专利名称：融合卡尔曼滤波和加速度积分的车轮质心侧偏角观测方法
技术领域：
本发明涉及一种车辆状态实时观测技术，特别是关于一种在动力学控制系统中 作为控制变量的融合卡尔曼滤波和加速度积分技术的车轮质心侧偏角观测方法。
背景技术：
汽车动力学控制系统在车辆处于极限工况时，通过实际的车辆状态(如质心侧 偏角、横摆角速度、车轮滑移率等)与控制器内部制定的期望值进行比较，调节车辆各 个车轮的驱动/制动力，从而提高车辆在极限工况下的稳定性。其中，车辆状态的观测 技术对于汽车动力学控制具有极大的影响。而质心侧偏角又是车辆状态观测中非常重要 又比较难于观测的。现有的质心侧偏角观测方法主要有三种1、根据车辆轮距、轴距、 车轮半径等固定参数以及各轮轮速信号，运用车辆运动学方程进行质心侧偏角观测；2、 根据横向加速度传感器及横摆角速度传感器信号，运用车辆运动学方程，积分得到横向 车速，进而得到质心侧偏角；3、利用GPS (全球定位系统)传感器信号进行质心侧偏角 的观测。但是，上述三种质心侧偏角观测方法存在以下缺点1、根据车辆轮距、轴距、 车轮半径等固定参数以及各轮轮速信号的方法，在车轮发生较大滑移或滑转时将不再适 用，而很多极限工况往往伴随着车轮的滑移和滑转，这种方法应用范围狭窄；2、根据 横向加速度传感器及横摆角速度传感器的方法，由于横向加速度传感器及横摆角速度传 感器信号均存在噪声，经过较长时间的积分后累计误差较大；3、利用GPS(全球定位 系统)传感器信号的方法，传感器设备费用昂贵，从成本角度考虑不适合大范围推广应 用。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种融合卡尔曼滤波和加速度积分的车轮 质心侧偏角观测方法，能够在较低成本下得到较准确的质心侧偏角观测结果。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案本发明的质心侧偏角观测系统包 括车速传感器、纵向加速度传感器、横向加速度传感器、横摆角速度传感器及控制器。 控制器接受车速传感器、纵向加速度传感器、横向加速度传感器及横摆角速度传感器的 信号，进行信号处理，对质心侧偏角进行观测。本发明的质心侧偏角观测方法包括以下步骤1、通过纵向加速度传感器、横向加速度传感器、横摆角速度传感器，分别得到 原始信号纵向加速度2；、横向加速度i、横摆角速度r。2、对纵向加速度&、横向加速度I、横摆角速度尸信号分别进行卡尔曼滤波，对 信号进行初步信号处理，得到处理后的估计值纵向加速度毛、横向加速度<、横摆角速 度？。具体操作方法如下假设需要做滤波处理的原始信号为￡，实际信号为x(因为有干扰或误差，所以传感器测得的值并不是其实际值)，处理后的估计值为i，x(k)表示第k时刻X的瞬时值， ΔT是采样时间(相邻时刻的时间间隔)，将该信号在时间域上第k时刻进行泰勒展开得 到 忽略二阶以上的高阶项，选取x(k)及其一阶导数χ' x' (k)]T，则式(1)可以写成如下所示的状态方程
权利要求
1.一种融合卡尔曼滤波和加速度积分的车轮质心侧偏角观测方法，其特征在于包括 以下步骤1)设置一个质心侧偏角观测系统，包括车速传感器、纵向加速度传感器、横向加速 度传感器、横摆角速度传感器及控制器，分别得到原始信号纵向加速度先、横向加速度 \、横摆角速度r ；2)对纵向加速度忑、横向加速度…、横摆角速度尸信号分别进行卡尔曼滤波处理，得 到处理后的估计值纵向加速度大、横向加速度…、横摆角速度f ；3)分别采用基于卡尔曼滤波和基于信号积分的方式进行质心侧偏角观测4)对步骤3)两种方法的结果进行加权处理，得到质心侧偏角观测值。
2.如权利要求1所述的融合卡尔曼滤波和加速度积分的车轮质心侧偏角观测方法，其 特征在于执行步骤2)时，具体方法如下假设需要做滤波处理的原始信号为3 ，实际信号为X，处理后的估计值为i，x(k)表示 第k时刻χ的瞬时值，Δ T是采样时间间隔，将该信号在时间域上第k时刻进行泰勒展开 得到
3.如权利要求1或2所述的融合卡尔曼滤波和加速度积分的车轮质心侧偏角观测方 法，其特征在于执行步骤3)时，具体方法如下 ①基于卡尔曼滤波的质心侧偏角观测 质心侧偏角β的定义式为
4.如权利要求1或2所述的融合卡尔曼滤波和加速度积分的车轮质心侧偏角观测方 法，其特征在于执行步骤4)时，具体方法如下设利用扩展的卡尔曼滤波方式得到的观测结果为Λ"，利用信号积分方式得到的观测 结果为^int，质心侧偏角观测器的最终观测结果为j，则有如下关系式
5.如权利要求3所述的融合卡尔曼滤波和加速度积分的车轮质心侧偏角观测方法，其 特征在于执行步骤4)时，具体方法如下设利用扩展的卡尔曼滤波方式得到的观测结果为Λ。,，利用信号积分方式得到的观测 结果为，质心侧偏角观测器的最终观测结果为j，则有如下关系式
全文摘要
本发明涉及一种融合卡尔曼滤波和加速度积分的车轮质心侧偏角观测方法，其包括以下步骤1)设置一个质心侧偏角观测系统，包括车速传感器、纵向加速度传感器、横向加速度传感器、横摆角速度传感器及控制器，分别得到原始信号纵向加速度横向加速度横摆角速度2)对分别进行卡尔曼滤波处理，得到处理后的估计值纵向加速度横向加速度横摆角速度3)分别采用基于卡尔曼滤波和基于信号积分的方式进行质心侧偏角观测4)对步骤3)两种方法的结果进行加权处理，得到质心侧偏角观测值。基于卡尔曼滤波和加速度积分两种方法进行加权处理，对质心侧偏角进行观测。不仅具有较广的适用范围，而且能够在较低成本下得到较准确的质心侧偏角观测结果。
文档编号B60W40/10GK102009653SQ20101054090
公开日2011年4月13日 申请日期2010年11月10日 优先权日2010年11月10日
发明者刘力, 李克强, 杨殿阁, 江青云, 王建强, 罗禹贡, 褚文博, 连小珉, 郑四发 申请人:清华大学