吉林大学学报(工学版) ›› 2019, Vol. 49 ›› Issue (6): 1802-1809.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20181038

• • 上一篇    下一篇

汽车行驶道路侧向坡度估计

管欣(),金号,段春光(),卢萍萍   

  1. 吉林大学 汽车仿真与控制国家重点实验室, 长春 130022
  • 收稿日期:2018-10-12 出版日期:2019-11-01 发布日期:2019-11-08
  • 通讯作者: 段春光 E-mail:guan.hsin@ascl.jlu.edu.cn;dsprings@163.com
  • 作者简介:管欣(1961-),男,教授,博士生导师.研究方向:汽车动态仿真与控制.E-mail:guan.hsin@ascl.jlu.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(U1664261)

Estimation of lateral slope of vehicle driving road

Xin GUAN(),Hao JIN,Chun-guang DUAN(),Ping-ping LU   

  1. State Key Laboratory of Automotive Simulation and Control, Jilin University, Changchun 130022, China
  • Received:2018-10-12 Online:2019-11-01 Published:2019-11-08
  • Contact: Chun-guang DUAN E-mail:guan.hsin@ascl.jlu.edu.cn;dsprings@163.com

摘要:

为了解决侧向坡度估计依赖于轮胎模型精度、受路面附着系数影响较大、对车辆动态响应和车体信息考虑不充分的问题,运用车辆动力学理论,考虑二自由度车辆模型在含侧向坡度路面上的动力学特性,提出了一种能够解耦车辆状态与路面信息的侧向坡度估计方法。综合考虑车辆模型复杂度和辨识误差,采用二自由度车辆模型推导出车体侧倾角与侧向坡度的叠加项,并通过悬架高度信息求解出车体侧倾角,最终实现道路侧向坡度的准确估计。利用Simulink-Carsim搭建的车辆模型以及侧向坡度估计算法进行了离线仿真,结果验证了该方法的有效性。

关键词: 车辆工程, 道路坡度估计, 侧向坡度, 车体侧倾角, 车辆动力学

Abstract:

The theory of vehicle dynamics is applied to solve the problems that the lateral slope estimation relies on the precision of the tire model and is influenced by the road surface adhesion coefficient, the dynamic response of the vehicle and the information of the vehicle body are not fully considered. Considering the dynamic characteristics of a two-degree-of-freedom (2-DOF) vehicle model on a pavement with a lateral slope, a lateral slope estimation method is proposed, which can decouple vehicle state and road information. Considering the complexity of the vehicle model and the identification error, the superposition terms of the inclination angle and the lateral slope of the vehicle are derived by using the 2-DOF vehicle model, and the inclination angle of the vehicle is solved by the suspension height information. Finally, the accurate estimation of the lateral slope of the road is realized. The vehicle model and lateral slope estimation algorithm are built by Simulink-Carsim, and the off-line simulation is carried out to verify the effectiveness of the method.

Key words: vehicle engineering, road bank angle estimation, lateral slope, vehicle side angle, vehicle dynamics

中图分类号: 

  • U461.1

图1

道路侧向坡度角描述"

图2

二自由度车辆模型"

图3

算法流程图"

图4

车辆侧倾角估计原理图"

表1

车辆参数"

参数名称 符号 参数值
质心到前轴的距离/mm a 1 016
质心到后轴的距离/mm b 1 562
整车质量/kg m 1 446
车体绕z轴转动惯量/(kg·m-2) I z 1 536.7
轮距/mm L T W 1 540
悬架安装宽度/mm l 200

图 5

传递函数辨识验证"

图6

道路侧向坡度角设置"

图7

B级路面高程图"

图8

道路侧向坡度角估计结果"

图9

局部放大图"

1 林楠, 施树明, 马力, 等 . 含坡度变化率信息的道路坡度估计[J]. 吉林大学学报: 工学版, 2016, 46(6): 1845-1850.
1 Lin Nan , Shi Shu-ming , Ma Li , et al . Road grade estimation with grade change rate information[J]. Journal of Jilin University(Engineering and Technology Edition), 2016, 46(6): 1845-1850.
2 宗长富, 胡丹, 杨肖, 等 . 基于扩展Kalman滤波的汽车行驶状态估计[J]. 吉林大学学报: 工学版, 2009, 39(1): 7-11.
2 Zong Chang-fu , Hu Dan , Yang Xiao , et al . Vehicle driving state estimation based on extended Kalman filter[J]. Journal of Jilin University(Engineering and Technology Edition), 2009, 39(1): 7-11.
3 Imsland L , Johansen T A , Fossen T I , et al . Vehicle velocity estimation using nonlinear observers[J]. Automatica, 2006, 42(12): 2091-2103.
4 Hsu L Y , Chen T L . Vehicle full-state estimation and prediction system using state observers[J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2009, 58(6): 2651-2662.
5 Antonov S , Fehn A , KugiA . Unscented Kalman filter for vehicle state estimation[J]. Vehicle System Dynamics, 2011, 49(9): 1497-1520.
6 Fukada Y . Slip-angle estimation for vehicle stability control[J]. Vehicle System Dynamics, 1999, 32(4/5): 375-388.
7 Menhour L , Lechner D , Charara A . Design and experimental validation of linear and nonlinear vehicle steering control strategies[J]. Vehicle System Dynamics, 2012, 50(6): 903-938.
8 Tseng H E . Dynamic estimation of road bank angle[J]. Vehicle System Dynamics, 2001, 36(4/5): 307-328.
9 Ryu J , Gerdes J C . Estimation of vehicle roll and road bank angle[C]∥Proceedings of the 2004 American Control Conference American Control Conference, Boston, MA, United States, 2004: 2110-2115.
10 Hahn J O , Rajamani R , You S H , et al . Real-time identification of road-bank angle using differential GPS[J]. IEEE Transactions on Control Systems Technology, 2004, 12(4): 589-599.
11 Tseng H E , Ashrafi B , Madau D , et al . The development of vehicle stability control at Ford[J]. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 1999, 4(3): 223-234.
12 Ryu J , Gerdes J C . Road bank angle estimation using disturbance observer[C]∥Proceedings of AVEC 2002 6th Int. Symposium on Advanced Vehicle Control, Hiroshima, Japan, 2002: 381-386.
13 Ryu J , Rossetter E J , Gerdes J C . Vehicle sideslip and roll parameter estimation using GPS[J/OL].[2018-09-28]. http:∥.
14 Hashemi E , Zarringhalam R , Khajepour A , et al . Real-time estimation of the road bank and grade angles with unknown input observers[J]. Vehicle System Dynamics, 2017, 55(5): 648-667.
[1] 陈鑫,阮新建,李铭,王宁,王佳宁,潘凯旋. 基于大涡模拟的离散格式改进方法及应用[J]. 吉林大学学报(工学版), 2019, 49(6): 1756-1763.
[2] 何仁,涂琨. 基于温度补偿气隙宽度的电磁制动器[J]. 吉林大学学报(工学版), 2019, 49(6): 1777-1785.
[3] 靳立强, 田端洋, 田浩, 刘蒙蒙. 汽车电子稳定系统制动增力辅助技术[J]. 吉林大学学报(工学版), 2019, 49(6): 1764-1776.
[4] 李杰, 郭文翠, 赵旗, 谷盛丰. 基于车辆响应的路面不平度识别方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2019, 49(6): 1810-1817.
[5] 王杨,宋占帅,郭孔辉,庄晔. 转动惯量试验台的惯性参数测量[J]. 吉林大学学报(工学版), 2019, 49(6): 1795-1801.
[6] 刘巧斌,史文库,陈志勇,骆联盟,苏志勇,黄开军. 混合可靠性模型参数的核密度和引力搜索估计[J]. 吉林大学学报(工学版), 2019, 49(6): 1818-1825.
[7] 庄蔚敏,刘洋,王鹏跃,施宏达,徐纪栓. 钢铝异质自冲铆接头剥离失效仿真[J]. 吉林大学学报(工学版), 2019, 49(6): 1826-1835.
[8] 陈百超,邹猛,党兆龙,黄晗,贾阳,石睿杨,李建桥. CE-3月球车筛网轮月面沉陷行为试验[J]. 吉林大学学报(工学版), 2019, 49(6): 1836-1843.
[9] 马芳武,倪利伟,吴量,聂家弘,徐广健. 轮腿式全地形移动机器人位姿闭环控制[J]. 吉林大学学报(工学版), 2019, 49(6): 1745-1755.
[10] 马芳武,韩露,周阳,王世英,蒲永锋. 采用聚乳酸复合材料的汽车零件多材料优化设计[J]. 吉林大学学报(工学版), 2019, 49(5): 1385-1391.
[11] 高振海,孙天骏,何磊. 汽车纵向自动驾驶的因果推理型决策[J]. 吉林大学学报(工学版), 2019, 49(5): 1392-1404.
[12] 张博,张建伟,郭孔辉,丁海涛,褚洪庆. 路感模拟用永磁同步电机电流控制[J]. 吉林大学学报(工学版), 2019, 49(5): 1405-1413.
[13] 王鹏宇,赵世杰,马天飞,熊晓勇,程馨. 基于联合概率数据关联的车用多传感器目标跟踪融合算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2019, 49(5): 1420-1427.
[14] 胡兴军,惠政,郭鹏,张扬辉,张靖龙,王靖宇,刘飞. 基于流固耦合的汽车气动特性[J]. 吉林大学学报(工学版), 2019, 49(5): 1414-1419.
[15] 韩小健,赵伟强,陈立军,郑宏宇,刘阳,宗长富. 基于区域采样随机树的客车局部路径规划算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2019, 49(5): 1428-1440.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 张春雨,陈贺新,陈绵书. 基于核映射的无相关鉴别矢量集算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2006, 36(04): 574 -578 .
[2] 杜忠泽,魏法明,符寒光,伍来智,王经涛 . ECAP变形2J4合金的显微组织和磁性能[J]. 吉林大学学报(工学版), 2008, 38(02): 303 -0308 .
[3] 岳惊涛, 王太勇, 王 伟, 李 静. 虚拟环境下轻型越野汽车限滑差速装置仿真[J]. 吉林大学学报(工学版), 2005, 35(01): 12 -0017 .
[4] 程鹏,刘忠长,郭英男,刘金山,谭满志,宫宝利,刘巽俊 . 测量多缸内燃机单缸充气量的流速-压力波方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(01): 69 -73 .
[5] 何洪文,余晓江 . 电动车辆动力电池的性能评价
[J]. 吉林大学学报(工学版), 2006, 36(05): 659 -0663 .
[6] 吉林大学学报(工学版)编辑部. 吉林大学学报(工学版)2006年第6期目录[J]. 吉林大学学报(工学版), 2006, 36(06): 1 -00002 .
[7] 刘序宗,刘树彬,郑伟,安琪 . BESⅢ TOF子触发系统击中信息
多通道串行同步传输方法
[J]. 吉林大学学报(工学版), 2008, 38(02): 483 -0488 .
[8] 连静, 王珂, 吕智莹. 基于B样条小波的自适应阈值多尺度边缘检测[J]. 吉林大学学报(工学版), 2005, 35(05): 542 -0546 .
[9] 苏俊林 , 李博 , 矫振伟. 微小矩形多槽道平板热管的传热性能[J]. 吉林大学学报(工学版), 2005, 35(06): 592 -0595 .
[10] 彭勇,孙立军,石永久,黄志义 . 沥青混合料劈裂强度的影响因素[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(06): 1304 -1307 .