基于ROC-Kalman滤波器的车辆行驶状态参数估计

发布时间：2020-08-02 09:31

【摘要】：对车辆轮胎侧偏刚度进行在线准确估计,是提升汽车操稳性控制系统工作效能的有效手段之一。由于利用最小二乘法进行轮胎侧偏刚度在线估计时,当前后轮胎的侧偏角接近为0时,前后侧偏刚度趋于无穷大,为此,本文采用侧向加速度法对车辆轮胎侧偏刚度以及质心侧偏角进行在线估计。经分析,估计所涉及到参变量对噪声的敏感度较强,因此,在进行估计时需对相关参变量(侧向加速度、侧向速度、纵向速度、纵向加速度、横摆角速度以及方向盘转角)进行滤波处理,并采用Kalman估计器对轮胎侧偏刚度和质心侧偏角进行估计。由于定常数噪声方差的Kalman滤波器难以适应强非线性系统,针对车辆运动过程中轮胎的非线性特性,提出利用ROC曲线(受试者特征工作曲线)动态优化Kalman滤波器的噪声方差,采用优化后的模型对轮胎侧偏刚度进行估计。首先构建三自由度的非线性车辆运动模型,提取可观测变量,并依据观测变量建立ROC-Kalman滤波器;考虑到驾驶人操纵输出相应特性,初步确定时窗范围,并对单个时窗内待估变量进行高阶次曲线拟合,再依据拟合精度高低确定最佳时窗,依据上一观测值确定出该时窗的观测误差,将期望误差设为零,并根据实际需要设定误差限,将误差限内的观测值类标签设为1,误差限外的设为0,进而将问题转化为二分类问题;依据分类结果构建ROC曲线,依据分类准确率的高低来修正Kalman滤波器的噪声方差,实现噪声方差的动态更新,最终实现系统噪声方差与测量噪声方差的协同优化,降低随机选取两类噪声方差所带来的估计误差。最后,通过侧向加速度法对轮胎侧偏刚度以及质心侧偏角进行在线估计,并与实测值进行对比,结果表明:相比定常数噪声方差的Kalman滤波器,优化后的滤波模型计算成本略有增加,但模型收敛的一致性大大增强;在线估计结果逼近实测值。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN713;U463.6
【图文】：

车辆,坐标系,刚体运动学,轮胎侧偏特性

侧向速度Ｖ逡逑图３．１车辆坐标系标定逡逑车辆的六个自由度如图３．１所示，车辆前进方向为Ｘ向，ｚ向为垂直向上，逡逑根据右手定则确定ｙ的正向，上图给出的是车身的六个自由度。逡逑３．２轮胎侧偏特性估计方法分析逡逑通过对比分析各种典型的轮胎侧偏估计的研究方法，综合之后选定高效的策逡逑略和方法。逡逑３．邋２．１最小二乘直接估计方法逡逑运动学估计模型就是将车辆简化为刚体，依据刚体运动学特征建立相应的运逡逑动方程，以车载传感器的输入为基础数据，根据运动学方程对其他参数进行估计。逡逑汽车线性的二自由度车辆模型如图３．邋２所示。逡逑１４逡逑

模型图,侧向,二自由度,车辆模型

Ｚ侧向速度Ｖ逡逑图３．１车辆坐标系标定逡逑车辆的六个自由度如图３．１所示，车辆前进方向为Ｘ向，ｚ向为垂直向上，逡逑根据右手定则确定ｙ的正向，上图给出的是车身的六个自由度。逡逑３．２轮胎侧偏特性估计方法分析逡逑通过对比分析各种典型的轮胎侧偏估计的研究方法，综合之后选定高效的策逡逑略和方法。逡逑３．邋２．１最小二乘直接估计方法逡逑运动学估计模型就是将车辆简化为刚体，依据刚体运动学特征建立相应的运逡逑动方程，以车载传感器的输入为基础数据，根据运动学方程对其他参数进行估计。逡逑汽车线性的二自由度车辆模型如图３．邋２所示。逡逑１４逡逑

大地坐标系

车载陀螺仪可以获得。根据理论力学的相关知识、滑移率以及垂直载荷的函数，设该函数关系式进彳亍彳散分可得：逡逑ＤＹ逦ｄＹ逦ｄａ逦ｄＹ逦ｄｓ逦ｄＹ逦ｄＺｄｔ逦ｄａ逦ｄｔ逦ｏｓ逦ｄｔ逦ｄＺ逦ａｔ逡逑的侧偏刚度，通过整理３．邋９式可以得到侧偏刚ｆ逦．邋＼逡逑ｄＹ邋ｄＹ邋＼邋ｄＹ邋ｓ邋ｄＹ邋Ｚｍｉ邋飞ａ邋＾逦ａ邋ａ邋ｊ逡逑关参数进行测量，即可实现对轮胎侧偏刚度的估计算法逡逑法主要是给予ＧＰＳ以及陀螺仪的测量结果，其

【参考文献】