、控制参数求解单元，用于在作动力幅值约束、作动力变化率约束、悬架行程约束、轮胎接地约束以及所述附着可行域约束下，构建簧上垂向加速度、俯仰角加速度、悬架动挠度、轮胎动载荷与作动力能耗的加权二次型作为目标函数，确定所述目标函数满足约束条件时的前后轴作动力；

49、悬架控制执行单元，用于基于所述前后轴作动力，对所述车辆实施悬架控制。

50、在一种可能的实现方式中，所述附着约束确定单元，具体用于：

51、根据所述法向载荷、所述滑移率和所述利用附着系数，在预先设定的参考附着特性信息集合中进行特征提取，得到多个附着曲线特征；

52、将所述多个附着曲线特征基于对应的通道权重进行加权融合操作，得到峰值附着估计值和估计不确定度；

53、根据保守附着参数、所述预测参数信息，得到逐预测步的最小法向载荷需求信息和所述车辆的轮胎的法向载荷预测信息，并通过比较所述最小法向载荷需求信息和所述法向载荷预测信息得到附着可行域约束；所述保守附着参数为所述峰值附着估计值和所述估计不确定度得到的。

54、在一种可能的实现方式中，所述附着约束确定单元，具体用于：

55、根据所述法向载荷、所述滑移率和所述利用附着系数，对预先设定的附着特性参考曲线集合进行工况匹配与有效域筛选，得到与当前工作状态相匹配的附着特性参考曲线子集，并确定所述附着特性参考曲线子集中各附着特性参考曲线的有效滑移率区间；

56、基于所述附着特性参考曲线子集及所述有效滑移率区间，将所述当前工作状态的利用附着系数与所述附着特性参考曲线子集中各附着特性参考曲线在同一法向载荷及同一滑移率处的附着系数进行比较，得到多个附着曲线特征；所述多个附着曲线特征包括点值特征、滑移域累计特征与局部斜率特征中的至少两类。

57、在一种可能的实现方式中，所述工作状态信息还包括纵向力；所述附着约束确定单元，具体用于：

58、将所述点值特征、所述滑移域累计特征与所述局部斜率特征分别映射至同一峰值附着空间，得到点值通道峰值附着候选值、累计通道峰值附着候选值与斜率通道峰值附着候选值；

59、针对每一通道，根据观测向量对所述通道的峰值附着候选值的灵敏度雅可比矩阵、观测噪声协方差矩阵、所述通道与附着特性参考曲线的匹配残差方差以及候选分散度，构造所述通道的总方差；所述观测向量为所述滑移率、所述纵向力和所述法向载荷构成的三维向量；

60、根据各通道的总方差构造逆方差融合权重，作为所述通道权重；

61、基于所述通道权重对各通道的峰值附着候选值进行加权融合，得到所述峰值附着估计值；

62、根据所述通道权重、所述各通道的总方差、各通道的峰值附着候选值与所述峰值附着估计值的差异值，得到所述估计不确定度；

63、其中，所述候选分散度由同一通道内各附着特性参考曲线所得候选值相对于该通道的通道估计的加权分散程度确定。

64、在一种可能的实现方式中，所述点值通道、所述累计通道与所述斜率通道分别设置有门控函数；所述附着约束确定单元，具体用于：

65、将各通道的总方差分别作求逆运算，得到各通道的逆方差；

66、根据各通道的逆方差，和，与各通道对应的门控函数值，得到所述通道权重。

67、在一种可能的实现方式中，所述附着约束确定单元，具体用于

68、接收纵向控制系统给出的所述预测时域内的纵向力需求序列，并按驱动布置将所述纵向力需求序列分配至前轴和后轴，得到目标轴纵向力需求；

69、根据所述保守附着参数、所述最大附着利用率和所述目标轴纵向力需求，得到逐预测步的最小法向载荷需求信息；

70、由半车模型与所述前方路面高程预瞄序列预测同一时间轴上的法向载荷预测信息，并逐预测步比较所述法向载荷预测信息与所述最小法向载荷需求信息；

71、当所述法向载荷预测信息不小于所述最小法向载荷需求信息时，判定该预测步可行，否则判定该预测步不可行，由各预测步的可行判定构成所述附着可行域约束。

72、在一种可能的实现方式中，所述控制参数求解单元，具体用于：

73、基于laguerre基函数矩阵，对所述目标函数和约束条件进行二次规划求解操作，得到目标函数满足约束条件时的前后轴作动力。

74、在一种可能的实现方式中，所述悬架控制执行单元，具体用于：

75、判断所述附着可行域约束是否可实现；

76、若所述判断的结果为可实现，则按照所述前后轴作动力对所述车辆实施悬架控制；

77、若所述判断的结果为不可实现，则按照目标前后轴作动力对所述车辆实施悬架控制；

78、其中，所述目标前后轴作动力，为通过下述过程得到的：

79、在所述作动力幅值约束、所述作动力变化率约束与所述悬架行程约束下，确定各轴在预测时域内的可达法向载荷下包络；由所述可达法向载荷下包络、所述保守附着参数与所述最大附着利用率，得到各轴允许的最大纵向轮胎力；将所述允许的最大纵向轮胎力换算为控制力参数上限值，并将所述控制力参数上限值发送给所述车辆的纵向控制系统，并通过软化所述附着可行域约束，重新确定前后轴作动力，将所述重新确定的前后轴作动力作为目标前后轴作动力；所述控制力参数上限值，包括驱动力矩上限、制动力上限。

80、第三方面，本技术实施例提供一种电子设备，其包括处理器和存储器，其中，所述存储器存储有程序代码，当所述程序代码被所述处理器执行时，使得所述处理器执行上述任一项所述的基于附着可行域约束的悬架控制方法的步骤。

81、第四方面，本技术实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现上述任一项所述的基于附着可行域约束的悬架控制方法。

82、第五方面，本技术实施例提供一种计算机程序产品，其包括计算机指令，所述计算机指令存储在计算机可读存储介质中；当计算机设备的处理器从所述计算机可读存储介质读取所述计算机指令时，所述处理器执行该计算机指令，使得所述计算机设备执行上述任一项所述的基于附着可行域约束的悬架控制方法的步骤。

83、第二方面至第五方面中任意一种实现方式所带来的技术效果可参见第一方面的实现方式所带来的技术效果，此处不再赘述。