轮胎-路面附着系数与轮胎侧偏角的估计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103279675A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103279675103279675A(43)申请公布日2013.09.04(21)申请号201310223688.5(22)申请日2013.06.04(71)申请人上海理工大学地址200093上海市杨浦区军工路516号(72)发明人孙涛朱红全(74)专利代理机构上海申汇专利代理有限公司31001代理人吴宝根(51)Int.Cl.G06F19/00(2011.01)权权利要求书2页利要求书2页说明书7页说明书7页附图2页附图2页(54)发明名称轮胎-路面附着系数与轮胎侧偏角的估计方法(57)摘要本发明涉及一种轮胎-路面附着系数与轮胎侧偏角的估计方法，以非线性滑模观测器和轮胎回正模型为基础，以鲁棒稳定性为设计指标，获得准确的轮胎-路面附着系数和轮胎侧偏角估计值。此方法可以对轮胎路面附着系数和轮胎侧偏角进行在线估计，非线性滑模观测器对于系统模型不确定性和测量扰动具有一定的鲁棒性，仿真实验得到的结果验证观测器算法的可行性，保证系统获得准确的轮胎-路面附着系数和轮胎侧偏角估计值。CN103279675ACN10327965ACN103279675A权利要求书1/2页1.一种轮胎-路面附着系数与轮胎侧偏角的估计方法，其特征在于，具体包括如下步骤：1）建立车辆动力学模型；2）选择轮胎回正模型，通过转向机构模型推导出轮胎回正力矩数学模型；3）设计滑模观测器方程如下：式中是观测器增益矩阵，为状态估计值，为系统输入，为估计输出值，为测量值与估计值之差，为符号函数；设系统的状态为：,输出是，为轮胎侧偏角，为路面附着系数，为侧向加速度，为总回正力矩，将系统状态代入到步骤1），在其硬件平台的基础上，由侧向加速度传感器得到，可由步骤2）中的回正力矩数学模型推算出；4）选择合适的观测器增益矩阵，将设计的滑模观测器代入系统，与的测量值与估算值之差为误差系统，误差系统趋于零，对轮胎-路面附着系数和轮胎侧偏角进行估计。2.根据权利要求1所述的轮胎-路面附着系数与轮胎侧偏角的估计方法，其特征在于，所述步骤1）车辆动力学模型采用单轨车辆模型，建立车辆侧向及横摆运动的动力学方程：轮胎侧偏角运动学方程：其中，为整车质量，、为质心到前后轴的距离，为侧向加速度，和分别为纵向车速和侧向车速，为质心车速，、为前后轮质心速度，、、和分别为前后轮胎的纵向力和侧向力，为横摆转动惯量，和为横摆角速度和质心侧偏角，和为前后轮侧偏角，为前轮转角。3.根据权利要求1所述的轮胎-路面附着系数与轮胎侧偏角的估计方法，其特征在于，所述步骤2）中轮胎回正模型为Fiala刷子轮胎模型，轮胎的非线性特征为：2CN103279675A权利要求书2/2页其中，，，，为轮胎侧向力，为轮胎回正力矩，c为车轮与地面接触长度的一半，为轮胎侧偏角，为附着系数，为轮胎垂载荷，为轮胎侧偏刚度；自回正力矩用转向机构惯性-阻尼数学模型来描述：其中、和分别为方向盘转角，转角速度和角加速度，为转向机构有效转动惯量，为转向机构有效阻尼，为总回正力矩，为齿轮齿条上的作用力，d为相应力臂长度，即从主销中轴线到齿轮齿条的垂向距离。4.根据权利要求2所述的轮胎-路面附着系数与轮胎侧偏角的估计方法，其特征在于，所述步骤3）中滑模观测器为非线性滑模观测器，滑模观测器如下：其中为观测器滑模增益，取值范围如下：为消除抖振影响，定义函数取代符号函数，参数用于调节函数的斜率，和分别为前后轮胎的纵向力和侧向力的误差，、、、、和分别为对应的估计值。3CN103279675A说明书1/7页轮胎-路面附着系数与轮胎侧偏角的估计方法技术领域[0001]本发明涉及一种车辆安全性测试技术，特别涉及一种基于非线性滑模观测器的轮胎-路面附着系数与轮胎侧偏角的估计方法。背景技术[0002]车辆稳定性控制一直是车辆主动安全性研究的热点，一般而言，各种驾驶辅助系统与主动安全产品实现其功能，都需要轮胎与路面接触相互作用的信息，其中关键参数是轮胎-路面接触的附着系数和轮胎的侧偏角。若已知附着系数与轮胎侧偏角等信息，根据轮胎数学模型就能推算出轮胎与路面接触产生的相互作用力。然后设计不同的控制算法，实现各种车辆稳定性控制的功能。[0003]目前工程中虽有能够直接测量轮胎路面附着系数的传感器，但是受限于传感器成本、测量精度以及测量稳定性较差等原因，无法在量产车中推广使用。因此，在设计车辆稳定性控制系统时，一种方式是通过实验获得附着系数与相关参数之间的确定性关系，利用可测信息推算附着系数，例如在ABS系统中，先确定滑移率与附着系数关系曲线，利用已知的滑移率来计算附着系数。这种方式有其一定的适用性，但实验中获得的数据是在特定条件下获得，而影响轮胎-路面附着特性