车轮滑移率的修正方法、装置、电子设备及介质

摘要

本发明涉及车辆控制领域，具体而言，涉及一种车轮滑移率的修正方法、装置、电子设备及介质。该车轮滑移率的修正方法包括以下步骤：搭建4+2n自由度整车动力学模型，4+2n自由度包括车身的垂向、纵向、俯仰和侧倾四个自由度，以及n个车轮的垂向和旋转共2n个自由度；基于状态观测器和所述整车动力学模型，确定各个车轮垂向运动位移和参考车速；基于滑模控制的原理，以各个所述车轮垂向运动位移、所述参考车速、各个车轮的轮速和目标滑移率为输入，输出修正后的各个车轮的制动力矩。该方法可对颠簸路面下车轮滑移率进行有效修正控制，提升紧急制动强度，提高行车安全性。

权利要求

1.一种车轮滑移率的修正方法，其特征在于，包括以下步骤：搭建4+2n自由度整车动力学模型，4+2n自由度包括车身的垂向、纵向、俯仰和侧倾四个自由度，以及n个车轮的垂向和旋转共2n个自由度；

基于状态观测器和所述整车动力学模型，确定各个车轮垂向运动位移和参考车速；

基于滑模控制的原理，以各个所述车轮垂向运动位移、所述参考车速、各个车轮的轮速和目标滑移率为输入，输出修正后的各个车轮的制动力矩。

2.根据权利要求1所述的车轮滑移率的修正方法，其特征在于，所述搭建4+2n自由度整车动力学模型包括：

根据簧上质量、车轮质量、车辆质心垂向位移、车轮垂向运动位移、地面的垂向不平整度和悬架力，确定车身垂向和n个车轮垂向的1+n个自由度的整车动力学模型；

根据车身绕y轴的转动惯量、车身绕x轴的转动惯量、车身俯仰角加速度、车身侧倾角加速度、车身纵向加速度、车身侧向加速度、车辆质心到俯仰中心的垂向距离和车辆质心到侧倾中心的垂向距离，确定车身俯仰和车身侧倾的两个自由度的整车动力学模型；

根据整车质量、车身纵向加速度和地面对各车轮的纵向反作用力，确定车身纵向一个自由度的整车动力学模型；

根据车轮的转动惯量、车轮的转动角速度、地面对车轮的纵向反作用力、车轮的制动力矩和车轮的滚动半径，确定n个车轮旋转的n个自由度的整车动力学模型；

根据所述车身垂向和n个车轮垂向的1+n个自由度的整车动力学模型、所述车身俯仰和车身侧倾的两个自由度的整车动力学模型、所述车身纵向一个自由度的整车动力学模型和所述n个车轮旋转的n个自由度的整车动力学模型，确定4+2n自由度整车动力学模型。

3.根据权利要求1所述的车轮滑移率的修正方法，其特征在于，所述基于状态观测器和所述整车动力学模型，确定各个车轮垂向运动位移和参考车速包括：基于状态观测器，对车辆质心垂向位移、车身俯仰角和车身侧倾角进行状态观测，获取观测值；

根据所述整车动力学模型、所述观测值和各个悬架动行程，确定各个车轮垂向运动位移；

基于状态观测器，根据各个车轮轮速、车身纵向加速度、各个车轮角加速度和各个车轮垂向运动位移，确定参考车速。

4.根据权利要求1‑3任一项所述的车轮滑移率的修正方法，其特征在于，所述基于滑模控制的原理，以各个所述车轮垂向运动位移、所述参考车速、各个车轮的轮速和目标滑移率为输入，输出各个车轮的制动力矩包括：根据各个所述车轮垂向运动位移，确定各个车轮制动力矩表达式；

基于滑模控制的原理，根据各个所述车轮制动力矩表达式、所述参考车速、各个车轮的轮速和目标滑移率，确定修正后的各个车轮的制动力矩。

5.根据权利要求4所述的车轮滑移率的修正方法，其特征在于，所述根据各个所述车轮垂向运动位移，确定各个车轮制动力矩表达式包括：根据各个所述车轮垂向运动位移，确定各个所述车轮垂向运动位移与修正门限的关系，以及各个所述车轮是否跳离地面；

根据所述关系以及各个所述车轮是否跳离地面，确定各个车轮制动力矩表达式。

6.根据权利要求5所述的车轮滑移率的修正方法，其特征在于，根据所述关系以及各个所述车轮是否跳离地面，确定各个车轮制动力矩表达式包括：若所述车轮垂向运动位移低于所述修正门限，则确定车轮制动力矩表达式为基本制动力矩；所述基本制动力矩是基于滑模控制的原理，以所述参考车速、车轮的轮速和目标滑移率作为输入，输出的制动力矩；

若所述车轮垂向运动位移大于所述修正门限，且车轮未跳离地面，则根据所述基本制动力矩、车辆允许的最大制动力矩、所述车轮垂向运动位移和修正系数，确定车轮制动力矩表达式；

若车轮跳离地面，则根据所述基本制动力矩、车辆允许的最大制动力矩、车轮静止半径、车轮滚动半径和修正系数，确定修正后的车轮制动力矩表达式。

7.根据权利要求5或6所述的车轮滑移率的修正方法，其特征在于，所述各个车轮制动力矩为：

若车轮垂向运动位移小于或等于所述修正门限，则车轮制动力矩为基本制动力矩；

若车轮垂向运动位移大于所述修正门限，且车轮未跳离地面，则车轮制动力矩为基本制动力矩和第一修正力矩的和，所述第一修正力矩为车轮垂向运动位移、修正系数和车辆允许的最大制动力矩的乘积；

若车轮跳离地面，则车轮制动力矩为基本制动力矩和第二修正力矩的和，所述第二修正力矩为车轮静止半径减去车轮滚动半径的数值、修正系数和车辆允许的最大制动力矩的乘积。

8.一种车轮滑移率的修正装置，其特征在于，包括：动力学模型搭建模块，用于搭建4+2n自由度整车动力学模型，4+2n自由度包括车身的垂向、纵向、俯仰和侧倾四个自由度，以及n个车轮的垂向和旋转共2n个自由度；

车轮垂向运动位移和参考车速确定模块，用于基于状态观测器和所述整车动力学模型，确定各个车轮垂向运动位移和参考车速；

制动力矩输出模块，用于基于滑模控制的原理，以各个所述车轮垂向运动位移、所述参考车速、各个车轮的轮速和目标滑移率为输入，输出修正后的各个车轮的制动力矩。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：至少一个处理器，以及与至少一个所述处理器通信连接的存储器；

其中，所述存储器存储有可被至少一个所述处理器执行的指令，所述指令被至少一个所述处理器执行，以使至少一个所述处理器能够执行权利要求1‑7任一项所述的方法。

10.一种介质，其特征在于，所述介质上存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行权利要求1‑7任一项所述的方法。

说明书

车轮滑移率的修正方法、装置、电子设备及介质

技术领域

[0001] 本发明涉及车辆控制领域，具体而言，涉及一种车轮滑移率的修正方法、装置、电子设备及介质。

背景技术

[0002] 车轮滑移率控制是汽车制动安全性的保障，常见的车轮滑移率控制方法有门限法、PID（Proportion Integral Differential，比例、积分、微分）法、滑模控制法等，且都取
得了不错的控制效果。但是，颠簸路面下汽车紧急制动时，由于车轮的上下跳动，传统的车
轮滑移率控制方法为了保证车轮滑移率处于理想范围，会对制动系统频繁施加增压、减压
命令，从而导致制动力不足，甚至诱发危险事故。因此，设计一种颠簸路面下车轮滑移率修
正控制方法来提升紧急制动强度是非常重要的。

[0003] 有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种车轮滑移率的修正方法、装置、电子设备及介质，该方法可对颠簸路面下车轮滑移率进行有效修正控制，提升紧急制动强度，提高行车安全性。

[0005] 为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

[0006] 第一方面，本发明提供了一种车轮滑移率的修正方法，包括以下步骤：

[0007] 搭建4+2n自由度整车动力学模型，4+2n自由度包括车身的垂向、纵向、俯仰和侧倾四个自由度，以及n个车轮的垂向和旋转共2n个自由度；

[0008] 基于状态观测器和所述整车动力学模型，确定各个车轮垂向运动位移和参考车速；

[0009] 基于滑模控制的原理，以各个所述车轮垂向运动位移、所述参考车速、各个车轮的轮速和目标滑移率为输入，输出修正后的各个车轮的制动力矩。

[0010] 作为进一步优选的技术方案，所述搭建4+2n自由度整车动力学模型包括：

[0011] 根据簧上质量、车轮质量、车辆质心垂向位移、车轮垂向运动位移、地面的垂向不平整度和悬架力，确定车身垂向和n个车轮垂向的1+n个自由度的整车动力学模型；

[0012] 根据车身绕y轴的转动惯量、车身绕x轴的转动惯量、车身俯仰角加速度、车身侧倾角加速度、车身纵向加速度、车身侧向加速度、车辆质心到俯仰中心的垂向距离和车辆质心
到侧倾中心的垂向距离，确定车身俯仰和车身侧倾的两个自由度的整车动力学模型；

[0013] 根据整车质量、车身纵向加速度和地面对各车轮的纵向反作用力，确定车身纵向一个自由度的整车动力学模型；

[0014] 根据车轮的转动惯量、车轮的转动角速度、地面对车轮的纵向反作用力、车轮的制动力矩和车轮的滚动半径，确定n个车轮旋转的n个自由度的整车动力学模型；

[0015] 根据所述车身垂向和n个车轮垂向的1+n个自由度的整车动力学模型、所述车身俯仰和车身侧倾的两个自由度的整车动力学模型、所述车身纵向一个自由度的整车动力学模
型和所述n个车轮旋转的n个自由度的整车动力学模型，确定4+2n自由度整车动力学模型。

[0016] 作为进一步优选的技术方案，所述基于状态观测器和所述整车动力学模型，确定各个车轮垂向运动位移和参考车速包括：

[0017] 基于状态观测器，对车辆质心垂向位移、车身俯仰角和车身侧倾角进行状态观测，获取观测值；

[0018] 根据所述整车动力学模型、所述观测值和各个悬架动行程，确定各个车轮垂向运动位移；

[0019] 基于状态观测器，根据各个车轮轮速、车身纵向加速度、各个车轮角加速度和各个车轮垂向运动位移，确定参考车速。

[0020] 作为进一步优选的技术方案，所述基于滑模控制的原理，以各个所述车轮垂向运动位移、所述参考车速、各个车轮的轮速和目标滑移率为输入，输出各个车轮的制动力矩包
括：

[0021] 根据各个所述车轮垂向运动位移，确定各个车轮制动力矩表达式；

[0022] 基于滑模控制的原理，根据各个所述车轮制动力矩表达式、所述参考车速、各个车轮的轮速和目标滑移率，确定修正后的各个车轮的制动力矩。

[0023] 作为进一步优选的技术方案，所述根据各个所述车轮垂向运动位移，确定各个车轮制动力矩表达式包括：

[0024] 根据各个所述车轮垂向运动位移，确定各个所述车轮垂向运动位移与修正门限的关系，以及各个所述车轮是否跳离地面；

[0025] 根据所述关系以及各个所述车轮是否跳离地面，确定各个车轮制动力矩表达式。

[0026] 作为进一步优选的技术方案，根据所述关系以及各个所述车轮是否跳离地面，确定各个车轮制动力矩表达式包括：

[0027] 若所述车轮垂向运动位移低于所述修正门限，则确定车轮制动力矩表达式为基本制动力矩；所述基本制动力矩是基于滑模控制的原理，以所述参考车速、车轮的轮速和目标
滑移率作为输入，输出的制动力矩；

[0028] 若所述车轮垂向运动位移大于所述修正门限，且车轮未跳离地面，则根据所述基本制动力矩、车辆允许的最大制动力矩、所述车轮垂向运动位移和修正系数，确定车轮制动
力矩表达式；

[0029] 若车轮跳离地面，则根据所述基本制动力矩、车辆允许的最大制动力矩、车轮静止半径、车轮滚动半径和修正系数，确定车轮制动力矩表达式。

[0030] 作为进一步优选的技术方案，所述各个车轮制动力矩为：

[0031] 若车轮垂向运动位移小于或等于所述修正门限，则车轮制动力矩为基本制动力矩；

[0032] 若车轮垂向运动位移大于所述修正门限，且车轮未跳离地面，则车轮制动力矩为基本制动力矩和第一修正力矩的和，所述第一修正力矩为车轮垂向运动位移、修正系数和
车辆允许的最大制动力矩的乘积；

[0033] 若车轮跳离地面，则车轮制动力矩为基本制动力矩和第二修正力矩的和，所述第二修正力矩为车轮静止半径减去车轮滚动半径的数值、修正系数和车辆允许的最大制动力
矩的乘积。

[0034] 第二方面，本发明提供了一种车轮滑移率的修正装置，包括：

[0035] 动力学模型搭建模块，用于搭建4+2n自由度整车动力学模型，4+2n自由度包括车身的垂向、纵向、俯仰和侧倾四个自由度，以及n个车轮的垂向和旋转共2n个自由度；

[0036] 车轮垂向运动位移和参考车速确定模块，用于基于状态观测器和所述整车动力学模型，确定各个车轮垂向运动位移和参考车速；

[0037] 制动力矩输出模块，用于基于滑模控制的原理，以各个所述车轮垂向运动位移、所述参考车速、各个车轮的轮速和目标滑移率为输入，输出修正后的各个车轮的制动力矩。

[0038] 第三方面，本发明提供了一种电子设备，包括：

[0039] 至少一个处理器，以及与至少一个所述处理器通信连接的存储器；

[0040] 其中，所述存储器存储有可被至少一个所述处理器执行的指令，所述指令被至少一个所述处理器执行，以使至少一个所述处理器能够执行上述的方法。

[0041] 第四方面，本发明提供了一种介质，所述介质上存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行上述的方法。

[0042] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：

[0043] 本发明中的车轮滑移率的修正方法中搭建了4+2n自由度整车动力学模型，一般动力学模型中仅考虑车身的垂向、纵向、俯仰和侧倾四个自由度，以及n个车轮的旋转共n个自
由度，因而其仅适用于平坦路面上行驶的情景，而本发明的整车动力学模型中还考虑了n个
车轮的垂向共n个自由度，因而其不仅适用于平坦路面上行驶的情景，还特别适用于颠簸路
面上行驶的情景。其次基于状态观测器和所述整车动力学模型，确定各个车轮垂向运动位
移和参考车速，从而使所得各个车轮垂向运动位移和参考车速更加准确可靠，以上各个车
轮垂向运动位移和参考车速作为车轮滑移率修正控制的参考量。最后基于滑模控制的原
理，输出修正后的制动力矩，从而实现路面（特别是颠簸路面）下车辆紧急制动过程中滑移
率的可靠控制，将实际滑移率控制在目标滑移率附近，提升紧急制动强度，避免由于制动力
不足导致的危险事故的发生，保证制动安全性。

附图说明

[0044] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的
附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前
提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0045] 图1是实施例1提供的车轮滑移率的修正方法的流程图；

[0046] 图2是实施例1提供的整车动力学模型的示意图；

[0047] 图3是实施例2提供的车轮滑移率的修正方法的流程图；

[0048] 图4是实施例2提供的制动动力学模型的示意图；

[0049] 图5是实施例3提供的车轮滑移率的修正装置的结构示意图；

[0050] 图6是实施例4提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

[0051] 以下结合附图对本申请的示范性实施例做出说明，其中包括本申请实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识
到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本申请的范围和精神。同
样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

[0052] 需要说明的是，本发明中的“车轮”是指组合在一起的轮胎、轮辋与轮辐。“垂向”是指垂直车辆行进方向。“纵向”是指沿车辆前进方向。

[0053] 实施例1

[0054] 图1是本实施例提供的一种车轮滑移率的修正方法的流程图，本实施例适用于在车辆行驶过程中的车轮滑移率的修正。该方法可以由车轮滑移率的修正装置来执行，该装
置可以由软件和/或硬件构成，并一般集成在电子设备中。

[0055] 参见图1，上述车轮滑移率的修正方法，包括以下步骤：

[0056] S110、搭建4+2n自由度整车动力学模型，4+2n自由度包括车身的垂向、纵向、俯仰和侧倾四个自由度，以及n个车轮的垂向和旋转共2n个自由度。

[0057] 应当理解的是，n为大于或等于4的自然数，自然数优选为偶数，例如4、6、8等。“整车动力学模型”也称为整车动力学方程，该方程用于根据方程中已知数值的参数，计算方程
中未知数值的参数。示例性地，若该方程为F=ma，若已知m和a的数值，可根据该方程计算出F
的数值，类似地，若已知F和m，可根据该方程计算出a的数值。

[0058] 优选地，所述搭建4+2n自由度整车动力学模型包括：

[0059] 根据簧上质量、车轮质量、车辆质心垂向位移、车轮垂向运动位移、地面的垂向不平整度和悬架力，确定车身垂向和n个车轮垂向的1+n个自由度的整车动力学模型；

[0060] 根据车身绕y轴的转动惯量、车身绕x轴的转动惯量、车身俯仰角加速度、车身侧倾角加速度、车身纵向加速度、车身侧向加速度、车辆质心到俯仰中心的垂向距离和车辆质心
到侧倾中心的垂向距离，确定车身俯仰和车身侧倾的两个自由度的整车动力学模型；

[0061] 根据整车质量、车身纵向加速度和地面对各车轮的纵向反作用力，确定车身纵向一个自由度的整车动力学模型；

[0062] 根据车轮的转动惯量、车轮的转动角速度、地面对车轮的纵向反作用力、车轮的制动力矩和车轮的滚动半径，确定n个车轮旋转的n个自由度的整车动力学模型；

[0063] 根据所述车身垂向和n个车轮垂向的1+n个自由度的整车动力学模型、所述车身俯仰和车身侧倾的两个自由度的整车动力学模型、所述车身纵向一个自由度的整车动力学模
型和所述n个车轮旋转的n个自由度的整车动力学模型，确定4+2n自由度整车动力学模型。
其中，“簧上质量”是指车辆中由悬挂系统中的弹性元件所支撑的质量。“车辆质心垂向位
移”是指车辆质心进行垂向运动的位移。“车轮垂向运动位移”是指车轮进行垂向运动的位
移。“地面的垂向不平整度”是指路面垂直车辆行进方向上的不平整度。“悬架力”是指悬架
系统提供给车身的作用力。“车身绕y轴的转动惯量”是指车辆簧上质量绕指向驾驶员左侧
第一水平轴转动时惯性的量度，所述第一水平轴是指平行于水平面的轴，第一水平轴指向
驾驶员左侧，y轴为指向驾驶员左侧的第一水平轴，如驾驶员面朝正北方，则y轴为指向正西
方的第一水平轴。“车身绕x轴的转动惯量”是指车辆簧上质量绕指向车辆前进方向第二水
平轴转动时惯性的度量，所述第二水平轴是指平行于水平面的轴，第二水平轴指向车辆前
进方向，x轴为指向车辆前进方向的第二水平轴。“车身俯仰角加速度”是指车身绕驾驶员左
侧第一水平轴转动角度的二阶微分值，所述第一水平轴是指平行于水平面的轴，第一水平
轴指向驾驶员左侧。“车身侧倾角加速度”是指车身绕车辆前进方向第二水平轴转动角度的
二阶微分值，所述第二水平轴是指平行于水平面的轴，第二水平轴指向车辆前进方向。“车
身纵向加速度”是指车辆沿前进方向行驶速度的一阶微分值。“车身侧向加速度”是指车辆
沿驾驶员左侧行驶速度的一阶微分值。“地面对车轮的纵向反作用力”是指地面对车轮反作
用力在车轮平面与地平面交线上的分力，该纵向反作用力可以表示为滑移率的非线性函
数。

[0064] 如图2所示为本实施例搭建的整车动力学模型的示意图。

[0065] 以下以4个车轮为例，说明优选的4+2n自由度整车动力学模型：

[0066] 优选地，车身垂向和n个车轮垂向的1+n个自由度的整车动力学模型如下：

[0067] （1）；

[0068] 其中，ms为簧上质量，mui为各个车轮质量，z为车辆质心垂向位移，zui为各个车轮垂向运动位移，zri为各个地面的垂向不平整度，Fi为各个车轮悬架力，F1为左前车轮悬架力，F2
为左后车轮悬架力，F3为右前车轮悬架力，F4为右后车轮悬架力，g为重力加速度，kti为各个
车轮的垂向刚度。

[0069] 其中，各个车轮悬架力的计算方式如下：

[0070] （2）；

[0071] 其中，Fi为各个车轮悬架力，ksi为悬架刚度系数，ci为悬架阻尼系数，Fai为各空气悬架主动作动力，zsi为各悬架与车身安装点垂向位移，zui为各个车轮垂向运动位移。

[0072] 优选地，车身俯仰和车身侧倾的两个自由度的整车动力学模型如下：

[0073] （3）；

[0074] 其中，Iy为车身绕y轴的转动惯量，Ix为车身绕x轴的转动惯量，为车身俯仰角加速度，为车身侧倾角加速度，ax为车身纵向加速度，ay为车身侧向加速度，hp为车辆质心到
俯仰中心的垂向距离，hr为车辆质心到侧倾中心的垂向距离，F1、F2、F3、F4分别为四个车轮悬
架力，g为重力加速度，b为整车质心到后轴的距离，a为整车质心到前轴的距离，ms为簧上质
量，B为车辆左右两个前轮的轮距。

[0075] 优选地，n个车轮旋转的n个自由度的整车动力学模型如下：

[0076] （4）；

[0077] 其中，Iwi为各车轮转动惯量， 为各个车轮转动角速度，Fxwi为各个车轮受到的地面制动力，Mbi为各个车轮的制动力矩，R为车轮的滚动半径。

[0078] 其中，各个车轮受到的地面制动力Fxwi的计算方式如下：

[0079] （5）；其中，μ为地面附着系数，Fzwi为地面对各车轮的垂向反作用力。

[0080] 优选地，车身纵向一个自由度的整车动力学模型如下：

[0081] ；其中，M为整车质量，ax为车身纵向加速度，Fxwi为各个车轮受到的地面制动力。

[0082] S120、基于状态观测器和所述整车动力学模型，确定各个车轮垂向运动位移和参考车速。

[0083] 其中，“参考车速”是指车辆真实的纵向速度的估计值。

[0084] 优选地，状态观测器选用卡尔曼滤波器。

[0085] 优选地，所述基于状态观测器和所述整车动力学模型，确定各个车轮垂向运动位移和参考车速包括：

[0086] 基于状态观测器，对车辆质心垂向位移、车身俯仰角和车身侧倾角进行状态观测，获取观测值；

[0087] 根据所述整车动力学模型、所述观测值和各个悬架动行程，确定各个车轮垂向运动位移；

[0088] 基于状态观测器，根据各个车轮轮速、车身纵向加速度、各个车轮角加速度和各个车轮垂向运动位移，确定参考车速。

[0089] 以上优选方式基于状态观测器，先获取观测值，再结合整车动力学模型和各个悬架动行程，确定各个车轮垂向运动位移，同样基于状态观测器，确定参考车速。该方式所得
各个车轮垂向运动位移和参考车速准确可靠。

[0090] 其中，“悬架动行程”是指簧上质量的中心与簧下质量的中心的相对位移，其中簧下质量是指不由悬挂系统中的弹性元件所支撑的质量。

[0091] 具体的，基于状态观测器，对车辆质心垂向位移、车身俯仰角和车身侧倾角进行状态观测，获取观测值包括：

[0092] 采用下式设计车辆质心垂向位移观测器：

[0093] （6），其中， 。

[0094] 式中，xv,k表示当前时刻质心垂向位移观测器状态矢量，xv,k+1表示下一时刻质心垂向位移观测器状态矢量，yv,k+1表示下一时刻质心垂向位移观测器观测矢量，uv,k为输入矢
量，Av、Bv、Cv分别表示质心垂向位移观测器的系统矩阵、输入矩阵和观测矩阵，qv,k为过程噪
声，rv,k为观测噪声，ms为簧上质量，F1、F2、F3、F4分别为四个车轮悬架力，g为重力加速度，AV
中的T为采样时间，ykm为当前时刻整车质心垂向位移的测量值。

[0095] 采用下式设计车身俯仰角：

[0096] （7）；其中， ；

[0097] 式中，xp为状态矢量，yp为观测矢量，up为输入矢量，Ap为系统矩阵，Bp为输入矩阵，Cp为观测矩阵，qp为过程噪声，其方差为Qp，rp为观测噪声，其方差为Rp，axm和 分别为传感
器测得的车身纵向加速度和车身俯仰角速度，ms为簧上质量，hp为车辆质心到俯仰中心的垂
向距离，Iy为车身绕y轴的转动惯量，F1、F2、F3、F4分别为四个车轮悬架力，φ为车身俯仰角，
aym为车身横向加速度的测量值，b为整车质心到后轴的距离，a为整车质心到前轴的距离。

[0098] 卡尔曼滤波过程如下：

[0099] （1 ）状 态 方 程 离 散 化 ： （ 8 ），式 中 ，，其中，T为采样时间，xp,k为当前时刻的状态矢量，xp,k+1为下一时
刻的状态矢量，up,k为当前时刻的输入矢量，qp,k为当前时刻的过程噪声，I为单位矩阵，AP为
系统矩阵，BP为输入矩阵。

[0100] （2）初始化：设置初始状态 （9）；初始协方差 （10）。

[0101] （3）时间更新：进一步状态预测 （11）；进一步预测协方差 （12）。其中，xp,k|k‑1为预测状态更新矢量，Ap,k‑1为上一时刻系统
矩阵，Bp,k‑1为上一时刻输入矩阵，xp,k‑1为上一时刻的状态矢量，up,k‑1为上一时刻的输入矢
量，Pk|k‑1为协方差，qp,k‑1为上一时刻的过程噪声。

[0102] （4）状态更新：滤波增益 （13），其中Cp,k为当前时刻的观测矩阵，rp,k为当前时刻的观测噪声；协方差矩阵更新 （14）；状
态更新 （15），其中，yp,k为当前时刻的观测矢量。

[0103] 车身侧倾角的观测方法与上述车身俯仰角的一致，此处不再赘述。

[0104] 具体的，根据所述整车动力学模型、所述观测值和各个悬架动行程，确定各个车轮垂向运动位移包括：

[0105] 采用下式计算各个车轮垂向运动位移：

[0106] （16），其中，zw1、zw2、zw3、zw4为各个车轮垂向运动位移，B为车辆左右两个前轮的轮距，a为整车质心到前轴的距离，φ为车身俯仰角，z为垂
向位移，θ为侧倾角，zs1‑zu1、zs2‑zu2、zs3‑zu3、zs4‑zu4为各个悬架动行程。

[0107] 具体的，基于状态观测器，根据各个车轮轮速、车身纵向加速度、各个车轮角加速度和各个车轮垂向运动位移，确定参考车速包括：

[0108] 根据各个车轮轮速和车身纵向加速度，计算参考车速，同时根据车轮角加速度和垂向运动状态，确定各个车轮轮速和车身纵向加速的置信度（该置信度也可以理解为权重，
根据各个车轮轮速、车身纵向加速度和权重，即可计算参考车速）。参考车速观测值根据最
大轮速法获取： （17），式中， 为各车轮旋转角速度。

[0109] 根据传感器测得的车辆纵向加速度以及运动学关系，设计如下参考车速观测器：（18）；式中，状态矢量 ，观测矢量 。过程中噪声
qs和观测噪声rs可根据当前车辆状态自动调节。系统矩阵和观测矩阵分别为： ，
其中T为采样时间。

[0110] 当车轮抱死或者垂向跳动较大时，轮速与车速相差过大。考虑轮加速度和车轮垂向运动状态，对过程噪声和量测噪声进行实时调整。当车轮抱死时，轮速为零，设置此时观
测值置信度为零；当车轮垂向位移较大时，轮速变化较大，轮速置信度相应降低。

[0111] S130、基于滑模控制的原理，以各个所述车轮垂向运动位移、所述参考车速、各个车轮的轮速和目标滑移率为输入，输出修正后的各个车轮的制动力矩。

[0112] 其中，“目标滑移率”是指期望车轮达到的滑移率，一般可根据经验进行设定，如0.2。

[0113] 根据参考车速和车轮的轮速可以计算出车轮的实际滑移率，实际滑移率=（参考车速‑车轮的轮速）/参考车速。根据各个车轮垂向运动位移，基于滑模控制的原理，将实际滑
移率控制在目标滑移率附近所需要施加的力矩即为所需的制动力矩。

[0114] 上述车轮滑移率的修正方法中搭建了4+2n自由度整车动力学模型，一般动力学模型中仅考虑车身的垂向、纵向、俯仰和侧倾四个自由度，以及n个车轮的旋转共n个自由度，
因而其仅适用于平坦路面上行驶的情景，而本发明的整车动力学模型中还考虑了n个车轮
的垂向共n个自由度，因而其不仅适用于平坦路面上行驶的情景，还特别适用于颠簸路面上
行驶的情景。其次基于状态观测器和所述整车动力学模型，确定各个车轮垂向运动位移和
参考车速，从而使所得各个车轮垂向运动位移和参考车速更加准确可靠，以上各个车轮垂
向运动位移和参考车速作为车轮滑移率修正控制的参考量。最后基于滑模控制的原理，输
出修正后的制动力矩，从而实现路面（特别是颠簸路面）下车辆紧急制动过程中滑移率的可
靠控制，将实际滑移率控制在目标滑移率附近，提升紧急制动强度，避免由于制动力不足导
致的危险事故的发生，保证制动安全性。

[0115] 实施例2

[0116] 如图3所示，本实施例提供了另一种车轮滑移率的修正方法，本实施例是对实施例1中S130的进一步优化。参见图3，该方法包括以下步骤：

[0117] S110、搭建4+2n自由度整车动力学模型，4+2n自由度包括车身的垂向、纵向、俯仰和侧倾四个自由度，以及n个车轮的垂向和旋转共2n个自由度。

[0118] S120、基于状态观测器和所述整车动力学模型，确定各个车轮垂向运动位移和参考车速。

[0119] S110、S120与实施例1中的相同，此处不再赘述。

[0120] S131、根据各个所述车轮垂向运动位移，确定各个车轮制动力矩表达式。

[0121] 优选地，所述根据各个所述车轮垂向运动位移，确定各个车轮制动力矩表达式包括：

[0122] 根据各个所述车轮垂向运动位移，确定各个所述车轮垂向运动位移与修正门限的关系，以及各个所述车轮是否跳离地面；

[0123] 根据所述关系以及各个所述车轮是否跳离地面，确定各个车轮制动力矩表达式。

[0124] 上述优选实施方式考虑了车轮垂向运动位移与修正门限（修正门限是指对传统滑模控制器计算的制动力矩进行修正时的车轮垂向位移阈值，修正门限的大小是根据多次仿
真和试验结果确定的）的关系，以及车轮是否跳离地面，并据此确定制动力矩表达式，表达
式划分的依据科学合理，对于不同颠簸程度均有各自对应的表达式，因而控制更加精准。

[0125] 优选地，根据所述关系以及各个所述车轮是否跳离地面，确定各个车轮制动力矩表达式包括：

[0126] 若所述车轮垂向运动位移低于所述修正门限，则确定车轮制动力矩表达式为基本制动力矩；所述基本制动力矩是基于滑模控制的原理，以所述参考车速、车轮的轮速和目标
滑移率作为输入，输出的制动力矩；

[0127] 若所述车轮垂向运动位移大于所述修正门限，且车轮未跳离地面，则根据所述基本制动力矩、车辆允许的最大制动力矩、所述车轮垂向运动位移和修正系数，确定车轮制动
力矩表达式；

[0128] 若车轮跳离地面，则根据所述基本制动力矩、车辆允许的最大制动力矩、车轮静止半径、车轮滚动半径和修正系数，确定车轮制动力矩表达式。

[0129] 其中，车辆允许的最大制动力矩与车型相关，车辆出厂参数中已设定好。

[0130] 车辆行驶于颠簸路面时，若车轮完全跳离地面，地面制动力为0，此时如果仍以理想滑移率进行控制，只需施加极小的制动压力即可达到目标滑移率。当车轮再次接触地面，
地面制动力增加，要达到目标滑移率需要及时增加制动压力。但由于实际制动系统的迟滞
性，制动压力尚未达到目标值车轮又将跳离地面。如此循环往复，易造成颠簸路面下紧急制
动时制动力缺失情况。因此优选地，所述各个车轮制动力矩表达式如下：

[0131] ；

[0132] 其中，Mbi′为修正后的各个车轮制动力矩，Mbi为各个车轮的基本制动力矩，zui为各个车轮垂向运动位移，κ为修正系数（修正系数是指额外施加的制动力矩与轮胎垂向位移的
比值，修正系数的大小是根据多次仿真和试验结果确定的），R0为车轮静止半径，R为车轮滚
动半径。

[0133] 当车轮跳动量低于设置的修正门限时，以正常滑模控制器计算得到的制动力矩（即基本制动力矩）进行制动；当车轮跳动量超过修正门限且尚未跳离地面时，此时所施加
的制动力矩根据车轮跳动量线性增加；当车轮完全跳离地面后，使用计算得到的最大制动
力矩进行制动，以实现车轮再次接触地面后制动力矩的迅速响应。

[0134] 应当理解的是，车轮刚好跳离地面时的垂向位移为R0‑R+ε。

[0135] S132、基于滑模控制的原理，根据各个所述车轮制动力矩表达式、所述参考车速、各个车轮的轮速和目标滑移率，确定修正后的各个车轮的制动力矩。

[0136] 具体的，所述基于滑模控制的原理，根据各个所述车轮制动力矩表达式、所述参考车速、各个车轮的轮速和目标滑移率，确定修正后的各个车轮的制动力矩，包括：

[0137] 设计滑模控制器，将所述参考车速、各个车轮的轮速和目标滑移率作为输入，输出各个车轮的基本制动力矩；

[0138] 根据各个车轮的基本制动力矩和各个所述车轮制动力矩表达式，确定各个车轮的制动力矩。

[0139] 如图4所示为本实施例的制动动力学模型示意图。其中，滑模控制器设计如下：

[0140] 各个车轮纵向滑移率为 （19），其中vx为车辆纵向速度，ωi为各车轮的轮速，R为车轮的滚动半径；对上式求导得 （20）；将各个车轮旋转运动方
程（4）和整车纵向运动微分方程 （21）带入上述求导后的公式（20）中，得到
（21），其中Fxi为各车轮纵向力，Iw为各车轮转动惯量。

[0141] 目标滑移率和实际滑移率偏差公式为 （22），ei为滑移率偏差，λi为实际滑移率，λid为目标滑移率。

[0142] 考虑滑模控制易引起的高频抖动，根据滑移率偏差建立如下比例积分滑模面（23），式中γ为趋近率系数，该系数经多次仿真实验得到。对上式求导，并将
公式（22）的导数代入，得 （24）。

[0143] 将式（21）代入式（24）得 （25）。

[0144] 选择控制率为 （26），其中ε1、ε2、Ψ均为常数，以上常数经多次仿真实验得到。

[0145] 将 式（ 2 6）代 入 式（ 2 5 ），整 理 得 到 各 个 车 轮 制 动 力 矩（27）。

[0146] 考虑到滑模控制器采用sgn函数容易引起剧烈抖振，利用饱和函数进行消抖，饱和函数定义为 （28）。

[0147] 利用李雅普诺夫定律分析滑模控制算法的稳定性，同时求出稳定条件。选择李雅普诺夫方程为 （29）。对该方程微分得 （30）。当选取ε1>0，ε2>0
时， （31），即该滑模控制器具有稳定性。

[0148] 本实施例先确定制动力矩表达式，再基于滑模控制的原理和该表达式等，确定修正后的各个车轮的制动力矩，从而实现制动力矩的精确控制。并且考虑了车轮垂向运动位
移与修正门限的关系，以及车轮是否跳离地面，并据此确定制动力矩表达式，表达式划分的
依据科学合理，对于不同颠簸程度均有各自对应的表达式，因而控制更加精准。

[0149] 实施例3

[0150] 如图5所示，本实施例提供了一种车轮滑移率的修正装置，包括：

[0151] 动力学模型搭建模块101，用于搭建4+2n自由度整车动力学模型，4+2n自由度包括车身的垂向、纵向、俯仰和侧倾四个自由度，以及n个车轮的垂向和旋转共2n个自由度；

[0152] 车轮垂向运动位移和参考车速确定模块102，用于基于状态观测器和所述整车动力学模型，确定各个车轮垂向运动位移和参考车速；

[0153] 制动力矩输出模块103，用于基于滑模控制的原理，以各个所述车轮垂向运动位移、所述参考车速、各个车轮的轮速和目标滑移率为输入，输出修正后的各个车轮的制动力
矩。

[0154] 进一步地，动力学模型搭建模块101还用于根据簧上质量、车轮质量、车辆质心垂向位移、车轮垂向运动位移、地面的垂向不平整度和悬架力，确定车身和车轮的垂向运动微
分方程；根据车身绕y轴的转动惯量、车身绕x轴的转动惯量、车身俯仰角加速度、车身侧倾
角加速度、车身纵向加速度、车身侧向加速度、车辆质心到俯仰中心的垂向距离和车辆质心
到侧倾中心的垂向距离，确定车身俯仰运动和侧倾运动微分方程；根据车轮的转动惯量、车
轮的转动角速度、地面对车轮的纵向反作用力、车轮的制动力矩和车轮的滚动半径，确定车
轮旋转运动方程。

[0155] 进一步地，车轮垂向运动位移和参考车速确定模块102还用于基于状态观测器，对车辆质心垂向位移、车身俯仰角和车身侧倾角进行状态观测，获取观测值；根据所述整车动
力学模型、所述观测值和各个悬架动行程，确定各个车轮垂向运动位移；基于状态观测器，
根据各个车轮轮速、车身纵向加速度、各个车轮角加速度和各个车轮垂向运动位移，确定参
考车速。

[0156] 进一步地，制动力矩输出模块103还用于根据各个所述车轮垂向运动位移，确定各个车轮制动力矩表达式；基于滑模控制的原理，根据各个所述车轮制动力矩表达式、所述参
考车速、各个车轮的轮速和目标滑移率，确定修正后的各个车轮的制动力矩。

[0157] 上述车轮滑移率的修正装置用于执行上述车轮滑移率的修正方法，因而至少具有与该方法相对应的功能模块和有益效果。

[0158] 实施例4

[0159] 如图6所示，本实施例提供了一种电子设备，包括：

[0160] 至少一个处理器；以及

[0161] 与至少一个所述处理器通信连接的存储器；其中，

[0162] 所述存储器存储有可被至少一个所述处理器执行的指令，所述指令被至少一个所述处理器执行，以使至少一个所述处理器能够执行上述的方法。该电子设备中的至少一个
处理器能够执行上述方法，因而至少具有与上述方法相同的优势。

[0163] 可选地，该电子设备中还包括用于连接各部件的接口，包括高速接口和低速接口。各个部件利用不同的总线互相连接，并且可以被安装在公共主板上或者根据需要以其它方
式安装。处理器可以对在电子设备内执行的指令进行处理，包括存储在存储器中或者存储
器上以在外部输入/输出装置（诸如，耦合至接口的显示设备）上显示GUI（Graphical User 
Interface，图形用户界面）的图形信息的指令。在其它实施方式中，若需要，可以将多个处
理器和/或多条总线与多个存储器和多个存储器一起使用。同样，可以连接多个电子设备，
各个设备提供部分必要的操作（例如，作为服务器阵列、一组刀片式服务器、或者多处理器
系统）。图6中以一个处理器201为例。

[0164] 存储器202作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的车轮滑移率的修正方法对应的程序指令/模块（例如，车
轮滑移率的修正装置中的动力学模型搭建模块101、车轮垂向运动位移和参考车速确定模
块102和制动力矩输出模块103）。处理器201通过运行存储在存储器202中的软件程序、指令
以及模块，从而执行设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的车轮滑移率的修正
方法。

[0165] 存储器202可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此
外，存储器202可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个
磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器202可进一
步包括相对于处理器201远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至设备。上
述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

[0166] 该电子设备还可以包括：输入装置203和输出装置204。处理器201、存储器202、输入装置203和输出装置204可以通过总线或者其他方式连接，图6中以通过总线连接为例。

[0167] 输入装置203可接收输入的数字或字符信息，输出装置204可以包括显示设备、辅助照明装置（例如，LED）和触觉反馈装置（例如，振动电机）等。该显示设备可以包括但不限
于，液晶显示器（LCD）、发光二极管（LED）显示器和等离子体显示器。在一些实施方式中，显
示设备可以是触摸屏。

[0168] 实施例5

[0169] 本实施例提供了一种介质，所述介质上存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行上述的方法。该介质上的计算机指令用于使计算机执行上述方法，因而
至少具有与上述方法相同的优势。

[0170] 本发明中的介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。介质例如可以是——但不限于——电、
磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。介质的更具体的
例子（非穷举的列表）包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机
存取存储器（RAM）、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携
式紧凑磁盘只读存储器(CD‑ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
在本文件中，介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装
置或者器件使用或者与其结合使用。

[0171] 计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限
于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可
读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于
由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。

[0172] 计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、电线、光缆、RF（Radio Frequency，射频）等等，或者上述的任意合适的组合。

[0173] 可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包
括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全
地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在
用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及
远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域
网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机（例如利用因特网服务提供商
来通过因特网连接）。

[0174] 应该理解的是，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本申请中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执
行，只要能够实现本申请公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

[0175] 上述具体实施方式，并不构成对本申请保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本申请
的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请保护范围之内。