《車輛狀態和路面附著係數的非線性估計方法研究》是依託哈爾濱工業大學，由趙林輝擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：車輛狀態和路面附著係數的非線性估計方法研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：趙林輝
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對汽車底盤與安全控制系統中存在的關鍵科學問題車輛狀態和路面附著係數的估計，從實際系統的需求出發，在兼顧估計效果和低成本的前提下，最佳化系統的感測器配置，通過對車輛動力學特性的分析，研究車輛動力學模型誤差的補償方法，利用先進控制理論，研究有未知輸入且存在不確定因素的非線性系統狀態與參數估計的有效方法，實現對車輛狀態和路面附著係數的實時可靠估計，研究非線性估計算法的最佳化及嵌入式實現，研究估計算法的實驗方法及實驗數據的分析方法，結合理論與套用技術的創新，完成估計算法在多種工況下的硬體在環實驗和實車實驗。本項目的研究有助於推動先進控制理論在車輛工程中的套用，其成果可指導進一步開發具有自主智慧財產權的汽車底盤與安全控制系統。
結題摘要
車輛狀態和路面附著係數估計是汽車底盤控制系統中的關鍵問題。項目在分析汽車各部分動力學特徵與控制需求的基礎上，針對車輛動力學非線性估計及其實現方法進行了深入研究，主要工作如下：（1）系統總結了國內外在車輛動力學建模及車輛狀態、輪胎摩擦力和路面附著係數估計領域的最新研究進展，並提出了發展展望；（2）在分析車輛動力學系統未知物理量與感測器測量信息之間關係以及不同感測器成本差異等因素的基礎上，提出了一種車載感測器的配置方案，該方案兼顧了車輛狀態的可靠估計與系統的低成本要求，並且在不同的量產車型中得到了驗證；（3）提出了針對不同車載感測器信號的接口電路和信號處理電路設計方法以及感測器測量信號的軟體濾波處理方法，並在一汽奔騰B50和B70轎車中進行了套用驗證；（4）在分析輪胎縱和橫向摩擦力線上性區域及非線性區域的主要動態特性、輪胎摩擦力的飽和特性，以及輪胎縱向與橫向摩擦力之間的耦合關係及其與輪胎垂直載荷、路面附著係數之間關係的基礎上，詳細討論了Dugoff輪胎模型在不同工況下的計算精度及誤差產生的主要原因；（5）建立八自由度非線性車輛動力學模型，構建實車實驗環境，並根據國標和ISO標準對車輛制動系統和操縱穩定性試驗的要求，制定試驗計畫，獲得不同駕駛工況和路面條件下的實驗數據，為車輛動力學模型和估計算法驗證奠定了數據基礎；（6）針對平坦路面的車輛狀態估計問題，將路面附著係數的估計轉化為輪胎摩擦力估計，提出了基於滑模觀測器的車輛狀態估計和輪胎摩擦力重構技術，給出了觀測器收斂的充分條件，並通過仿真和實驗驗證了估計算法的有效性；（7）針對坡度路面的車輛狀態估計問題，將路面坡度和傾斜角描述為系統的未知輸入，並通過車身側傾角的估計，提高車輛動力學模型的精度，進而設計觀測器實現了車輛狀態的可靠估計，並基於輸入到狀態穩定性（ISS）理論討論了觀測器誤差方程穩定的充分條件，該方法能夠實現對車輛狀態和路面條件的聯合估計；（8）提出了基於現場可程式門陣列（FPGA）的估計算法最佳化和實現方法，並對比了硬體描述語言和片上可程式系統（SOPC）兩種不同實現方法的優缺點，為複雜算法的實現提供了可行方案；（9）提出了一種基於Labview的汽車電控單元集成測試技術和集成測試系統架構，設計並構建了汽車底盤電控單元硬體在環試驗環境，為估計算法測試提供平台。
