一種汽車質(zhì)心側偏角測量方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于汽車行駛參數(shù)測試技術領域，特別涉及一種汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)中對 車輛質(zhì)心側偏角的測量方法。
【背景技術】
[0002] 汽車數(shù)量逐年增加，車輛行駛的安全問題引起了廣泛的關注。相關研究表明，車 輛在高速行駛過程中發(fā)生的交通事故，大約45%的車輛事故是車輛失去操縱穩(wěn)定性造成 的。因此汽車穩(wěn)定控制系統(tǒng)的裝車率逐年增加，歐美國家甚至立法強制車輛安裝電子穩(wěn)定 系統(tǒng)。
[0003] 車輛電子穩(wěn)定系統(tǒng)的主要功能包括車輛橫擺控制、轉(zhuǎn)彎制動控制等。要確定汽車 穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的控制目標，必須準確的獲得當前汽車的運行狀態(tài)，機汽車行駛過程中車 輛的狀態(tài)參數(shù)。該系統(tǒng)的主要的控制變量為質(zhì)心側偏角。
[0004] 目前市場上銷售的大多數(shù)電子穩(wěn)定系統(tǒng)產(chǎn)品也將車輛質(zhì)心側偏角大小作為車輛 是否穩(wěn)定的判斷依據(jù)，但質(zhì)心側偏角無法直接測量，現(xiàn)有的質(zhì)心側偏角觀測方法主要有根 據(jù)車輛輪距、軸距、車輪半徑等固定參數(shù)以及各輪輪速信號進行觀測的方法，以及利用非接 觸光學傳感器間接獲得數(shù)據(jù)的方法，由于此類光學傳感器價格昂貴，且容易在復雜惡劣的 工況受到干擾，影響正常使用，從成本角度考慮也不適合大范圍推廣應用。因此國外公司 的電子穩(wěn)定系統(tǒng)產(chǎn)品采用軟測量的方法，利用其它傳感器的數(shù)據(jù)信息對質(zhì)心側偏角進行估 計。在車輛電子穩(wěn)定系統(tǒng)銷售市場里國外的產(chǎn)品處于壟斷地位，國內(nèi)暫無成熟的車輛電子 穩(wěn)定系統(tǒng)產(chǎn)品，其中國內(nèi)科研機構對于質(zhì)心側偏角測量的研究尚未有成熟測量算法應用于 電子穩(wěn)定系統(tǒng)產(chǎn)品中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所解決的技術問題是提供一種汽車質(zhì)心側偏角測量方法，能夠在相對較小 的計算量和較低的成本下，準確的得到質(zhì)心偏側角的測量結果。
[0006] 本發(fā)明提供的技術方案為：
[0007] -種汽車質(zhì)心側偏角測量方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟一、使用傳感器測量汽車行駛過程中的縱向加速度ax、側向加速度ay、橫擺角 速度縱向速度Vx、以及方向盤轉(zhuǎn)角δ ;
[0009] 步驟二、采用線性二自由度模型進行動力學參數(shù)估計，得到汽車第一質(zhì)心側偏角
[0010] 步驟三、采用非線性三自由度車輛模型的濾波算法相融合估計汽車的第二質(zhì)心側 偏角βΝ;
[0011] 步驟四、采用如下公式計算汽車的質(zhì)心側偏角β :
CN 105151047 A 說明書 2/9 頁
[0013] 其中：
[0014] ?為參數(shù)，aJP a2為側向加速度3￥的第一取值點和第二取值點。
[0015] 優(yōu)選的是，步驟二中，包括以下步驟：
[0016] 第一質(zhì)心側偏角微分值處與側向加速度ay、橫擺角速度ω ^和縱向速度Vx三者之 間的關系滿足如下公式：
[0018] 對第一質(zhì)心側偏角微分值處進行積分，從而得到第一質(zhì)心側偏角的值βρ
[0019] 優(yōu)選的是，采用帶遺忘因子的最小二乘法進行參數(shù)估計，得到第一質(zhì)心側偏角微 分值為的值后進行積分得到第一質(zhì)心側偏角的值βρ
[0020] 優(yōu)選的是，并采用帶遺忘因子的最小二乘法進行估計后得到第一質(zhì)心側偏角的微 分值& ,使用如下公式得到車輛實時的第一質(zhì)心側偏角
[0022] 其中，Δ t是積分采樣周期。
[0023] 優(yōu)選的是，步驟三中，三自由度車輛的運動方程為：
[0026] 式中，&和K f分別為車輛的后輪側偏剛度和前輪側偏剛度；a和b則分別是前軸 和后軸到質(zhì)心的距尚；m為車輛質(zhì)量；Iz為繞z軸的轉(zhuǎn)動慣量、V )!車輛縱向車速；
[0027] 并使用容積卡爾曼濾波算法，經(jīng)初始化、預報步和濾波步迭代計算出第二質(zhì)心側 偏角的估計值βΝ。
[0028] 優(yōu)選的是，步驟一中，通過加速度傳感器測量所述側向加速度ay，通過橫擺角速度 傳感器測量所述橫擺角速度ωρ所述加速度傳感器和橫擺角速度傳感器設置于同一電路 板上。
[0029] 優(yōu)選的是，步驟一中，所述縱向速度Vx通過GPS模塊測量得到。
[0030] 優(yōu)選的是，步驟一中，通過使用安裝在汽車上的加速度傳感器測量得到汽車的縱 向加速度，再經(jīng)過積分后得到所述縱向速度Vx。
[0031] 優(yōu)選的是，步驟一中，通過輪速傳感器測量得到輪速信號，再采用卡爾曼濾波方式 估算出汽車的縱向速度Vx。
[0032] 本發(fā)明的有益效果是：
[0033] 本發(fā)明所提供的汽車質(zhì)心側偏角測量方法，僅需使用傳感器測量汽車行駛過程中 的側向加速度、橫擺角速度和縱向速度等參數(shù)，測量成本較低。本發(fā)明構建的質(zhì)心側偏角計 算模型經(jīng)過簡化，在較小的計算量的同時保證了計算的準確性。
【附圖說明】
[0034] 圖1為本發(fā)明所述的質(zhì)心側偏角測量方法流程圖。
[0035] 圖2為本發(fā)明所述的汽車二自由度線性模型的動力學模型示意圖。
[0036] 圖3為本發(fā)明所述的三自由度車輛模型示意圖。
[0037] 圖4為本發(fā)明所述的測量裝置連接結構圖。
【具體實施方式】
[0038] 下面結合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文 字能夠據(jù)以實施。
[0039] 本發(fā)明提供了一種汽車質(zhì)心側偏角測量技術，是將基于二自由度線性模型的動力 學參數(shù)估計和非線性三自由度車輛模型的濾波算法相融合估計車輛質(zhì)心側偏角的方法。
[0040] 本發(fā)明的質(zhì)心側偏角估計方法是基于ESC系統(tǒng)所用的常規(guī)傳感器如車輛的測速 模塊、加速度傳感器（該傳感器可以測量車輛的側向加速度和縱向加速度）、橫擺角速度傳 感器、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器等設計的。
[0041] 本發(fā)明的質(zhì)心側偏角估計方法如圖1所示：
[0042] 步驟一 SllO :首先，測量汽車實施過程中的側向加速度\、橫擺角速度c^、縱向速 度Vx、以及方向盤轉(zhuǎn)角δ。
[0043] 步驟二S120根據(jù)汽車側向加速度傳感器的測量值，在側向加速度小于第一加速 度B1時，采用線性二自由度模型進行動力學參數(shù)估計方法，第一加速度的值可能因不同的 車型而變化。作為一種優(yōu)選的，S1= 0. 4g，g為重力加速度，值為9. 8m/s 2,此時汽車第一質(zhì) 心側偏角β L的定義公式：
[0045] 其中，Vy為車輛橫向速度，車輛縱向速度。由于很小，根據(jù)三角函數(shù)關系 可將第一汽車質(zhì)心側偏角簡化為
[0047] 車輛在行駛的過程中，車輛縱向速度Vx在短時間內(nèi)，例如在100毫秒之內(nèi)，可以將 Vx看成是常數(shù)，因此對上式中的質(zhì)心側偏角進行微分可得到
[0049] 如圖2所示，將車輛行駛的模型簡化為一個質(zhì)點在坐標系下的運動，X軸和Y軸為 車輛坐標系的橫軸和縱軸。車輛速度在t時刻在橫軸X下的分量為Vx，在縱軸Y下的分量 Svy。車輛在轉(zhuǎn)向行駛時伴有平移和轉(zhuǎn)動，在經(jīng)過At時刻后，車輛的速度大小和方向均發(fā) 生了變化，且車輛坐標系下的X軸和Y軸方向也發(fā)生了變化，且車輛坐標系下的X軸和Y軸 方向也發(fā)生了變化，其中，速度沿Y軸的變化Vd為：
[0050] Vd= (V x+Δ Vx) · sin Δ Θ + (Vy+Δ Vy) · cos Δ Θ-Vy
[0051] = Vxsin Δ θ + Δ Vxsin Δ Θ+VyCos Δ θ + Δ Vycos Δ Θ-Vy
[0052] 其中，AVxS汽車縱向速度增量，AVyS汽車橫向速度增量，Δ Θ為汽車轉(zhuǎn)過角 度。
[0053] 由于Δ Θ在短時間內(nèi)很小并且可以忽略其二階微量，因此有以下簡化：
[0054] sinA θ = Δ Θ
[0055] AVx= 0
[0056] cos Δ Θ = 1