一种自主驾驶车辆行驶状态信息估计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种车辆状态信息估计方法，具体涉及一种自主驾驶车辆行驶状态信 息估计方法，不仅可用于车辆状态信息估计的理论研宄，更适用于实际车辆运行的各种工 况。
【背景技术】
[0002] 针对交通的拥堵与事故问题，汽车控制发展日益趋于信息化和智能化，其中自主 驾驶车辆是实现智能交通网络的发展产物。由于汽车电控系统尤其自主驾驶车辆大多是根 据车辆行驶状态来实施相应的控制逻辑。车辆加速、减速、巡航与转向控制均依赖于道路与 轮胎之间的行驶摩擦力的大小与车辆的行驶车速，为了提高车辆的行驶主动安全性，准确 而实时地获知车辆的轮胎力与车速信息是自主驾驶车辆实现运动控制、完成特定路径行驶 与危险情况预警的重要基础，而上述信息一般不能利用传感器直接测量得到，即使能测量， 通常测量仪器也存在测量误差大与生产成本高等问题。因此，根据车辆状态估计理论，利用 常见的标配车载传感器测量信息来估计无法直接测量的汽车行驶状态参数是提高自主驾 驶车辆安全技术性能的研宄热点。
【发明内容】
[0003] 针对上述问题，考虑车辆系统的强非线性，各状态变量具有极强的耦合性，本发明 基于简化车辆模型，利用非线性观测器方法提供一种简单实时的、模块化的自主驾驶车辆 行驶状态信息估计方法，然后将车辆自带传感器测量的信号输入集成估计器，得到车辆轮 胎力与车速的估计信息。
[0004] 本发明的目的是通过以下方案实现的：
[0005] 一种自主驾驶车辆行驶状态信息估计方法，包括以下步骤：
[0006] 步骤一、基于简化车辆模型，设计车辆行驶状态模块化估计器，其用于根据车载传 感器测量信号估计车辆其他行驶状态信息，包括以下过程：
[0007] 1)设计纵向轮胎力观测器，用于估计车辆纵向轮胎力；
[0008] 2)设计侧向轮胎力估计器，用于计算车辆侧向轮胎力；
[0009] 3)设计车速非线性全维状态估计器，用于估计车辆纵向和侧向车速；
[0010] 4)将通过上述步骤设计的各估计器进行集成，集成后得到车辆行驶状态模块化估 计器；
[0011] 步骤二、将车辆自带传感器测量的信号输入通过步骤一得到的车辆行驶状态模块 化估计器，通过车辆行驶状态模块化估计器估计出车辆轮胎力与车速的估计信息。
[0012] 所述的一种自主驾驶车辆行驶状态信息估计方法，步骤一的过程1)设计纵向轮 胎力观测器的过程为：
[0013] 结合车轮滚动动力学方程，对车辆的每个车轮构建未知输入观测器估计纵向轮胎 力，车辆纵向轮胎力的干扰估计器用以下公式表示：
【主权项】
1. 一种自主驾驶车辆行驶状态信息估计方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤一、基于简化车辆模型，设计车辆行驶状态模块化估计器，其用于根据车载传感器 测量信号估计车辆其他行驶状态信息，包括以下过程： 1) 设计纵向轮胎力观测器，用于估计车辆纵向轮胎力； 2) 设计侧向轮胎力估计器，用于计算车辆侧向轮胎力； 3)设计车速非线性全维状态估计器，用于估计车辆纵向和侧向车速； 4)将通过上述步骤设计的各估计器进行集成，集成后得到车辆行驶状态模块化估计 器； 步骤二、将车辆自带传感器测量的信号输入通过步骤一得到的车辆行驶状态模块化估 计器，通过车辆行驶状态模块化估计器估计出车辆轮胎力与车速的估计信息。
2. 按照权利要求1所述的一种自主驾驶车辆行驶状态信息估计方法，其特征在于，所 述步骤一的过程1)设计纵向轮胎力观测器的过程为： 结合车轮滚动动力学方程，对车辆的每个车轮构建未知输入观测器估计纵向轮胎力， 车辆纵向轮胎力的干扰估计器用以下公式表示：
其中，之.为第i个车轮的纵向轮胎力估计值，单位N;J为车轮转动惯量，单位kg*m2;Re 为轮胎有效半径，单位m; ?i为第i个车轮轮速，单位m/s;Ti为第i个车轮驱动与制动力 矩的总和，单位N*m;
,Pi为反馈增益； 该干扰输入状态估计器中，作为干扰项的状态变量并不跟踪系统状态，即干扰估计量 动态独立于系统状态估计动态。
3.按照权利要求1所述的一种自主驾驶车辆行驶状态信息估计方法，其特征在于，所 述步骤一的过程2)设计侧向轮胎力估计器的过程为： 利用Dugoff轮胎模型计算侧向轮胎力，将纵滑一侧偏联合工况下的Dugoff轮胎模型 用以下非线性函数表示：
其中，Fxi/Fyi为纵向/侧向轮胎力，单位N;Vx/Vy为纵向/侧向车速，单位m/s;ax/ay为 纵向/侧向加速度，单位m/s2;r为横摆角速度，单位rad/s;wi为轮速，单位m/s; 8为方 向盘转角，单位rad。
4.按照权利要求1所述的一种自主驾驶车辆行驶状态信息估计方法，其特征在于，所 述步骤一的过程3)设计车速非线性全维状态估计器包括以下过程： 对车辆进行受力分析，得到车辆动力学模型为：
其中，m为整车质量，单位kg;VX/Vy为车体坐标系下车辆纵向/侧向速度，单位m/s;1 F/ ^为车辆质心到前/后轴的距离，单位m;bF/bKS车辆前后轮距，单位m;前轮转向角Sw = 5S/Isit，5为方向盘转角，单位rad;Isw为转向传动比，后轮转向角5w3= 6 =0,单位rad;r为车辆横摆角速度，单位rad/s;g为重力常数；Fxi/Fyi分别为四个轮胎的 纵/侧向轮胎力，单位N; 12为车体绕z轴的转动惯量，单位kg*m2;Mzi为每个轮胎绕z轴转 动的转动力矩，单位N*m; 综上，非线性全维车速估计器为：
其中，
为车辆纵向车速估计器；
为车辆侧向车速估计器；
为车辆横摆角速度估计器； I，Ky，&分别为车辆纵向车速、侧向车速与横摆角速度的估计器增益。
【专利摘要】本发明公开了一种自主驾驶车辆行驶状态信息估计方法，包括以下步骤：步骤一、基于简化车辆模型，设计车辆行驶状态模块化估计器，其用于根据车载传感器测量信号估计车辆其他行驶状态信息，包括以下过程：设计纵向轮胎力观测器，用于估计车辆纵向轮胎力；设计侧向轮胎力估计器，用于计算车辆侧向轮胎力；设计车速非线性全维状态估计器，用于估计车辆纵向和侧向车速；将通过上述步骤设计的各估计器进行集成，集成后得到车辆行驶状态模块化估计器；步骤二、将车辆自带传感器测量的信号输入通过步骤一得到的车辆行驶状态模块化估计器，通过车辆行驶状态模块化估计器估计出车辆轮胎力与车速的估计信息。
【IPC分类】B60W40-00
【公开号】CN104773173
【申请号】CN201510224096
【发明人】郭洪艳, 杨斯琦, 麻颖俊, 陈虹
【申请人】吉林大学
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年5月5日