專利名稱：融合卡爾曼濾波和加速度積分的車輪質心側偏角觀測方法
技術領域：
本發明涉及一種車輛狀態實時觀測技術，特別是關于一種在動力學控制系統中 作為控制變量的融合卡爾曼濾波和加速度積分技術的車輪質心側偏角觀測方法。
背景技術：
汽車動力學控制系統在車輛處于極限工況時，通過實際的車輛狀態(如質心側 偏角、橫擺角速度、車輪滑移率等)與控制器內部制定的期望值進行比較，調節車輛各 個車輪的驅動/制動力，從而提高車輛在極限工況下的穩定性。其中，車輛狀態的觀測 技術對于汽車動力學控制具有極大的影響。而質心側偏角又是車輛狀態觀測中非常重要 又比較難于觀測的。現有的質心側偏角觀測方法主要有三種1、根據車輛輪距、軸距、 車輪半徑等固定參數以及各輪輪速信號，運用車輛運動學方程進行質心側偏角觀測；2、 根據橫向加速度傳感器及橫擺角速度傳感器信號，運用車輛運動學方程，積分得到橫向 車速，進而得到質心側偏角；3、利用GPS (全球定位系統)傳感器信號進行質心側偏角 的觀測。但是，上述三種質心側偏角觀測方法存在以下缺點1、根據車輛輪距、軸距、 車輪半徑等固定參數以及各輪輪速信號的方法，在車輪發生較大滑移或滑轉時將不再適 用，而很多極限工況往往伴隨著車輪的滑移和滑轉，這種方法應用范圍狹窄；2、根據 橫向加速度傳感器及橫擺角速度傳感器的方法，由于橫向加速度傳感器及橫擺角速度傳 感器信號均存在噪聲，經過較長時間的積分后累計誤差較大；3、利用GPS(全球定位 系統)傳感器信號的方法，傳感器設備費用昂貴，從成本角度考慮不適合大范圍推廣應 用。
發明內容
針對上述問題，本發明的目的是提供一種融合卡爾曼濾波和加速度積分的車輪 質心側偏角觀測方法，能夠在較低成本下得到較準確的質心側偏角觀測結果。為實現上述目的，本發明采取以下技術方案本發明的質心側偏角觀測系統包 括車速傳感器、縱向加速度傳感器、橫向加速度傳感器、橫擺角速度傳感器及控制器。 控制器接受車速傳感器、縱向加速度傳感器、橫向加速度傳感器及橫擺角速度傳感器的 信號，進行信號處理，對質心側偏角進行觀測。本發明的質心側偏角觀測方法包括以下步驟1、通過縱向加速度傳感器、橫向加速度傳感器、橫擺角速度傳感器，分別得到 原始信號縱向加速度2；、橫向加速度i、橫擺角速度r。2、對縱向加速度&、橫向加速度I、橫擺角速度尸信號分別進行卡爾曼濾波，對 信號進行初步信號處理，得到處理后的估計值縱向加速度毛、橫向加速度<、橫擺角速 度？。具體操作方法如下假設需要做濾波處理的原始信號為￡，實際信號為x(因為有干擾或誤差，所以傳感器測得的值并不是其實際值)，處理后的估計值為i，x(k)表示第k時刻X的瞬時值， ΔT是采樣時間(相鄰時刻的時間間隔)，將該信號在時間域上第k時刻進行泰勒展開得 到 忽略二階以上的高階項，選取x(k)及其一階導數χ' x' (k)]T，則式(1)可以寫成如下所示的狀態方程
權利要求
1.一種融合卡爾曼濾波和加速度積分的車輪質心側偏角觀測方法，其特征在于包括 以下步驟1)設置一個質心側偏角觀測系統，包括車速傳感器、縱向加速度傳感器、橫向加速 度傳感器、橫擺角速度傳感器及控制器，分別得到原始信號縱向加速度先、橫向加速度 \、橫擺角速度r ；2)對縱向加速度忑、橫向加速度…、橫擺角速度尸信號分別進行卡爾曼濾波處理，得 到處理后的估計值縱向加速度大、橫向加速度…、橫擺角速度f ；3)分別采用基于卡爾曼濾波和基于信號積分的方式進行質心側偏角觀測4)對步驟3)兩種方法的結果進行加權處理，得到質心側偏角觀測值。
2.如權利要求1所述的融合卡爾曼濾波和加速度積分的車輪質心側偏角觀測方法，其 特征在于執行步驟2)時，具體方法如下假設需要做濾波處理的原始信號為3 ，實際信號為X，處理后的估計值為i，x(k)表示 第k時刻χ的瞬時值，Δ T是采樣時間間隔，將該信號在時間域上第k時刻進行泰勒展開 得到
3.如權利要求1或2所述的融合卡爾曼濾波和加速度積分的車輪質心側偏角觀測方 法，其特征在于執行步驟3)時，具體方法如下 ①基于卡爾曼濾波的質心側偏角觀測 質心側偏角β的定義式為
4.如權利要求1或2所述的融合卡爾曼濾波和加速度積分的車輪質心側偏角觀測方 法，其特征在于執行步驟4)時，具體方法如下設利用擴展的卡爾曼濾波方式得到的觀測結果為Λ"，利用信號積分方式得到的觀測 結果為^int，質心側偏角觀測器的最終觀測結果為j，則有如下關系式
5.如權利要求3所述的融合卡爾曼濾波和加速度積分的車輪質心側偏角觀測方法，其 特征在于執行步驟4)時，具體方法如下設利用擴展的卡爾曼濾波方式得到的觀測結果為Λ。,，利用信號積分方式得到的觀測 結果為，質心側偏角觀測器的最終觀測結果為j，則有如下關系式
全文摘要
本發明涉及一種融合卡爾曼濾波和加速度積分的車輪質心側偏角觀測方法，其包括以下步驟1)設置一個質心側偏角觀測系統，包括車速傳感器、縱向加速度傳感器、橫向加速度傳感器、橫擺角速度傳感器及控制器，分別得到原始信號縱向加速度橫向加速度橫擺角速度2)對分別進行卡爾曼濾波處理，得到處理后的估計值縱向加速度橫向加速度橫擺角速度3)分別采用基于卡爾曼濾波和基于信號積分的方式進行質心側偏角觀測4)對步驟3)兩種方法的結果進行加權處理，得到質心側偏角觀測值。基于卡爾曼濾波和加速度積分兩種方法進行加權處理，對質心側偏角進行觀測。不僅具有較廣的適用范圍，而且能夠在較低成本下得到較準確的質心側偏角觀測結果。
文檔編號B60W40/10GK102009653SQ20101054090
公開日2011年4月13日 申請日期2010年11月10日 優先權日2010年11月10日
發明者劉力, 李克強, 楊殿閣, 江青云, 王建強, 羅禹貢, 褚文博, 連小珉, 鄭四發 申請人:清華大學