车辆操纵稳定性状态估计算法比较研究

建立了基于运动学的车辆3自由度状态估计模型,分别将扩展卡尔曼滤波（EKF）、无迹卡尔曼滤波（UKF）和粒子滤波（PF）应用到车辆状态估计中,通过仿真试验比较了3种算法的估计效果。结果表明,车辆工作在线性稳定区域时,EKF算法效果最优,而车辆工作在强非线性区域并处于失稳状态时,PF算法效果最优。     

基于改进的Sage-Husa自适应扩展卡尔曼滤波的车辆状态估计EI北大核心CSCD

本文中提出了一种基于改进的Sage-Husa自适应扩展卡尔曼滤波的车辆行驶状态估计算法。首先建立了非线性3自由度车辆估算模型和Dugoff轮胎模型。接着通过对纵向加速度、侧向加速度、横摆角速度和转向盘转角等低成本传感器信号的信息融合,实现对车辆行驶状态的准确估计。最后应用CarSim和Matlab/Simulink联合仿真对算法进行验证。结果表明:基于改进的Sage-Husa自适应扩展卡尔曼滤波的估计算法能比扩展卡尔曼滤波算法更准确、稳定地估计车辆行驶状态。     

基于改进的Sage-Husa自适应扩展卡尔曼滤波的车辆状态估计

本文中提出了一种基于改进的Sage-Husa自适应扩展卡尔曼滤波的车辆行驶状态估计算法。首先建立了非线性3自由度车辆估算模型和Dugoff轮胎模型。接着通过对纵向加速度、侧向加速度、横摆角速度和转向盘转角等低成本传感器信号的信息融合,实现对车辆行驶状态的准确估计。最后应用CarSim和Matlab/Simulink联合仿真对算法进行验证。结果表明:基于改进的Sage-Husa自适应扩展卡尔曼滤波的估计算法能比扩展卡尔曼滤波算法更准确、稳定地估计车辆行驶状态。     

基于轮边驱动电动汽车轮胎力估计的路面附着系数估算

为了能够实时准确的获得当前车轮的轮胎力及路面附着系数以提高汽车主动安全性能,提出一种轮边驱动电动汽车状态估计与路面附着系数估计相结合的估计方法。根据车载传感器及七自由度非线性车辆动力学模型,采用扩展卡尔曼滤波算法(EKF)进行车辆状态及轮胎力的估计。结合EKF估算结果和轮胎模型,采用递归最小二乘法(RLS)实时估计不同路面的附着系数。仿真结果表明:该方法可以在较为复杂工况下估计出不同的路面附着系数,估计精度较高,实时性较好。     

基于扩展卡尔曼滤波与机器视觉融合的道路侧向坡度估计

为解决现有算法难以准确估计前方道路侧向坡度的问题,提出了一种基于扩展卡尔曼滤波（EKF）与机器视觉（VB）融合的道路侧向坡度估计方法。首先,建立含有侧向坡度的车辆2自由度模型,通过EKF估计出侧向坡度与车辆侧倾角的叠加态,由侧向加速度乘以适当增益解耦出车辆侧倾角,得到EKF道路侧向坡度估计值;其次,通过视觉成像原理分析二维图像中道路侧向坡度与图像中相关参数的几何关系,得到VB道路侧向坡度估计值;最后,通过数据融合得到最终的道路侧向坡度估计值,使估计结果冗余互补。仿真和实车试验结果表明,该融合算法能够适用于道路侧向坡度变化的坡道,并显著提高了估计精度。     

车辆系统垂向与横向耦合的侧倾状态估计

为有效解决复杂行驶工况下车辆耦合侧倾运动状态无法精确获取,进而对车辆系统操纵稳定性与乘坐舒适性兼顾优化无法提供准确输入的难题,本文中设计了基于车辆垂向与横向耦合动力学的双非线性状态观测器算法,以实现复杂行驶工况下车辆耦合侧倾运动状态的实时准确估计。首先,建立了路面激励模型与整车系统垂向与横向耦合动力学模型;接着,利用无迹卡尔曼滤波方法(UKF)与非线性模糊观测(T-S)理论,设计了非线性状态观测算法,以在不同路面激励工况下对车辆系统簧载质量与侧倾状态进行联合估计;最后,运用CarSim■动力学软件,对比分析了在标准A级与C级路面上进行J-turn试验工况下,采用联合状态观测器(UKF&T-S)实时估计车辆侧倾角与侧倾率的观测精度。结果表明,本文所设计的UKF&T-S观测器可有效估计车辆侧倾状态,且与CarSim■仿真数据相比识别状态标准偏差不超过10%。     

四轮轮毂电机电动汽车行驶状态估计

针对四轮轮毂电机电动汽车行驶过程中的状态估计和在数据测量过程中由于偶然因素使观测序列中存在野值的问题,本文中提出了一种基于抗野值鲁棒容积卡尔曼滤波的车辆行驶状态估计算法。首先利用四轮轮毂电机电动汽车的每个车轮的电机驱动力矩容易测得的优势计算轮胎的纵向力,采用Dugoff轮胎模型计算轮胎的侧向力,建立了汽车非线性3自由度车辆模型。接着通过对简单易测低成本传感器信号的信息融合实现电动汽车在行驶过程中的纵向速度、侧向速度和质心侧偏角的准确估计。最后应用Car Sim和Matlab/Simulink联合仿真对估计算法进行验证。结果表明,基于抗野值鲁棒容积卡尔曼滤波的估计算法比扩展卡尔曼滤波估计算法更能较准确地对车辆行驶状态进行估计,且具有较好的实时性。     

基于自适应卡尔曼滤波的商用车横向载荷转移率估计

为解决商用车由于质心高、轮距小而易发生侧翻事故的问题,建立了3自由度参考模型,提出了基于自适应卡尔曼滤波算法的状态估计器,并以估计器估计结果对车辆状态和横向载荷转移率进行计算.利用TruckSim仿真软件对自适应卡尔曼滤波估计算法进行了验证,验证工况为30 km/h和90 km/h双移线工况.通过估计结果与仿真数据对比,验证了此估计算法能够很好地估计计算车辆状态和车辆横向载荷转移率值.     

基于LO-EKF算法的分布驱动电动汽车状态估计的研究

本文中对分布式驱动电动汽车的状态估计进行研究。首先利用龙伯格状态观测器实时观测对车辆的状态估计影响较大的路面坡度,接着,提出了采用扩展卡尔曼滤波算法,以车辆ESP传感器所获取的数据信息作为观测值,对分布式驱动电动汽车的动力学状态变量进行估计。最后进行Carsim和MATLAB联合仿真。结果表明,基于扩展卡尔曼滤波和龙伯格观测器的车辆状态估计算法能较好的估算出车辆的相关动力学状态值,算法可行,收敛速度较快。     

基于多传感器信息融合的汽车行驶状态估计

为了保证汽车的主动安全控制,需要准确地估计车辆行驶状态信息。针对目前汽车状态估计中由于技术条件限制和成本过高造成的部分参数无法测量或不易测量的问题,本文中利用低成本传感器,基于信息融合技术进行汽车行驶状态估计。建立了包括横摆、横向和纵向的3自由度非线性汽车动力学模型,同时为降低噪声对系统影响,建立了自适应无迹卡尔曼滤波(AUKF)的信息融合算法,给出车辆状态最小方差意义下的融合结果。利用纵向加速度、侧向加速度和转向盘转角等低成本传感器信号融合得到所需的难以测量的质心侧偏角、横摆角速度和纵向车速。通过Matlab/Simulink-CarSim联合仿真和实车试验对所研究的估计算法进行了试验验证。试验结果表明:该算法能够准确地估计汽车质心侧偏角、横摆角速度和纵向车速,且相比于无迹卡尔曼滤波(UKF),本算法提高了估计精度和实时性。     

基于扩展卡尔曼滤波的轮毂电机驱动电动汽车状态估计

以非线性八自由度车辆模型为基础,利用轮毂电机驱动电动汽车四轮转矩容易获得的独特优势,将车轮转角、各个车轮驱动力矩、侧向加速度及横摆角速度作为算法输入,采用扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter,EKF)理论设计了轮毂电机驱动电动汽车行驶中状态估计算法。CarSim和Matlab/Simulink联合仿真结果表明,该算法能有效估计轮毂电机驱动电动汽车行驶中的纵向车速、侧倾角、侧倾角速度等状态。     

基于ARWLS和AUKF的锂电池SOC估计

精确估计锂电池荷电状态（SOC）对纯电动汽车的安全稳定行驶有着深远影响,对锂电池SOC状态的估计主要有参数辨识算法和SOC估计算法两个热点问题。针对辨识过程中出现的“数据饱和”现象以及锂电池SOC状态估计时的滤波发散问题,文章提出了自适应遗忘因子递推最小二乘法（ARWLS）-自适应无迹卡尔曼滤波（AUKF）联合算法。首先建立了二阶R-C锂电池数学模型,并针对传统最小二乘法在参数辨识过程中出现的“数据饱和”现象,引入了自适应遗忘因子动态修正新旧数据权重,提升在线参数辨识的准确度以及效率。其次,针对无迹卡尔曼滤波存在的滤波失效问题,提出了自适应无迹卡尔曼滤波算法来自适应调整系统噪声和观测噪声,从而提高SOC估计时的适应性和鲁棒性。最后在混合动力脉冲能力特性（HPPC）工况下对扩展卡尔曼滤波（EKF）、无迹卡尔曼滤波（UKF）和AUKF三种SOC估计算法进行仿真比较,仿真结果表明,AUKF算法估计的SOC曲线跟随SOC真实值曲线变化的性能最好,估计精度也优于其他两种算法,具有更小的估计误差,收敛性也最好。     

基于强跟踪容积卡尔曼滤波的车辆行驶状态估计

针对车辆行驶过程中的状态估计问题,提出了基于强跟踪容积卡尔曼滤波的车辆行驶状态估计算法。建立了采用Dugoff轮胎模型非线性3自由度车辆估算模型,通过对纵向加速度、侧向加速度、横摆角速度、转向盘转角和车轮轮速低成本传感器信号的信息融合以实现对车辆行驶状态的准确估计。应用驾驶员模拟器进行在环试验结果表明,基于强跟踪容积卡尔曼滤波的估计算法能够较准确地对车辆行驶状态进行估计。     

车辆横向稳定性自适应预测控制

为解决利用车辆机理模型设计控制器时的自适应问题,针对非线性车辆动力学系统,提出一种基于数据驱动的横向稳定性控制策略。利用递推子空间模型辨识算法设计预测器,根据预测器的形式并结合车辆横向稳定性控制提出一种具有模型自适应特性的预测控制器。利用MATLAB/Simulink建立7自由度整车动力学仿真模型,结合国际标准ISO/DIS 7401:2000以及ISO 3888:1999进行实车道路试验,并对仿真模型进行了数值验证,基于整车动力学模型,对自适应预测控制器的控制效果进行了数值仿真验证,证明了算法的有效性和鲁棒性。     

基于NA-EKF的分布式驱动电动汽车行驶状态估计研究

精确的行驶状态估计对分布式驱动电动汽车(DDEV)的纵、横向稳定性控制具有至关重要的意义。本文中应用噪声自适应扩展卡尔曼滤波(NA-EKF)算法对DDEV行驶状态进行估计。该算法充分利用观测信号的实时统计信息,通过监测滤波器新息和残差的动态变化,不断修正状态噪声方差和量测噪声方差,从而调整滤波器增益、状态预测值和观测值在滤波后的状态值中的比例,提高状态估计精度。最后利用车辆动力学仿真软件ve DYNA对本文应用的算法进行了仿真验证,结果表明:与EKF相比,该算法可有效克服先验统计信息不准确和复杂工况下造成估计不准确的问题,状态量估计的平均误差不超过27%,均方根误差不超过26%,峰值相对误差较小。     

基于BP-EKF算法的锂电池SOC联合估计

电池荷电状态(SOC)的准确估计是电动车辆进行整车控制优化的先决条件,也是合理实施电池管理的依据。本文中在确定1阶RC等效电路模型的基础上,采用含有遗忘因子的递推最小二乘算法和BP-EKF算法对模型参数与SOC进行在线联合估计,提出一种BP神经网络和扩展卡尔曼滤波(EKF)相结合的锂离子动力电池SOC估计方法,使用相应的滤波输出参数离线训练BP神经网络,进而将训练成功的BP神经网络用于补偿EKF算法的估计误差。通过仿真和电池动态工况试验验证,结果表明,与EKF算法相比,所提出的SOC估计方法具有良好的抑制发散和鲁棒性能,能有效提高SOC的估计精度。     

基于雷达和视觉技术的车辆跟踪窗口

针对基于视觉技术的运动检测鲁棒性差、计算量大的缺点,提出一种融合雷达与视觉信息建立车辆跟踪窗口的方法。采用动力学模型描述车辆运动,通过基于雷达量测的扩展卡尔曼滤波(EKF)估计,确定目标初始位置,然后根据灰度信息自适应调整跟踪窗口的中心位置及尺寸,快速而准确地建立起以目标形心为中心且适合目标大小的跟踪窗口,缩小了后续图像处理区域。三维场景仿真实验证明,该融合方法能快速有效地建立起目标的跟踪窗口。     

基于加权自适应递推最小二乘法与EKF的锂离子电池SOC估计

为了实现锂离子电池荷电状态(SOC)的精确估计,建立锂离子电池的二阶等效模型,提出基于加权自适应递推最小二乘法与扩展卡尔曼滤波(ARWEKF)的锂离子电池SOC估计方法。通过静态和动态工况下的仿真和试验进行验证,结果表明:ARWEKF算法的估计精度高于扩展卡尔曼滤波(EKF)算法和基于遗忘因子的递推最小二乘法(FFRLS),其模拟仿真的最大绝对误差为1.36%,均方根误差为0.42%,静态工况试验下的AE为0.67%,RMSE为0.21%,动态工况试验下的AE为1.86%,RMSE为0.56%。     

基于自适应卡尔曼算法的重型半挂车状态估计研究

在建立三轴重型半挂车简化动力学模型的基础上,提出了用于估计重型半挂车运动状态的自适应卡尔曼滤波估计算法。利用动力学软件Trucksim对该估计算法进行了验证,验证结果表明,所提出的自适应卡尔曼滤波算法能够在车速为30 km/h与60 km/h的两种扫频工况下,准确估计重型半挂车横摆角速度和铰接角,为重型半挂车的稳定性控制奠定了基础。     

机器人驾驶车辆的横向自适应反演切换控制

为实现不同速度工况下的车辆稳定转向和路径跟踪,提出了一种机器人驾驶车辆横向自适应反演切换控制方法。构建了7自由度车辆横纵向动力学模型,并基于等效转动惯量的概念,建立了驾驶机器人转向机械手动力学模型。定义了转向机械手每个子系统的虚拟控制量、模糊隶属度函数和Lyapunov函数,设计了模糊自适应反演控制器和状态切换器。本文提出方法与其他控制方法的仿真和人类驾驶车辆的试验验证了所提出方法的有效性。