车速与路面附着系估计

一、路面附着系数估量：1．路面识别系统设计：由于各种路面峰值附着系数对应的滑移率不同减速度进展比较，其中确定差值最小者即推断为当前路面，具体识别流程如以下图所示：如何识别每个车轮上所作用的切向力对整车运动状态的影响格外困难,故承受整车动力学参数对每个车轮所经过的路面状态进展识别存在肯定的难度。对于单个车轮来说,承受其自身的动力学参数对它的运动状态进展快速识别比较便捷。车轮在制动状态下的数学模型可表达为JFr

TT

(3)式中ω——车轮角速度Tb——制动力矩Tf——滚动阻力矩J——车轮及其组件的转动惯量rd——车轮的动力半径

zd b f制动器制动力矩的大小一般与其制动轮缸的压力成正比,故制动器制动力矩可以依据制动轮缸的压力来进展计算。车轮的动力半径可在车轮静力半径的根底上通过与车速的关系得到。轴荷可依据加速度传感器或者理论模型分析得到。因此在制动力矩、车轮的角加速度、轴荷、动力半径以及滚动阻力系数的根底上,利用式(3)可以快速估算出路面的附着系数。2．路面附着系数估算汽车驱动、制动及转向行驶都受路面附着条件的限制，路面附着系数是稳定性控制系统重要的掌握参数。路面附着系数很难直接进展测量确定，因此国内外学者在路面附着系数估算领域进展了大量争论工作，取得了肯定的争论成果。但各种估算方法都有肯定的局限性，在有用性和实时性方面还有待于深入争论。本文仅对汽车转向行驶工况下路面附着系数估算进展争论。路面附着系数由侧向加速度和路面附着系数估量误差两局部组成，即：其中：为侧向加速度确定值，单位为g；为路面附着系数估量误差，它与车辆的非线性度有关。车辆的非线性度可表达为：其中为特征车速，K为汽车稳定性因数，为名义横摆角速度，则路面附着系数估量误差

与非线性度

之间的关系可以用以下图来描述：前轮利用附着系数估量利用附着系数为地面作用力与垂直载荷之比,有两种有用的估量方法。基于动力传动系动力学分析的估量方法(方法一)由液力变矩器特性可以估算自动变速器的输入力矩,即有T K

2 (3.1)p tc TTt p

(3.2)式中Tp

、T;t

为发动机转速;Ktc

、为液力变矩器的容量系数及转矩比,均为涡轮、泵轮转速比的函数。涡轮力矩Tt

即自动变速器的输入力矩。无视变速器及主减速器的转动惯量,则前轴的驱动力矩为T iiTd 0gt g

(3.3)式中i、i0

分别为主减速器和变速器传动比;g

为传动效率。由驱动轴的回转运动动力学可得前轴车轮地面作用力为

F x1

T Tb1

I x1

)/r (3.4)x1式中I 为驱动轴(包括两个驱动轮及差速器)的转动惯量; 为驱动轴角速度,取两前轮轮速x1 x1均值;Tb1

为两前轮制动力矩;TR1

为两前轮滚动阻力矩;r为车轮半径。依据滚动阻力系数阅历值估算滚动阻力矩,即TR1

fFr

r,fr

为滚动阻力系数,Fz1

为前轴载荷。视纵向惯性力和空气阻力作用中心为悬挂质量质心,则F [mgb(maz1 s

F)ha

]/l (3.5)式中m、ms

为整车及悬挂质量l为轴距b为质心至后轴的距离;hs

为悬挂质心高度;F为空a气阻力。由利用附着系数的定义式Fx

/F,得zF /Fx1 z1

(3.6)基于车身纵向加速度的估量方法(方法二)汽车直线行驶的纵向运动动力学方程为ma F F Fx x1 x2 d

(3.7)式中ax

为纵向加速度;Fx2

为后轴地面作用力;Fd

为空气阻力。后轴回转运动动力学方程为I x2 x2

b2

T FR2

r (3.8)Ix2

为后轴转动惯量;

为两后轮平均转速;Tx2

为两后轮制动力矩;TR2

为两后轮滚动阻力矩。由式(3.7)、式(3.8)估算前轮地面作用力,即F maFx1 x

(I x2

Tx2 b2

T )/r (3.9)R2将式(3.9)、式(3.5)代入式(3.6),可得利用附着系数的估量值。两种方法的主要差异在驱动力估量方面,方法一无视了传动系统的弹性、惯性及阻尼特性.附着系数的贝叶斯估量k表示采样序号,设采样时刻tk

时,驱动轮滑移率、利用附着系数估量值分别记为k

kk

代入预先建立的几种不同路面(路面附着系数ui

, i1,2,n)s关系,可得对应利用附着系数,记为 。定义偏差i,kE /(3.10)i,k i,k k k估量值ˆ对应不同路面的条件概率等价于偏差E 的概率分布,设其听从高斯分布,则可得k i,k如下似然函数式中为标准差。

k

|)i

E221e22,i1,2,,21设当前时刻路面附着系数为i

P(k i

i1

P()1。依据贝叶斯定理,k i在利用附着系数估量值为ˆk

的条件下,当前路面附着系数为i

的后验概率为kkikiQ[|]kkiki

,i1,2,,n (3.12)k i k

n k kj1

|)P[]j k j则由下式可估量当前时刻的路面附着系数为

] (3.13)k i k i i1t=tk+1时,令Pk+1(μi)=Qk[μi|φ^k],重复上述过程,可实现路面附着系数的在线估量。二、车速估算模块车速是稳定性掌握算法中的一个重要参数，计算车轮的滑移率、名义横摆角速度、估算质心侧偏角以及不同行驶工况下对稳定性掌握算法的调整都需要准确的车速信息。此外，稳定性掌握还包含ABSTCS功能，因此，稳定性掌握需要各种工况下的车辆行驶速度。车速是通过轮速传感器信息进展估算得到的，下面对车速估算进展详细描述：驱开工况当汽车处于驱开工况时，对于两轮驱动车辆，可承受非驱动轮〔后轮〕的轮速均值作为参考车速：v v制开工况

Vfl rre 2ABS功能是否启动。假设ABS功能没有启动，则推断最高轮加速度与汽车纵向加速度的大小：v aVmax

max xexe Vaex

amax x假设ABS功能启动，则依据最大轮速法和斜率法相结合的综合估算方法来计算参考车速：3〕转向工况

Vmaxv ,Ve max e

a