汽车侧向安全预警的关键参数估计

admin · 发表于 2024-1-28 12:42:13

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汽车行驶过程中的实时运动状态与路面附着信息是汽车侧向安全预警的重要决策依据。在实际应用中因受到传感器成本和测量技术的制约，一些关键状态参数无法直接得到，给汽车主动安全装置的研究和应用造成困难。汽车质心侧偏角和路面附着系数是影响极限附着条件下汽车侧向运动状态的重要参数，同时也是汽车侧向安全预警的关键参数。参数估计是汽车主动安全装置中的重要研究内容，用状态观测器代替传感器的直接测量具有重要理论意义和应用价值。本文首先设计了两种质心侧偏角非线性状态观测器，分别采用了两种表达式复杂程度和模型精度不同的轮胎模型。一种为表达式较为简单的反正切轮胎模型，采用雅克比线性化方法求解观测器反馈增益。采用该方法可直接得到反馈增益的解析解，且计算过程较简单，但低附着工况下估计精度较低。另一种为表达式较复杂但模型精度更高的Dugoff轮胎模型，利用局部线性化和数值方法计算出若干个工作点处的反馈增益，然后将它们拟合为便于实时观测应用、关于状态变量的函数。该方法通用性好，理论上可适用于表达式任意复杂的轮胎模型。与基于反正切轮胎模型的状态观测器相比，仿真表明基于Dugoff轮胎模型的观测器无论在高附着或低附着工况都有较高的估计精度，且对车辆参数变化具有较好的鲁棒性。将基于Dugoff轮胎模型的质心侧偏角观测器模型进行扩展，得到质心侧偏角和路面附着系数估计的非线性联合状态观测器。采用直接李雅普诺夫方法设计了该联合状态观测器的反馈增益，并证明了观测器的收敛性。在设计与路面附着系数有关的反馈增益时，建立了一个部分状态观测器。采用Matlab/Simulink和veDYNA分别建立了观测器和车辆动力学模型，在多种工况下对联合状态观测器进行了协同仿真分析。仿真结果表明所设计的观测器在这些工况下均能较准确地估计质心侧偏角和路面附着系数，且对车辆参数变化具有较好的鲁棒性。质心侧偏角和路面附着系数的估计值可被侧向安全预警装置作为依据来判断车辆是否处于临界侧滑或侧翻状态，必要时发出预警信号。

汽车侧向安全预警的关键参数估计

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