[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

说明书

本发明提出侧向工况下考虑轮胎瞬态特性的路面附着系数估计方法，包括步骤：步骤一：车辆动力学建模；步骤二：基于无迹卡尔曼滤波的路面附着系数估计；步骤三：UKF估计误差调节；步骤四：时延估计。本发明解决了由于轮胎瞬态特性所产生的侧向响应滞后所导致估计路面附着系数不准的问题；同时，本发明利用时延估计方法对车辆侧向加速度估计值和实测值进行时间序列延迟估计，并在稳态轮胎模型上修正侧向滑移率，使得侧向加速度估计值与实测值之间时序一致，进而提高了路面附着系数识别精度。

技术领域

本发明涉及车辆动力学模型参数估计技术领域。

背景技术

路面附着系数的大小直接决定了车辆的运动极限边界，即低路面附着系数时，地面所能提供给车辆运动的力较小，并且相比于高路面附着系数，车辆轮胎力更容易饱和。因此，路面附着系数是车辆底盘运动控制系统中的关键变量。现有路面附着系数识别方法通常基于卡尔曼滤波估计器，利用车辆状态变量和控制变量识别当前路面附着系数。由于持续激励条件的限制，这些方法对识别工况进行了严格的限制，例如直线加速行驶且加速度大于阈值时才能进行路面附着系数识别。这限制大大制约了路面附着系数估计方法的精度及实时性。

相比于基于纵向工况的路面附着系数识别，侧向工况下实时估计系数对于底盘控制系统来说更加重要，根据估计系数实时计算车辆横摆运动极限，防止车辆在侧向运动工况下失稳。然而现有基于卡尔曼滤波估计器的路面附着系数估计方法，都采用稳态轮胎模型，忽略了轮胎在进行侧向运动时的瞬态特性，导致了基于稳态模型的估计值与实测值之间存在相位滞后，直接影响路面附着系数估计的精度。

发明内容

为了保证车辆侧向运动时路面附着系数的估计精度，本发明提出了侧向工况下考虑轮胎瞬态特性的路面附着系数估计方法。

本发明技术方案如下：

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(纵向加速度、侧向加速度和横摆角速度)之间的关系；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(纵向速度、侧向速度、前后轴轮速和方向盘转角等)为时变参数，车辆结构参数(质心到前轴距离、轴距、轮距、转向传动比和轮胎有效半径等)为固定参数；

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(cross-correlation)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。

本发明方法解决了由于轮胎瞬态特性所产生的侧向响应滞后所导致估计路面附着系数不准的问题；利用时延估计方法对车辆侧向加速度估计值和实测值进行时间序列延迟估计，并在稳态轮胎模型上修正侧向滑移率，使得侧向加速度估计值与实测值之间时序一致，进而提高了路面附着系数识别精度。

附图说明