[發明專利]一種考慮動載荷和路面附著系數的質心側偏角估計方法

有效

• 申請號: 202010763226.2
• 申請日: 2020-07-31
• 公開（公告）號: CN111898207B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 張茜;周洪亮;劉志遠
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;B60W40/12;B60W40/064;B60W40/00;G06F119/14
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

一種考慮動載荷和路面附著系數的質心側偏角估計方法，涉及一種車輛質心側偏角估計方法。確定側向力線性分段模型的分段區間和分段數；建立附著系數等于1和名義載荷下前后軸車輪側向力與車輪側偏角的PWA關系表達式；建立附著系數小于1和名義載荷下前后軸車輪側向力與車輪側偏角的PWA關系表達式；建立考慮動載荷，附著系數小于1情況下前后軸車輪側向力與車輪側偏角的PWA關系表達式；建立切換側向動力學模型；將切換側向動力學模型轉換為切換T?S模糊模型，估計前后車輪側偏角，計算質心側偏角的估計值。給出一種采用分段線性建模思路建立分段仿射側向動力學模型的方法，能實時反映輪胎垂直載荷與路面附著系數的變化。

技術領域

本發明涉及一種車輛質心側偏角估計方法，尤其是一種考慮動載荷和路面附著系數的質心側偏角估計方法，屬于車輛狀態估計技術領域。

背景技術

車輛質心側偏角是表征車輛穩定性能的重要參數，用于判斷車輛行駛的穩定邊界和橫擺穩定控制。目前，質心側偏角傳感器價格昂貴，僅用于分析、測試、評價的研究中，無法作為車載傳感器使用。在實際車輛中，質心側偏角信息通過估計技術獲得，質心側偏角估計涉及估計器建模與設計技術?；谶\動學模型的側偏角估計方法建模和估計器設計較為簡單，但對估計中使用的側向加速度和橫擺率傳感器的精度、安裝位置有較高要求，傳感器零點漂移和長時間積分引起的累計誤差易導致較大估計誤差?；趧恿W模型的估計方法建模和估計器設計復雜，但降低了對傳感器的要求，且具有較高的估計精度，是目前采用的主要方法。

基于動力學模型估計方法的核心問題是如何建立側向動力學模型，并由此設計估計器，其困難點是建立側向動力學模型時，若采用較為簡單的線性輪胎側向力模型，可簡化估計器設計，但帶來質心側偏角估計精度低的問題，無法滿足車輛全行駛工況下質心側偏角估計精度的需求；反之，若采用復雜的非線性輪胎側向力模型，有益于提高建模精度，但導致估計器設計復雜，計算代價增加，在實際車載控制器中難以使用，且難以滿足實時計算的需求。

采用分段線性技術描述輪胎側向力非線性，具有較高的模型精度和簡潔的模型表達式，使得估計器設計相對簡單，估計精度高，且易于實時計算。但是，對輪胎側向力進行分段線性建模時，是基于確定的輪胎側向力-側偏角數據得到的，輪胎側向力除與側偏角有關外，還與輪胎垂直載荷和路面附著系數有關。這意味著基于確定的輪胎側向力-側偏角數據建立分段線性模型時，是在確定的輪胎垂直載荷和路面附著系數下得到的，車輛轉向時，輪胎載荷會發生變化，而全行駛工況下，有不同的路面附著系數。因此，盡管采用分段線性技術描述輪胎側向力具有諸多優點，但在確定的輪胎垂直載荷和路面附著系數下建立的分段線性模型在實際中是無法使用的。

發明內容

本發明的目的在于提供一種考慮動載荷和路面附著系數的質心側偏角估計方法，給出一種采用分段線性建模思路建立分段仿射側向動力學模型的方法，表達式簡潔、便于估計器設計，又能實時反映輪胎垂直載荷與路面附著系數的變化。

為實現上述目的，本發明采取下述技術方案：一種考慮動載荷和路面附著系數的質心側偏角估計方法，包括以下步驟：

步驟一：根據附著系數μ＝1和名義載荷F_zf,F_zr下的側向力與側偏角關系的實驗數據或由魔術公式輪胎模型得到的數據，確定側向力線性分段模型的分段區間和分段數，分段區間為U_p,f(p＝0,±1,…,±(a+1))與U_q,r(q＝0,±1,…,±(a+1))，b＝f,r分別表示前軸、后軸車輪，分段數為c＝2(a+1)+1，a≥1；

步驟二：建立附著系數μ＝1和名義載荷F_zf,F_zr下前后軸車輪側向力與車輪側偏角α_f,α_r的PWA關系表達式：

其中，為前軸側偏角為α_f,p時的側向力，C_qr和d_qr采用相同的方法得到；