專利名稱：重型半掛車狀態(tài)估計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種汽車狀態(tài)估計(jì)方法，更具體地說，本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于重型半掛車輛狀態(tài)估計(jì)方法。
背景技術(shù)：
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及智能化信息處理技術(shù)的發(fā)展，越來越多的汽車電子技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并不斷應(yīng)用于現(xiàn)代汽車底盤控制系統(tǒng)中，對于減少駕駛員操作負(fù)擔(dān)、提高汽車主動安全性能、降低汽車污染物排放等方面，起到了積極的促進(jìn)作用。特別是對于公路運(yùn)輸?shù)闹黧w重型半掛車，這種作用尤為明顯。這些重型半掛車電子控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，主要是依據(jù)重型半掛車的參數(shù)以及實(shí)際運(yùn)動狀態(tài)等信息來決策相應(yīng)的控制邏輯和算法，于是獲取準(zhǔn)確的重型半掛車運(yùn)動狀態(tài)參數(shù)就成為了這些系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)的關(guān)鍵。這些狀態(tài)參數(shù)雖然均可用傳感器直接測量，但必須依賴價格昂貴的特殊設(shè)備或傳感器，且需要特定的安裝固定方式，并不適于配置在實(shí)際產(chǎn)品中。因此，從節(jié)約成本和實(shí)際應(yīng)用的角度看，必須在不增加車輛開發(fā)成本的前提下，使用汽車常用或者已裝備的傳感器提供的信息，為重型半掛車電控系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的車輛狀態(tài)參數(shù)。因此，汽車多傳感器信息融合技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。目前，使用在車輛上的傳感器信息融合技術(shù)可分為兩類第一類是基于狀態(tài)觀測器技術(shù)而發(fā)展的汽車狀態(tài)估計(jì)方法；第二類是基于卡爾曼濾波技術(shù)汽車狀態(tài)參數(shù)估計(jì)方法。這其中，第二類方法在國外應(yīng)用更為廣泛，國內(nèi)也有一定程度的研究。但是，這些研究和應(yīng)用目前僅限于單車的狀態(tài)估計(jì)，而對于系統(tǒng)更為復(fù)雜的重型半掛車輛的運(yùn)動狀態(tài)，國內(nèi)外尚無簡便易行的估計(jì)方法。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，在不增加重型半掛車固有傳感器、不提高車輛開發(fā)成本的前提下，提供一種能夠估計(jì)包括牽引車及半掛車側(cè)傾角、牽引車及半掛車質(zhì)心側(cè)偏角、牽引車及半掛車橫擺角速度等重型半掛車運(yùn)動重要狀態(tài)參數(shù)，為重型半掛車電控系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的狀態(tài)參數(shù)的系統(tǒng)和方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明使用用于測量車輛轉(zhuǎn)向角的轉(zhuǎn)向角信號的轉(zhuǎn)向角傳感器、用于測量各車輪輪速信號的輪速傳感器、用于測量牽引車及半掛車縱向加速度的縱向加速度傳感器、用于測量牽引車及半掛車側(cè)向加速度的側(cè)向加速度傳感器。以上傳感器均為汽車底盤電控系統(tǒng)常用傳感器。所述系統(tǒng)包括用于濾去傳感器噪聲、剔除傳感器信號野點(diǎn)的傳感器前置濾波模塊；用于車速計(jì)算對輪速信號、縱向加速度信號作出響應(yīng)的車速計(jì)算模塊；用于估計(jì)重型半掛車狀態(tài)參數(shù)真值的基于模型的無軌卡爾曼濾波(UKF)估計(jì)器；用于存儲車輛狀態(tài)估計(jì)值，并為下一時刻計(jì)算提供前一時刻狀態(tài)值的重型半掛車狀態(tài)存儲器模塊。其中，基于模型的UKF估計(jì)器包括兩個組成部分用于重型半掛車狀態(tài)時間更新的重型半掛車動力學(xué)模型；用于狀態(tài)測量更新的UKF算法模塊。
本發(fā)明所述的方法是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，所述的應(yīng)用于重型半掛車的狀態(tài)估計(jì)方法包括如下步驟
I.由車輪處的輪速傳感器測出牽引車及半掛車各個車輪輪速；
2.由方向盤處的轉(zhuǎn)角傳感器測出方向盤轉(zhuǎn)角；
3.由牽引車及半掛車質(zhì)心處的縱向加速度傳感器測出牽引車及半掛車的縱向加速度；
4.由牽引車及半掛車質(zhì)心處的側(cè)向加速度傳感器測出牽引車及半掛車的側(cè)向加速度；
5.將所有傳感器信息輸入到傳感器前置濾波模塊中，對各傳感器信息進(jìn)行低通濾波與野點(diǎn)剔除；
6.根據(jù)牽引車及半掛車車輪輪速和牽引車及半掛車車體縱向加速度計(jì)算車輛縱向車速;
7.將車速信息、縱向加速度信息、方向盤轉(zhuǎn)角信息傳輸給基于模型的UKF估計(jì)器;
8.車輛狀態(tài)估計(jì)器將接收到的車速信息、縱向加速度信息、方向盤轉(zhuǎn)角信息，以及
由重型半掛車狀態(tài)存儲器輸出的前一時刻車輛狀態(tài)，輸入給狀態(tài)估計(jì)器內(nèi)嵌的五自由度重型半掛車動力學(xué)模型，計(jì)算出重型半掛車當(dāng)前狀態(tài)，即進(jìn)行時間更新；9.將由動力學(xué)模型計(jì)算得到的狀態(tài)參數(shù)傳給狀態(tài)估計(jì)器中的UKF算法模塊，根據(jù)與傳感器測量的側(cè)向加速度值比較，對動力學(xué)模型計(jì)算得到的車輛狀態(tài)值進(jìn)行修正，得到重型半掛車狀態(tài)真值，即進(jìn)行測量更新。10.將基于模型的UKF估計(jì)器得到的重型半掛車狀態(tài)值輸出給重型半掛車狀態(tài)存儲器，為下一時刻的狀態(tài)估計(jì)作準(zhǔn)備。其中，以上技術(shù)方案中所述的基于模型的UKF狀態(tài)估計(jì)器中重型半掛車動力學(xué)模型的時間更新過程包括如下步驟I.將由傳感器前置濾波模塊去噪與剔除野點(diǎn)后得到的傳感器信息，如縱向加速度信息、方向盤轉(zhuǎn)角信息、側(cè)向加速度信息，和由車速計(jì)算模塊計(jì)算得到的車速信息，傳輸給重型半掛車動力學(xué)模型的運(yùn)動學(xué)解算模塊；2.運(yùn)動學(xué)解算模塊根據(jù)輸入的傳感器信息和計(jì)算得到的車速信息計(jì)算輪胎側(cè)偏角，并將其傳輸給輪胎力查詢模塊；3.同時，將車輛縱向加速度、側(cè)向加速度信息傳輸給垂向力計(jì)算模塊，計(jì)算重型半掛車各輪的垂直載荷變化情況，得到垂直載荷的實(shí)時值，并將其傳輸給輪胎力查詢模塊；4.輪胎力查詢模塊根據(jù)當(dāng)前的輪胎側(cè)偏角，以及垂直載荷計(jì)算模塊得到的各車輪實(shí)時載荷信息，查詢預(yù)先標(biāo)定的輪胎側(cè)向力表，得到各車輪處受到的輪胎側(cè)向力，并傳輸給車體動力學(xué)模塊；5.車體動力學(xué)模塊根據(jù)當(dāng)前車輛的受力情況，即由輪胎力查詢模塊得到的輪胎側(cè)向力當(dāng)前值，和由狀態(tài)存儲器輸出的前一時刻的車輛運(yùn)動狀態(tài)，解算車輛動力學(xué)微分方程， 得到車輛當(dāng)前的運(yùn)動狀態(tài)(牽引車及半掛車側(cè)傾角、牽引車及半掛車質(zhì)心側(cè)偏角、牽引車及半掛車橫擺角速度等)。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明圖I是本發(fā)明所述的應(yīng)用于重型半掛車狀態(tài)估計(jì)方法中所涉及的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程圖；圖2是本發(fā)明所述的應(yīng)用于重型半掛車狀態(tài)估計(jì)方法中所涉及的重型半掛車模型結(jié)構(gòu)圖；圖3是本發(fā)明所述的應(yīng)用于重型半掛車狀態(tài)估計(jì)方法中所涉及的重型半掛車模型中的輪胎力查詢模塊3內(nèi)預(yù)先保存的輪胎側(cè)向力(Fy)隨垂直載荷(Fz)和輪胎側(cè)偏角 U)變化的關(guān)系曲線示意圖；圖4是本發(fā)明所述的應(yīng)用于重型半掛車狀態(tài)估計(jì)方法中所涉及的重型半掛車模型橫擺平面圖；圖5是本發(fā)明所述的應(yīng)用于重型半掛車狀態(tài)估計(jì)方法中所涉及的重型半掛車模型側(cè)傾平面圖(以牽引車為例)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細(xì)的描述本發(fā)明涉及的是重型半掛車的狀態(tài)估計(jì)方法。由于重型半掛車系統(tǒng)本身更為復(fù)雜，半掛車與牽引車之間耦合運(yùn)動強(qiáng)烈，因此掌握其狀態(tài)信息的對于日益增多的汽車底盤電控系統(tǒng)來說更為重要。本發(fā)明僅使用汽車底盤電控系統(tǒng)常用傳感器設(shè)備，對重型半掛車的輪速信息，縱向加速度信息、側(cè)向加速度信息和方向盤轉(zhuǎn)角信息進(jìn)行測量，將由輪速信息和縱向加速度信息得到的車速估算值，以及其他傳感器信息傳遞給基于模型的UKF狀態(tài)估計(jì)器，進(jìn)行狀態(tài)參數(shù)的時間更新和狀態(tài)更新，得到狀態(tài)參數(shù)的估計(jì)值。參閱圖1，圖I是表示本發(fā)明所述的重型半掛車狀態(tài)估計(jì)方法的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程圖。 該系統(tǒng)包括以下幾個組成部分傳感器前置濾波模塊1，車速計(jì)算模塊2，基于模型的UKF狀態(tài)估計(jì)器3，以及重型半掛車狀態(tài)存儲器6。其中，基于UKF的狀態(tài)估計(jì)器3包括兩個組成部分，即重型半掛車動力學(xué)模型模塊4和UKF算法模塊5。該系統(tǒng)工作時，首先將輪速傳感器測量的各車輪輪速信號、縱向加速度傳感器測量的牽引車及半掛車縱向加速度信號、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器測量的方向盤轉(zhuǎn)角信號、以及側(cè)向加速度傳感器測量的側(cè)向加速度信號，傳輸給傳感器前置濾波模塊I。該濾波模塊內(nèi)置低通濾波器，能夠去除傳感器信號中的高頻噪聲和野點(diǎn)，以保證輸入給其他各計(jì)算模塊的信息準(zhǔn)確性。由于低通濾波器技術(shù)為本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員所公知，所以這里不再進(jìn)一步詳細(xì)描述。在其他一些技術(shù)文件中，該模塊還包含有移除慣性傳感器中偏置的作用，常用方法有遞推最小二乘法(RLS)等；由于本發(fā)明中所設(shè)計(jì)的基于模型的UKF狀態(tài)估計(jì)器3具有濾去測量噪聲和系統(tǒng)噪聲的作用，所以本發(fā)明重點(diǎn)傳感器前置濾波模塊I僅包含有去除高頻噪聲和野點(diǎn)作用的濾波器，移除測量噪聲和系統(tǒng)噪聲的工作由基于UKF的狀態(tài)估計(jì)器來完成。由傳感器前置濾波模塊I輸出的傳感器信號輸出給其他各模塊車輪輪速信號和縱向加速度信號傳輸給車速計(jì)算模塊2 ;方向盤轉(zhuǎn)角信號傳輸給基于模型的UKF狀態(tài)估計(jì)器3中的重型半掛車動力學(xué)模型模塊4 ;側(cè)向加速度信號傳輸給基于模型的UKF狀態(tài)估計(jì)器3中的UKF算法模塊5。車速計(jì)算模塊2根據(jù)輸入的車輪輪速信號和縱向加速度信號，計(jì)算出牽引車和半掛車的當(dāng)前車速，并將車速信息傳遞給重型半掛車動力學(xué)模型模塊4。本發(fā)明中車速計(jì)算模塊所使用的車速計(jì)算方法為常用的輪速估計(jì)與縱向加速度修正方法。該方法通過對輪速權(quán)重系數(shù)和加速度權(quán)重系數(shù)的調(diào)整，綜合計(jì)算車速。該方法的計(jì)算公式為
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于重型半掛車狀態(tài)估計(jì)方法，所述的重型半掛車狀態(tài)估計(jì)方法步驟為1)由車輪處的輪速傳感器測出牽引車及半掛車各車輪輪速；2)由方向盤處的轉(zhuǎn)角傳感器測出方向盤轉(zhuǎn)角；3)由牽引車及半掛車質(zhì)心處的縱向加速度傳感器測出牽引車及半掛車的縱向加速度；4)由牽引車及半掛車質(zhì)心處的側(cè)向加速度傳感器測出牽引車及半掛車的側(cè)向加速度；5)將所有傳感器信息輸入到傳感器前置濾波模塊中，對各傳感器信息進(jìn)行低通濾波與野點(diǎn)剔除；6)根據(jù)牽弓I車及半掛車車輪輪速和牽引車及半掛車車體縱向加速度計(jì)算車輛縱向車速；7)將車速信息、縱向加速度信息、方向盤轉(zhuǎn)角信息傳給基于模型的UKF狀態(tài)估計(jì)器；8)UKF狀態(tài)估計(jì)器將接收到的車速信息、縱向加速度信息、方向盤轉(zhuǎn)角信息，以及由重型半掛車狀態(tài)存儲器輸出的前一時刻車輛狀態(tài)，輸入給UKF狀態(tài)估計(jì)器內(nèi)嵌的五自由度重型半掛車動力學(xué)模型，計(jì)算出重型半掛車當(dāng)前狀態(tài)，即進(jìn)行時間更新；9)將由動力學(xué)模型計(jì)算得到的狀態(tài)參數(shù)傳給UKF狀態(tài)估計(jì)器中的UKF算法模塊，根據(jù)與傳感器測量的側(cè)向加速度值比較，對動力學(xué)模型計(jì)算得到的車輛狀態(tài)值進(jìn)行修正，得到重型半掛車狀態(tài)真值，即進(jìn)行測量更新。10)將基于模型的UKF狀態(tài)估計(jì)器得到的重型半掛車狀態(tài)值輸出給重型半掛車狀態(tài)存儲器，為下一時刻的狀態(tài)估計(jì)做準(zhǔn)備。
2.如權(quán)利要求I所述的重型半掛車狀態(tài)估計(jì)方法，該方法所使用的系統(tǒng)包括以下幾個組成部分傳感器前置濾波模塊，用于去除傳感器信號的高頻噪聲和剔除信號野點(diǎn)；車速計(jì)算模塊，用于使用重型半掛車的各車輪輪速信息，計(jì)算牽引車和半掛車的縱向車速；基于模型的無軌卡爾曼濾波(UKF)狀態(tài)估計(jì)器，用于估計(jì)重型半掛車的重要狀態(tài)參數(shù)的真值，如車體側(cè)傾角、質(zhì)心側(cè)偏角、橫擺角速度等物理量；并且該狀態(tài)估計(jì)器包括兩個組成部分，分別為用于狀態(tài)估計(jì)時間更新的重型半掛車動力學(xué)模型模塊，和由于狀態(tài)估計(jì)測量更新的UKF算法模塊；重型半掛車狀態(tài)存儲器6，用于存儲重型半掛車狀態(tài)參數(shù)當(dāng)前時刻真值，并且，為下一時刻估計(jì)狀態(tài)參數(shù)時，提供前一時刻的狀態(tài)參數(shù)。
3.如權(quán)利要求I所述的重型半掛車狀態(tài)估計(jì)方法，該方法中用于狀態(tài)估計(jì)器時間更新的重型半掛車模型模塊，使用包含五個自由度的重型半掛車動力學(xué)模型。
4.如權(quán)利要求3所述的重型半掛車狀態(tài)估計(jì)方法，該方法采用的重型半掛車動力學(xué)模型，計(jì)算車輛狀態(tài)的過程，及時間更新的步驟為1)將由傳感器前置濾波模塊去噪與剔除野點(diǎn)后得到的傳感器信息，如縱向加速度信息、方向盤轉(zhuǎn)角信息、側(cè)向加速度信息，和由車速計(jì)算模塊計(jì)算得到的車速信息，傳給重型半掛車動力學(xué)模型的運(yùn)動學(xué)解算模塊；2)運(yùn)動學(xué)解算模塊根據(jù)輸入的傳感器信息和計(jì)算得到的車速信息計(jì)算輪胎側(cè)偏角，并將其傳給輪胎力查詢模塊；3)同時，將車輛縱向加速度、側(cè)向加速度信息傳給垂向力計(jì)算模塊，計(jì)算重型半掛車各輪的垂直載荷變化情況，得到垂直載荷的實(shí)時值，并將其傳給輪胎力查詢模塊；4)輪胎力查詢模塊根據(jù)當(dāng)前的輪胎側(cè)偏角，以及垂直載荷計(jì)算模塊得到的各車輪實(shí)時載荷信息，查詢預(yù)先標(biāo)定的輪胎側(cè)向力表，得到各車輪處受到的輪胎側(cè)向力，并傳給車體動力學(xué)模塊；5)車體動力學(xué)模塊根據(jù)當(dāng)前車輛的受力情況，即由輪胎力查詢模塊得到的輪胎側(cè)向力當(dāng)前值，和由狀態(tài)存儲器輸出的前一時刻的車輛運(yùn)動狀態(tài)，解算車輛動力學(xué)微分方程，得到車輛當(dāng)前的運(yùn)動狀態(tài)。
5.如權(quán)利要求4所述的重型半掛車狀態(tài)估計(jì)方法，該方法所獲得車輛當(dāng)前的運(yùn)動狀態(tài)為牽引車及半掛車側(cè)傾角、牽引車及半掛車質(zhì)心側(cè)偏角、牽引車及半掛車橫擺角速度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種能夠估計(jì)包括牽引車及半掛車側(cè)傾角、牽引車及半掛車質(zhì)心側(cè)偏角、牽引車及半掛車橫擺角速度等重型半掛車運(yùn)動重要狀態(tài)參數(shù)，為重型半掛車電控系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的狀態(tài)參數(shù)的系統(tǒng)和方法。該狀態(tài)估計(jì)方法的步驟為由車輪處的輪速傳感器測出牽引車及半掛車各車輪輪速；由方向盤處的轉(zhuǎn)角傳感器測出方向盤轉(zhuǎn)角；由牽引車及半掛車質(zhì)心處的縱/側(cè)向加速度傳感器測出牽引車及半掛車的縱/側(cè)向加速度；根據(jù)車輪輪速和縱向加速度計(jì)算車輛縱向車速；基于五自由度重型半掛車動力學(xué)模型的UKF狀態(tài)估計(jì)器進(jìn)行基于模型的時間更新和基于UKF算法的測量更新，得到狀態(tài)真值；將重型半掛車狀態(tài)真值輸出給重型半掛車狀態(tài)存儲器，為下一時刻的狀態(tài)估計(jì)做準(zhǔn)備。
文檔編號B60W40/12GK102582626SQ201210033800
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月16日
發(fā)明者何磊, 卜未琦, 宗長富, 張不揚(yáng), 王化吉, 聶枝根, 趙偉強(qiáng), 趙漢卿, 鄭宏宇, 麥莉 申請人:吉林大學(xué)