[發明專利]一種車輛側偏剛度與轉動慣量的估算方法和估算系統

在審

• 申請號: 202310448444.0
• 申請日: 2023-04-24
• 公開（公告）號: CN116394956A
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發明（設計）人: 陳嘉瑋;陳大宇;何牧;姚健;曹星;姬生遠;周浩;楊強
• 申請（專利權）人: 浙江智馬達智能科技有限公司;智馬達（上海）機器人科技有限公司
• 主分類號: B60W50/00
• 分類號: B60W50/00;B60W40/072;B60W40/105;B60W40/10;B60W60/00
• 代理公司: 北京智匯東方知識產權代理事務所(普通合伙) 11391
• 代理人: 趙云秀

本發明提供了一種車輛側偏剛度與轉動慣量的估算方法和估算系統，屬于自動駕駛領域。所述方法包括以下步驟：獲取自車的當前車速、自車所在道路的道路曲率、輪胎偏轉剛度、轉動慣量估計值、前后軸等效側偏剛度以及轉動慣量基準值；在所述當前車速大于第一預設車速且所述道路的所述道路曲率小于所述預設曲率時，將所述輪胎偏轉剛度和所述前后軸等效側偏剛度經卡爾曼濾波融合后的第一融合值，所述轉動慣量估計值和所述轉動慣量基準值經卡爾曼濾波融合后的第二融合值輸出至所述自車的動力模型。本發明解決了現有技術中偏轉剛度和轉動慣量波動大而使得車輛自動駕駛不穩定的問題。

技術領域

本發明涉及自動駕駛領域，特別是涉及一種車輛側偏剛度與轉動慣量的估算方法和估算系統。

背景技術

自動駕駛控制算法主體負責控制自動駕駛車輛的前后運動和轉向運動，即縱向控制與橫向控制。在橫向控制的技術領域內，大體都基于兩種車輛模型：運動學模型與動力學模型。在動力學模型的建模方式中又以二自由度模型最為普遍，同時研究熱度也是最高。

如圖1所示，二自由度模型同時也被稱為自行車模型，該模型將車輛模型簡化抽象成兩個輪子和一個縱軸，類似于自行車。在該模型的構建過程中，考慮了車輛在高速運行狀態下的輪胎側偏現象，該現象導致了車輛行進方向并非車輛前輪轉角方向的現象，同時也是車輛質心側偏角產生的原因。其中，根據車輛的橫向運動和橫擺運動建立動力學狀態方程如下所示：

式中：V_y表示側向速度，V_x表示縱向速度，w表示橫擺角速度，C_f、C_r分別為前后輪胎側偏剛度，l_f、l_r分別為前后質心距，I_z橫擺轉動慣量，m表示質量，δ表示前輪轉角。

該模型中存在前后輪胎側偏剛度C_f、C_r和橫擺轉動慣量I_z兩個重要參數，但是這三個參數在車輛運行過程中是三個實時變化的量，因此如何測定這三個量對于二自由度模型的準確性以及橫向控制的穩定性有著極其重要的影響。

目前已經發表的測量側偏剛度和轉動慣量的方法有很多種，比如二自由度模型直接法、側向加速度法等。

其中，二自由度直接法測量前后輪胎側偏剛度如下所示：

式中：L表示軸距，α_f，α_r表示前后輪胎側偏剛度；a_y側向加速度。二自由度直接法測量前后輪胎側偏剛度基于理論模型推導，簡潔直接。但是在車輛直線行駛過程中，當側偏角α_f，α_r接近零時，估算所得的前后側偏剛度C_f，C_r會接近于無窮，這樣會導致基于模型的自動駕駛橫向控制算法失效無法實現車道保持功能。

其中，側向加速度測量前后輪胎側偏剛度如下所示：

而側向加速度法測量前后輪胎側偏剛度簡潔直接，但需要采用遞推最小二乘法估算C_f和C_r，因此估算值的波動范圍較大，此外橫向加速度的測量需要考慮側向翻滾角的上下變化，從實際橫向算法應用的角度仍然需要進一步的優化和補償。

對于轉動慣量測定的二自由度直接法，在考慮車輛側向翻滾角變化之后，其測量結果較為可信，但是同樣存在在不同場景下，如連續變道場景下測量數值上下波動劇烈，上下振幅數量級可高達十萬。這樣的數據變化幅度對于車輛模型的影響是十分不利的，會導致橫向輸出控制量的上下波動。

因此，需要一種新的計算方法來解決現有技術中偏轉剛度和轉動慣量波動大而使得車輛自動駕駛不穩定的問題。

發明內容