汽车智能底盘原理及技术 课件 第6、7章 智能底盘运动控制技术、智能底盘冗余及容错技术.pptx

第六章智能底盘运动控制技术

智能底盘运动控制技术课前小讨论2特斯拉的Autopilot系统和奥迪的TrafficJamAssist系统使用了高级驾驶辅助系统（ADAS），高级驾驶辅助系统集成了多个独立的驾驶辅助功能，如车道保持辅助（LKA）、车道偏离预警（LDW）、自动紧急制动（AEB）等，通过协同工作来提高车辆的安全性和驾驶体验。国内的各大厂商也推出了各自的智能底盘控制系统，智能底盘运动控制已然成为车辆智能化不可或缺的一环，你认为智能底盘运动控制技术在安全性、可靠性和智能化方面的发展应该是怎样的，讨论自动驾驶技术和智能交通系统的发展对智能底盘运动控制技术的影响。

第六章智能底盘运动控制技术3轮胎及车辆模型智能底盘驾驶工况感知底盘纵向运动控制底盘横向运动控制底盘垂向运动控制底盘纵横垂协同控制

轮胎及车辆模型1.1轮胎模型4重要性：轮胎与地面的接触作用是汽车实现运动的根本原因，轮胎与路面的接触区域称为轮胎的接地印迹，在这个区域内轮胎与路面相互作用，产生使汽车实现各种运动的力。车辆驱动/制动、转向以及承载均来自于轮胎接地印迹内的各方向力和力矩。轮胎结构、材料特性、行驶环境以及使用工况非常复杂，轮胎自身在力的传递过程中会发生较大的变形，使得轮胎成为一个“侧向-纵向-垂向”复杂耦合的非线性动力学系统，极大增加了轮胎力学特性研究的难点：轮胎结构、材料特性、行驶环境以及使用工况非常复杂，轮胎自身在力的传递过程中会发生较大的变形，使得轮胎成为一个“侧向-纵向-垂向”复杂耦合的非线性动力学系统。分类：根据建模方法的不同主要可以分成：理论模型，经验模型和半经验模型。轮胎模型

轮胎及车辆模型1.1轮胎模型5轮胎理论模型也叫分析模型或物理模型，通过对轮胎真实物理结构进行简化，分析轮胎印迹内的变形机理，建立对轮胎力学特性的数学描述。该模型对于分析轮胎力学现象的物理本质，研究结构参数对力学特性的影响等具有重要的意义。理论模型常存在多种简化，且形式复杂、计算效率低，因此很难在实际车辆动力学研究中进行应用。轮胎理论模型

轮胎及车辆模型1.1轮胎模型6轮胎坐标系的X、Y轴设定在接地平面上，定义Z轴为右手坐标系，垂直于路面竖直向上。X轴的正方向设定为轮胎前进方向，以X、Y轴的正方向来规定Z轴的正方向。轮胎中心点相对路面的前进方向涉及其在接地平面上的投影轴。轮胎行进方向轴代表轮胎的（车辆）行驶结果。轮胎坐标系滑移比有多种定义，《汽车工程手册》中提到的定义是，如果轮胎的转动角速度为ω，轮胎的前进速度为v，轮胎的滚动半径（动态负荷半径）为r，驱动时：制动时：

轮胎及车辆模型1.1轮胎模型7美国汽车工程师学会提出的用于描述轮胎六分力的SAE坐标系得到了广泛的应用。对路面提供的接地印迹内的分布力，常将其向印迹中心进行简化，形成一空间力系，称之为“轮胎六分力”。轮胎坐标系SAE坐标系规定：取地球中心方向为轴，按照其坐标系，轮荷写为负，满足坐标系的负值称作“法向力（NormalForce）”，其反向值定义为“垂向力（VerticalForce）”，轮荷值使用正号。侧偏角向右转弯为正、向左转弯为负，侧向力向右转弯为正、向左转弯为负。根据轮胎坐标系，通常将轮胎力学特性分为平面内（in-plane）特性及平面外（out-of-plane）特性两类，平面内特性包括轮胎的纵向力、垂直力及滚动阻力矩特性，平面外特性包括轮胎的侧向力、回正力矩及翻转力矩特性。轮胎侧偏特性属于平面外特性。

轮胎及车辆模型1.1轮胎模型8轮胎刚度支撑着车辆与路面的接触。径向刚度（Z轴方向），径向刚度主要由轮胎胎面环的刚度和轮胎内部空气的压力组成，与胎压基本成正比。纵向刚度主要由胎面胶、胎面环以及受胎压支撑的轮胎胎侧刚度构成。纵向刚度受胎压和轮荷的影响比侧向刚度大两倍以上。在乘用车上，轮胎的纵向刚度通常大于侧向刚度，约为200～400N/mm。侧向刚度（沿Y轴方向）直接影响着轮胎产生的侧向力，主要受到胎面环刚度的影响，相比径向刚度，侧向刚度对胎压和轮荷的依赖性较小，但与径向刚度有关。在乘用车上，轮胎的侧向刚度约为100～200N/mm。扭转刚度（绕Z轴旋转的方向）与转向时的转向反作用力相当。它受到胎面环刚度、胎压支撑的轮胎胎侧部位刚度和接地形状的影响。轮胎刚度

轮胎及车辆模型1.1轮胎模型9轮胎的侧偏特性主要是指侧偏力、回正力矩与侧偏角的关系，忽略了回正力矩的影响。当轮胎处于一边滚动一边侧滑状态时，在轮胎上会发生摩擦力。此摩擦力在轮胎侧向的分力是侧向力，切向的分力是滚动阻力，在与轮胎前进方向成直角的分力为侧偏力，而在前进方向的分力是侧偏阻力。轮胎的侧偏特性与线性化轮胎模型当轮胎侧偏角a不超过5°时，可以认为侧偏力Fy与侧偏角a呈线性关系，即将轮胎模型简化为线性模型。Fy=