一种基于二阶滑模观测器的车辆质心侧偏角的估计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105835889A(43)申请公布日2016.08.10(21)申请号201610224498.9(22)申请日2016.04.12(71)申请人江苏大学地址212013江苏省镇江市京口区学府路301号(72)发明人丁世宏孙金林张圣道史鑫达马莉(51)Int.Cl.B60W40/103(2012.01)权利要求书2页说明书6页附图2页(54)发明名称一种基于二阶滑模观测器的车辆质心侧偏角的估计方法(57)摘要本发明公开了一种基于二阶滑模观测器的车辆质心侧偏角的估计方法，属于车辆控制领域，包括：步骤1：利用传感器检测车辆状态，具体为：利用速度传感器检测车辆运行的纵向轮速vx；利用横摆角速度传感器检测车辆运行过程中的横摆角速度ω；利用方向盘转角传感器检测车辆运行过程中的前轮转角δ；步骤2：设计二阶滑模观测器，包括：步骤2.1：首先建立车辆系统的动力学模型；步骤2.2：针对车辆动力学模型设计二阶滑模观测器；步骤3：将步骤1检测的车辆状态信息传递到步骤2设计的二阶滑模观测器，运算估计得出质心侧偏角。本发明利用二自由度车辆动力学模型，设计的观测器具有分数幂项，能降低稳态误差，且观测器具有符号函数项，能提高系统的鲁棒性。CN105835889ACN105835889A权利要求书1/2页1.一种基于二阶滑模观测器的车辆质心侧偏角的估计方法，其特征在于，包括：步骤1，利用传感器检测车辆状态，具体为：利用速度传感器(1)检测车辆运行的纵向轮速vx；利用横摆角速度传感器(2)检测车辆运行过程中的横摆角速度ω；利用方向盘转角传感器(3)检测车辆运行过程中的前轮转角δ。步骤2，设计二阶滑模观测器，包括：步骤2.1，首先建立车辆系统的动力学模型；步骤2.2，利用车辆动力学模型设计二阶滑模观测器；步骤3，将步骤1检测的车辆状态信息传递到步骤2设计的二阶滑模观测器，运算估计得出质心侧偏角。2.根据权利要求1所述的一种基于二阶滑模观测器的车辆质心侧偏角的估计方法，其特征在于，所述步骤2.1中车辆系统的动力学模型采用线性二自由度车辆动力学模型，其建立过程包括：步骤2.1.1，建立车辆二自由度动力学模型的表达式其中，m为汽车质量，Kf为前轴侧偏刚度，Kr为后轴侧偏刚度，Iz为整车绕Z轴的转动惯量，x表示纵向运动，y表示横向运动，a为车辆前轴到质心的距离，b为车辆后轴到质心的距离，vx为纵向速度，vy为侧向速度，ω为车辆的横摆角速度，β为质心侧偏角，δ为车辆的前轮转角，Fxf、Fyf、Fxr、Fyr分别表示前轮纵向力、前轮横向力、后轮纵向力、后轮横向力。步骤2.1.2，建立质心侧偏角的表达式：并求导得到步骤2.1.3，将项作为小幅度扰动d(t)，并利用状态空间的形式对步骤2.1.1的车辆二自由度动力学模型进行表达，得到状态空间形式的线性二自由度车辆动力学模型：T其中x1＝ω，x2＝β，X＝(ω,β)，Y＝ω，u＝δ，d＝d(t)，Bd＝[01]，C＝[10]。3.根据权利要求2所述的一种基于二阶滑模观测器的车辆质心侧偏角的估计方法，其特征在于，所述步骤2.2中设计二阶滑模观测器的方法包括：将二自由度车辆动力学模型的输出Y＝ω作为反馈量设计二阶滑模观测器，建立二阶滑模观测器的表达式：2CN105835889A权利要求书2/2页其中，分别表示对x1＝ω、x2＝β的观测值，sign(t)表示符号函数，具体为c1、c2为二阶滑模观测器的参数，通过调节c1、c2的值可以改变二阶滑模观测器的观测性能。4.根据权利要求2或3所述的一种基于二阶滑模观测器的车辆质心侧偏角的估计方法，其特征在于，所述m＝1464kg，a＝1.256m，b＝1.368m，Kf＝20600，Kr＝45600,Iz＝21523kg.m，vx＝20m/s。3CN105835889A说明书1/6页一种基于二阶滑模观测器的车辆质心侧偏角的估计方法技术领域[0001]本发明涉及车辆控制领域，具体地说是一种基于软件离线编程，构造二阶滑模观测器，实现对车辆控制系统中质心侧偏角的实时估计方法。背景技术[0002]随着科学技术与社会经济的发展，汽车数量急剧上升，成为人类的首要代步工具。与此同时，普通驾驶员很难应付各种复杂的交通路况，导致汽车交通事故频发。[0003]为了能够提高车辆的操纵稳定性，在恶劣路况和紧急情况下调节车辆状态，避免车辆失稳，汽车的主动安全控制方法被越来越多的应用到车辆系统中。这些主动安全控制方法主要包括车身电子稳定系统(ESP)、四轮转向控制(4WS)、主动前轮转向技术(AFS)等。然而，这些车辆主动安全控制技术均依赖于对车辆质心侧偏角的准确估计。[0004]虽然市面上存在相应的传感器(例如高精度陀螺仪)可以直接测量车辆的