基于扩展卡尔曼滤波的汽车质心侧偏角估计

基于二自由度汽车动力学模型和轮胎模型,运用扩展卡尔曼滤波方法建立了汽车质心侧偏角估计器.利用汽车动力学仿真平台,通过仿真对比了线性轮胎模型和非线性轮胎模型的质心侧偏角估计结果.仿真结果表明,轮胎模型对于质心侧偏角估计精度至关重要,而采用非线性轮胎模型能显著提高质心侧偏角估计精度,估计结果能满足ESC控制的要求.     

汽车侧偏角与横摆角的仿真与估计

为了提高汽车操纵稳定性和安全性,设计汽车状态观测器模型对难以测量的质心侧偏角与横摆角速度的数据进行估计是很有必要的。本文利用扩展卡尔曼滤波算法并基于二自由度汽车模型上对质心侧偏角进行估计及仿真分析,仿真的结果与估计的结果吻合,估计结果具有较高的应用价值。     

基于运动学—动力学方法融合的汽车质心侧偏角估计（英文）

为了提高汽车质心侧偏角估计的准确性,提出了一种新的、基于运动学—动力学方法的融合估计方法。构建了质心侧偏角融合观测器(SAFO)。该SAFO包括3个子滤波器,每个子滤波器分别将横向车速的初步估计结果送到主滤波器中。主滤波器根据当前车辆行驶工况和融合规则,将子滤波器的估计结果融合成为全局意义下的质心侧偏角估计结果。结果表明:该SAFO具有良好的估计精度和长时间尺度下的计算稳定性,同时对横向加速度传感器偏差具有鲁棒性。因此,车辆测试数据验证了SAFO的性能。     

基于轮胎回正力矩的路面附着系数估计方法

路面附着系数的识别对汽车稳定性控制起着至关重要的作用。轮胎回正力矩能够反映整车及轮胎的运动、受力状况以及路面环境信息,且利用回正力矩能比使用侧向力更早地估计轮-地接触状况。为此,本文设计一种基于轮胎回正力矩的路面附着系数估计方法。首先,基于二自由度车辆模型设计轮胎侧偏角反馈观测器,对轮胎侧偏角进行实时估计;其次,基于轮胎侧偏角和轮胎回正力矩信息设计路面附着系数估计器,构建路面附着系数评估函数;最后,搭建Carsim与Simulink联合仿真平台,仿真结果表明设计的估计算法能够有效地对路面附着系数进行估计。     

基于汽车质心侧偏角的EPS回正控制策略

针对传统的转向回正控制容易产生回正过度或回正不足的情况,提出一种基于质心侧偏角的汽车电动助力转向回正控制策略。建立车辆动力学模型,基于车载电子稳定程序传感器信号,采用无迹卡尔曼滤波方法在线实时估计路面附着系数和车辆的质心侧偏角。将估计的质心侧偏角与期望质心侧偏角的偏差作为输入,对车辆进行转向回正滑模控制。在Carsim、Matlab/Simulink和LabVIEW中对车辆不同工况下的转向回正性能进行仿真和硬件在环试验。结果表明,提出的转向回正控制策略能够有效地改善车辆的中心转向性能,使车辆具有良好的回正效果。     

基于冗余信息融合的车辆质心侧偏角估计方法

车辆质心侧偏角是表征车辆横向稳定性的重要参数之一,相关的估计方法研究可为整车稳定控制提供重要支撑.为提高车辆质心侧偏角估计效果,提出了一种基于冗余信息融合的质心侧偏角估计方法.分别建立了车辆动力学模型和运动学模型,利用容积卡尔曼滤波算法分别设计了用于车辆行驶状态估计的动力学模型估计器和运动学模型估计器,同时,分析了动力...     

考虑侧倾影响的汽车横摆角速度与质心侧偏角滤波估计

为准确识别汽车前方弯道路段曲率信息,考虑侧倾运动的实际影响,建立了汽车质心运动、横摆运动及侧倾运动具有非线性特征的3自由度车辆操纵稳定性模型,设计了汽车质心侧偏角与横摆角速度扩展卡尔曼滤波估计器,实现了巡航车辆运动特征的在线实时估计。采用双移线输入,通过Car Sim与Matlab/Simulink的联合仿真进行验证,结果表明,即使在大噪声条件下,所设计的扩展卡尔曼滤波估计器也能较好地实现车辆横摆角速度与质心侧偏角的准确估计。     

汽车质心侧偏角融合估计方法EI北大核心CSCD

基于质心侧偏角的运动学与动力学估计方法,提出了一种新的质心侧偏角融合估计器。它有3个基于不同估计模型的卡尔曼子滤波器,分别独立估计横向车速,并作为初步估计结果送入主滤波器,主滤波器根据信息融合规则,对这些初步估计结果进行融合,得到全局融合估计结果,最后用它算出质心侧偏角。实车试验结果显示,相比于单一估计方法,融合估计器有更高的估计精度和对传感器信号偏差的鲁棒性。     

基于模糊控制的车辆动力学稳定性控制研究

运用模糊控制原理设计了汽车横摆角速度和质心侧偏角联合反馈控制的模糊控制器,使汽车实际的横摆角速度和质心侧偏角与名义值的差值保持在一定的稳定范围,保证汽车的稳定性,并使用Matlab/Simulink软件对这一控制模型进行仿真,验证控制算法的有效性;以dSPASE软件为基础,设计了车辆动力学稳定性控制硬件在环模拟试验平台...     

基于FFRLS的质心位置修正的ESP控制研究

建立了描述汽车横摆、侧向、纵向、垂向、侧倾和4个车轮运动的汽车模型,利用卡尔曼滤波状态观测器对前后轴悬架力进行估计,采用遗忘因子的递推最小二乘估算法对质心位置进行估计,并用估计的质心位置来修正参考模型得到的横摆角速度和质心侧偏角的期望值,最后设计了ESP系统的参数自整定模糊PID控制器,并进行了仿真和硬件在环试验,结果表明,考虑质心位置变化的ESP控制器的效果比未考虑的控制器好,使汽车在高速转向制动行驶时具有更好的横向稳定性。     

四轮转向汽车虚拟样机闭环控制操纵动力学仿真

运用ADAMS软件建立了新型四轮转向(4WS)汽车整车虚拟样机模型,利用该模型对比了基于横摆角速度多状态最优控制的4WS汽车同前轮转向(FWS)汽车及其它不同控制算法的阴轮转向汽车(后轮比例于前轮转角算法及后轮转角比例于横摆角速度算法)的操纵稳定性。仿真结果表明,基于横摆角速度多状态最优控制的4WS汽车,其各项评价指标优于FWS汽车以及采用另外两种控制方法的4WS汽车。     

转向加速工况下汽车驱动防滑控制系统滑转率算法研究

汽车低速转弯加速时,用后轮轮速作为参考车速计算驱动轮滑转率会造成计算偏差,引起驱动防滑控制系统误干预,为此提出了驱动轮滑转率计算的修正算法.该修正算法不需要增加前轮转角传感器,而是采用两非驱动轮轮速估计车身横摆角速度和汽车前轮转角,进而计算出前轮参考轮速,并将前轮参考轮速代替车速对转弯工况的驱动轮滑转率计算进行修正.试验结果表明,该修正算法消除了滑转率计算误差,可防止汽车在高附着路面上转弯加速时驱动防滑控制系统的误干预.     

前轮转角和车轮制动状态对汽车轨迹模拟的影响

对于碰撞后失去动力的汽车，建立其运动轨迹的计算机模型需要碰撞后汽车的初始速度和前轮转角，制动情况等初始值作为轨迹模型的输入参数，以便观察碰撞发生后的汽车运动情况。分析了碰撞后汽车车轮的受力情况，给出不同初始值情况下的轨迹模拟模型。分析结果得出，车轮在自由状态下，前轮的转角对汽车的运动距离有较大影响；当前轮转角为零时，汽车的质心运动几乎为一条直线；当车轮未完全抱死且前轮转角不为零时，汽车的质心运动为一条曲线。     

装载机避障轨迹规划及模型预测轨迹跟踪

轮式装载机在工作区域行驶时，避障过程频繁，以往的避障轨迹规划未考虑整车转向半径约束和车速变化，也较少考虑整车在动力学模型条件下的轨迹跟踪性能。针对上述情况，以自动驾驶轮式装载机为对象，基于最优快速随机扩展树算法（RRT^*），考虑车身膨胀圆个数，生成全局最优避障路径，以整车最小稳定转向半径为约束，利用CC-Steer算法对避障路径进行平滑处理，采用路径-速度分解算法规划满足整车在加速、匀速和减速状态下的避障行驶轨迹。基于整车动力学模型，考虑行驶过程中的横向位置偏差和航向角偏差，并将整车动力传动系统视为1阶惯性环节，构建装载机动力学状态空间方程。以加速度和铰接角为控制输入，以车速、横向位置偏差和航向角偏差为控制输出，建立整车动力学预测模型，以加速度、铰接角和车速为约束条件，将目标函数转换为二次规划问题，建立满足装载机在工作区域避障的模型预测轨迹跟踪控制系统。以规划的非匀速行驶避障轨迹为目标，利用构建的模型预测轨迹跟踪系统，进行自动驾驶轮式装载机的轨迹跟踪仿真。研究结果表明：所提方法能够很好地控制自动驾驶轮式装载机从初始位姿驶向目标位姿，实现整车在工作区域的避障过程，且在避障过程中满足整车的约束要求，保证整车在轨迹跟踪过程中的安全稳定性能。     

Vehicle sideslip estimation and compensation for banked road

The sideslip driving status is of fundamental importance to the stability of a vehicle. This paper presents a practical vehicle sideslip driving status estimation method that uses ESP (electronic stability program) sensors. ESP sensors such as wheel speed, lateral acceleration, yaw rate and steering wheel angle sensors are used to determine the sideslip driving status and distinguish a banked road. This estimation algorithm contains front-rear sideslip and banked road detection methods. The proposed sideslip estimation algorithm was designed to use the analytical redundancy of these sensors and Lagrange interpolation methods. The performance and effectiveness of the proposed estimation and compensation algorithm were investigated using vehicle tests. This paper presents the results of two cases that were used for the experimental verification: a curved flat road and banked road.     

新的轮式驱动电动车电子差速控制算法的研究

提出了一种用于轮式驱动电动车的电子差速控制算法,将转弯时转矩分配计算和基于车轮滑移率的开关控制相结合,对车辆左右驱动轮输入不同的转矩,同时根据轮胎偏转角的变化率确定目标滑移率。仿真研究证明,与采用机械差速器相比,新的电子差速控制系统鲁棒性好,车辆的驾驶更安全平稳,并能获得更优异的转向性能和更快的响应特性。     

车轮外倾角与前束值的设计匹配

车轮外倾角与车轮前束值是车轮定位中的两个重要参数,车轮前束是为了抵消车轮外倾产生的侧滑不利影响,因此前束值要与车轮的外倾角有合理的匹配。综合考虑车辆的结构参数和轮胎特性,基于车轮的侧滑机理,推导出车轮外倾角与前束值的合理匹配关系模型,用试验结果验证了模型的正确性,为在车辆的设计开发过程中,合理的确定车轮的外倾角与前束值提供理论参考。     

Optimal preview game theory approach to vehicle stability controller design

Dynamic game theory brings together different features that are keys to many situations in control design: optimisation behaviour, the presence of multiple agents/players, enduring consequences of decisions and robustness with respect to variability in the environment, etc. In the presented methodology, vehicle stability is represented by a cooperative dynamic/difference game such that its two agents (players), namely the driver and the direct yaw controller (DYC), are working together to provide more stability to the vehicle system. While the driver provides the steering wheel control, the DYC control algorithm is obtained by the Nash game theory to ensure optimal performance as well as robustness to disturbances. The common two-degrees-of-freedom vehicle-handling performance model is put into discrete form to develop the game equations of motion. To evaluate the developed control algorithm, CarSim with its built-in nonlinear vehicle model along with the Pacejka tire model is used. The control algorithm is evaluated for a lane change manoeuvre, and the optimal set of steering angle and corrective yaw moment is calculated and fed to the test vehicle. Simulation results show that the optimal preview control algorithm can significantly reduce lateral velocity, yaw rate, and roll angle, which all contribute to enhancing vehicle stability.     

Resistance torque control for steer-by-wire system to improve human–machine interface

A steer-by-wire system, which has no mechanical constraints between steering wheel and front wheel, is expected to improve steering performance. The mechanical resistance torque is not transmitted from the front wheel to the steering wheel, and it is essential to simulate the torque around the steering wheel for better human-machine interface. Previous studies investigated resistance torque control originating from vehicle behaviour variables such as yaw rate and lateral acceleration. However, other variables such as steering wheel angle and front wheel actuation force are also good candidate sources to generate resistance torque. In this paper, first, four general guidelines are introduced to evaluate three types of resistance torques, i.e., the steering wheel angle origin, the steering force origin and the vehicle behaviour origin. First two guidelines are for ‘driver-made’ phase to make a turn, while the third guideline is for ‘vehicle-made’ phase to return to straight driving and the fourth one is the applicability guideline. Satisfaction of these guidelines by each of the three resistance torques is examined by the actual vehicle experiment. A necessity of combining these three types of resistance torques is indicated as a future subject.     

基于 MPC 的分布式驱动越野车辆原地转向控制研究

针对轮毂电机分布式驱动越野车辆在狭小空间快速机动的需求，设计了一种分层结构的原地转向控制策略。基于动力学原理分析了各轮载荷、附着条件对原地转向横摆速度的影响机理，并搭建原地转向运动学模型，上层采用模型预测控制算法设计原地转向理想轨迹以及期望的横摆角速度，开发基于 PI滑模控制的横摆运动跟踪算法，通过补偿转向横摆力矩以提高方向角控制的鲁棒性和稳定性，下层以最优轮胎利用率为目标，设计二次规划算法优化分配各轮附加横摆力矩。dSPACE 硬件在环测试结果表明，所提出的控制算法可在保证稳定性的前提下实现原地转向，大幅提高了车辆的转向机动性，在方向盘动态输入仿真中，车辆最大转弯半径为 0.157 m，转向中心的最大偏移量为 3.610 m；同时，驾驶员能对转向过程进行闭环控制，实现了原地转向过程中横摆速度的实时调节。