一种汽车行驶过程中的状态估计方法

摘要

本发明公开了一种汽车行驶过程中的状态估计方法，包括以下步骤：分析汽车的行驶特性，建立汽车的运动模型；引入非完整性约束进而建立速度误差估计方程，通过车速以及车辆的三个姿态角来估计车辆行驶中侧向以及垂直方向的误差，建立汽车侧偏角估计方程。通过速度误差估计、侧偏角估计可以评判车辆在行驶过程中的稳定性。本发明同时还可以利用汽车的运动模型，实现四轮汽车前轮转向角的在线检测。该汽车行驶过程中的状态估计方法能实时计算并监控汽车行驶过程中的状态参数，为汽车安全行驶提供数据参考。

主权项

1.一种汽车行驶过程中的状态估计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：建立汽车运动模型：建立汽车载体坐标系X_RY_RZ_R，选择后轴中点M_r作为载体坐标系的原点O；选择指向汽车的右手方向为X_R轴，沿着汽车纵轴并指向汽车前进的方向为Y_R轴，Z_R轴指向汽车天顶方向；定义二维坐标系X_IO_IY_I，令该坐标系与导航坐标系ENU的EO'N平面重合，X_I指向东，Y_I指向北，X_IO_IY_I平面即为汽车运动的二维全局坐标系，导航坐标系ENU为汽车运动的三维全局坐标系；汽车运动模型由下式来表达：为汽车后轮在全局坐标系中的位姿矢量，v_y为汽车后轮速率，l为轴距，为整车的虚拟转向角，通过方向盘转向参数测试仪测定，θ为汽车的方向角即航向角；步骤2：对汽车行驶过程中的状态参数进行估计所述的状态参数包括估计速度值，汽车在导航坐标系ENU即X_IY_IZ_I系中的速度矢量表示为V_I=[v_e,v_n,v_u]^T，其中v_e、v_n和v_u分别代表了载体的东向、北向和天向速度；=sinθcosψv_e+cosθcosψv_n+sinψv_u，其中ψ为俯仰角，其中v_e、v_n和v_u、ψ和θ变量通过GPS组合导航仪测量求得；评判估计的精度为其中v_y为汽车实际速度；步骤2中的状态参数还包括汽车横向误差估计值η_x和垂向误差估计值η_z：$\left\{\begin{array}{c}{\eta }_x=(\cos \theta \sin \gamma +\sin \theta \sin \psi \sin \gamma )v_e+(\cos \theta \sin \psi \sin \gamma -\sin \psi \cos \gamma )v_n-\cos \psi \sin \gamma v_u\\ {\eta }_z=(\cos \theta \sin \gamma -\sin \theta \sin \psi \cos \gamma )v_e(\cos \theta \sin \psi \cos \gamma +\sin \theta \sin \gamma )v_n-\cos \psi \cos \gamma v_u\end{array}\right.$其中，γ为横滚角，η_x和η_z值越大，表明非完整性约束被破坏的程度越高，其中横滚角γ通过GPS组合导航仪求得；步骤2中的状态参数还包括侧偏角β，l_r是M_rC的距离，C是汽车重心点由方向盘转向参数测试仪测量得到；步骤2中的状态参数还包括前轮胎转向角，前轮胎转向角包括：内前轮转向角和外前轮转向角汽车出厂时最小转弯半径已知，根据求得值；由式求得d为轮距，w为轮胎宽度；和整车的虚拟转向角之间的关系为利用转向参数测试仪测量方向盘的转角通过来求整车的虚拟转向角其中，为汽车的最大方向盘转角，再利用和考虑侧偏角的汽车运动模型公式估计出汽车行驶的轨迹T₃，利用GPS传感器实时绘出汽车的运动轨迹T₄，比较比较T₃和T₄的吻合程度以判断汽车的路线偏离程度，两轨迹偏差超出2个轮胎宽，则认为汽车转向角机构发生异常。