基于非线性车辆模型的行驶状态与路面附着系数估计

作     者：张航星 路永婕 张俊宁 Zhang Hangxing;Lu Yongjie;Zhang Junning

作者机构：石家庄铁道大学机械工程学院河北石家庄050043 河北省交通安全与控制重点实验室河北石家庄050043 

出 版 物：《石家庄铁道大学学报（自然科学版）》 (Journal of Shijiazhuang Tiedao University(Natural Science Edition))

年 卷 期：2020年第33卷第1期

页      面：49-58页

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：国家自然科学基金(11572207,11472180) 河北省自然科学基金(A2016210103) 

主　　题：非线性动力学 扩展Kalman滤波 路面附着系数 Dugoff轮胎模型 

摘      要：路面状况和行驶状态的准确识别是车辆安全行驶和主动控制的重要依据。为了验证车辆行驶状态和路面附着系数估计的有效性,建立了包含Dugoff轮胎模型的四轮三自由度整车仿真模型,提出了基于扩展Kalman滤波理论的车辆行驶状态与路面附着系数估计算法。车辆在设定的双移线路面附着系数分别为0.8、0.7、0.6的工况下进行仿真,对比车辆的运动状态和车辆转向输入激励的趋势的一致性,验证了该模型的合理性。结合该模型计算出的Dugoff轮胎模型纵向和侧向归一化力,通过Matlab编程实现扩展卡尔曼算法估计,算法估算得到的汽车行驶状态参量和路面附着系数与仿真值进行对比。通过结果对比表明,车辆行驶状态估计值与Simulink数值解的均方根误差(RMSE)指标最大值不大于0.03,由于轮胎与路面是动态接触,路面附着系数呈上下波动状,实现了对车辆行驶状态参量和路面附着系数的实时估计,为重型车辆稳定性控制提供了理论基础。