面向车辆动力学控制的多源智能轮胎信息系统关键技术研究

The real-time driving information of tires can extend the functions of vehicle dynamic control, and enhance its performance. However, the research of online access of tire information and its application in vehicle control is lagged, and its theory system is not completed. In this project, aiming to vehicle dynamic control application, the key technology of multi-source intelligent tire information system will be researched. Based on MEMS triaxial accelerometers, a self-energized multi-point acceleration vector measurement intelligent tire system will be designed, and the mechanism of multi-point acceleration vector responses on tire contact patch will be studied. Combining with vehicle states information, we will analyze the principle of variety of tire information access method, and the interaction among the tire and vehicle state information. Accordingly, with the application of multi-source information fusion, the tire information such as pressure, stiffness, radius, forces and road adhesion will be estimated online. Based on the obtained information, the influence of tire pressure on the vehicle stability will be discussed, and the strategy of integrated chassis control for abnormal tire pressure will be proposed. The achievement of the project will promote the theoretical system construction of intelligent tire, propose the strategy of multi-source tire information estimation, improve the adaptive capacity for a vehicle dynamic system to handle exceptions, and lay the foundation of information for future vehicle dynamic control.

车辆行驶过程中轮胎的实时状态信息能有效扩展车辆动力学控制的功能、增强其控制效果。然而，轮胎信息在线获取及其在车辆控制中应用的研究却明显滞后，理论体系尚不完整。本项目拟面向车辆动力学控制应用目标，开展多源智能轮胎信息系统关键技术研究。采用基于MEMS三轴加速度传感器方案，设计多点加速度矢量测量的自供能智能轮胎系统，研究轮胎接地印迹处多点加速度矢量响应机理，结合整车状态信息，深入研究各种轮胎信息获取方法的工作原理，及轮胎信息与车辆状态信息间的相互作用规律，运用多源信息融合理论，实现胎压、刚度、半径、轮胎力以及路面附着系数等轮胎信息的在线估算；以此为基础，研究胎压对车辆稳定性的影响机理，提出胎压异常状态下的底盘动力学集成控制策略。本项目将推进智能轮胎技术理论体系建设，提出一套轮胎信息多源集成估算策略，提高车辆动力学控制系统处理异常状态的适应能力，为未来车辆动力学控制奠定信息基础。

车辆行驶过程中轮胎的实时状态信息能有效扩展车辆动力学控制功能、增强控制效果，但轮胎信息的在线获取及其在车辆控制中的应用仍有待研究。本项目以底盘动力学控制应用为出发点，开展基于MEMS加速度传感器采集道路信息的自供能智能轮胎关键技术研究，以此为核心，结合车辆动力学估算方法，实现多种轮胎与车辆信息的在线测量与辨识，为底盘动力学控制提供信息保障。..本项目的主要研究内容有：①多点加速度矢量测量智能轮胎关键技术：设计了在胎内布置多组三轴MEMS加速度传感器的自供能智能轮胎系统方案，分析了车轮振动形式及频率特征，提出了能自适应利用轮胎振动能量峰值的压电发电方案，完成了面向智能轮胎的自供能关键技术研究；通过台架试验，研究了轮胎接地印迹上多点三向加速度矢量对轮胎力的响应机理，分析了轮胎及轮辋振动加速度信号的时域和频域响应特征。②多源智能轮胎信息融合策略与算法：提出了基于智能轮胎测量信号时频域特征的多源信息估计算法，基于智能轮胎和轮速信号提出了轮胎压力估算算法、基于智能轮胎和车辆状态提出了三向轮胎力估算算法、基于智能轮胎频域信息提出了路面附着条件估计算法。③基于轮胎多源信息的底盘动力学控制策略：研究胎压对轮胎刚度等特性的影响规律，设计了基于智能轮胎的底盘集成控制架构，提出了基于模型预测方法的底盘集成控制策略，实现了胎压异常状态下的车辆动力学控制。..本项目的实施提出了完整的多源智能轮胎信息系统的设计理论及方法，设计了车轮振动激励自适应的自供能方案以及多点加速度矢量测量的智能轮胎方案；明晰了智能轮胎中不同位置多点加速度信号特征，明确了对应不同轮胎信息的加速度响应机理，提出了智能轮胎与车辆动力学相融合的轮胎信息估算策略，实现了更为丰富的轮胎与路面状态信息估计；探索了智能轮胎信息在底盘动力学集成控制系统中的应用，提高了控制系统处理异常胎压状态的适应能力。本项目的研究为未来车辆的底盘动力学控制奠定了理论与技术基础。