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用于ESP系统的车辆状态参数软测量方法研究

王宪彬  
【摘要】:在车辆安全性日益受到重视的今天,车辆主动安全技术—电子稳定程序ESP(Electronic Stability Program)作为车辆横向动力学主动控制的杰作已经成为车辆稳定性控制的关键控制系统。目前,ESP控制系统的重要性已经逐渐得到国内很多企业和研究机构的重视,同时也受到人们越来越多的关注。 对ESP控制系统而言,车辆关键状态参数估计的准确性与稳定性是其重要控制和评价指标,而状态估计模型的性能是保证这些指标的关键。本文针对单一传感器在应用中的不足,建立了基于GPS/INS传感器的组合状态估计系统。根据ESP控制系统的实际特点,设计了基于GPS/INS组合系统的联邦卡尔曼滤波器,并在车辆动力学和运动学分析的基础上,建立了车辆侧偏角、轮胎侧偏角、轮胎地面附着系数以及车辆转弯半径的计算模型。论文的内容主要包括以下几个方面: 1)分析了车辆机动目标的加速度特征,并利用相关理论建立了车辆机动目标模型。 2)以车辆在东向和北向上的位置、速度和加速度作为系统的状态变量,建立了GPS系统与INS系统的扩展的卡尔曼滤波器,并在此基础上建立了基于GPS/INS组合系统的融合—反馈结构的联邦卡尔曼滤波器,并根据系统条件假设和传感器特性确定了Q阵与R阵。 3)通过联邦卡尔曼滤波器,得到了车辆在东向和北向上的速度信息,根据车架坐标系和惯性坐标系的转换关系,建立了车辆侧偏角的计算模型。在车辆侧偏角计算模型的基础上,结合单轨车辆模型建立了轮胎侧偏角的计算模型,以及结合圆周运动定律建立了车辆转弯半径曲率的计算模型。根据附着力在不同车辆行驶状态下特性不同的特点,对直线和转弯两种情况分别建立了不同的轮胎地面附着系数状态估计模型。 4)通过大量典型工况的仿真试验,验证了各个参数状态估计模型的有效性和稳定性以及建立联邦卡尔曼滤波器的必要性。


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