[發明專利]一種基于魯棒混合濾波的車輛側傾角與俯仰角估計方法

有效

• 申請號: 201810060029.7
• 申請日: 2018-01-22
• 公開（公告）號: CN108413923B
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: 馮宇;聶煊赫;高佳斌;俞曉天;陳焯明
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G01C1/00
• 分類號: G01C1/00;G01C9/00
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 周紅芳

本發明公開了一種基于魯棒混合濾波的車輛側傾角與俯仰角估計方法，它包括如下步驟：對四輪車行駛情況建立連續動力學模型；考慮復雜環境下的混合擾動，建立系統狀態方程，觀測方程和輸出方程，構建系統濾波器；給出系統誤差模型，進一步給出基于最差非隨機擾動下的系統誤差模型，設計并通過迭代算法求解濾波器增益。本發明考慮了復雜環境的影響，針對四輪車動力學模型建立了系統狀態方程和觀測方程，進一步構建濾波器，在保障系統魯棒性和抗干擾能力的前提下，對車輛側傾角α和俯仰角β進行實時高精度的估計。估計結果可以滿足實際應用的精度與實時性要求，并且所需的相關參數均可以通過低成本的傳感器測得。

技術領域

本發明屬于汽車定位導航技術領域，具體涉及一種基于魯棒混合濾波的車輛側傾角與俯仰角估計方法，它是在最差非隨機干擾下對車輛側傾角與俯仰角進行估計，是為了給導航系統提供在最差非隨機擾動下側傾角與俯仰角的高精度估計。

背景技術

導航是以某種方法或技術引導航行體安全、準確、經濟、便捷地按照一定路徑或者軌跡行進到目標點，實現上述引導功能的硬件設備以及相應配套軟件統稱為導航系統。為了彌補GPS信號失鎖時無法定位的缺陷，GPS/INS組合導航系統在發揮各自特長的同時，能互相彌補不足，增強導航系統的可靠性并提高導航的精度，是導航技術發展的主要趨勢。

由于四輪車在行駛過程中發生側傾或俯仰運動時，車身的四個懸架吊點相對各輪輪心的垂直位置發生了變化，從而會產生側傾角與俯仰角，這兩個參數在GPS/INS組合導航系統的航位推算中是必不可少的。雖然在實際車輛行駛過程中側傾角與俯仰角的數值很小，但通常情況下四輪車的加速度遠小于重力加速度，導致計算橫向和縱向加速度時會產生較大偏差，因此對車輛的側傾角與俯仰角進行實時估計顯得尤為重要。

在對側傾角與俯仰角進行估計時，通常借助卡爾曼濾波算法來進行估算，此類方法處理隨機干擾時具有數據儲存量小，算法容易實現，且實施成本低等優點。然而在復雜道路環境下，一些外在非隨機干擾(比如傳感器故障，碰撞等極端情況)往往會影響卡爾曼濾波算法的估計效果。

發明內容

為解決上述問題，本發明的目的在于提供一種基于魯棒混合濾波的車輛側傾角與俯仰角估計方法，該方法在保證系統魯棒性的前提下對側傾角與俯仰角進行高精度的估計，能夠滿足四輪車在復雜環境下的應用需求，給導航系統提供在最差非隨機擾動下側傾角與俯仰角的高精度估計。

本發明為解決上述技術問題提供了如下解決方案：本發明設計了一種基于魯棒混合濾波的車輛側傾角與俯仰角估計方法。其工作原理如下：先對四輪車建立連續動力學模型，模擬實際行駛情況；再將復雜環境的影響考慮成由隨機擾動和非隨機擾動構成的混合擾動信號；進一步用混合濾波算法構造濾波器；同時對側傾角與俯仰角進行實時高精度估計。

本發明的一種基于魯棒混合濾波的車輛側傾角與俯仰角估計方法,具體步驟包括：

1)對四輪車行駛情況建立連續動力學模型；

2)考慮復雜環境下的混合擾動，建立系統狀態方程，包括觀測方程和輸出方程，并構建系統濾波器；

3)給出系統誤差模型，進一步給出基于最差非隨機擾動下的系統誤差模型，設計并通過迭代算法求解濾波器增益。

進一步，步驟1)中，對四輪車行駛情況建立連續動力學模型的方法具體包括以下步驟：

1.1)不考慮地球自轉速度的情況下，假定側傾角速度和俯仰角速度為零，建立四輪車行駛過程中的連續動力學方程如式(1)所示：

其中，v_x,v_y分別表示縱向速度和橫向速度，上標·表示微分，a_x,a_y分別表示縱向加速度和橫向加速度，w_z表示橫擺角速度，g表示重力加速度，α,β分別表示側傾角與俯仰角；