JP7361242B2 - Model adaptive lateral velocity estimation method based on multi-sensor information fusion - Google Patents

Model adaptive lateral velocity estimation method based on multi-sensor information fusion Download PDF

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Description

本発明は、横方向速度を推定する技術分野に関し、具体的にマルチセンサ情報融合に基づくモデル適応横方向速度推定方法に関する。 The present invention relates to the technical field of estimating lateral velocity, and specifically relates to a model adaptive lateral velocity estimation method based on multi-sensor information fusion.

車両の走行安全は自動車工業の発展から終わりまでのテーマであり、車両の走行安全を確保するためには、その安定性制御が第一の問題である。車両安定製御システムは、車両の横縦方向速度、加速度、ヨーレート、重心側スリップ角などの状態情報を用いて、車両の両側の駆動またはブレーキトルクを制御配分し、車両の安定走行を保証する。その中で、車両の横縦方向加速度とヨーレートは既存の車載センサーで測定できるが、他の動力学的状態パラメータは状態推定のアルゴリズムを用いて推定する必要がある。センサ測定情報では、センサノイズのばらつきも無視できないため、動力学モデルと合わせてセンサシグナルを補正する必要がある。動力学モデルは車両の非線形状況下で大きなモデル誤差が発生するため、逆にセンサー情報を結合して推定アルゴリズムの収束と正確性を保証する必要がある。また、車両の横縦方向速度と加速度は、車両自体のピッチ角、ロール角、ヨー角の影響を受けるため、車両重心側スリップ角(横方向速度)の推定精度は常に上記の様々な要因に制限される。 Vehicle running safety has been a theme from the beginning to the end of the automobile industry, and in order to ensure vehicle running safety, stability control is the first issue. The vehicle stability control system uses state information such as the vehicle's lateral and longitudinal speed, acceleration, yaw rate, and center-of-gravity slip angle to control and distribute drive or brake torque on both sides of the vehicle to ensure stable vehicle running. . Among them, the vehicle's lateral and longitudinal acceleration and yaw rate can be measured using existing on-board sensors, but other dynamic state parameters need to be estimated using state estimation algorithms. Since variations in sensor noise cannot be ignored in sensor measurement information, it is necessary to correct sensor signals in conjunction with a dynamic model. Since the dynamic model has large model errors under nonlinear vehicle conditions, it is necessary to combine sensor information to ensure the convergence and accuracy of the estimation algorithm. Additionally, since the vehicle's lateral and longitudinal speed and acceleration are affected by the vehicle's own pitch, roll, and yaw angles, the accuracy of estimating the vehicle's center-of-gravity slip angle (lateral speed) always depends on the various factors mentioned above. limited.

縦速度に比べて、車両の横方向速度に関する情報が少なく、推定難易度が高く、原始的なカルマンフィルタ推定方法の精度とロバスト性は要求を満たすことができないため、新しい適応的な推定方法を用いて横方向速度の推定を行う必要がある。 Compared to the longitudinal speed, there is less information about the vehicle's lateral speed and the estimation difficulty is high, and the accuracy and robustness of the primitive Kalman filter estimation method cannot meet the requirements, so a new adaptive estimation method is used. It is necessary to estimate the lateral velocity.

本発明の目的は、まず、車両の横方向加速度、ヨーレート及び前輪操舵角等の情報を参照し、SR-UKFアルゴリズムの適応過程ノイズ行列と測定ノイズ行列を設計し、その後、元の推定方法動力学モデルを基礎として、運動学モデルを融合するように適応項を加えて、両モデル重み比が適応項の係数により調整され、最後に、適応ノイズ行列と適応モデルをSR-UKFアルゴリズムに代入して横方向速度推定を行う、マルチセンサ情報融合に基づくモデル適応横方向速度推定方法を提供することにある。ここで、横方向加速度及びヨーレートセンサ値と動力学モデル計算値との偏差により両センサ信頼度の基本確率関数を定義し、そしてDempster-Shafer証拠理論に準じて両センサ情報を融合することにより、両センサの観測値から動力学モデルの精度とセンサの不確定性を定量的に計算評価し、推定方法モデルにおける適応項の係数値を得て、最終的にモデルの適応を実現する。 The purpose of the present invention is to first design the adaptive process noise matrix and measurement noise matrix of the SR-UKF algorithm by referring to information such as the vehicle's lateral acceleration, yaw rate, and front wheel steering angle; Based on the kinematic model, an adaptive term is added to fuse the kinematic model, the weight ratio of both models is adjusted by the coefficient of the adaptive term, and finally, the adaptive noise matrix and the adaptive model are substituted into the SR-UKF algorithm. An object of the present invention is to provide a model-adaptive lateral velocity estimation method based on multi-sensor information fusion, which performs lateral velocity estimation based on multi-sensor information fusion. Here, by defining the basic probability function of the reliability of both sensors by the deviation between the lateral acceleration and yaw rate sensor values and the dynamic model calculation value, and fusing the information of both sensors according to the Dempster-Shafer evidence theory, The accuracy of the dynamic model and the uncertainty of the sensor are quantitatively calculated and evaluated from the observed values of both sensors, and the coefficient values of the adaptation term in the estimation method model are obtained, and finally the adaptation of the model is realized.

上記技術課題を解決するために、本発明は、以下の実施形態を提供する。 In order to solve the above technical problem, the present invention provides the following embodiments.

マルチセンサ情報融合に基づくモデル適応横方向速度推定方法であって、
工程1:車両の横方向加速度、ヨーレート、縦方向速度、ステアリングホイール偏向角、横方向加速度センサ測定結果を含むセンサデータを入力して、車両動力学モデルと運動学モデルを作成し、動力学モデルでマジックフォーミュラタイヤモデルを採用してタイヤ縦方向力と横方向力を計算することと、
工程3:車両動力学モデルと運動学モデルを融合して観測システムモデルを作成し、そして観測システムモデル重み適応項により、観測システムモデル適応を実現し、観測システムモデルの適応方法として、観測システムモデル重み適応項係数の調節により動力学モデルと運動学モデルとの重み比を調整し、観測システムモデル重み適応項係数の具体的な数値が、横方向加速度とヨーレートセンサ情報を参照してDempster-Shafer証拠理論に準じて計算されてなり、ここで、観測システムモデル重み適応項の決定方法として、車両の横方向加速度センサとヨーレートセンサの測定情報から、車両の横方向加速度センサの測定情報と動力学モデルにおける横方向力との偏差値を計算し、並びに、ヨーレートセンサの測定情報と動力学モデルにおけるヨーレートとの偏差値を計算し、2つの偏差値を動力学モデルの誤差判定統計量とし、誤差判定統計量により車両の横方向加速度センサ及びヨーレートセンサ信頼度の基本確率関数を定義し、そしてDempster-Shafer証拠理論に準じて横方向加速度センサ及びヨーレートセンサの情報値を融合することにより、横方向加速度センサとヨーレートセンサの観測値から動力学モデルの精度と横方向加速度センサ及びヨーレートセンサの不確定性を定量的に計算評価し、観測システムモデルにおける重み適応項係数の係数値を得て、最終的に観測システムモデルの適応調節を実現することであることと、
工程4:ノイズ行列と観測システムモデルをSR-UKFアルゴリズムに代入して、適応SR-UKFアルゴリズム(ASR-UKF)を構成して、横方向速度推定を行い、ここで、SR-UKFアルゴリズム(ASR-UKF)工程が、重みの計算とSigma点の生成、Sigma点の伝播、状態値と共分散値の更新/時間の更新、推定値と測定値の更新/計測の更新、カルマンフィルターゲインの更新工程を含むことと、
を含む、方法。
A model adaptive lateral velocity estimation method based on multi-sensor information fusion, comprising:
Step 1: Input sensor data including vehicle lateral acceleration, yaw rate, longitudinal speed, steering wheel deflection angle, and lateral acceleration sensor measurement results to create a vehicle dynamics model and a kinematics model. by adopting the Magic Formula tire model to calculate the tire longitudinal force and lateral force;
Step 3: Create an observation system model by merging the vehicle dynamics model and kinematics model, and realize observation system model adaptation using the observation system model weight adaptation term. The weight ratio between the dynamic model and the kinematics model is adjusted by adjusting the weight adaptation term coefficient, and the specific value of the observation system model weight adaptation term coefficient is determined by Dempster-Shafer with reference to the lateral acceleration and yaw rate sensor information. It is calculated according to the evidence theory, and here, as a method for determining the observation system model weight adaptation term, the measurement information of the vehicle's lateral acceleration sensor and the dynamics are calculated from the measurement information of the vehicle's lateral acceleration sensor and the yaw rate sensor. The deviation value from the lateral force in the model is calculated, and the deviation value between the measurement information of the yaw rate sensor and the yaw rate in the dynamic model is calculated, and the two deviation values are used as error determination statistics for the dynamic model. By defining the basic probability function of the vehicle's lateral acceleration sensor and yaw rate sensor reliability using decision statistics, and by fusing the information values of the lateral acceleration sensor and yaw rate sensor according to the Dempster-Shafer evidence theory, The accuracy of the dynamic model and the uncertainty of the lateral acceleration sensor and yaw rate sensor are quantitatively calculated and evaluated from the observed values of the acceleration sensor and yaw rate sensor, and the coefficient values of the weight adaptation term coefficients in the observation system model are obtained, and the final The objective is to realize adaptive adjustment of the observation system model in a
Step 4: Substitute the noise matrix and observation system model into the SR-UKF algorithm to construct an adaptive SR-UKF algorithm (ASR-UKF) to perform lateral velocity estimation; -UKF) processes include weight calculation and Sigma point generation, Sigma point propagation, state value and covariance value update/time update, estimated value and measured value update/measurement update, Kalman filter gain update including the process;
including methods.

・・・(5.11)
前記運動学モデルを作成することは、即ち、式(4.27)であり、
前記タイヤ縦方向力と横方向力は、マジックフォーミュラを採用して計算され、マジックフォーミュラタイヤモデルには、三角関数の組み合わせを使用してタイヤ実験データをフィッティングし、同じ形式の一つの式を使用してタイヤ縦方向力、横方向力と戻しトルクの運転状態を完全に表記でき、タイヤの横・縦方向力が合わせて作用する場合でも同様に適用し、そしてフィッティング精度があり、そのため、マジックタイヤフォーミュラを採用してタイヤモデルを作成し、縦方向力と横方向力の計算式が、式2.8であり、
ここでBが剛性因子であり、関数曲線原点での傾きを決定するとともに、線形タイヤモデルの剛性係数にも近似することができ、Cが曲線形状因子であり、関数曲線の形状を決定し、Dがピーク因子であり、関数曲線の最大値を決定し、Eが曲線曲率因子であり、関数曲線最大値付近の曲線形状を示し、が車輪の縦方向スリップ率であり、がタイヤ側スリップ角であり、車両の旋回走行の途中において、タイヤの縦方向力と横方向力に一定のカップリング関係が存在し、その場合、マジックタイヤフォーミュラ計算結果が以下の通り補正する。
式2.13
...(5.11)
Creating the kinematics model is, that is, equation (4.27),
The tire longitudinal force and lateral force are calculated by adopting the magic formula, and the magic formula tire model uses a combination of trigonometric functions to fit the tire experimental data and uses one formula in the same format. The operating conditions of the tire's longitudinal force, lateral force and return torque can be completely described, and it can be applied in the same way even when the tire's lateral and longitudinal forces act together, and it has fitting accuracy, so the magic A tire model is created using the tire formula, and the calculation formula for longitudinal force and lateral force is Equation 2.8.
Here, B is a stiffness factor, which determines the slope at the origin of the function curve and can also be approximated to the stiffness coefficient of a linear tire model, and C is a curve shape factor, which determines the shape of the function curve, D is the peak factor and determines the maximum value of the function curve, E is the curve curvature factor and indicates the curve shape near the maximum value of the function curve, is the longitudinal slip rate of the wheel, and is the tire side slip angle When the vehicle is turning, there is a certain coupling relationship between the longitudinal force and the lateral force of the tire, and in that case, the Magic Tire Formula calculation results are corrected as follows.
Equation 2.13

上記推定方法では、前記工程2におけるノイズ適応の具体的な方法は、横方向加速度により構成される動力学モデルの誤差判定統計量が、式5.12で示され、
In the above estimation method, the specific method of noise adaptation in step 2 is such that the error determination statistic of the dynamic model constituted by the lateral acceleration is shown by equation 5.12,

・・・(5.16)
上記式5.17により当該係数の作用をより直感的に示し、当該適応項係数がゼロである場合、式5.16における第2の項が完全にマジックタイヤフォーミュラに基づく動力学モデルであり、一方、係数が1である場合、式5.16における第2の項が完全に加速度センサに基づく運動学モデルとなり、式5.18で示されるように、そのため、動力学モデルとセンサの偏差値を参照し、当該適応項係数の具体的な数値を計算することにより、動力学モデルと運動学モデルの重み適応調節を実現することができ、
式5.18
同じように、車体ヨーレートセンサにより観測される動力学モデル精度の基本確率分配関数が、式5.29であり、
センサ情報の精度kの組み合わせmass関数が、式5.32であり、
ここでμが標定パラメータであり、シミュレーションと実際の実験により定義される。
...(5.16)
Equation 5.17 above shows the effect of the coefficient more intuitively, and when the adaptive term coefficient is zero, the second term in Equation 5.16 is a dynamic model completely based on the magic tire formula, On the other hand, if the coefficient is 1, the second term in Equation 5.16 becomes a kinematic model completely based on the acceleration sensor, and therefore the deviation value between the kinematic model and the sensor, as shown in Equation 5.18. By referring to , and calculating the specific value of the adaptive term coefficient, weight adaptive adjustment of the dynamic model and kinematic model can be realized.
Equation 5.18
Similarly, the basic probability distribution function of the dynamic model accuracy observed by the vehicle body yaw rate sensor is Equation 5.29,
The combined mass function of sensor information accuracy k is Equation 5.32,
Here μ is the orientation parameter and is defined by simulation and actual experiment.

従来技術と比較して、本発明が達成した有益な効果は、本発明がアルゴリズムモデル適応調節、ノイズ行列適応調節及び平方根無軌跡カルマンフィルター(SR-UKF)アルゴリズムの応用という3つの点で車両の横方向速度推定の適応を実現する。まず、車両の横方向加速度とヨーレートセンサ情報を参照して、SR-UKFアルゴリズムの過程ノイズ行列と測定ノイズ行列を設計し、推定方法が様々な運転状態でのノイズ適応を実現する。その後、推定方法モデルに適応項を加えて、D-S証拠理論に準じて適応項パラメータの数値を計算することにより、動力学モデルと運動学モデルとの重み比を定量的に分配し、推定方法モデルの適応を実現する。最後に、適応ノイズ行列と適応モデルをSR-UKFアルゴリズムに代入して横方向速度推定を行う。 Compared with the prior art, the beneficial effects achieved by the present invention are that the present invention improves vehicle performance in three ways: algorithm model adaptive adjustment, noise matrix adaptive adjustment and application of square root no-track Kalman filter (SR-UKF) algorithm. Achieving adaptation of lateral velocity estimation. First, referring to the vehicle's lateral acceleration and yaw rate sensor information, the process noise matrix and measurement noise matrix of the SR-UKF algorithm are designed, and the estimation method realizes noise adaptation in various driving conditions. After that, by adding an adaptive term to the estimation method model and calculating the numerical value of the adaptive term parameter according to the DS evidence theory, the weight ratio between the dynamic model and the kinematic model is quantitatively distributed, and the estimation Achieving method model adaptation. Finally, the adaptive noise matrix and the adaptive model are substituted into the SR-UKF algorithm to perform lateral velocity estimation.

添付の図面は本発明のさらなる理解を提供するために使用され、明細書の一部を構成し、本発明の実施例とともに本発明を説明するために使用され、本発明を限定するものではない。
本発明の実施例における横方向速度適応推定方法の概略構成図である。 本発明推定方法が高付着路面の二重動線運転状態下での横方向速度推定結果を検証する概要図である。 本発明推定方法が低付着路面の二重動線運転状態下での横方向速度推定結果を検証する概要図である。
The accompanying drawings are used to provide a further understanding of the invention, form part of the specification, and together with the examples thereof are used to explain the invention and are not intended to limit it. .
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a lateral velocity adaptive estimation method in an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a schematic diagram in which the estimation method of the present invention verifies the lateral speed estimation result under a double flow line driving condition on a highly adhesive road surface. FIG. 2 is a schematic diagram in which the estimation method of the present invention verifies the lateral speed estimation result under a dual flow line driving condition on a low-adhesion road surface.

以下、本発明の実施例における実施形態を、本発明の実施例における添付図面を参照して明確かつ完全に説明するが、説明する実施例は、本発明の一部の実施例にすぎず、全ての実施例ではないことは明らかである。本発明における実施例に基づいて、当業者が創造的な労働をしないことを前提にして得た他のすべての実施例は、本発明の保護の範囲に属する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be clearly and completely described with reference to the accompanying drawings of the present invention, but the described embodiments are only some embodiments of the present invention, Obviously, not all implementations are possible. Based on the embodiments of the present invention, all other embodiments obtained by those skilled in the art without any creative efforts fall within the scope of protection of the present invention.

実施例一 Example 1

低付着路面の場合での車両モデルとタイヤモデルの誤差、並びに、有色ノイズの場合でのセンサの累積誤差を考慮しながら、本発明は、マルチセンサ情報融合に基づくモデル適応横方向速度推定方法を提供する。まず、車両の横方向加速度、ヨーレート及び前輪操舵角等の情報を参照し、SR-UKFアルゴリズムの過程ノイズ行列と測定ノイズ行列を設計することにより、車両の様々な運転状態でアルゴリズムノイズの適応を実現する。その後、元の推定方法動力学モデルを基礎として、運動学モデルを融合するように適応項を加えて、両モデル重み比が適応項の係数により調整される。インホイールモーター駆動車両の縦方向力情報が比較的に精確的であるため、動力学モデルのヨーレート情報が、基本的にモデルにおける横方向力の精確程度を反映し、同様にそれを適応項に引入して推定計算することができる。車両ESPにおける横方向加速度センサとヨーレートセンサ測定情報により、それぞれ、動力学モデルにおける横方向力とヨーレートとの偏差値を計算し、動力学モデルの誤差判定統計量とする。当該統計量により両センサ信頼度の基本確率関数を定義し、そしてDempster-Shafer証拠理論に準じて両センサの情報値を融合し、両センサの観測値から動力学モデルの精度とセンサの不確定性を定量的に計算評価し、推定方法モデルにおける適応項の係数値を得て、最終的にモデルの適応を実現し、横方向速度推定方法のロバスト性を向上する。 Considering the errors of the vehicle model and tire model in the case of low adhesion road surface as well as the cumulative error of the sensor in the case of colored noise, the present invention develops a model adaptive lateral velocity estimation method based on multi-sensor information fusion. provide. First, by referring to information such as the vehicle's lateral acceleration, yaw rate, and front wheel steering angle, and designing the process noise matrix and measurement noise matrix of the SR-UKF algorithm, the algorithm noise can be adapted to various vehicle driving conditions. Realize. Then, based on the original estimation method dynamic model, an adaptive term is added to fuse the kinematic models, and the weight ratio of both models is adjusted by the coefficient of the adaptive term. Since the longitudinal force information of an in-wheel motor-driven vehicle is relatively accurate, the yaw rate information of the dynamic model basically reflects the degree of accuracy of the lateral force in the model, and also uses it as an adaptation term. Estimated calculations can be made by inputting the data. Based on the measurement information of the lateral acceleration sensor and yaw rate sensor in the vehicle ESP, the deviation values between the lateral force and the yaw rate in the dynamic model are calculated and used as error determination statistics for the dynamic model. The basic probability function of the reliability of both sensors is defined using the statistics, and the information values of both sensors are fused according to the Dempster-Shafer evidence theory, and the accuracy of the dynamic model and the uncertainty of the sensor are calculated from the observed values of both sensors. We quantitatively calculate and evaluate the coefficients of the adaptive term in the estimation method model, and finally realize model adaptation and improve the robustness of the lateral velocity estimation method.

本発明は、車両の横方向加速度、ヨーレート及び前輪操舵角等の情報を参照し、平方根無軌跡カルマンフィルターSR-UKF方法を利用して車両の横方向速度推定を行う。それにより、車両の様々な運転状態でアルゴリズムノイズの適応を実現する。つまり、本発明の中核は、SR-UKFアルゴリズムを利用して推定を行い、推定の前にセンサデータによりノイズ行列とモデルを姿勢向かい計算を行うことにある。モデルは、動力学と運動学モデルとの2つの部分からなり、2つのモデル重み(占める比率)は、D-S証拠理論に準じて計算する。重みを得た後、適応モデルを得る。その具体的な概略は、図4で示されるようになる。横方向速度推定過程におけるロバスト性と推定精度を向上させるために、推定方法に対して適応則設計を行う。一方、横方向加速度とヨーレートによりノイズ行列を定義し、様々な運転状態でのノイズ適応を実現し、一方、推定方法モデルに適応項を加えて、適応項係数の調節により動力学モデルと運動学モデルとの重み比を調整し、適応項係数の具体的な数値は、横方向加速度とヨーレートセンサ情報を参照してDempster-Shafer証拠理論に準じて計算されてなる。 The present invention refers to information such as the lateral acceleration, yaw rate, and front wheel steering angle of the vehicle, and estimates the lateral velocity of the vehicle using the square root no-track Kalman filter SR-UKF method. Thereby, the adaptation of the algorithm noise to various driving conditions of the vehicle is realized. In other words, the core of the present invention is to perform estimation using the SR-UKF algorithm, and before estimation, calculate the noise matrix and model using sensor data for orientation. The model consists of two parts: a dynamic model and a kinematics model, and the weights (occupied ratios) of the two models are calculated according to the DS evidence theory. After getting the weights, we get the adaptive model. A detailed outline thereof is shown in FIG. In order to improve the robustness and estimation accuracy in the lateral velocity estimation process, an adaptive law design is performed for the estimation method. On the one hand, a noise matrix is defined by the lateral acceleration and yaw rate to realize noise adaptation in various driving conditions, and on the other hand, an adaptation term is added to the estimation method model, and the dynamics model and kinematics are adjusted by adjusting the adaptation term coefficient. The weight ratio with the model is adjusted, and the specific numerical value of the adaptive term coefficient is calculated according to the Dempster-Shafer evidence theory with reference to the lateral acceleration and yaw rate sensor information.

本発明は、以下の工程を含む、マルチセンサ情報融合に基づくモデル適応横方向速度推定方法を提供する。 The present invention provides a model adaptive lateral velocity estimation method based on multi-sensor information fusion, including the following steps.

工程1:車両の横方向加速度、ヨーレート、縦方向速度、ステアリングホイール偏向角等を含むセンサデータを入力して、車両動力学モデルと運動学モデルを作成する。 Step 1: Create a vehicle dynamics model and kinematics model by inputting sensor data including vehicle lateral acceleration, yaw rate, longitudinal speed, steering wheel deflection angle, etc.

工程3:動力学モデルと運動学モデルを融合して観測システムモデルを作成し、そしてモデル重み適応項により、モデル適応を実現する。モデル適応方法として、推定方法モデルに適応項を加えて、適応項係数の調節により動力学モデルと運動学モデルとの重み比を調整し、適応項係数の具体的な数値は、横方向加速度とヨーレートセンサ情報を参照してDempster-Shafer証拠理論に準じて計算されてなる。ここで、モデル適応項(即ち、動力学モデルと運動学モデルとの重み比)の決定方法として、車両の横方向加速度センサとヨーレートセンサ測定情報により、それぞれ、動力学モデルにおける横方向力とヨーレートとの偏差値を計算し、動力学モデルの誤差判定統計量とする。当該統計量により両センサ信頼度の基本確率関数を定義し、そしてDempster-Shafer証拠理論に準じて両センサの情報値を融合し、両センサの観測値から動力学モデルの精度とセンサの不確定性を定量的に計算評価し、推定方法モデルにおける適応項の係数値を得て、最終的にモデルの適応を実現する。 Step 3: Create an observation system model by merging the dynamic model and kinematics model, and realize model adaptation using the model weight adaptation term. As a model adaptation method, an adaptive term is added to the estimation method model, and the weight ratio between the dynamic model and the kinematic model is adjusted by adjusting the adaptive term coefficient.The specific value of the adaptive term coefficient is It is calculated based on the Dempster-Shafer evidence theory with reference to the yaw rate sensor information. Here, as a method for determining the model adaptation term (i.e., the weight ratio between the dynamic model and the kinematic model), the lateral force and yaw rate in the dynamic model are determined using the vehicle's lateral acceleration sensor and yaw rate sensor measurement information, respectively. The deviation value is calculated and used as the error determination statistic for the dynamic model. The basic probability function of the reliability of both sensors is defined using the statistics, and the information values of both sensors are fused according to the Dempster-Shafer evidence theory, and the accuracy of the dynamic model and the uncertainty of the sensor are calculated from the observed values of both sensors. We quantitatively calculate and evaluate the performance, obtain the coefficient values of the adaptation term in the estimation method model, and finally realize the adaptation of the model.

工程4:適応ノイズ行列と適応モデルをSR-UKFアルゴリズムに代入して横方向速度推定を行う。SR-UKFアルゴリズム工程は、重みの計算とSigma点の生成、Sigma点の伝播、状態値と共分散値の更新/時間の更新、推定値と測定値の更新/計測の更新、カルマンフィルターゲインの更新等の工程を含む。 Step 4: Substitute the adaptive noise matrix and adaptive model into the SR-UKF algorithm to perform lateral velocity estimation. The SR-UKF algorithm steps include weight calculation and Sigma point generation, Sigma point propagation, state value and covariance value update/time update, estimated value and measured value update/measurement update, Kalman filter gain update. Includes processes such as updates.

上記工程1において、前記運動学モデルを作成することは、即ち、式(4.27)である。
In step 1 above, creating the kinematic model is, in other words, equation (4.27).

上記工程1において、タイヤ縦方向力と横方向力は、マジックフォーミュラを採用して計算される。 In step 1 above, the tire longitudinal force and lateral force are calculated by adopting the magic formula.

マジックフォーミュラタイヤモデルには、三角関数の組み合わせを使用してタイヤ実験データをフィッティングし、同じ形式の一つの式を使用してタイヤ縦方向力、横方向力と戻しトルクの運転状態を完全に表記でき、タイヤの横・縦方向力が合わせて作用する場合でも同様に適用し、そしてフィッティング精度がある。そのため、マジックタイヤフォーミュラを採用してタイヤモデルを作成する。縦方向力と横方向力の計算式が、式2.8である。
The Magic Formula tire model uses a combination of trigonometric functions to fit tire experimental data and uses one equation in the same format to fully describe the driving conditions of the tire's longitudinal force, lateral force and return torque. It can be applied in the same way even when the tire's lateral and longitudinal forces act together, and it has fitting accuracy. Therefore, a tire model is created using the Magic Tire Formula. The calculation formula for the longitudinal force and the lateral force is Equation 2.8.

車両の旋回走行の途中において、タイヤの縦方向力と横方向力に一定のカップリング関係が存在する。その場合、マジックタイヤフォーミュラ計算結果が以下の通り補正し、式2.13である。
While the vehicle is turning, a certain coupling relationship exists between the longitudinal force and the lateral force of the tire. In that case, the Magic Tire Formula calculation result is corrected as follows and becomes Equation 2.13.

上記工程2において、推定方法ノイズ適応は、具体的に、以下のとおりである。 In step 2 above, the estimation method noise adaptation is specifically as follows.

ここで、
here,

当該動力学モデル適応項の意義は、適応的に運動学モデルと動力学モデルとの重み値を調整することができることにある。式5.16を展開すると、
The significance of the dynamic model adaptation term is that the weight values of the kinematic model and the dynamic model can be adjusted adaptively. Expanding equation 5.16, we get

上記式5.17により当該係数の作用をより直感的に示す。当該適応項係数がゼロである場合、式5.16における第2の項が完全にマジックタイヤフォーミュラに基づく動力学モデルである。一方、係数が1である場合、式5.16における第2の項が完全に加速度センサに基づく運動学モデルとなり、式5.18で示されるようになる。そのため、動力学モデルとセンサの偏差値を参照し、当該適応項係数の具体的な数値を計算することにより、動力学モデルと運動学モデルの重み適応調節を実現することができる。
The above equation 5.17 shows the effect of the coefficient more intuitively. If the adaptive term coefficient is zero, the second term in equation 5.16 is a dynamic model completely based on the magic tire formula. On the other hand, when the coefficient is 1, the second term in equation 5.16 becomes a kinematic model completely based on the acceleration sensor, as shown in equation 5.18. Therefore, by referring to the deviation value between the dynamic model and the sensor and calculating a specific numerical value of the adaptive term coefficient, adaptive weight adjustment of the dynamic model and the kinematic model can be realized.

モデル適応に基づくUKF推定方法は、適応因子によりノイズを調整することにより、モデルの不精確性による誤差を補償する。動力学モデルに横方向加速度センサ情報に基づく適応項を加えることにより、モデルパラメータと加速度センサノイズ累積の影響を軽減する。それとともに、元の共分散の代わりに、平方根アルゴリズムを使用して反復して、ステップ誤差及びカットオフ誤差により共分散が正定性を失い、フィルタリングができなくなる課題を解決する。 UKF estimation methods based on model adaptation compensate for errors due to model inaccuracy by adjusting noise with adaptation factors. By adding an adaptive term based on lateral acceleration sensor information to the dynamic model, the influence of model parameters and accelerometer noise accumulation is reduced. At the same time, instead of the original covariance, a square root algorithm is used repeatedly to solve the problem that the covariance loses positive definiteness due to step error and cutoff error, making filtering impossible.

Dempster-Shafer証拠理論を導入して、横方向加速度センサ、車体ヨーレートセンサと車両動力学モデルとの不確定性情報を処理することにより、各情報源の確率値を計算し、最終的に動力学モデル適応項係数の具体的な数値を得る。 By introducing the Dempster-Shafer evidence theory to process the uncertainty information of the lateral acceleration sensor, body yaw rate sensor, and vehicle dynamics model, the probability value of each information source is calculated, and finally the dynamics Obtain specific values for the model adaptation term coefficients.

以上での推定方法のモデル適応項係数の計算 Calculation of model adaptation term coefficients for the above estimation method

車両重心側スリップ角の推定において、本発明は、横方向加速度センサ及び車体ヨーレートセンサを観測量として使用して、推定される重心側スリップ角と横縦方向速度値を、マジックフォーミュラタイヤモデルに反復することにより、各タイヤの横方向力を計算する。車両の七つの自由度動力学モデルは、マジックタイヤフォーミュラにより計算される横方向力を基礎として、車両の旋回運動時の動力学関係式を作成する。動力学モデルの精確程度を評価するために、以上で横方向力の計算結果と横方向加速度センサ測定結果との偏差値を誤差判定統計量として、横方向加速度センサ情報動力学モデルを参照してある程度の補正を行うことを提案する。しかしながら、実際の場合に、横方向加速度センサは、ある外部の要因による干渉を受ける可能性があるため、その測定値の偏差が比較的に大きくなることがあり、この場合、横方向運動の動力学モデル精確程度が、正確的に補正と評価できなくなる。式5.17によりわかるように、ヨーレートの動力学モデル精度は、かなり四つの車輪の縦方向力と横方向力精度に依存し、そしてインホイールモーター駆動車両の縦方向力が正確的に知られるとみなすため、ヨーレート計算数値も同様に動力学モデル横方向力の精度を反映することができる。アルゴリズムのロバスト性を向上させるために、本発明には、ヨーレートセンサ測定情報を導入し、新たなヨーレート動力学モデル誤差判定統計量を作成し、横方向加速度偏差統計量と交差検証を行い、D-S証拠理論と組み合わせて動力学モデルの正確程度を推定することにより、最終的な動力学モデル適応項係数値を計算する。 In estimating the vehicle center-of-gravity side slip angle, the present invention uses the lateral acceleration sensor and the vehicle yaw rate sensor as observables, and iterates the estimated center-of-gravity side slip angle and lateral and longitudinal velocity values into the magic formula tire model. Calculate the lateral force on each tire by: The seven-degree-of-freedom dynamic model of the vehicle creates a dynamic relational expression during turning motion of the vehicle based on the lateral force calculated by the magic tire formula. In order to evaluate the accuracy of the dynamics model, the deviation value between the calculation result of the lateral force and the measurement result of the lateral acceleration sensor is used as the error determination statistic, and the lateral acceleration sensor information dynamics model is referred to. We suggest making some corrections. However, in actual cases, the lateral acceleration sensor may be interfered with by certain external factors, so the deviation of its measurement value may be relatively large, and in this case, the power of lateral movement The degree of accuracy of the academic model cannot be accurately corrected and evaluated. As can be seen from Equation 5.17, the yaw rate dynamics model accuracy depends significantly on the longitudinal force and lateral force accuracy of the four wheels, and the longitudinal force of the in-wheel motor driven vehicle is known precisely. Therefore, the yaw rate calculation value can similarly reflect the accuracy of the dynamic model lateral force. In order to improve the robustness of the algorithm, the present invention introduces yaw rate sensor measurement information, creates a new yaw rate dynamics model error determination statistic, cross-validates it with the lateral acceleration deviation statistic, and calculates D - Calculate the final dynamical model adaptation term coefficient value by estimating the degree of accuracy of the dynamical model in combination with the S evidence theory.

車体のヨーレートが、ヨーモーメントと車体のz軸回転慣性モーメントとの比の積分と同じであり、以下の式5.26で示されるとおりである。
The yaw rate of the vehicle body is the same as the integral of the ratio of the yaw moment to the z-axis rotational moment of inertia of the vehicle body, as shown in equation 5.26 below.

同じように、車体ヨーレートセンサにより観測される動力学モデル精度の基本確率分配関数が、式5.29である。
Similarly, the basic probability distribution function of the dynamic model accuracy observed by the vehicle body yaw rate sensor is Equation 5.29.

まず、正規化定数Kを計算し、式5.30のとおりである。
First, the normalization constant K is calculated as shown in Equation 5.30.

その後、動力学モデル精度dの組み合わせmass関数を計算し、式5.31のとおりである。
After that, the combined mass function of the dynamic model accuracy d is calculated as shown in Equation 5.31.

センサ情報の精度kの組み合わせmass関数が、式5.32である。
The combined mass function of the accuracy k of sensor information is Equation 5.32.

この場合、d、kの組み合わせmass関数について、その信頼関数と尤度関数値とを組み合わせた後のmass関数値がいずれも同等である。即ち、式5.33である。
In this case, for the combined mass functions of d and k, the mass function values obtained by combining the confidence function and the likelihood function value are all equivalent. That is, Equation 5.33.

動力学モデル適応項係数について、以下の式に従って計算することができ、式5.34のとおりである。
The dynamic model adaptation term coefficient can be calculated according to the following equation, as shown in equation 5.34.

ここでμが標定パラメータであり、シミュレーションと実際の実験により定義される。 Here μ is the orientation parameter and is defined by simulation and actual experiment.

上記工程4で、適応ノイズ行列と適応モデルを代入SR-UKFアルゴリズム横方向速度推定を行う。SR-UKFアルゴリズム工程は、重みの計算とSigma点の生成、Sigma点の伝播、状態値と共分散値の更新/時間の更新、推定値と測定値の更新/計測の更新、カルマンフィルターゲインの更新等の工程を含む。 In step 4 above, the SR-UKF algorithm is used to estimate the lateral velocity by substituting the adaptive noise matrix and the adaptive model. The SR-UKF algorithm steps include weight calculation and Sigma point generation, Sigma point propagation, state value and covariance value update/time update, estimated value and measured value update/measurement update, Kalman filter gain update. Includes processes such as updates.

SR-UKFアルゴリズム工程に含まれる内容である、重みの計算とSigma点の生成、Sigma点の伝播、状態値と共分散値の更新/時間の更新、推定値と測定値の更新/計測の更新、カルマンフィルターゲインの更新工程は、いずれも従来技術の工程である。 The contents included in the SR-UKF algorithm process are weight calculation and Sigma point generation, Sigma point propagation, state value and covariance value update/time update, estimated value and measured value update/measurement update. , the Kalman filter gain updating process are all conventional technology processes.

本発明は、システムノイズ行列、アルゴリズムモデル、SR-UKFアルゴリズムという3つの点で車輪の横方向速度推定の適応を実現する。まず、RLSアルゴリズムを使用して、それぞれ、車両の質量及び重心の位置を標識し、担持の変化による動力学モデル誤差を低下させる。その後、車両の横方向加速度とヨーレートセンサ情報を参照してSR-UKFアルゴリズムの過程ノイズ行列と測定ノイズ行列を設計し、推定方法の様々な運転状態でのノイズ適応を実現する。最後に、推定方法モデルに適応項を加えて、D-S証拠理論に準じて適応項パラメータの数値を計算することにより、動力学モデルと運動学モデルとの重み比を定量的に分配し、推定方法モデルの適応を実現する。 The present invention realizes the adaptation of wheel lateral speed estimation in three aspects: system noise matrix, algorithm model, and SR-UKF algorithm. First, the RLS algorithm is used to mark the vehicle's mass and center of gravity location, respectively, to reduce dynamic model errors due to loading changes. After that, the process noise matrix and measurement noise matrix of the SR-UKF algorithm are designed with reference to the vehicle's lateral acceleration and yaw rate sensor information, and the noise adaptation of the estimation method to various driving conditions is realized. Finally, by adding an adaptive term to the estimation method model and calculating the numerical value of the adaptive term parameter according to the DS evidence theory, the weight ratio between the dynamic model and the kinematic model is quantitatively distributed, Achieve adaptation of the estimation method model.

本発明の推定方法の推定効果を検証するために、以下の検証方式により検証を行った。 In order to verify the estimation effect of the estimation method of the present invention, verification was performed using the following verification method.

1、本発明の推定方法に対して高付着路面の二重動線運転状態で検証を行い、検証効果を得た。 1. The estimation method of the present invention was verified under dual flow line driving conditions on a highly adhesive road surface, and verification effects were obtained.

路面付着係数が0.85であり、標準二重動線運転状態、目的速度が60km/hと設定された。高付着路面の二重動線運転状態での横方向速度の推定誤差は、以下の表1で示される。
The road surface adhesion coefficient was set to 0.85, the standard double flow line driving condition, and the target speed to 60 km/h. The estimation error of the lateral speed under the dual flow line driving condition on the high adhesion road surface is shown in Table 1 below.

表1及び図2からわかるように、本発明の方法は、高付着路面の安定運転状態で車両が旋回した場合、SR-UKFアルゴリズムとモデル適応に基づくSR-UKFアルゴリズムが、いずれも横方向速度の変化によく追従できた。しかしながら、車両が安定的に直進し、即ち操舵角が比較的小さい場合、ASR-UKFアルゴリズムの精確性は、SR-UKFよりも優れ、即ち、アルゴリズムの適応方法は効果的であった。 As can be seen from Table 1 and FIG. 2, in the method of the present invention, when the vehicle turns in a stable driving condition on a high adhesion road surface, both the SR-UKF algorithm and the SR-UKF algorithm based on model adaptation was able to follow the changes well. However, when the vehicle is moving steadily straight, ie, the steering angle is relatively small, the accuracy of the ASR-UKF algorithm is better than the SR-UKF, ie, the adaptation method of the algorithm is effective.

2、本発明の推定方法に対して低付着路面の二重動線運転状態で検証を行い、検証効果を得た。 2. The estimation method of the present invention was verified under a dual flow line driving condition on a low-adhesion road surface, and verification effects were obtained.

CarSimで、車両の初期速度を48km/hと設定し、路面状態が、氷結路面と設定し、路面付着係数が0.4であり、二重動線運転状態で行った。前輪回転角、各車輪の車輪速度、ガウスホワイトノイズを加えた横方向加速度シグナル及びヨーレートシグナルである。 In CarSim, the initial speed of the vehicle was set to 48 km/h, the road surface condition was set to be an icy road surface, the road surface adhesion coefficient was 0.4, and the test was conducted in a dual flow line driving state. These are the front wheel rotation angle, the wheel speed of each wheel, a lateral acceleration signal with Gaussian white noise added, and a yaw rate signal.

誤差分析は、以下の表2で示される。
The error analysis is shown in Table 2 below.

表2及び図3からわかるように、車両が正常に走行する場合、ASR-UKFとSR-UKFの相違が大きくなく、いずれも比較的に精確的に追従して横方向速度の値を推定することができた。しかしながら、車両は操舵角が最も大きい、即ち極端的な非線形領域に入った場合、元のSR-UKFアルゴリズムが、一定の偏差を示し、かつ時間に渡って増加する誤差は、次の安定走行状態に累積した。一方、本発明により提出したモデル適応に基づくSR-UKFアルゴリズムは、依然としてよく追従して横方向速度の値を推定することができた。即ち、本発明方法におけるアルゴリズムの適応規則は、車両の級端運転状態での動力学状態の推定課題をよく処理できた。 As can be seen from Table 2 and Figure 3, when the vehicle runs normally, the difference between ASR-UKF and SR-UKF is not large, and both track relatively accurately and estimate the value of lateral speed. I was able to do that. However, when the vehicle enters the extreme nonlinear region where the steering angle is the largest, the original SR-UKF algorithm shows a constant deviation, and the error increasing over time is accumulated. On the other hand, the SR-UKF algorithm based on model adaptation proposed by the present invention was still able to estimate the value of lateral velocity with good tracking. That is, the adaptive rules of the algorithm in the method of the present invention were able to successfully handle the problem of estimating the dynamic state of the vehicle in the extreme driving state.

なお、以上の説明は本発明の好適な実施例にすぎず、本発明を限定するものではなく、前述の実施例を参照して本発明を詳細に説明したが、当業者にとっては、前述の各実施例に記載された技術的手段を修正したり、その技術的特徴の一部を均等に置き換えたりすることができる。本発明の精神と原則の中で、いかなる修正、同等の置換、改善なども本発明の保護範囲に含まれなければならない。 It should be noted that the above description is only a preferred embodiment of the present invention, and does not limit the present invention. Although the present invention has been explained in detail with reference to the above-mentioned embodiment, those skilled in the art will understand that the above-mentioned The technical means described in each embodiment can be modified or some of its technical features can be equivalently replaced. Any modification, equivalent replacement, improvement, etc. within the spirit and principle of the present invention shall fall within the protection scope of the present invention.

Claims (4)

マルチセンサ情報融合に基づくモデル適応横方向速度推定方法であって、
工程1:車両の横方向加速度、ヨーレート、縦方向速度、ステアリングホイール偏向角、横方向加速度センサ測定結果を含むセンサデータを入力して、車両動力学モデルと運動学モデルを作成し、動力学モデルでマジックフォーミュラタイヤモデルを採用してタイヤ縦方向力と横方向力を計算することと、
工程3:車両動力学モデルと運動学モデルを融合して観測システムモデルを作成し、そして観測システムモデル重み適応項により、観測システムモデル適応を実現し、観測システムモデルの適応方法として、観測システムモデル重み適応項係数を1として動力学モデルと運動学モデルとの重み比を調整し、観測システムモデル重み適応項係数の具体的な数値が、横方向加速度とヨーレートセンサ情報を参照してDempster-Shafer証拠理論に準じて計算されてなり、ここで、観測システムモデル重み適応項の決定方法として、車両の横方向加速度センサとヨーレートセンサの測定情報から、車両の横方向加速度センサの測定情報と動力学モデルにおける横方向力との偏差値を計算し、並びに、ヨーレートセンサの測定情報と動力学モデルにおけるヨーレートとの偏差値を計算し、2つの偏差値を動力学モデルの誤差判定統計量とし、誤差判定統計量により車両の横方向加速度センサ及びヨーレートセンサ信頼度の基本確率関数を定義し、そしてDempster-Shafer証拠理論に準じて横方向加速度センサ及びヨーレートセンサの情報値を融合することにより、横方向加速度センサとヨーレートセンサの観測値から動力学モデルの精度と横方向加速度センサ及びヨーレートセンサの不確定性を定量的に計算評価し、観測システムモデルにおける重み適応項係数の係数値を得て、最終的に観測システムモデルの適応調節を実現することであることと、
工程4:ノイズ行列と観測システムモデルをSR-UKFアルゴリズムに代入して、適応SR-UKFアルゴリズム(ASR-UKF)を構成して、横方向速度推定を行い、ここで、SR-UKFアルゴリズム(ASR-UKF)工程が、重みの計算とSigma点の生成、Sigma点の伝播、状態値と共分散値の更新/時間の更新、推定値と測定値の更新/計測の更新、カルマンフィルターゲインの更新工程を含むことと、
を含む、ことを特徴とする、推定方法。
A model adaptive lateral velocity estimation method based on multi-sensor information fusion, comprising:
Step 1: Input sensor data including vehicle lateral acceleration, yaw rate, longitudinal speed, steering wheel deflection angle, and lateral acceleration sensor measurement results to create a vehicle dynamics model and a kinematics model. by adopting the Magic Formula tire model to calculate the tire longitudinal force and lateral force;
Step 3: Create an observation system model by merging the vehicle dynamics model and kinematics model, and realize observation system model adaptation using the observation system model weight adaptation term. The weight ratio between the dynamic model and the kinematics model is adjusted by setting the weight adaptation term coefficient to 1 , and the specific value of the observation system model weight adaptation term coefficient is determined by Dempster-Shafer with reference to the lateral acceleration and yaw rate sensor information. It is calculated according to the evidence theory, and here, as a method for determining the observation system model weight adaptation term, the measurement information of the vehicle's lateral acceleration sensor and the dynamics are calculated from the measurement information of the vehicle's lateral acceleration sensor and the yaw rate sensor. The deviation value from the lateral force in the model is calculated, and the deviation value between the measurement information of the yaw rate sensor and the yaw rate in the dynamic model is calculated, and the two deviation values are used as error determination statistics for the dynamic model. By defining the basic probability function of the vehicle's lateral acceleration sensor and yaw rate sensor reliability using decision statistics, and by fusing the information values of the lateral acceleration sensor and yaw rate sensor according to the Dempster-Shafer evidence theory, The accuracy of the dynamic model and the uncertainty of the lateral acceleration sensor and yaw rate sensor are quantitatively calculated and evaluated from the observed values of the acceleration sensor and yaw rate sensor, and the coefficient values of the weight adaptation term coefficients in the observation system model are obtained, and the final The objective is to realize adaptive adjustment of the observation system model in a
Step 4: Substitute the noise matrix and observation system model into the SR-UKF algorithm to construct an adaptive SR-UKF algorithm (ASR-UKF) to perform lateral velocity estimation; -UKF) processes include weight calculation and Sigma point generation, Sigma point propagation, state value and covariance value update/time update, estimated value and measured value update/measurement update, Kalman filter gain update including the process;
An estimation method comprising:
請求項1記載の推定方法であって、
前記工程1において、前記車両動力学モデルを作成することは、
前記タイヤ縦方向力と横方向力は、マジックフォーミュラを採用して計算され、
マジックフォーミュラタイヤモデルには、三角関数の組み合わせを使用してタイヤ実験データをフィッティングし、同じ形式の一つの式を使用してタイヤ縦方向力、横方向力と戻しトルクの運転状態を完全に表記でき、タイヤの横・縦方向力が合わせて作用する場合でも同様に適用し、そしてフィッティング精度があり、そのため、マジックタイヤフォーミュラを採用してタイヤモデルを作成し、縦方向力と横方向力の計算式が、式2.8であり、
ここでBが剛性因子であり、関数曲線原点での傾きを決定するとともに、線形タイヤモデルの剛性係数にも近似することができ、Cが曲線形状因子であり、関数曲線の形状を決定し、Dがピーク因子であり、関数曲線の最大値を決定し、Eが曲線曲率因子であり、関数曲線最大値付近の曲線形状を示し、が車輪の縦方向スリップ率であり、がタイヤ側スリップ角であり、
車両の旋回走行の途中において、タイヤの縦方向力と横方向力に一定のカップリング関係が存在し、その場合、マジックタイヤフォーミュラ計算結果が以下の通り補正し、式2.13のとおりである、
ことを特徴とする、推定方法。
The estimation method according to claim 1,
In step 1, creating the vehicle dynamics model includes:
The tire longitudinal force and lateral force are calculated by adopting a magic formula,
The Magic Formula tire model uses a combination of trigonometric functions to fit tire experimental data and uses one equation in the same format to fully describe the driving conditions of the tire's longitudinal force, lateral force and return torque. It can be applied in the same way even when the tire's lateral and longitudinal forces act together, and it has fitting accuracy. Therefore, the magic tire formula is adopted to create a tire model and the longitudinal and lateral forces are combined. The calculation formula is formula 2.8,
Here, B is a stiffness factor, which determines the slope at the origin of the function curve and can also be approximated to the stiffness coefficient of a linear tire model, and C is a curve shape factor, which determines the shape of the function curve, D is the peak factor and determines the maximum value of the function curve, E is the curve curvature factor and indicates the curve shape near the maximum value of the function curve, is the longitudinal slip rate of the wheel, and is the tire side slip angle and
While the vehicle is turning, there is a certain coupling relationship between the longitudinal force and the lateral force of the tire. In this case, the Magic Tire Formula calculation result is corrected as follows, as shown in Equation 2.13. ,
An estimation method characterized by:
請求項1記載の推定方法であって、
前記工程2におけるノイズ適応の具体的な方法は、
横方向加速度により構成される動力学モデルの誤差判定統計量が、式5.12で示され、
The estimation method according to claim 1,
The specific method of noise adaptation in step 2 is as follows:
The error determination statistic of the dynamic model composed of lateral acceleration is shown by Equation 5.12,
請求項1記載の推定方法であって、
前記工程3の具体的な方法は、
上記式5.17により当該係数の作用をより直感的に示し、当該適応項係数がであって、式5.16における第2の項が完全に加速度センサに基づく運動学モデルとなり、式5.18で示されるため、動力学モデルとセンサの偏差値を参照し、当該適応項係数の具体的な数値を計算することにより、動力学モデルと運動学モデルの重み適応調節を実現することができ、式5.18のとおりであり、
車体のヨーレートはヨーモーメントと車体のz軸回転慣性モーメントとの比の積分に等しく、以下の式5.26で示されるとおりであり、
同じように、車体ヨーレートセンサにより観測される動力学モデル精度の基本確率分配関数が、式5.29であり、
その後、動力学モデル精度dの組み合わせmass関数を計算し、
式5.31
センサ情報の精度kの組み合わせmass関数が、式5.32であり、
この場合、d、kの組み合わせmass関数について、その信頼関数と尤度関数値とを組み合わせた後のmass関数値がいずれも同等であり、即ち、式5.33であり、
動力学モデル適応項係数について、以下の式に従って計算し、
式5.34
ここでμが標定パラメータであり、シミュレーションと実際の実験により標定される、
ことを特徴とする、推定方法。
The estimation method according to claim 1,
The specific method of step 3 is as follows:
Equation 5.17 above shows the effect of the coefficient more intuitively, and the adaptive term coefficient is 1 , the second term in Equation 5.16 is a kinematic model completely based on the acceleration sensor, and Equation 5.18, the weight adaptive adjustment of the dynamic model and kinematics model can be realized by referring to the deviation value of the dynamic model and the sensor and calculating the specific value of the adaptive term coefficient. and as shown in equation 5.18,
The yaw rate of the vehicle body is equal to the integral of the ratio of the yaw moment to the z-axis rotational moment of inertia of the vehicle body, as shown in equation 5.26 below,
Similarly, the basic probability distribution function of the dynamic model accuracy observed by the vehicle body yaw rate sensor is Equation 5.29,
Then, calculate the combined mass function of the dynamic model accuracy d,
Equation 5.31
The combined mass function of sensor information accuracy k is Equation 5.32,
In this case, for the combined mass functions of d and k, the mass function values after combining the confidence function and the likelihood function value are all equivalent , that is, Equation 5.33,
The dynamic model adaptation term coefficient is calculated according to the following formula,
Equation 5.34
Here, μ is the orientation parameter, which is determined by simulation and actual experiment.
An estimation method characterized by:
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CN (1) CN111645699B (en)
WO (1) WO2021248641A1 (en)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113030504B (en) * 2021-03-18 2023-03-07 北京航迹科技有限公司 Vehicle speed measuring method and device, vehicle-mounted computer equipment and storage medium
CN113830094B (en) * 2021-09-16 2024-04-30 常州工学院 Vehicle centroid slip angle self-adaptive fusion and compensation method considering multi-source input information
CN114136273B (en) * 2021-11-30 2023-09-22 吉林大学 Comprehensive measurement system for wheel rotation angle
CN114506388B (en) * 2021-12-27 2023-04-07 广东机电职业技术学院 Vehicle steering control method and device, computer equipment and storage medium
CN117485325B (en) * 2024-01-02 2024-03-19 中国重汽集团济南动力有限公司 Multi-axis distributed electric drive vehicle steering control method and vehicle
CN117848332B (en) * 2024-03-07 2024-05-03 北京理工大学前沿技术研究院 IMU noise elimination method for vehicle-mounted multi-source fusion high-precision positioning system

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6816804B1 (en) 2003-06-04 2004-11-09 Visteon Global Technologies, Inc. System and method for estimating velocity using reliability indexed sensor fusion
JP2006046986A (en) 2004-08-02 2006-02-16 Hitachi Ltd Sensor information unifying/analyzing device and method
DE102008051962A1 (en) 2007-10-18 2009-05-14 GM Global Technology Operations, Inc., Detroit A reconfigurable structure method for estimating the lateral velocity of a vehicle
US20110125455A1 (en) 2008-11-24 2011-05-26 Gm Global Technology Operations, Llc System for estimating the lateral velocity of a vehicle
JP2012141953A (en) 2010-11-09 2012-07-26 Ntt Docomo Inc System and method for population tracking, counting, and movement estimation using mobile operational data and/or geographic information in mobile network
US20160159365A1 (en) 2014-12-03 2016-06-09 The Goodyear Tire & Rubber Company Intelligent tire-based road friction estimation system and method
JP2019523176A (en) 2016-07-29 2019-08-22 ツェットエフ、フリードリッヒスハーフェン、アクチエンゲゼルシャフトZf Friedrichshafen Ag How to determine the driving state variable

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006055550A1 (en) * 2006-11-24 2008-05-29 Robert Bosch Gmbh Driving state variable estimating method for motor vehicle, involves using non-linear estimation algorithm e.g. sigma point based kalman filter, and mathematical vehicle model for estimating vehicle state variable
DE102007013261B4 (en) * 2007-03-20 2017-03-16 Ford Global Technologies, Llc Method and device for estimating the lateral speed of a vehicle
JP6278745B2 (en) * 2014-02-28 2018-02-14 東京計器株式会社 Ship automatic steering system
CN104182991A (en) * 2014-08-15 2014-12-03 辽宁工业大学 Vehicle running state estimation method and vehicle running state estimation device
WO2016062327A1 (en) * 2014-10-20 2016-04-28 Politecnico Di Milano Method for estimating a vehicle side slip angle, computer program implementing said method, control unit having said computer program loaded, and vehicle comprising said control unit
CN104401323A (en) * 2014-11-04 2015-03-11 河北工程大学 Rollover warning method and rollover warning device for heavy vehicle
CN105083373B (en) * 2015-06-15 2017-11-28 南京航空航天大学 A kind of steering-by-wire road feel device and its control method based on parameter Estimation
CN108594652B (en) * 2018-03-19 2021-05-25 江苏大学 Observer information iteration-based vehicle state fusion estimation method
CN108545081B (en) * 2018-03-20 2020-04-28 北京理工大学 Centroid slip angle estimation method and system based on robust unscented Kalman filtering
CN109591827B (en) * 2018-11-13 2020-05-15 南京航空航天大学 Automobile quality identification method based on lateral speed estimation
CN109606378B (en) * 2018-11-19 2020-06-09 江苏大学 Vehicle running state estimation method for non-Gaussian noise environment
CN109664890B (en) * 2018-12-24 2020-08-04 河北工程大学 Automobile rollover early warning algorithm based on SVM model
CN110532590B (en) * 2019-07-12 2023-06-13 南京航空航天大学 Vehicle state estimation method based on self-adaptive volume particle filtering
CN110987068B (en) * 2019-11-28 2021-11-30 中国人民解放军陆军炮兵防空兵学院郑州校区 Data fusion method for multi-sensor integrated control system
CN110861651B (en) * 2019-12-02 2021-07-23 吉林大学 Method for estimating longitudinal and lateral motion states of front vehicle
CN110884499B (en) * 2019-12-19 2021-03-19 北京理工大学 Method and system for determining vehicle mass center slip angle
CN111055921B (en) * 2019-12-31 2021-06-29 吉林大学 Four-wheel steering model prediction control method based on data driving
CN111152795B (en) * 2020-01-08 2022-12-13 东南大学 Model and parameter dynamic adjustment based adaptive vehicle state prediction system and prediction method

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6816804B1 (en) 2003-06-04 2004-11-09 Visteon Global Technologies, Inc. System and method for estimating velocity using reliability indexed sensor fusion
JP2006046986A (en) 2004-08-02 2006-02-16 Hitachi Ltd Sensor information unifying/analyzing device and method
DE102008051962A1 (en) 2007-10-18 2009-05-14 GM Global Technology Operations, Inc., Detroit A reconfigurable structure method for estimating the lateral velocity of a vehicle
US20110125455A1 (en) 2008-11-24 2011-05-26 Gm Global Technology Operations, Llc System for estimating the lateral velocity of a vehicle
JP2012141953A (en) 2010-11-09 2012-07-26 Ntt Docomo Inc System and method for population tracking, counting, and movement estimation using mobile operational data and/or geographic information in mobile network
US20160159365A1 (en) 2014-12-03 2016-06-09 The Goodyear Tire & Rubber Company Intelligent tire-based road friction estimation system and method
JP2019523176A (en) 2016-07-29 2019-08-22 ツェットエフ、フリードリッヒスハーフェン、アクチエンゲゼルシャフトZf Friedrichshafen Ag How to determine the driving state variable

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