CN107901913A - 多源信息融合的车辆质心侧偏角及路面附着系数估计系统 - Google Patents

多源信息融合的车辆质心侧偏角及路面附着系数估计系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种多源信息融合的车辆质心侧偏角及路面附着系数估计系统，该系统包括：多源信息获取单元：该单元用于获取摄像机预瞄点距离右车道线距离、侧向加速度和横摆角速度的测量值，以及主销处回正力矩；主观测器：该观测器连接多源信息获取单元，所述的主观测器根据多源信息获取单元获取的多个数据进行估计得到路面附着系数和前轮侧偏角估计值；质心侧偏角转换单元：该单元连接主观测器，质心侧偏角转换单元将主观测器估计的前轮侧偏角估计值转换为质心侧偏角。与现有技术相比，本发明估计精度高、计算量小、可广泛应用于各种智能汽车。

Description

多源信息融合的车辆质心侧偏角及路面附着系数估计系统
技术领域
本发明涉及一种车辆参数估计系统，尤其是涉及一种多源信息融合的车辆质心侧偏角及路面附着系数估计系统。
背景技术
质心侧偏角和路面附着系数是车辆动力学稳定性控制的关键信息，也是智能汽车运动跟踪控制的关键状态标量。质心侧偏角和路面附着系数难以进行直接测量，且质心侧偏角和路面附着系数是关联在一起的，难以分开进行估计，需要同时进行估计，其估计受到轮胎非线性及车辆模型等不确定因素的影响，是车辆最难进行估计的量，因此，如何对质心侧偏角和路面附着系数进行联合估计一直以来都是汽车动力学控制的研究重难点。
目前国内外质心侧偏角和路面附着系数的估计方法主要有：1、分开进行估计，在估计质心侧偏角时候假设路面附着系数已知，在估计路面附着系数时候假设质心侧偏角已知，然后强行将两者放在一个系统下运行。其问题在于不能保证两个估计量都能同时趋近真实值。2、传统上都是基于惯性元件和陀螺仪对质心侧偏角和路面附着系数进行估计，信息量少。3、部分研究加入了前轮回正力矩对质心侧偏角和路面附着系数进行估计，但是前轮回正力矩与侧向力有耦合，不能直接进行利用。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种多源信息融合的车辆质心侧偏角及路面附着系数估计系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种多源信息融合的车辆质心侧偏角及路面附着系数估计系统，该系统包括：
多源信息获取单元：该单元用于获取摄像机预瞄点距离右车道线距离、侧向加速度和横摆角速度的测量值，以及主销处回正力矩；
主观测器：该观测器连接多源信息获取单元，所述的主观测器根据多源信息获取单元获取的多个数据进行估计得到路面附着系数和前轮侧偏角估计值；
质心侧偏角转换单元：该单元连接主观测器，质心侧偏角转换单元将主观测器估计的前轮侧偏角估计值转换为质心侧偏角。
所述的多源信息获取单元包括：
传感器采集子单元：该子单元用于获取摄像机预瞄点距离右车道线距离、侧向加速度和横摆角速度的测量值；
回正力矩观测器：该观测器用于获取主销处回正力矩。
所述的传感器采集子单元包括：
摄像机：用于获取摄像机预瞄点距离右车道线距离；
惯性元件：用于获取侧向加速度；
陀螺仪：用于获取横摆角速度。
所述的回正力矩观测器具体为：
其中，Mk表示主销处回正力矩，δw表示方向盘转角，is(δw)表示方向盘转角到主销处转角传动比，im(δw)表示助力电机转角到主销处转角传动比，Ms表示方向盘力矩，Mm表示助力电机力矩，A和B为常数。
所述的主观测器具体为：
其中，表示路面附着系数的估计值，Mk表示主销处回正力矩，表示主销处回正力矩的估计值，是的简写，表示主销处回正力矩估计值，αf表示前轮侧偏角，表示前轮侧偏角的估计值，表示侧向加速度的估计值，是的简写，表示侧向加速度的估计值，μ表示路面附着系数，ay表示侧向加速度测量值，yr表示摄像机与预瞄点距离右车道线距离测量值，表示摄像机预瞄点距离右车道线距离的估计值，vx表示纵向车速，表示车辆航向角，r表示横摆角速度测量值，lp表示摄像机预瞄点至车辆质心距离，lf表示前轴至车辆质心距离，δ表示前轮转角测量值，k1、k2和k3均为常数。
所述的质心侧偏角转换单元的转换函数为：
其中，表示质心侧偏角的估计值，表示前轮侧偏角的估计值，lf表示前轴至质心的距离，vx表示纵向车速，r表示横摆角速度测量值，δ表示前轮转角测量值。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明融合多个实测数据对质心侧偏角和路面附着系数联合估计，算法能够保证两个估计量均能够趋于真实值；
(2)本发明主观测器采用非线性算法，算法运算量小，精度高，实时性好，能够用于实车运行。
附图说明
图1为本发明多源信息融合的车辆质心侧偏角及路面附着系数估计系统的结构框图。
图中，1为传感器采集子单元，2为回正力矩观测器，3为主观测器，4为质心侧偏角转换单元。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1所示，一种多源信息融合的车辆质心侧偏角及路面附着系数估计系统，该系统包括：
多源信息获取单元：该单元用于获取摄像机预瞄点距离右车道线距离、侧向加速度和横摆角速度的测量值，以及主销处回正力矩；
主观测器3：该观测器连接多源信息获取单元，主观测器3根据多源信息获取单元获取的多个数据进行估计得到路面附着系数和前轮侧偏角估计值；
质心侧偏角转换单元4：该单元连接主观测器3，质心侧偏角转换单元4将主观测器3估计的前轮侧偏角估计值转换为质心侧偏角。
多源信息获取单元包括：
传感器采集子单元1：该子单元用于获取摄像机预瞄点距离右车道线距离、侧向加速度和横摆角速度的测量值；
回正力矩观测器2：该观测器用于获取主销处回正力矩。
传感器采集子单元1包括：
摄像机：用于获取摄像机预瞄点距离右车道线距离；
惯性元件：用于获取侧向加速度；
陀螺仪：用于获取横摆角速度。
回正力矩观测器2具体为：
其中，Mk表示主销处回正力矩，δw表示方向盘转角，is(δw)表示方向盘转角到主销处转角传动比，im(δw)表示助力电机转角到主销处转角传动比，Ms表示方向盘力矩，Mm表示助力电机力矩，A和B为常数参数，需要进行转向系统辨识。在转向横拉杆处安装拉压力传感器对转向系统进行辨识。拉压力传感器可以通过换算可以得到主销处的回正力矩，对车辆进行转向实验，可以获取到参数A和B。
主观测器3具体为：
其中，表示路面附着系数的估计值，Mk表示主销处回正力矩，表示主销处回正力矩的估计值，是的简写，表示主销处回正力矩估计值，αf表示前轮侧偏角，表示前轮侧偏角的估计值，表示侧向加速度的估计值，是的简写，表示侧向加速度的估计值，μ表示路面附着系数，ay表示侧向加速度测量值，yr表示摄像机与预瞄点距离右车道线距离测量值，表示摄像机预瞄点距离右车道线距离的估计值，vx表示纵向车速，表示车辆航向角，r表示横摆角速度测量值，lp表示摄像机预瞄点至车辆质心距离，lf表示前轴至车辆质心距离，δ表示前轮转角测量值，k1、k2和k3均为常数。
质心侧偏角转换单元4的转换函数为：
其中，表示质心侧偏角的估计值，表示前轮侧偏角的估计值，lf表示前轴至质心的距离，vx表示纵向车速，r表示横摆角速度测量值，δ表示前轮转角测量值。

Claims (6)

1.一种多源信息融合的车辆质心侧偏角及路面附着系数估计系统，其特征在于，该系统包括：
多源信息获取单元：该单元用于获取摄像机预瞄点距离右车道线距离、侧向加速度和横摆角速度的测量值，以及主销处回正力矩；
主观测器：该观测器连接多源信息获取单元，所述的主观测器根据多源信息获取单元获取的多个数据进行估计得到路面附着系数和前轮侧偏角估计值；
质心侧偏角转换单元：该单元连接主观测器，质心侧偏角转换单元将主观测器估计的前轮侧偏角估计值转换为质心侧偏角。
2.根据权利要求1所述的一种多源信息融合的车辆质心侧偏角及路面附着系数估计系统，其特征在于，所述的多源信息获取单元包括：
传感器采集子单元：该子单元用于获取摄像机预瞄点距离右车道线距离、侧向加速度和横摆角速度的测量值；
回正力矩观测器：该观测器用于获取主销处回正力矩。
3.根据权利要求2所述的一种多源信息融合的车辆质心侧偏角及路面附着系数估计系统，其特征在于，所述的传感器采集子单元包括：
摄像机：用于获取摄像机预瞄点距离右车道线距离；
惯性元件：用于获取侧向加速度；
陀螺仪：用于获取横摆角速度。
4.根据权利要求2所述的一种多源信息融合的车辆质心侧偏角及路面附着系数估计系统，其特征在于，所述的回正力矩观测器具体为：
<mrow> <msub> <mi>M</mi> <mi>k</mi> </msub> <mo>=</mo> <mi>A</mi> <msub> <mover> <mi>&amp;delta;</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> </mover> <mi>w</mi> </msub> <mo>+</mo> <mi>B</mi> <msub> <mover> <mi>&amp;delta;</mi> <mo>&amp;CenterDot;&amp;CenterDot;</mo> </mover> <mi>w</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>i</mi> <mi>s</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>&amp;delta;</mi> <mi>w</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <msub> <mi>M</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>i</mi> <mi>m</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>&amp;delta;</mi> <mi>w</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <msub> <mi>M</mi> <mi>m</mi> </msub> <mo>,</mo> </mrow>
其中，Mk表示主销处回正力矩，δw表示方向盘转角，is(δw)表示方向盘转角到主销处转角传动比，im(δw)表示助力电机转角到主销处转角传动比，Ms表示方向盘力矩，Mm表示助力电机力矩，A和B为常数。
5.根据权利要求1所述的一种多源信息融合的车辆质心侧偏角及路面附着系数估计系统，其特征在于，所述的主观测器具体为：
其中，表示路面附着系数的估计值，Mk表示主销处回正力矩，表示主销处回正力矩的估计值，是的简写，表示主销处回正力矩估计值，αf表示前轮侧偏角，表示前轮侧偏角的估计值，表示侧向加速度的估计值，是的简写，表示侧向加速度的估计值，μ表示路面附着系数，ay表示侧向加速度测量值，yr表示摄像机与预瞄点距离右车道线距离测量值，表示摄像机预瞄点距离右车道线距离的估计值，vx表示纵向车速，表示车辆航向角，r表示横摆角速度测量值，lp表示摄像机预瞄点至车辆质心距离，lf表示前轴至车辆质心距离，δ表示前轮转角测量值，k1、k2和k3均为常数。
6.根据权利要求1所述的一种多源信息融合的车辆质心侧偏角及路面附着系数估计系统，其特征在于，所述的质心侧偏角转换单元的转换函数为：
<mrow> <mover> <mi>&amp;beta;</mi> <mo>^</mo> </mover> <mo>=</mo> <msub> <mover> <mi>&amp;alpha;</mi> <mo>^</mo> </mover> <mi>f</mi> </msub> <mo>-</mo> <mfrac> <msub> <mi>l</mi> <mi>f</mi> </msub> <msub> <mi>v</mi> <mi>x</mi> </msub> </mfrac> <mi>r</mi> <mo>+</mo> <mi>&amp;delta;</mi> <mo>,</mo> </mrow>
其中，表示质心侧偏角的估计值，表示前轮侧偏角的估计值，lf表示前轴至质心的距离，vx表示纵向车速，r表示横摆角速度测量值，δ表示前轮转角测量值。
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