利用七自由度车辆模型估计汽车状态参数

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1、万方数据第10卷第16期2010年6月1671-1815(2010)16—3888—05科学技术与工程ScienceTechnologyandEngineeringVoL10No．16June2010@2010Sci．Tech．Engng．交通运输利用七自由度车辆模型估计汽车状态参数管欣张素民高振海詹军(吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室，长春130025)摘要针对汽车主动悬架控制系统中难以测得的侧倾角速率俯仰角速率等状态参数，提出一种利用七自由度车辆模型，并采用滑模观测器估计汽车姿态的方法。提出的方法在未知

2、道路状况的情况下可以降低模型不确定因素的影响。仿真计算与场地实验的结果验证了该方法的有效性，同时也为汽车控制系统的状态参数测量提供了一个可行的低成本策略。关键词汽车姿态估计滑模观测器车辆模型侧倾角速率俯仰角速率中图法分类号U461．1；文献标志码A近年来汽车底盘综合控制系统的设计逐渐成为汽车领域的一个热点研究问题。这些底盘综合控制控制系统大多是针对汽车行驶过程中一些关键的状态变量来进行控制¨q】。例如整车主动悬架控制系统往往以车身的垂向振动加速度、侧倾角、俯仰角作为控制对象∞q】。实现这些控制的重要前提就是能

3、够有效而精确地测量出反应控制过程变化的汽车自身状态参数，这就对汽车动力学和运动学参数的测试提出了更高更多的要求‘1_】。通常汽车参数的测试是通过车载传感器，如陀螺仪、加速度传感器及车轮角速度传感器等直接测量。但在汽车行驶过程中，有一些重要的过程变量目前无法测得或很难以通过传感器来测量，或测量成本太高。侧倾角速度、俯仰角速度的测量通常采用陀螺仪，而车载陀螺仪的成本非常高，而且受路面状况的影响很大¨_2J。为了使车辆在不同的路面状态和行驶工况下都保持良好的平顺性和操作稳定性，整车主动悬架控制系统应当以车身的垂向振

4、2010年3月18日收到“863”国家高科技资助项目(2006AAll0102)、吉林省科技厅重点项目(20086006)资助第一作者简介：管欣(196l一)，男，教授，博士生导师。研究方向：汽车动态仿真与控制。E-mail：guan．hsin@ascl．jlu．edu．∞。动加速度、侧倾角、俯仰角作为检测的对象，运用特定的控制算法实时调节执行机构的作用力，提高车辆的行驶性能一，loj。因此，从节约成本和实际应用的角度来看，必须根据量产车上的传感器配置，通过车辆状态估计技术(也称状态观测器、软测量技术)，准确

5、计算得到其他所需、但不可测的状态信息”]。由于车辆具有较强的非线性动态特性，应用扩展卡尔曼滤波器方法估计汽车状态时，在线性化过程中会引人与状态估计值有关的模型误差，而降低估计精确度。而滑模观测器方法由于其有限时间收敛特性和鲁棒性而被广泛用于解决非线性系统的状态估计问题【11

6、。本文针对整车主动悬架控制过程中较难直接测得的车辆关键状态参数，提出基于滑模观测器理论，建立了包含车身的垂向振动加速度、侧倾角、俯仰角和四个车轮的垂向运动在内的汽车七自由度动力学模型和状态估计模型。文中对该状态估计模型进行了仿真分析和场地

7、实验验证分析。分析结果表明，采用该方法可以有效地估计汽车的侧倾角速率、俯仰角速率和垂向加速度。该方法还为汽车先进控制系统中的状态参数估计提供了一种准确且低成本的实时软测量技术。对于新人们来说，一辆装饰着鲜花和彩带的漂亮婚车是结婚过程中必不可少的，而气派大、空间大的豪华婚车阵容则更能一圆渴望的梦想。在这个追求个性化的年代，选择什么样的婚车，不仅渠道多，价格差异也大，就看新人们以怎样的经济实力和巧妙心思来勾画新生活的开始了。婚车的发展自行车、拖拉机、大客车、桑塔纳、凯迪拉克……不同时代流行不同的婚车。几十年来婚车

8、的变化，折射的是百姓幸福生活的变迁史。60年代接新娘得用自行车流行婚车：自行车http://www.hzmeizhilv.com/时代的车轮迈入了上个世纪70年代，婚车的轮子也发生了质的变化，在马达轰鸣声中，拖拉机成为了无数年轻人的流行婚车。70年代接新娘有了“机动车”流行婚车：拖拉机、卡车从自行车到拖拉机，婚车的轮子在发生变化的同时，也预示着美好的生活在提速，而这种速度提升得越来越快。上世纪70年代末80年代初，随着改革开放的步伐加快，拖拉机作为婚车已经退出了历史舞台，而大客和面包则取而代之。80年代接新娘

9、流行大客车流行婚车：大客车、面包当时，除了大客，面包车也开始作为婚车出现，不过，由于比较少，想借一辆面包车作婚车也是一件比较困难的事情。上世纪在80年代后期，私家轿车和出租车则代替大客成为了流行婚车。上世纪在80年代末，轿车进入了中国市场，年轻人结婚时也不约而同瞄准了桑塔纳、拉达等私家车。杭州租车90年代接新娘流行私家车流行婚车：桑塔纳、拉达、奥迪100上世纪80年代末和90年代初，用拉达作婚车已经