[发明专利]侧向工况下考虑轮胎瞬态特性的路面附着系数估计方法

权利要求书

1.侧向工况下考虑轮胎瞬态特性的路面附着系数估计方法，包括如下步骤：

步骤一：车辆动力学建模

针对侧向工况下路面附着系数估计问题，选用三自由度车辆模型，所述三自由度车辆模型包括纵向运动，横向运动和绕车辆坐标系z轴的转动三个自由度；

步骤二：基于无迹卡尔曼滤波的路面附着系数估计

基于步骤一中建立的车辆动力学模型，得到了路面附着系数与观测变量之间的关系，观测变量包括纵向加速度、侧向加速度和横摆角速度；以路面附着系数作为状态变量，观测变量为车辆动力学模型中车辆状态变量为时变参数，车辆结构参数为固定参数，其中，车辆状态变量包括纵向速度、侧向速度、前后轴轮速和方向盘转角，车辆结构参数包括质心到前轴距离、轴距、轮距、转向传动比和轮胎有效半径；

步骤三：UKF估计误差调节

当滑移率较小时，不同路面附着系数下，轮胎力和滑移率的关系一致，维持原值，当侧向加速度估计误差较大时更新P协方差矩阵；

当检测到a_y的估计值和实测值误差大于ε时，则协方差矩阵P将重新置位到P₀，

其中，a_y为传感器实测值，为UKF当前估计值，ε为待标定参数；

步骤四：时延估计

通过时间互相关函数来计算侧向加速度实测值与估计值之间的时间延迟，并将该延迟时间加在侧向加速度的估计值上，进而实现实测值与估计值之间的时序校准。

2.如权利要求1所述的侧向工况下考虑轮胎瞬态特性的路面附着系数估计方法，所述步骤一，车辆模型建模：

车辆三自由度模型如下所示：

ma_x＝F_xr-F_yfsinδ+F_xfcosδ

ma_y＝F_yr+F_yfcosδ+F_xfsinδ

其中，m为汽车质量；F_xf，F_xr分别为车辆前轴纵向力和后轴纵向力；F_yf，F_yr分别为车辆前轴侧向力和后轴侧向力；a_x，a_y，分别为车辆纵向加速度、侧向加速度和横摆角速度；I_z为车辆的绕Z轴的转动惯量；a，b分别为质心到前轴距离和质心到后轴距离；δ为车辆的前轮转角；

然后建立上述车辆三自由度模型中前后轴纵侧向力的公式，如下所示：

其中，s_xi为前后轴的纵向滑移率，i＝{f，r}；r_dyn为轮胎有效半径；w_wi为前后轴的轮速；υ_x为车辆质心处纵向速度；υ_y为车辆质心处侧向速度；为车辆质心处横摆角速度；s_i为车辆综合滑移率；f(s_i)为名义轮胎力；s_yf为前轴侧向滑移率；s_yr为后轴侧向滑移率；F_zi为车辆前后的垂向载荷；c₁，c₂分别为轮胎模型中参数，该参数由轮胎特性所决定；μ为路面附着系数，由车辆行驶环境决定。

其中，L为车辆前后轴之间距离；g为重力加速度；h为质心距离地面高度。

3.如权利要求1所述的侧向工况下考虑轮胎瞬态特性的路面附着系数估计方法，所述步骤三，UKF估计误差调节：

当检测到侧向加速度的估计值和实测值a_y误差大于ε时，则协方差矩阵P将重新置位到P₀＝1×10^-5。

4.如权利要求1所述的侧向工况下考虑轮胎瞬态特性的路面附着系数估计方法，所述步骤四：时延估计

首先定义侧向加速度实测值和估计之间的互相关函数：

其中，R(τ)为两个信号的互相关函数；T为当前时刻；N为两个信号时间窗口长度，最终互相关函数最大值处，即为两个信号的序列估计的延迟时间τ_est；

然后，对步骤一中的侧向滑移率加上延迟时间τ_est，即：

其中，s_yfτ为时延后的前轴侧向滑移率，s_yrτ为时延后的后轴侧向滑移率，将上式两个滑移率融入车辆三自由度模型中，实现对于轮胎瞬态特性的补偿，进而估计的侧向加速度和侧向加速度实测值具有相同时序。