汽車(chē)穩(wěn)定性控制系統(tǒng)中的統(tǒng)一車(chē)速估計(jì)方法的研究

李 臻

（上汽通用東岳汽車(chē)有限公司,山東 煙臺(tái) 264006）

汽車(chē)穩(wěn)定性控制系統(tǒng)中的統(tǒng)一車(chē)速估計(jì)方法的研究

李 臻

（上汽通用東岳汽車(chē)有限公司,山東 煙臺(tái) 264006）

當(dāng)前車(chē)輛大部門(mén)都配備了ABS/ESP裝置，這些裝置起作用的關(guān)鍵信號(hào)就是車(chē)速，本文通過(guò)對(duì)車(chē)速的算法研究以及相關(guān)算法編程后的仿真研究（卡爾曼濾波算法），探索了自主穩(wěn)定控制系統(tǒng)中的車(chē)速估計(jì)這一難題，為自主穩(wěn)定控制提供了算法參考，為后續(xù)車(chē)速準(zhǔn)確計(jì)算打下基礎(chǔ)。

穩(wěn)定性控制；統(tǒng)一車(chē)速估計(jì)；擴(kuò)展卡爾曼

1 引言

目前市場(chǎng)上大部分車(chē)輛都標(biāo)配了ESP系統(tǒng)(電控行駛平穩(wěn)系統(tǒng),Electronic Stability Program)，相對(duì)于ABS和ASR系統(tǒng)，ESP系統(tǒng)可以很好的保證汽車(chē)的側(cè)向穩(wěn)定性，可以有效避免在雨水冰雪天氣下產(chǎn)生的側(cè)滑，大大降低車(chē)輛事故率，提高車(chē)輛安全性，對(duì)于當(dāng)前車(chē)輛的狀態(tài)的估計(jì)是ESP系統(tǒng)準(zhǔn)確工作的前提,滑移率是車(chē)輛狀態(tài)估計(jì)的重要的依據(jù),要計(jì)算出準(zhǔn)確的滑移率則需要準(zhǔn)確計(jì)算車(chē)輛的速度,這就是我們探索車(chē)速估計(jì)算法的必要性和重要性。

2 基于非線性動(dòng)力學(xué)模型的擴(kuò)展卡爾曼濾波算法統(tǒng)一車(chē)速估計(jì)方法的初步研究

2.1 統(tǒng)一車(chē)速估計(jì)的模型

本文用于統(tǒng)一車(chē)速估計(jì)的系統(tǒng)為一非線性隨機(jī)系統(tǒng)，具體推到過(guò)程此處省略，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)方程的線性化和離散化，得出EKF的遞推公式如下：

擴(kuò)展卡爾曼濾波遞推算法估計(jì)車(chē)速時(shí)，將初值設(shè)為：

2.2 實(shí)驗(yàn)仿真

所有仿真圖中，虛線為估計(jì)值，實(shí)線為真實(shí)值。

2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)雙移線工況仿真分析

仿真條件：標(biāo)準(zhǔn)雙移線工況下，初始速度v=23m/s，方向盤(pán)轉(zhuǎn)角delta=0.05弧度，路面摩擦系數(shù)friction=0.8，仿真結(jié)果如圖1至圖2所示。

圖1 縱向統(tǒng)一車(chē)速估計(jì)

圖2 側(cè)向統(tǒng)一車(chē)速估計(jì)

仿真結(jié)果：標(biāo)準(zhǔn)雙移線工況對(duì)于車(chē)輛車(chē)速的估計(jì)比較困難。由上圖可知，縱向車(chē)速的估計(jì)誤差在1m/s左右，相對(duì)誤差較大；估計(jì)側(cè)向車(chē)速的估計(jì)能夠準(zhǔn)確的跟上側(cè)向?qū)嶋H車(chē)速，比較理想。

2.2.2 方向盤(pán)角階躍工況仿真分析

仿真條件：角階躍工況下，初始速度v=23m/s，方向盤(pán)轉(zhuǎn)角

delta=0.05弧度，路面摩擦系數(shù)friction=0.8，仿真結(jié)果如圖3至4所示：

圖3 縱向統(tǒng)一車(chē)速估計(jì)

圖4 側(cè)向統(tǒng)一車(chē)速估計(jì)

仿真結(jié)果：方向盤(pán)角階躍工況屬于惡劣的車(chē)輛工況，對(duì)于該工況的車(chē)速估計(jì)比較困難也很重要，由上圖可知，縱向車(chē)速估計(jì)誤差由大到小，最后完全貼合實(shí)際車(chē)速；側(cè)向車(chē)速的估計(jì)則完全相反，誤差由小到大，相關(guān)參數(shù)還需要調(diào)整。

2.2.3 制動(dòng)工況仿真分析

仿真條件：制動(dòng)工況下，初始速度v=35m/s，制動(dòng)力矩tb=450路面摩擦系數(shù)friction=0.8。仿真結(jié)果如圖5至6所示：

圖5 縱向統(tǒng)一車(chē)速估計(jì)

圖6 側(cè)向統(tǒng)一車(chē)速估計(jì)

仿真結(jié)果：由于制動(dòng)工況下，方向盤(pán)沒(méi)有擺動(dòng)，側(cè)向沒(méi)有加速度，對(duì)于車(chē)速估計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單。由上圖可知，縱向和側(cè)向車(chē)速的估計(jì)誤差非常小，效果較好。

3 總結(jié)

本文利用擴(kuò)展卡爾曼濾波算法，通過(guò)模型推導(dǎo)、matlab編程，實(shí)現(xiàn)了對(duì)標(biāo)準(zhǔn)雙移線、方向盤(pán)角階躍和制動(dòng)工況下的車(chē)輛速度進(jìn)行了估計(jì)，從程序仿真結(jié)果看，對(duì)于雙移線工況的縱向車(chē)速和角階躍工況的橫向車(chē)速估計(jì)不是很準(zhǔn)確，希望后面可以調(diào)整相關(guān)參數(shù)以期達(dá)到良好的效果。

[1]劉訓(xùn)忠等.汽車(chē)防抱制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)的輪速算法研究[J].汽車(chē)電器,2000(01).

[2]歷樸等.ABS輪速信號(hào)抗干擾處理方法汽車(chē)技術(shù)[J].2001(05).

[3]吳偉先.國(guó)產(chǎn)ESP開(kāi)發(fā)技術(shù)研究——基于壓力函數(shù)的控制邏輯分析[D]-廣州:華南理工大學(xué)交通學(xué)院,2003.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.01.027