车辆轮胎力及车速估计非线性观测器方法研究

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1、——————————————————————————————车辆轮胎力及车速估计非线性观测器方法研究——————————————————————————————StudyonNonlinearObserverMethodforVehicleTireForceandVelocityEstimation作者姓名：杨斯琦领域（方向）：控制工程指导教师：解小华教授类别：工程硕士答辩日期：201566年月日摘摘摘　　　要要要车车车辆辆辆轮轮轮胎胎胎力力力及及及车车车速速速估估估计计计非非非线线线性性性观观观测测测器器器方方方法法法研研研究究究学学学生生生姓姓姓名名名：：：杨杨杨斯斯斯琦琦琦专专专业业

2、业名名名称称称：：：控控控制制制工工工程程程指指指导导导教教教师师师：：：解解解小小小华华华教教教授授授为了减少交通事故的发生，伴随着信息技术在汽车领域的发展，人们对车辆操纵稳定性与主动安全性的需求越来越高，国内外研究人员已经相继开发出各种有效的车载电控系统适应车辆控制智能化的发展趋势。由于汽车电控系统大多是根据车辆行驶状态来实施相应的控制逻辑，所以准确而实时地获知车辆行驶状态参数信息已经成为实现汽车主动安全控制的主要问题。目前车辆行驶状态信息主要是通过车载传感器直接测量得到，但由于车辆行驶工况的复杂性，车载传感器的测量精度低与生产成本等因素，单纯利用车载传感器获知所有状态信息是不切实际的

3、。根据车辆状态估计理论，利用现有标配车载传感器信息估计汽车行驶状态参数是提高车辆安全技术性能的研究热点。车辆加速、减速、巡航与转向控制均依赖于道路与轮胎之间摩擦力的大小与车辆的行驶车速，并且准确而实时地获知车辆的轮胎力与车速信息是自主驾驶车辆实现运动控制、完成特定路径行驶与危险情况预警的重要基础，而上述信息一般不能利用传感器直接测量得到，即使能测量，通常该仪器也十分昂贵。针对上述问题，结合目前实验室项目研发需要，考虑车辆是一个强非线性的系统，各状态变量具有极强的耦合性，因此，本文设计一种简单实时的模块化的车辆行驶状态估计方案，并根据试验车红旗HQ430采集到的状态信息真实值进行验证。具体实

4、施方案如下，首先，基于车轮动力学模型，利用未知输入观测器理论设计四轮轮胎纵向力观测器；基于Dugoff轮胎模型，利用轮胎动力学得到轮胎侧向力的估算值；其次，基于7自由度整车模型，以上层估计器轮胎力估计值为输入信息，模块化设计非线性全维状态观测器估计车辆纵向车速、侧向车速与横摆角速度；最后验证设计的车辆状态非线性观测器的估计效果。考虑到安全性、经济性等因素，文章利用基于veDYNA车辆动力学软件建立的自主驾驶车辆――红旗HQ430轿车仿真模型替代真实车辆，将轮胎力非线性观测器方法与卡尔曼滤波方法的仿真估计结果进行比较分析，并设计不同典型仿真工况验证该集成估计器效果，给出车辆质量参数或路面摩擦系

5、数变化时的估计器仿真比较效果。在进行仿真验证前，给出了车辆仿真参数及观测器增益的选取过程；根据国家法规结合实际，处理几组典型工况的实车试验数据作为输入信息及对比数据，进一步验证本文集成观测器的真实估计效果，并进行分析比较，仿真结果表明该估计方法具有一定的有效性和准确性。1关关关键键键词词词：：：未知输入观测器，轮胎力估计，车辆动力学，非线性全维观测器，车速估计2AbstractStudyonNonlinearObserverMethodforVehicleTireForceandVelocityEstimationCandidate:YangSiqiSpecialty:ControlEng

6、ineeringSupervisor:Prof.XieXiaohuaInordertoreducetrafficaccidents,alongwiththedevelopmentofinformationtech-nologyintheautomotivefield,thedemandofvehiclehandlingstabilityandactivesafetyisincreasing.Manydomesticandforeignresearchershavealreadydevelopedavarietyofeffectiveautomotiveelectroniccontrolsystem

7、toadapttotheintellectualizedtrend.Astheautomotiveelectroniccontrolsystemismostlybasedonthevehiclestateinformationtoimplementappropriatecontrollogic,ithasbecomeamajorproblemtoacquirevehicledrivingstateparametersin