车辆动力学性能开发及集成控制的实践与探讨

驾驶辅助
主动转向
IP-ICC系统工作流程图
智能巡航控制系统研究与开发
3.2 智能巡航控制开发的关键技术
1. 驾驶员监视系统
检测驾驶员眼球开度，并为IP-ICC系统开启和中断提供信息。
3. 模型预测控制算法设计与改进
基于车辆最优动力学状态的多目标控制模型预测控制 算法设计与改进。
2. 车道检测系统
基于虚拟驾驶员模型实现车道检测，并发送车道检测信息至所设计 的模型预测控制算法。
Full Lock
(扭矩管理器强制锁死)
打滑灵敏度提高
SNOW 雪地模式
坚硬湿滑路 面，如雪地、 草地、卵石 路等
Smart Lock
(根据转速差实时分配扭 矩)
打滑灵敏度提高
Normal 普通模式
良好铺装路 面
Smart Lock
(根据转速差实时分配扭 矩)
正常模式
动力学的整车全局集成控制
2.6 全局集成控制系统的工程应用（3/3）——混动策略集成开发
驾驶行为 修正
全局集成控制系统
EMS TCU
RDU
EHB
VCU
EPS
CDC
4WD ESP
用户体验和操作研究
提供专业级驾驶体验
为了改善用户日常使用工况的整车转向响应、提高安全性、行驶稳定性、以及过弯平顺性，监测整车的方向盘转角、X向及 Y向的加速度及加速度的导数(急动度Jerk)等信号，通过新型控制策略及控制算法，对发动机输出扭矩、转向系统、制动系 统进行适当的轻微主动控制，实现既定功能，改善用户体验感，提升动力学品质。
RAS
无人驾驶
Unmanned drive
sensor
Camera Lidar Radar V2x GPS
动力学的整车全局集成控制
2.4 全局集成控制系统的开发工作（2/3）
SIL模型建模及离线仿真
快速原型
HIL测试及仿真验证
实车验证
TCU
EMS
高精度驾驶员行为模型 及驾驶行为修正
ESP
油门踏板 方向盘转角 制动 换挡 …
变速箱控制 发动机控制
电机控制
电池控制
集成化
功 能 扩 展
转向控制
制动控制
速度 加/减速
度 侧倾 横摆 俯仰 振动 油耗
…
集成控制
车 辆 状 态 信 息
针对功能和性能需求， 制定整车级控制策略， 协调各分布式控制器， 或直接控制执行机构， 确保整车性能和功能 达到最优化
扭矩管理器控制逻辑
全地形 控制器
RDM 控制器
ESP 控制器
EMS 控制器
TCU 控制器
扭矩管理 器
制动系统
发动机
变速箱
模式名称 适用路面
RDM控制模式
ESP控制模式
SAND 干燥多沙的 沙地模式 松软地面
Full Lock
(扭矩管理器强制锁死)
ESP介入减少， 减少对发动力输
出干预
MUD 泥泞不平的 泥地模式 柔软地面
各种工况下提取驾驶员生物电信 号、关节角信号、脸部表情等
运动 控制
①识别专业驾驶 员与普通驾驶员 ②抽取专业驾驶 员对驾驶体验相 关感知参数的控 制策略
构建人体感知量 化评价体系
动力学的整车全局集成控制
2.8 驾驶员行为在线评价与修正
离线驾驶性评价体系的弊端
• 实时性缺失– 无法实时评价驾驶性 • 动态性缺失– 无法动态更新驾驶性指标 • 拓展性缺失– 无法指导改进动力学响应
CONTENTS
目 录
01 动力学发展新要求 02 动力学的整车全局集成控制 03 智能巡航控制系统的研究与开发
01
动力学发展新要求
1.1 动力学的发展历程
第一阶段
<操纵动力学方程>
第二阶段
<多体动力学CAE+试验>
第三阶段
<人-车-路闭环控制>
二自由度模型 轮胎力学模型
多体动力学CAE 整车虚拟试验场 机电液耦合仿真
控制逻辑开发 功能软件开发
整车全局控制模型搭建
验证模型可靠性
整车动态模型搭建
场景模型搭建
系统控制模型搭建
动力学的整车全局集成控制
2.6 全局集成控制系统的工程应用（1/3）——CDC
阻尼连续可调减振器主流技术方案有电磁阀式、电磁式两种。其中，电磁阀式分为外置电磁阀与内置电磁阀。 广汽的研究重点为外置电磁阀式阻尼连续可调减振器系统。
学习机
Input layer
Feature mapping layer Output layer
驾驶性评价
··· ···
···
Input weights
Output weights
Lane Detection
多目标模型预测控制
驾驶环境 信息
Vehicle Detection
驾驶员 行为认知
主动转向系统
侧向动力学
IP-ICC system
纵向动力学
权重
车-路 模型
权重
智能巡航控制系统研究与开发
3.4 智能巡航控制的研究方法
软件在环测试 (SIL)
+
控制策略
车辆模型
快速控制原型 (RCP)
+
控制器模型
真实车辆
实车标定与测试
+
真实控制器
真实车辆
产品级代码生产
硬件在环测试 (HIL)
+
真实控制器
车辆模型
Engine start-stop control Shifting control eAWD control Energy / power balance Regen control
动力学的整车全局集成控制
2.7 驾驶员行为研究
传统驾驶员模型缺陷
信息 感知
驾 驶 心理 员 决策 模 型
ABS 零部件
解决消费者痛点
TCS
ESP
系统級
GVC AVDC
整车级
功能
性能
感知
4WD
ESP
EPS
AVDC
ESP
ABS
EBD
基础制动
能开
功能
感知
动力学的整车全局集成控制
2.3 全局集成控制的技术路线
高精度驾驶员行为模型
前馈预瞄 模型
Front Preview
信息 感知
心理 决策
骨肌 运动
运动 控制
纵向动力学
侧向动力学
03
智能巡航控制系统研究与开发
3.1 智能巡航控制研究（IP-ICC）
线控转向
车道检测
环境感知
车辆识别
技术
驾驶员监视系统
系统启-停介入
功能
驾驶操作 移交
车道保持
决策界面: 1. Take over driving 2. Driver assistance 3. Non-intervention
动力学的整车全局集成控制
2.4 全局集成控制系统的开发工作（1/3）
加速度矢量控制
Vectoring Control
EHB
EPS
轮胎级别矢量控制
Wheel-Forces Vectoring Control
EMS+TCU
ESP
RDU
Px
4WD
4WD
侧向矢量控制
Adaptive steering control
02
动力学的整车全局集成控制
2.1 全局集成控制的必要性
驾驶员
四驱/全地 形旋钮
换挡拨杆 (D/S)
变速箱模式 按钮
（DMSW）
主动悬架 按钮 (CDC)
方向盘助 力按钮 (EPS)
分布 控制
全局 控制
驾驶员 AVDC
触摸屏
RDU
ESP
EMS
TCU
CDC
EPS
Environment
Sensors
智能化
控制平台架构
传感器： 激光测距仪 车载雷达 视频摄像头及识 别系统 夜视系统 …
动力学发展新要求
1.5 动力学性能的品牌基因
坚持正向开发，构建汽车特性谱，打造传祺DNA!
市场一旦输入车型定位，经由车型特性谱的展开，即可快速精准地得出设计参数。
车型目标分解
特性指标A
特性指标一
特性指标1
特性Байду номын сангаас标二
系
系
统
统
结
0
原
构
理
控
制
策
0
略
动力学的整车全局集成控制
2.6 全局集成控制系统的工程应用（2/3）——i-4WD和ATS
通过主动选择路况，系统自动调节发动机(EMS)、变速箱(TCU)、扭矩管理器(RDM)及车身稳定程序(ESP)的控制策略， 系统会根据车辆行驶路况实时智能调节前后动力分配，实现车辆在特定地形模式下的控制策略最优化。
VIL测试
与各系统的关联分析 通用功能接口定义 与供应商模块的功能接口解耦 与供应商硬件模块的通信 与子系统协同工作模式定义 共用模块搭建
控制策略架构搭建
SIL/HIL 测试
整车控制策略验证 整车功能和性能验证
控制策略代码生成
控制策略模型搭建
动态模型分析
控制策略虚拟验证 控制器硬件验证
控制算法开发
实现模型仿真基本功能
U
ESP CATS
RAS
智能控制
EMS TCU EPS ESP CATS RAS
激光测距仪 车载雷达 视频摄像头 夜视系统 …
传感器： 激光测距仪 车载雷达 视频摄像头及 识别系统 夜视系统 地图路径 …
V C U
控制水平
EMS TCU EPS ESP CATS RAS
动力学发展新要求
1.4 动力学的发展趋势
RDU
AVDC
广义车辆动态控制系统 (如ADCC, ESP等)
优化
人体感知量化评价体系
EPS
CDC
驾驶模拟器 或实车道路试验
动力学指标
动力学的整车全局集成控制
2.4 全局集成控制系统的开发工作（3/3）
动力学的整车全局集成控制
2.5 全局集成控制系统的开发流程
车辆性能/功能需求
全局控制策略工作内容
超限学习机算法的优点
• 准确度高-非线性阶段连续函数实现问题优化解决 • 实时性强- 短时间快速学习实现实时分类与回归 • 介入性低-最大限度减少人为介入，降低人因干涉
驾驶员操作 驾驶员生物信号
基于稀疏贝叶斯和在 线超限学习机的车辆
驾驶性评价模型
驾驶性指标
车辆动力学 参数
符合对应 驾驶性指标
终止
N 离线评价数据？ Y
无人驾驶技术 在线驾驶员行为识别 自适应学习算法
动力学发展新要求
1.2 动力学性能的开发流程
整车动力学分析：分析车辆稳态、瞬态的转向平衡度，了解 研发车辆的不足转向性能、车辆的侧倾及转向力度。
车辆载荷分析：悬架零件静载荷分析、开 闭件运动和受力分析及载荷谱分析工作。
扫频输入
K
定
&
半
C
径
平顺性
开闭件运动及受力分析
动力学发展新要求
1.3 动力学的发展趋势
动 态 性 能 水 平
物理集成
减振器、转向系、制动系…
系统分布控制
EPS
CDC
EMS+TCU
ESP
全局集成控制
VCU
EMS TCU EPS ESP CATS RAS
Environment
Environment
EPS ESP CATS RAS
EMS
V
TCU
C
EPS
特性指标2
风格选型
特性指标三 特性指标四 特性指标五
特性指标3 特性指标4 特性指标5
特性指标6
特性指标7
特性指标8
系统模块架构化
特性指标9
车型特性谱（DNA）
平台化性能目标设定
• 转向传动比：14.5 • 轮胎侧向刚度：220-225 N/mm • 不足转向梯度：45 deg/g • 横摆角速度响应时间：40 ms • 侧倾中心运动高度：100 mm • 侧倾力矩中心高度：200 mm • ……………………
骨肌 运动
专业 驾驶 员和 普通 驾驶 员的 主要 差异
传统驾驶员模型 (如预瞄-跟随)
运动 控制
构建人机感知量化评价体系
信息 感知
①相关动力学指标抽取
驾驶员的信息感知包括轨迹，车 速，横摆，加速度，急动度等。
心理 决策
骨肌 运动
②驾驶员操作规律分析
各种工况下急动度对应的专业驾 驶员操控决策提取
③驾驶员生理信号分析
新技术畅想——智能驾驶
虚拟试验场
自动驾驶的开发验证提出了新的试验要求，验证里程百万公里级、路况复杂、场景复现难。
新技术畅想——智能驾驶
驾驶模拟器
新技术畅想——智能驾驶
关键系统的HIL
Thanks
Local Controller
Arbitration
Local Controller
Local Controller
Actuator
（e.g. Brakes)
Actuator
（e.g. Steering)
Physical Vehicle
Actuator
（e.g. Brakes)
Actuator
（e.g. Steering)
远点
近点
X n 1 AX n B f n Y n CX n
p k i k p k i k
f , , ay
4. 对应作动器参与的车辆动力学控制
对应作动器参与的车辆纵向及侧向动力学状态调节
智能巡航控制系统研究与开发
3.3 智能巡航控制的开发流程
驾驶员行为 与车辆信息
Online ELM
Physical Vehicle
Actuator
（e.g. Torque)
动力学的整车全局集成控制
2.2 全局集成控制的规划
各控制系统的功能和策略，通过整车级实现全局集成，确保各系统协同工作，改善用户体验感，提升动力学品质
科技配置攀比 供应商的技术
更高层面的性能集成 广汽的技术
ABS
TCS
ESP
ATS
Sensors
VS
CDC
EPS
RDU
Environment
Sensors
ESP
EMS
State Observer
TCU
State Observer
Driver Commands
Controller
State Observer
Controller
Driver Commands
策略冲突、策略集成
Domain Controller