基于双容积卡尔曼滤波的车辆状态与路面附着系数估计.pdfVIP

中国科学: 技术科学 2015 年 第45 卷 第4 期: 403 ~ 414 《中国科学》杂志社 论 文 SCIENCE CHINA PRESS 基于双容积卡尔曼滤波的车辆状态与路面附着 系数估计 ①②* ① ① ② 李刚 , 解瑞春 , 卫绍元 , 宗长富 ① 辽宁工业大学汽车与交通工程学院, 锦州 121001; ② 吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室, 长春 130022 * E-mail: lnitligang@126.com 收稿日期: 2014-06-26; 接受日期: 2014-09-17 国家自然科学基金青年基金(批准号:、辽宁省教育厅项目(编号: L2013253)、吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室开放 基金(编号:资助项目 摘要 针对车辆行驶过程中的车辆状态与路面附着系数估计问题, 论文研究了基于双 关键词 容积卡尔曼滤波的车辆状态与路面附着系数估计算法, 建立了采用 Dugoff 轮胎模型的 双容积卡尔曼滤波 三自由度车辆估算模型, 基于双容积卡尔曼滤波理论设计了车辆行驶状态与路面附着系 车辆状态 路面附着 数估计器, 使二者在估计过程中相互联系、形成闭环反馈, 实现对车辆状态与路面附着 Dugoff 轮胎 的实时准确估计. 选择典型工况, 应用驾驶模拟器在环实验对双容积卡尔曼滤波估计算 驾驶模拟器在环实验 法进行了验证, 并与双扩展卡尔曼滤波的估计算法进行对比分析. 结果表明: 基于双容 积卡尔曼滤波的估计算法相对于基于双扩展卡尔曼滤波的估计算法更能够较准确地实 现对车辆状态和路面附着系数的估计. 1 引言 目前针对车辆行驶状态与路面附着系数的估计 研究主要采用的是扩展卡尔曼滤波(EKF)或无轨迹卡 随着信息技术在汽车领域的不断发展与运用, 尔曼滤波(UKF)算法. 文献[1]建立了四自由度汽车模 人们对汽车的操纵稳定性和主动安全性的要求也越 型结合 HSRI 轮胎模型, 应用双扩展卡尔曼滤波理论 来越高. 汽车主动安全性控制系统可有效提高汽车 对汽车状态和路面附着系数进行估计. 文献[2]建立 的操纵稳定性, 避免交通事故的发生, 而实时、准确 了采用 Dugoff 轮胎模型的非线性七自由度车辆估算 地获取车辆行驶状态与路面附着系数是实现主动安 模型, 利用车辆状态信息, 基于无轨迹卡尔曼滤波理 全控制的必要前提. 车速仪、陀螺仪与路面直接识别 论, 将路面附着系数估计和车速估计相结合, 估算车 技术成本高, 短时间内难以在汽车主动安全控制当 辆纵向速度和侧向速度. 文献[3]采用 Pacejka 非线性 中普及. 因此如何应用低成本传感器, 基于相关理论 轮胎联合工况模型,建立了七自由度车辆估算模型, 进行车辆行驶状态和路面附着信息的实时准确估计 基于双重扩展自适应卡尔曼滤波, 实现对车辆状态 成为目前汽车主动安全控制的研究热点[1~5]. 与路面附着系数的准确估计.