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基于BDS的汽车操控稳定性测量系统及方法研究

苗志滨  
【摘要】:当今,随着汽车工业的发展,汽车操控稳定性控制技术越来越重要,获取汽车操控稳定性参数的测量方法也随之成为国内外研究热点。欧美国家是利用全球定位系统(GPS)测量汽车操控稳定性控制系统相关参数。随着中国北斗卫星导航系统(BDS)的迅猛发展,其定位精度不断提高,应用领域逐渐变多,同时打破了GPS在汽车操控稳定性测量领域的垄断地位。本文提出一种基于北斗卫星导航系统测量估计汽车操控稳定性的方法。该方法对提高我国汽车操控稳定性控制系统设计水平,改善汽车结构设计方法以及扩展中国北斗系统的应用领域都有重要的意义和作用。论文对汽车操控稳定性参数测量方法和多传感器测量数据融合进行了研究,并进行了多种工况和路况下的汽车操控稳定性测试进行了仿真,以及实车测试。本文对汽车操控稳定性关键参数汽车质心侧偏角估计、横摆角速度测量进行研究,以解决利用GPS测量技术、智能多传感器数据融合技术、基于北斗卫星导航系统测量技术等测量估计汽车在各试验工况下车身姿态、质心轨迹、质心侧偏角、横摆角速度等参数的实际问题,主要内容包括:概述了汽车操控稳定性关键参数测量方法和试验方法,并重点介绍了基于GPS汽车操控稳定性参数测量方法及其相关理论。提出了论文重点研究内容,主要包括:北斗导航卫星系统误差分析、GPS测速理论、汽车的动力学性能研究、多传感器数据融合研究以及汽车操控稳定性相关参数测试方法的研究,并对各相关领域的研究现状、不足及可借鉴的经验进行了综述。研究了汽车操控稳定性测试系统测量模型,建立多自由度整车模型,推导汽车操控稳定性状态参数计算公式,模拟仿真测量稳定性关键参数,比对实车测试方案。以测量汽车操控稳定性参数为研究对象,利用客观模糊逻辑和聚类方法对GPS与惯性导航系统进行数据融合,从而为两个系统数据进一步融合做了预处理,为减小和消除数据延迟和数据不同步问题做了预处理。在此研究基础上,利用卡尔曼滤波器对两个单天线北斗卫星导航系统接收机所接收到的速度信号进行数据融合。论文在研究利用GPS/INS测量汽车操控稳定性相关参数的理论方法基础之上,提出了基于单天线北斗卫星导航系统测量汽车操控稳定性参数的方法;该方法是利用两个单天线北斗接收机和INS进行数据融合从而达到汽车操控稳定性关键参数质心侧偏角的测量估计。利用两个北斗系统接收机测量得到的四个速度,然后通过建立汽车运动学模型进行耦合来估计汽车的质心侧偏角。北斗系统测量的数据与INS测量的数据通过卡尔曼滤波器进行融合。文中讨论了北斗系统测量中的延迟问题,两个北斗接收机的数据同步问题。通过已有的方法解决了延迟和同步问题。通过对建立的汽车运动学方程分析,进一步讨论了测量估计汽车质心侧偏角与汽车横摆角速度的关系。并提出了汽车在直线行驶时测量汽车质心侧偏角的方法,即以汽车动力学模型作为补充方法。通过试验验证,表明此方法的可行性和优越性。


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