本發(fā)明涉及車輛電子控制，具體是面向分體式飛行汽車對接的無底盤參數(shù)路面附著識別方法。

背景技術(shù)：

1、多旋翼分體式飛行車輛是城市立體交通與空地協(xié)同交通體系的核心裝備，其獨創(chuàng)的“飛行艙-地面底盤”分體式結(jié)構(gòu)，有效解決了傳統(tǒng)一體式飛行車輛自重過大、續(xù)航里程受限的技術(shù)難題，實現(xiàn)了“空中巡航-地面行駛”的全場景通行能力，是未來智能交通調(diào)度系統(tǒng)落地應(yīng)用的關(guān)鍵載體。飛行艙完成空中任務(wù)后與地面底盤的精準(zhǔn)動態(tài)對接及機械鎖合，是該類車輛實現(xiàn)多模態(tài)通行的核心技術(shù)環(huán)節(jié)，對接完成后地面底盤需承載整體載荷完成地面行駛。在此過程中，路面附著系數(shù)是底盤線控制動防抱死、驅(qū)動防滑等縱向穩(wěn)定性控制功能的核心輸入?yún)?shù)，其計算精度直接決定底盤制動效能與行駛安全性。

2、在車輛底盤縱向穩(wěn)定性控制領(lǐng)域，路面附著系數(shù)的計算方法已形成多技術(shù)分支體系。其一為傳統(tǒng)的基于車輛動力學(xué)模型的附著系數(shù)計算方法，該類方法需依托固定的車身底盤參數(shù)，包括整車質(zhì)量、質(zhì)心高度、軸距、車輪轉(zhuǎn)動慣量等，通過構(gòu)建完整的車輛縱向動力學(xué)方程，結(jié)合輪速、轉(zhuǎn)矩等傳感器數(shù)據(jù)完成附著系數(shù)求解，在車身參數(shù)穩(wěn)定的傳統(tǒng)車輛場景中具備一定的計算精度。其二為基于成因的路面附著系數(shù)預(yù)判方法，該方法通過采集路面光學(xué)特征、環(huán)境溫濕度、聲學(xué)信號等外部信息，結(jié)合預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)庫完成路面類型及附著能力的預(yù)判，具備一定的前瞻性。其三為基于響應(yīng)的附著系數(shù)識別方法，該方法通過監(jiān)測車輛制動、驅(qū)動過程中的動力學(xué)響應(yīng)，待車輛接近或達(dá)到制動失穩(wěn)臨界狀態(tài)時，反向推導(dǎo)路面最大附著系數(shù)，具有識別結(jié)果精準(zhǔn)的特點。從控制本質(zhì)來看，附著系數(shù)的計算結(jié)果將直接用于最佳滑移率的確定，進而指導(dǎo)制動、驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的調(diào)控，是保障車輛縱向穩(wěn)定性的核心前提。

3、盡管上述的附著系數(shù)計算方法已在傳統(tǒng)車輛領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用，但在多旋翼分體式飛行車輛動態(tài)對接的特殊工況下，暴露出諸多技術(shù)缺陷。傳統(tǒng)基于動力學(xué)模型的附著系數(shù)計算方法高度依賴固定的車身底盤參數(shù)，而多旋翼分體式飛行車輛動態(tài)對接后，整車載荷、質(zhì)心位置的動態(tài)變化會導(dǎo)致底盤參數(shù)與實際工況嚴(yán)重失配，直接造成附著系數(shù)計算結(jié)果失真，進而引發(fā)底盤制動抱死、驅(qū)動打滑等安全隱患。此外，基于成因的附著系數(shù)預(yù)判方法需加裝大量環(huán)境感知傳感器，不僅大幅提升整車硬件成本，還存在對未測試路況適配性差、魯棒性不足的問題，無法滿足分體式飛行車輛多場景通行需求；基于響應(yīng)的識別方法則需車輛進入制動失穩(wěn)臨界狀態(tài)才能完成有效識別，存在至少一個采樣周期的控制滯后，難以適配動態(tài)對接后底盤的實時控制需求。同時，若通過額外加裝傳感器采集實時車身底盤參數(shù)輔助計算，不僅會增加系統(tǒng)硬件支出，還會引入傳感器測量噪聲，進一步降低附著系數(shù)計算精度。因此，如何在不依賴車輛底盤參數(shù)的前提下，實現(xiàn)路面附著系數(shù)的精準(zhǔn)、實時計算，已成為本領(lǐng)域技術(shù)人員針對多旋翼分體式飛行車輛底盤控制亟待突破的關(guān)鍵技術(shù)難題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決因過度依賴于車輛底盤參數(shù)而導(dǎo)致在車輛底盤參數(shù)動態(tài)變化后附著系數(shù)計算結(jié)果失真的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種無底盤參數(shù)的實時附著系數(shù)計算方法。在該計算方法的基礎(chǔ)之上，本發(fā)明還提供了一種無底盤參數(shù)的滑移附著曲線分區(qū)方法和一種無底盤參數(shù)的最佳滑移率預(yù)測方法。基于該最佳滑移率預(yù)測方法，本發(fā)明再次提供了一種無底盤參數(shù)的電機轉(zhuǎn)矩預(yù)測方法、車輛控制系統(tǒng)及多旋翼飛行汽車。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種無底盤參數(shù)的實時附著系數(shù)計算方法，包括：

4、根據(jù)車輛行駛過程中的車輪轉(zhuǎn)矩、車輪角加速度和附著系數(shù)，計算當(dāng)前時刻驅(qū)動輪的附著系數(shù)：

5、；

6、式中，μr,t、μr,α、μr,β分別表示驅(qū)動輪在當(dāng)前時刻t、歷史時刻α、β的附著系數(shù)；τr,t、τr,α、τr,β分別表示在當(dāng)前時刻t、歷史時刻α、β作用在驅(qū)動輪上的凈扭矩；、、分別表示當(dāng)前時刻t、歷史時刻α、β的從動輪角加速度。

7、作為上述方案的進一步改進：當(dāng)前時刻t以及歷史時刻α、β依次等時差設(shè)置。

8、本發(fā)明還提供了一種無底盤參數(shù)的滑移附著曲線分區(qū)方法，包括：

9、使用n條分界線從頭到尾將車輛在當(dāng)前路段行駛過程中的標(biāo)準(zhǔn)滑移率-附著系數(shù)曲線分割成n+1段，形成n+1個分段曲線和n+1個區(qū)域；

10、在各區(qū)域內(nèi)分別設(shè)定一條分段直線；

11、獲取當(dāng)前區(qū)域內(nèi)的各個實時點，實時點包括實時滑移率和/或?qū)崟r附著系數(shù)，且實時附著系數(shù)由一種無底盤參數(shù)的實時附著系數(shù)計算方法計算而得；

12、基于當(dāng)前區(qū)域內(nèi)的各個實時點，通過最小化當(dāng)前區(qū)域內(nèi)分段曲線與分段直線的差值，獲得分段直線的斜率，并將該斜率記為當(dāng)前區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)斜率；

13、同理，便可獲得各區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)斜率。

14、作為上述方案的進一步改進：當(dāng)前區(qū)域內(nèi)的分段曲線與分段直線的差值d0計算如下：

15、

16、式中，u為當(dāng)前區(qū)域內(nèi)的實時點總數(shù)；f0(λu)、fn(λu)分別表示當(dāng)前區(qū)域內(nèi)的第u個實時點的實時滑移率λu通過分段曲線、分段直線計算而得的附著系數(shù)。

17、一種無底盤參數(shù)的最佳滑移率預(yù)測方法，包括：

18、確定實時點，實時點包括實時滑移率和實時附著系數(shù)，且實時附著系數(shù)由無底盤參數(shù)的實時附著系數(shù)計算方法計算而得；

19、劃分區(qū)域，通過無底盤參數(shù)的滑移附著曲線分區(qū)方法完成區(qū)域劃分；

20、仿射變換：根據(jù)實時點所屬區(qū)域，以實時點為起點，沿該區(qū)域的分段直線向第n條分界線移動，并與下一個相鄰區(qū)域的分界線相交于一交點，以該交點為起點，沿該下一個相鄰區(qū)域的分段直線向第n條分界線移動，再與再下一個相鄰區(qū)域的分界線相交于一交點；如此往復(fù)，直至在第n條分界線上產(chǎn)生一交點，此交點對應(yīng)的滑移率記為當(dāng)前時刻的最佳滑移率。

21、作為上述方案的進一步改進：通過以下步驟獲取當(dāng)前區(qū)域內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)斜率最優(yōu)值：

22、以當(dāng)前區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)斜率取值范圍的中點為標(biāo)準(zhǔn)斜率取值，其余區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)斜率保持不變；

23、根據(jù)仿射變換，分別獲取當(dāng)前區(qū)域內(nèi)實時點和存儲點對應(yīng)的最佳滑移率，并求兩者的最佳滑移率之差；

24、以最小化最佳滑移率之差為目標(biāo)，采用改進二分法更新當(dāng)前區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)斜率取值范圍，并以該取值范圍的中點為標(biāo)準(zhǔn)斜率取值，循環(huán)計算，直至找到使最佳滑移率之差收斂至預(yù)設(shè)極小值的斜率取值，該斜率取值即為當(dāng)前區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)斜率最優(yōu)值。

25、作為上述方案的進一步改進：改進二分法更新當(dāng)前區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)斜率取值范圍的操作為：

26、；

27、；

28、；

29、式中，kpub表示當(dāng)前區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)斜率kp的最大值；kplb表示kp的最小值；kpqu表示kp的當(dāng)前取值；kpql表示kp的前一次取值；d2(kpqu)表示kpqu對應(yīng)的最佳滑移率之差；d2(kpql)表示kpql對應(yīng)的最佳滑移率之差。

30、本發(fā)明又再次提供了一種無底盤參數(shù)的電機轉(zhuǎn)矩預(yù)測方法，包括：

31、根據(jù)當(dāng)前時刻的車輪轉(zhuǎn)動慣量i、驅(qū)動輪所受電機制動轉(zhuǎn)矩tr、驅(qū)動輪角加速度和從動輪角加速度，基于車輛縱向動力學(xué)的自適應(yīng)公式構(gòu)建參數(shù)辨識模型；將i與作為兩個獨立的待估參數(shù)，通過遞推最小二乘法進行在線同步辨識，分別得到車輪轉(zhuǎn)動慣量估計值ie和等效車輛質(zhì)量參數(shù)估計值c2；

32、根據(jù)車輪轉(zhuǎn)動慣量估計值ie和等效車輛質(zhì)量參數(shù)估計值c2，并結(jié)合通過無底盤參數(shù)的最佳滑移率預(yù)測方法獲取的當(dāng)前時刻的最佳滑移率，輸入自適應(yīng)模型預(yù)測控制器，計算得到用于電機控制的電機制動轉(zhuǎn)矩。

33、一種無底盤參數(shù)的車輛控制系統(tǒng)，包括：

34、附著系數(shù)計算模塊，執(zhí)行無底盤參數(shù)的實時附著系數(shù)計算方法，以獲取當(dāng)前時刻的附著系數(shù)；

35、和/或，曲線分區(qū)模塊，執(zhí)行無底盤參數(shù)的滑移附著曲線分區(qū)方法，以完成分區(qū)；

36、和/或，最佳滑移率獲取模塊，執(zhí)行無底盤參數(shù)的最佳滑移率預(yù)測方法，以獲取當(dāng)前時刻的最佳滑移率；

37、和/或，電機轉(zhuǎn)矩預(yù)測模塊，執(zhí)行無底盤參數(shù)的電機轉(zhuǎn)矩預(yù)測方法，以預(yù)測用于電機控制的電機制動轉(zhuǎn)矩，并輸出至電機控制系統(tǒng)。

38、一種多旋翼飛行汽車，包括：

39、無底盤參數(shù)的車輛控制系統(tǒng)；

40、地面驅(qū)動系統(tǒng)，包括車輪以及與車輪連接的驅(qū)動電機，驅(qū)動電機用于接收車輛控制系統(tǒng)輸出的電機制動轉(zhuǎn)矩，以在多旋翼飛行汽車處于地面行駛模式時控制車輪；

41、多個旋翼，用于在飛行模式下提供升力與推進力；

42、中央控制單元，用于協(xié)調(diào)車輛控制系統(tǒng)、地面驅(qū)動系統(tǒng)及旋翼的工作模式，實現(xiàn)飛行模式與地面行駛模式之間的切換與控制。

43、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

44、1、本發(fā)明在附著系數(shù)計算過程中，摒棄了傳統(tǒng)方法對車輛固定底盤參數(shù)（如車身質(zhì)量、底盤結(jié)構(gòu)參數(shù)等）的依賴，轉(zhuǎn)而僅采用“當(dāng)前+歷史時刻的驅(qū)動輪轉(zhuǎn)矩、從動輪角加速度”這些可直接實時采集的運行數(shù)據(jù)，通過多時刻數(shù)據(jù)的迭代運算得到當(dāng)前附著系數(shù)。即使車輛底盤參數(shù)（如多旋翼飛行汽車動態(tài)對接后的載荷）發(fā)生動態(tài)變化，實時采集的轉(zhuǎn)矩、角加速度會同步更新，因此附著系數(shù)的計算結(jié)果不會因底盤參數(shù)波動而失真。

45、2、在滑移率-附著系數(shù)曲線分區(qū)過程中，曲線的核心數(shù)據(jù)來自無底盤參數(shù)的附著系數(shù)計算方法和實時測得的滑移率，分區(qū)過程僅通過“最小化分段曲線與分段直線的差值”來求解區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)斜率，全程未引入任何車輛底盤參數(shù)，確保了分區(qū)的準(zhǔn)確性不受底盤參數(shù)動態(tài)變化的干擾。

46、3、在最佳滑移率獲取過程中，基于的實時附著系數(shù)和曲線分區(qū)結(jié)果均是無底盤參數(shù)的產(chǎn)物，通過“沿區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)斜率仿射變換找交點”的方式得到最佳滑移率，全程未調(diào)用車輛固定底盤參數(shù)，避免了底盤參數(shù)波動對最佳滑移率的影響。

47、4、在電機轉(zhuǎn)矩預(yù)測過程中，即使涉及車輪轉(zhuǎn)動慣量，也并非采用車輛底盤參數(shù)中的固定值，而是通過最小二乘法結(jié)合實時采集的驅(qū)動輪轉(zhuǎn)矩、從動輪角加速度進行自適應(yīng)估計；同時結(jié)合無底盤參數(shù)的最佳滑移率計算電機轉(zhuǎn)矩，進一步確保了整個控制鏈路的核心數(shù)據(jù)均不依賴車輛固定底盤參數(shù)，最終實現(xiàn)了車輛底盤參數(shù)動態(tài)變化后，附著系數(shù)及后續(xù)控制參數(shù)的計算結(jié)果仍能保持準(zhǔn)確。