車輛狀態(tài)和路面附著系數(shù)的非線性估計方法研究.pdf

1、車輛行駛安全問題已成為全球性的社會問題。車輛主動安全控制系統(tǒng)可有效提高車輛的操縱穩(wěn)定性，避免交通事故的發(fā)生，但這些系統(tǒng)的實現(xiàn)依賴于準確的縱向和橫向車速等狀態(tài)信息以及輪胎摩擦力和路面附著系數(shù)。目前，上述未知參變量在實際車輛中很難直接測量，因此，其估計問題近年來得到了國內(nèi)外研究學者的廣泛關注，具有重要的理論意義和工程應用價值。
　　本文基于非線性車輛動力學模型，研究了車輛狀態(tài)(包括縱向車速、橫向車速和橫擺角速度)、輪胎摩擦力和路面附著

2、系數(shù)的非線性估計問題。為了使研究工作具有系統(tǒng)性和完整性，本文首先建立了車輛的非線性動力學模型，隨后對車輛狀態(tài)的估計按路面平坦且附著系數(shù)已知、路面不平且附著系數(shù)未知以及路面不平但附著系數(shù)已知三個方面展開，分別探討了保證穩(wěn)定性的非線性估計方法，并檢驗了方法的有效性。最后，本文還對縱向和橫向車速以及路面附著系數(shù)的聯(lián)合估計問題進行了討論，提出了一種有效的非線性估計方法。此外，上述方法都可以同時對輪胎摩擦力進行估計。
　　建立車輛動力學模型

3、是估計方法研究的基礎。第2章建立的非線性車輛動力學模型不但考慮了車輛的縱向、橫向和橫擺運動，還考慮了車輛行駛過程中的輪胎垂直載荷轉移、輪胎縱向和橫向摩擦力的耦合及其飽和特性等因素的影響，是一個相對較為完備的車輛模型，且便于分析和計算。最后通過對輪胎模型的仿真分析以及對車輛模型的實車試驗檢驗了模型的精度和有效性。
　　針對車輛模型的非線性動態(tài)特性，第3章提出了一種車輛狀態(tài)的非線性觀測器設計方法，能夠有效解決路面平坦且附著系數(shù)已知情況

4、下的車輛狀態(tài)估計問題?；贚yapunov穩(wěn)定性分析方法給出了觀測器收斂的充分條件，并借助輸入到狀態(tài)穩(wěn)定性(ISS)理論研究了系統(tǒng)存在加性擾動時觀測器誤差方程的穩(wěn)定性。最后在理論分析所得結果的基礎上，結合實際應用討論了觀測器增益的選取，并基于高精度車輛動力學實時仿真系統(tǒng)和實車試驗數(shù)據(jù)，通過與其它估計方法在不同路面條件下多種駕駛工況的對比研究，檢驗了所提方法的有效性。
　　考慮到不平路面坡度和傾斜角的影響以及路面附著系數(shù)未知的情況，

5、第4章提出了一種適應路面角度和附著系數(shù)的車輛狀態(tài)非線性估計方法。該方法通過對輪胎縱向摩擦力的在線實時估計，并將路面角度引起的加速度測量偏差描述為系統(tǒng)的未知輸入，隨后基于滑模未知輸入重構技術設計車輛狀態(tài)觀測器，從而在
　　不需要預知路面附著系數(shù)的情況下實現(xiàn)了對車輛狀態(tài)和路面角度的同時估計，且所提估計方法能夠從理論上保證穩(wěn)定性。如果路面附著系數(shù)已知，則上述方法可簡化為僅適應路面角度的車輛狀態(tài)估計方法。最后通過仿真和試驗研究以及與第3章

6、方法的對比分析檢驗了所提方法的有效性。
　　為了準確識別當前的路面附著系數(shù)，并考慮到該參數(shù)與車輛縱向和橫向運動的非線性動態(tài)特性密切相關，第5章基于滾動時域估計策略提出了一種縱向和橫向車速以及路面附著系數(shù)的非線性估計方法，并分析了估計方法的穩(wěn)定性。該方法考慮了由路面不平度引起的系統(tǒng)擾動的影響，并能夠將路面附著系數(shù)和系統(tǒng)擾動的約束顯式表達在優(yōu)化問題中，通過滾動優(yōu)化動態(tài)滿足，從而提高了估計結果的精度和合理性。對該方法的仿真和試驗檢驗結果