用于管理底盘和传动系致动器的架构和基于模型预测控制的方法与流程

本公开涉及用于机动交通载具的控制系统，并且更具体地说，涉及用于精确建模汽轮子胎特性的系统和方法。

背景技术：

1、静态和动态机动交通载具控制系统越来越多地用于管理多种多样的静态和动态机动交通载具性能特征。对于涉及轮胎打滑的具有挑战性的驾驶场景来说尤其如此。在许多具有挑战性的驾驶场景中，诸如轮子和/或车轴扭矩的控制动作应当以最佳方式分配，使得轮胎容量在纵向和横向方向上得到充分利用。典型的轮胎容量管理在车载计算平台或控制器和传感器内执行，包括惯性测量单元(inertial measurement unit,imu)以测量机动交通载具如何在空间中移动，称为交通载具动态特性(vehicle dynamics)。imu测量交通载具在三个轴上的加速度：x(向前/向后)、y(左右)和z(向上/向下)。imu还测量机动交通载具围绕三个轴转动有多快，称为俯仰速率(围绕y)、偏航速率(围绕z)和滚动速率(围绕x)。车载计算平台或控制器使用测量数据来估计作用于交通载具上的力。

2、尽管当前分配轮胎力的系统和方法实现了其预期目的，但是仍需要新的且改进的轮胎力分配系统和方法，其允许在复杂的驾驶场景中增强交通载具稳定性，并且能够在轮胎/道路界面或接地面处生成增加的力，同时保持或降低成本和复杂性，减少校准工作，并且改进简便性，并且同时还提供增加的冗余性和鲁棒性。

技术实现思路

1、根据本公开的若干方面，一种用于管理机动交通载具的底盘和传动系致动器的系统包括设置在机动交通载具上的一个或多个传感器，一个或多个传感器测量关于机动交通载具的实时静态和动态数据。系统还包括设置在机动交通载具上的一个或多个致动器，一个或多个致动器改变机动交通载具的静态和动态特性。系统还包括具有处理器、存储器和输入/输出(input/output,i/o)端口的控制模块，处理器执行存储在存储器中的程序代码部分。程序代码部分包括使得一个或多个传感器获得交通载具状态信息的第一程序代码部分、接收驾驶员输入并基于驾驶员输入和交通载具状态信息生成期望动态输出的第二程序代码部分，以及基于交通载具状态信息估计一个或多个致动器的动作的第三程序代码部分。程序代码部分还包括基于第一程序代码部分和第三程序代码部分生成一个或多个控制动作约束的第四程序代码部分、基于交通载具状态信息、一个或多个致动器的估计动作和控制动作约束生成参考控制动作的第五程序代码部分，以及整合交通载具状态信息、一个或多个致动器的估计动作、期望动态输出、参考控制动作和控制动作约束以生成最佳控制动作的第六程序代码部分。最佳控制动作定义到机动交通载具的一个或多个致动器的修改后驾驶员期望动态输出控制信号，该信号落入预定义致动器容量的范围内并且在复杂的驾驶场景中最大化驾驶员对交通载具的控制。

2、在本公开的另一方面，一个或多个传感器还包括以下项中的至少一者：能够测量三个维度中的方位、加速度和速度的惯性测量单元(imu)。一个或多个传感器还包括能够测量线性和旋转两个方面中的方位、位置、速度、加速度的半主动阻尼悬架(semi activedamping suspension,sads)传感器，以及能够测量机动交通载具的物理位置的全球定位系统(global positioning system,gps)传感器。一个或多个传感器还包括轮子速度传感器、油门位置传感器、加速器位置传感器、转向位置传感器和轮胎压力监测传感器。

3、在本公开的又一方面，实时静态和动态数据还包括横向速度、纵向速度、偏航率、轮子角速度以及机动交通载具的每个轮胎上的纵向力、横向力和法向力。

4、在本公开的又一方面，第二程序代码部分接收以下项中的一者或多者：来自驾驶员的扭矩请求；以及来自驾驶员的转向输入。基于来自一个或多个传感器的测量和一个或多个致动器的容量估计，将来自驾驶员的扭矩请求和转向输入转换成期望动态输出，该期望动态输出近似于驾驶员输入指示的交通载具动态特性。

5、在本公开的又一方面，第三程序代码部分基于交通载具状态信息和预定致动器容量范围产生一个或多个致动器的容量估计。

6、在本公开的又一方面，第四程序代码部分根据交通载具状态信息和一个或多个致动器的容量估计生成一个或多个控制动作约束，使得控制动作约束将到一个或多个致动器的控制信号限制为在致动器的物理限制或容量内可能的控制动作并且落入机动交通载具的轮胎的抓地力容量内。

7、在本公开的又一方面，由第五程序代码部分生成的参考控制动作还包括以下项中的一者或多者：到一个或多个电子限滑差速器(electronic limited slip differential,elsd)致动器的输出命令、到一个或多个电子全轮驱动(electronic all-wheel-drive,eawd)致动器的输出命令，以及到一个或多个主动空气动力致动器的输出命令。计算到一个或多个elsd、eawd和主动空气动力致动器的输出命令，以实现线性化的机动交通载具的特定瞬态响应特性。

8、在本公开的又一方面，由第六程序代码部分生成的最佳控制动作还包括到机动交通载具的一个或多个致动器的控制信号，该控制信号实现在给定时间点针对驾驶员输入和交通载具状态信息将机动交通载具稳定性、操纵性、机动性和可控性从第一水平增加到大于第一水平的第二水平。

9、在本公开的又一方面，最佳控制动作定义对机动交通载具的一个或多个致动器的修改后驾驶员期望动态输出控制信号，将机动交通载具性能从第一水平增加到大于第一水平的第二水平，同时减少或基本上消除控制干预，诸如：牵引控制系统(traction controlsystem,tcs)输入、稳定性控制系统输入、防抱死制动系统(antilock braking system,abs)输入。

10、在本公开的又一方面，一种用于管理机动交通载具的底盘和传动系致动器的方法包括通过具有处理器、存储器和输入/输出(i/o)端口的控制模块处理驾驶员输入，处理器执行存储在存储器中的程序代码部分。程序代码部分：从装配到机动交通载具的一个或多个传感器获得交通载具状态信息，一个或多个传感器测量关于交通载具的实时静态和动态数据，接收驾驶员输入并基于驾驶员输入和交通载具状态信息生成期望动态输出，并且基于交通载具状态信息估计装配到机动交通载具的一个或多个致动器的动作，一个或多个致动器改变机动交通载具的静态和动态特性。程序代码部分还基于交通载具状态信息和装配到机动交通载具的一个或多个致动器的估计动作生成一个或多个控制动作约束，基于交通载具状态信息、一个或多个致动器的估计动作和控制动作约束生成参考控制动作，并且整合交通载具状态信息、一个或多个致动器的估计动作、期望动态输出、参考控制动作和控制动作约束，并基于此生成最佳控制动作。最佳控制动作定义到机动交通载具的一个或多个致动器的修改后驾驶员期望动态输出控制信号，该信号落入预定义致动器容量的范围内并且在复杂的驾驶场景中最大化驾驶员对交通载具的控制。

11、在本公开的又一方面，获得交通载具状态信息还包括利用能够测量三个或更多个自由度上的方位、加速度和速度的惯性测量单元(imu)测量机动交通载具的方位，利用能够测量线性和旋转两个方面中的方位、位置、速度、加速度的半主动阻尼悬架(sads)传感器测量机动交通载具悬架部件的方位，以及利用全球定位系统(gps)传感器测量机动交通载具的物理位置。获得交通载具状态信息还包括使用轮子速度传感器测量机动交通载具轮子速度，使用油门位置传感器测量机动交通载具的油门位置，使用加速器位置传感器测量加速器踏板位置，使用转向位置传感器测量转向移动，以及使用轮胎压力监测传感器测量轮胎信息。

12、在本公开的又一方面，获得交通载具状态信息还包括测量机动交通载具的横向速度，测量机动交通载具的纵向速度，测量机动交通载具的偏航率，测量机动交通载具的轮子的轮子角速度，以及测量机动交通载具的每个轮胎上的纵向力、横向力和法向力。

13、在本公开的又一方面，接收驾驶员输入并基于驾驶员输入和交通载具状态信息生成期望动态输出还包括接收来自驾驶员的扭矩请求，接收来自驾驶员的转向输入；以及基于来自一个或多个传感器的测量和一个或多个致动器的容量估计，将来自驾驶员的扭矩请求和转向输入转换成期望动态输出，期望动态输出近似于驾驶员输入指示的交通载具动态特性。

14、在本公开的又一方面，用于管理机动交通载具的底盘和传动系致动器的方法还包括基于交通载具状态信息和预定致动器容量范围来估计一个或多个致动器的容量。

15、在本公开的又一方面，用于管理机动交通载具的底盘和传动系致动器的方法还包括根据交通载具状态信息和一个或多个致动器的容量估计生成一个或多个控制动作约束，使得控制动作约束将到一个或多个致动器的控制信号限制为在致动器的物理限制或容量内可能的控制信号，并且使得控制信号落入机动交通载具的轮胎的抓地力容量内。

16、在本公开的又一方面，生成参考控制动作还包括生成到一个或多个电子限滑差速器(elsd)致动器的输出命令，生成到一个或多个电子全轮驱动(eawd)致动器的输出命令，以及生成到一个或多个主动空气动力致动器的输出命令。计算到一个或多个elsd、eawd和主动空气动力致动器的输出命令以实现线性化的机动交通载具的特定瞬态响应特性。

17、在本公开的又一方面，用于管理机动交通载具的底盘和传动系致动器的方法还包括生成最佳控制动作，所生成的最佳控制动作还包括生成到机动交通载具的一个或多个致动器的控制信号，控制信号实现在给定时间点针对驾驶员输入和交通载具状态信息将机动交通载具稳定性、操纵性、机动性和可控性从第一水平增加到大于第一水平的第二水平。

18、在本公开的又一方面，用于管理机动交通载具的底盘和传动系致动器的方法还包括生成最佳控制动作，还包括生成到机动交通载具的一个或多个致动器的修改后驾驶员期望动态输出控制信号，信号将机动交通载具性能从第一水平增加到大于第一水平的第二水平，并减少或基本上消除来自控制系统的控制干预，包括：牵引控制系统(tcs)输入、稳定性控制系统输入、防抱死制动系统(abs)输入。

19、在本公开的又一方面，一种用于管理机动交通载具的底盘和传动系致动器的方法包括通过具有处理器、存储器和输入/输出(i/o)端口的控制模块处理驾驶员输入，处理器执行存储在存储器中的程序代码部分。程序代码部分从装配到机动交通载具的一个或多个传感器获得静态和动态交通载具状态信息，一个或多个传感器利用能够测量三个或更多个自由度中的方位、加速度和速度的惯性测量单元(imu)测量机动交通载具的方位，并且利用能够测量线性和旋转两个方面中的方位、位置、速度和加速度的半主动阻尼悬架(sads)传感器测量机动交通载具悬架部件的方位。程序代码部分利用全球定位系统(gps)传感器测量机动交通载具的物理位置，并且使用轮子速度传感器测量机动交通载具轮子速度。程序代码部分还利用油门位置传感器测量机动交通载具的油门位置，利用加速器位置传感器测量加速器踏板位置，利用转向位置传感器测量转向移动，并且利用轮胎压力监测传感器测量轮胎信息。程序代码部分还接收驾驶员输入，包括接收来自驾驶员的扭矩请求，以及接收来自驾驶员的转向输入。基于一个或多个传感器的测量和一个或多个致动器的容量估计，程序代码部分将来自驾驶员的扭矩请求和转向输入转换成期望动态输出，该动态输出近似于驾驶员输入指示的交通载具动态特性。程序代码部分还基于交通载具状态信息估计装配到机动交通载具的一个或多个致动器的动作，并且基于交通载具状态信息和预定致动器容量范围估计一个或多个致动器的容量，一个或多个致动器改变机动交通载具的静态和动态特性。程序代码部分还根据交通载具状态信息和一个或多个致动器的容量估计生成一个或多个控制动作约束，使得控制动作约束将到一个或多个致动器的控制信号限制为在致动器的物理限制或容量内可能的控制信号，并且使得控制信号落入机动交通载具的轮胎的抓地力容量内。程序代码部分还根据交通载具状态信息和一个或多个致动器的容量估计生成一个或多个控制动作约束，使得控制动作约束将对一个或多个致动器的控制信号限制为在致动器的物理限制或容量内可能的控制信号，并且使得控制信号落入机动交通载具的轮胎的抓地力容量内。程序代码部分还生成参考控制动作，包括：生成到一个或多个电子限滑差速器(elsd)致动器的输出命令，生成到一个或多个电子全轮驱动(eawd)致动器的输出命令，以及生成到一个或多个主动空气动力致动器的输出命令。计算到一个或多个elsd、eawd和主动空气动力致动器的输出命令以实现线性化的机动交通载具的特定瞬态响应特性。程序代码部分整合交通载具状态信息、一个或多个致动器的估计动作、期望动态输出、参考控制动作和控制动作约束，并且基于此生成最佳控制动作。最佳控制动作定义到机动交通载具的一个或多个致动器的修改后驾驶员期望动态输出控制信号，该信号落入预定义致动器容量的范围内，并且在复杂的驾驶场景中最大化驾驶员对交通载具的控制。

20、在本公开的又一方面，获得交通载具状态信息还包括测量机动交通载具的横向速度，测量机动交通载具的纵向速度，测量机动交通载具的偏航率，测量机动交通载具的轮子的轮子角速度，以及测量机动交通载具的每个轮胎上的纵向力、横向力和法向力。生成最佳控制动作还包括生成到机动交通载具的一个或多个致动器的控制信号，控制信号实现在给定时间点针对驾驶员输入和交通载具状态信息将机动交通载具稳定性、操纵性、机动性和可控性从第一水平增加到大于第一水平的第二水平。生成最佳控制动作还包括生成到机动交通载具的一个或多个致动器的修改后驾驶员期望动态输出控制信号，该信号将机动交通载具性能从第一水平增加到大于第一水平的第二水平，并且减少或基本上消除来自控制系统的控制干预，包括：牵引控制系统(tcs)输入、稳定性控制系统输入、防抱死制动系统(abs)输入。

21、从本文提供的描述中，进一步的应用领域将变得显而易见。应当理解的是，所述描述和具体示例仅希望用于说明目的，而不旨在限制本公开的范围。