GPS及加速计组合测量车速的发展趋势和应用

PAGE\*ROMANIIPAGE\*ROMANIIGPS(转(转角)等相结对整动态性能性能匹配ABS(防抱死制开有着意义主使五仪相对式光电编码器。五仪有两种一种常规五仪由被检拖曳前进出距离信号另一种非接触式五仪利光学原理出地面相对移动距离信号。这两种五仪体积都比较大安装复杂精高往往价格很高。光电式编码器使周法或频法通相或转换出安装使编码器使动精。本GPS信号相结式信号高精。：GPS传感器；卡普曼滤波法；据融；ABSTRACTSpeedistheimportantparametersofautomotiveroadtest,andthewheel(moment),pedalforce,thewheelspeed(corneretc),combinedwithparametersofautomotiveperformancebrakingperformanceandABS(ABS)developmenthasimportantsignificanceandapplicationvalue.Currentlythemainuseofmeasuringspeedandfiveroundsrelativephotoelectricencoder.Fiveroundapparatushastwokinds,onekindistheconventionalfiverounds,wheelbyscreeningvehiclehaulingmeasureddistancesignal,anotherisnoncontactfiverounds,opticalinstrumentmeasuringprincipleandgroundvehiclesrelativedistancessignal.Thesetwokindsoffiveroundsinstrumentinstallationislarger,thevolumeofhighaccuracyisoftenhighprice.PhotoelectricencoderUSESmeasuringmethodoffrequencymeasurementmethod,orweeks,bymeasuringthetimeintervalorconnectedpulseunittimepulsesofseveralconversionspeed,butcalculateroad,andimproperinstallationwillmakeencoderingeneratedduringthejitter,measuringprecision.ThisdesignUSESGPSsignalwithacombinationofaccelerometermeasurementspeed,highspeedsignalofthereal-timedataGPS,AcceleratingSpeedSensor,KalmanFilteringMethod,DataFusion,SpeedPAGE\*ROMANIIIPAGE\*ROMANIIIIABSTRACT 111义 1国内外现状 2本内容 22车速测量系统硬件设计 44GPS系统理基础 4GPS系统工作原理 4定位误差分析 GPS信号接收模块 GPS坐标转换 投影变换 坐标变换 坐标转换公式简化及其有效MMA7260Q加速度传感器功能特点及工作原3测量车速系统系统软件设计 163.116GPS25GPSGPS283031。附 录A32附 录B中译35PAGE3PAGE31(GPS)GlobalPositioningSystem、陆、空方实三维与能力新代为基础无线电，能性、性、天候、连续性实性精密三维与功能，而且良好抗干扰性保密性因绘随着技术飞速展领域得到了广泛应功能并，，常GPS性等计基三力速MMA7260QGPS方应，速速，前对于已知参考之间偏移从而得到绝对短间内，这种法度很高例如：平均加度8g情况下s钟范围内误差0.5m与GPS单点平均误差15m～20m微不足道；特别GPS，到续因此，速通GPS为，高精度，增强性能。速道路试验中参数与力(力踏板轮转速(转)等参数对汽动态性能分析制动性能匹配ABS(抱死制动)着应价值计根据汽道路试验研了基GPS速度计速采集装GPS与速度计二者信的方式，并上机应数据融，实现速实采集。入世纪之后，家根据汽工业展需，颁布了新汽业标准，使GPS内外研究现状GPS30Garmin、TrimbleJavad等，包括航空、航海、导航、定位、绘等个领域我国导航设备运营虽然掇众但普遍勰模较小还没现垄断位模较众等国备GPS国GPS监控、导航等。随着GSMGPRS普导航无线GPS成为推动GPS市成长2005这两类GPS比率约为%到了8年则为53.6其它航空、航海、农等起仅46.4%运，导航普国，日GP载率达59欧美约为25AB表明物流将成GPS502010还估到2010年GPS市总将达320亿美元。在我国GP三领域比较广泛(绘、勘探上渔及定位监控交部绫显示200年中国43万货运17万客运、90导航截2008国备GPS导航设备902008国938GPS10国。导航15家谈GP自导航市需根据我国未五年轿算20032008147的82还2010国GPS至少将增5倍至少800亿元人民币。本研究内容定位(GPS)利导航卫进行距构成定位它优势GPS信号于相GPSGPS地量辆研究内容包括：查阅文献资料了解当前国内外量系统量方和标并学最新版本LabVIEW8.6GPS资料GPS、和方并学GPS。查阅资料室检漏洞在室完毕一步完善功2件设计GPS的定位原理GPS的理论基础lgS(197319943lOGPSS4(3)6(2-1)45°相同方向运行隔约9°这就可保证任何区任何时刻都可4高约20200约12图2.1GPS空间模型GPS刻同3(3)CPS这测测至3(3)GPS刻GPS测而钟误差因此GP测应至少对4进行观测来进行[1。GPS的工作原理GPS座24包括3工作6等间隔萄内4倾角55°各升的4PAGE10PAGE1060是1半长轴为60遵平均高度为00运行周期为l58少4。L25率为z55kl和2)码kM和kGPSL5投入美国正着手研第三GPS系统即“GPSIII”选择全优化设方案彻底放弃2433加静止组成GPSIII2009全部0与S比“S—I”0倍抗干扰力提高0倍授精达到1ns定位精度提高到0.2m～0.5这样可使GPS一III度1m内[2]。位误差分析GPS定位是用一、、发射时间观测来实现同时用户确标4行测这一定位分一分是每一个用户所公如、、、分为能用户测来计分为用户所例如内部噪声、通延迟、多径应等高精度GP测量(如地球动力学研究，运、2.1给出了GPS测量误分类及各项误对离测量影响分类部分误来源①历误；②钟误；③对论应①电离层；②对流层；③多路径应①钟误；②置误；影响（m）1.5-15传播1.5-5其他影响其他影响③天线相位中心变化①地球潮汐；②负荷潮1.0上述误差，按误差性质可分为系统误差与偶然误差两类。偶然误差主要包括信号的多路径效应，系统误差主要包括卫星的星历误差、卫星钟差、接收机钟差以及大气折射的误差等。其中系统误差无论从误差的大小还是从对定位结果的危害性讲都比偶然误差大得多，它是GPs测量的主要误差源。但系统误差有一定的规律可循，因此可以采取一定的措施加以消除[3]。GPS信号接收模块GPS的数据处理方法：在动态定位数据处理中，一般用最小二乘法或卡尔曼滤波方法。利用最小二乘法处理GPS动态定位数据的特点是模动态接收机的用的是数模GPS动态定位中，动态接收机的天线是一循一定规律变化的动态系统，系统的在一定的系，最小二乘法分利用规律系。卡尔曼滤波是在线性无偏最小方差得的一滤波方法，它系统的态方据一的态的测的态。与最小二乘法相比，卡尔曼滤波方法GPS动态定位数据处理。GPS的数据有两ASCII，一是二市上以用ASCII的NAME一0813的最为。NAME一0813是定的其中规定GPS接收的定位位态、接收机态等信采用的是NAME—08132.0版NAME0813议规定的GPS信号语句GPGGAGPGSAGPGSVGPRMC等多表的定位信有。名称名称号说明分分A（数据有效；V(数据无效度度.N（北半球；S（南半球）度度.UTC062209.000HHMMSS.SSS定位态AA或者V纬度3641.8471DDMM.MMMM南/北半球指示器NN或者S经度10905.1234DDMM.MMMM/球EEWEW000.0203.3260504001.W<CR><LF>XXX.XXXX.XDDMMYYXXX.YYGPS(OEM)SuperstarSuperstar、、时间、卫星星历及他状态信息并处理编译来自基站差分改正[4]。GPSGPSWGS84()信息GPS信息已建立好必须进行相应转实现统来说载GPS转两先将WGS84转1954北京1980国家通()及进行(局部任意)来实现相先将GPSWGS84WGS84球基(换等)将斯统国家5国家8局部任意时采转式存两个原法要进行基来差，式计算式复杂转程故相式言占计算时及实时精要求不实时要求较就实际实时监GPS及GPS坐并及[5]。载GPSWGS84包括经LL)x)N N xX

tcos2Bl tcos42 24

5t2

l4N tcos6B720

612t43302t2

l6

(2.1)N yNcosBl

cos36

1t22

l3 N 120

cos5b518t2t41422B

l5... XA BsinBcosBCcosBDBcosBEBcosB0 0 0 0 0 e2

a2b2 a2 db2aa

1e2 3 45 175 11025 Ad14e264e4256e6 ... 0 16384 3 45 175 11025

(2.2)Bd e2 e4 e6 ... 0 4 64 256 16384 15 175 3675 Cd e4 e6 ... 0 32 368 8192 35 735 Dd e6 ... 0 96 2048 315 0Ed1024e8... 0(1)(2)XB

a2

/

12)

e'2cos2Be'2

(a2b2)/b2；

B；

lLL0；ab68(xy)0.00lmGPS、仿射、双性及二及三多等完全两体转未考虑误差仿射基础考虑尺因差异而为消除和削弱两之移、转、、及误差二射uvxy)两体a0bb为：

a及n0 nuaaxay0 1 2

23)vbaxay0 2 1aaxayb

0 1 2bxby

24)0 1 2uaaxayax2ayay20 1 2 3 4 5

25)vbbxbyb2byby2 0 1 2 3 4 5(2.3)42点取知换(2.4)63点取知转(2.5)整126点取应最小乘法知获得知后即即现针动态位选择就目前设备技术水看加分动态最好m左右动态位最好也25m左右前给出))1m，已经于大测量测量这样动态显然出几量动态位最好25问(2.1)(2.2)(2.1)(2.2)3(2.6)5(2.7)(2.6)(2.7)GPS接WGS843种((2.1)(2.6)(2.7))平两套结果(2.1)结果关比较详细结果如表2.3。xX

NtBl2 2 yNcosBl B

(2.6)XA0

BcosBB 0 N N xX

tBl2 t2 24

5t2

2

l4N yNcosBlB

6

lt22 l3

XA BcosBBCBcosB 0 0 0 (2.6)(2.1)10m级于未加GPS辆来说还可GPS辆来说5l00于加差分改GP辆m级此如(2.6较差(2.7(2.1较差cm级加差分改GPS辆还未加差分改GPS辆来说比较象比较象比较比较差15.034140.02911差15.225350.04649差1.858250.00003差2.702300.00006于差分辆航或监控还见而辆于于范PAGE12PAGE12围相对较小，经度差和纬度差较小，涉及到跨带坐标匹配的可能性较小，即是说，在系统服务范围内要进行换带计算的可能性是不大的。当然，如果在系统服务范围内确实存在跨带坐标匹配问题，则在系统设计中，必须增加一判定当前车辆所在高斯投影带的功能，并根据实际情况改变用于投影计算的中央子午线的数值。在进行了投影计算后，还必须通过一定的数学变换建立高斯投影坐标系和数字地图所在坐标系间的映射关系，以实现相互问的坐标转换。如果数字地图本身就是国家 54高斯平面坐标或国家80高斯平面坐标，则可以直接将GPS定位信息用式(2.3)进行转换，而后与数字地图进行匹配显示；如果数字地图是局部坐标系 (如设的建坐标系)，则当用式(2.4)或式(2.5)进行坐标转换，平面坐标系间可能存在较大的度，度的差。在大数情况采用式(2.7)和式(2.4)前车辆定位对坐标计算度的要[6]。功能特点MMA7260Q是一度加微，信通和度部，并4不同的度式。在前设定，不要部。一式，小式设的MMA7260Q能在xy、z 以高的度平的和摇，是中的一加度。要以在一设中x，y，z)度1.524和6g功，50；式，3uA，是的子的；行，2.2～3.6Vlms高的确度；6mm×6mm×1.45mm的QFN(无引线四方扁平)封装。结构原理图2.2MMA7260Q功能框图 图2.3MMA7260Q芯片实物2.4MMA7260QIC内部主要由双芯片构成，即蘑力检测单元(负责加速度的检测)和IC控制单元(负责信号处理)。重力检测单元将检测到的加速度变化量信号送到容压转换电路，而后进行取样、保持及信号放大处理，最后用低通滤波器滤除高频噪声，在温度补偿处理后即可输出加速度信息。信息采集模块汽车道路试验在制动时车体的加速度最大，大约1g，因此加速度范围是0～1g。选用Freescale公司生产的MMA7260Q芯片。这款基于微机电系统的芯片在3个轴向上能灵敏地捕捉到被测物体的坠落、倾斜、移动，并将这3轴的加速度信息以模拟量的方式3输出。通芯片g-selectlg-select2的电，可以选1.5g2g4g6g范围的灵敏度。3A模式、500A行电，以及6mm6mm×1.45mm的QFN，车的要求。MMA7260QG-CELL(重力感测单元)由基于半导体材料的微机械结构构成。物理模型可以构造成一对固定的面板，中间含一块可移动的面板，见图2.5。2.5G-CELL()G-CELLC=ADA8DASIC()G—CELL并从差算出据ASIC再进行信号调理和信号滤波()最后输正比于压灵敏选择(g-Select)：根据g-Selecd、g-Select2引脚输入平，MMA7260Q4灵敏选择模式根据不同产品以选择不同灵敏且以任意睡眠模式(SleepMode)：MMA7260Q12引脚(SleepMode)提供低平传感低模式行行3A提供平传感就正行模式。滤波：MMA7260QASIC滤波滤波不再(、)频率[7]。信号转换由于传感信号输压信号要将压信号转信号根据产厂家提供传感模块资料以平情况压化公式:X轴：

X1659808Y轴Y1659808Z轴Z2459808由Z轴心所以要多去重力压信号。数据采集卡采Qa)指待设备等拟字自采非或者信号,送上位机进行分析,处理据采结合基于计算机或者他试平台软硬产品灵活、户自定义通必须据采设备采前调制传感信号,括进行增益或衰和隔,放大,滤波等.待某些传感还要提供激励信号据采卡，即据采(DAQ)能计算机扩展卡以通过 USB、PXI、PCI、PCIExpress、源线(1394)、PCMCIA、ISA、CompactFlash等总线入人计算。13PAGE14PAGE142.6卡原理图2.7卡实物图在科技飞速发展的今天，工业自动化等各种自动控制都离不开数据。如何获取需要控制的各种状态，这个就是数据采集卡所起的作用了。在各种繁杂的数据采集过程中，数据的流量和精确度是相当大的一个问题。为了解决让数据传输更快更多的数据，USB高速数据采集卡带来了解决方案。USB高速数据采集卡，顾名思义，就是数据采集卡采集数据后输入电脑设备的接口是 USB接口。在今天流行的计算机接口中，USB首当其冲（参见USB接口），尤其从1.0到2.0集的数据传输奠定了理论基础。用数据采集的原理，使用USB高速传输的方式来实现的数据采集卡，最终实现了今天的USB高速数据采集卡[8]。本章小结硬件是进行测速系统的基础，根据试要确硬件接系到系统的确，要高的精度。GPS用的测量，过后到的动和速度。在的，定精度到2m，测量精度到 6cm。使用速度传后，电离流，大程度传，使定精度提高到 0.45m，测试精度到 2mm。速度传测量动个方的速度和速度，其精度到 0.8°/S5m因此，这两个的满足试要。本章试过程中用到的 GPS及速度传的构组成讯原理技术指和息采集进行了介绍和分析，为一章的软件编制奠定了基础。PAGE16PAGE163WICBASICLabVIEWLabVIEWG编LabVIEWLabVIEW介绍LabVIEW(LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench)lsn)LabVIEWLabVIEW、函LabVIEWDLLCINLabVIEW译GPSLabVIEW8.0仪有功运行、、输功能CBASIC样W也有个完任何任函LabVIEW函、GPIB、、、数LabVIEW、据及I果步执行等等调前面板置输入观察输前面板前面板，输入被控Controls输被Indicator控、、、、LabVIEW把理解源端、、构被前面板控递据被现函数功调被现构控命令表执行中数/VIVI图VI/(ThermometerLabVIEWVIVI、/instrumention）结合目展重要粗略地说这种结合有两种种将算机装典型算机这目种将装算机算机件操作依托实各种主要这种LabVIEW归因于层次结构可把创建VI当作创建更复杂这种层次没有限主要特有：尽可采件各种差异主要软件。可充挥力处理可创造更的可根自己需造各涉基要有算机目这为算机美国NILabVIEW。起源可追溯到 20世纪 70年代那时算机测国防、航天有展PC算机可甚至在Microsoft公司s诞生之NI公司Macintosh算机上推LabVIEW2.0版本LabVIEW长期研究得该公司成业界公认权威W最新版本9W多线添加更多特性这种特性1998年版本 5初次引LabVIEW软件可借助于提供软件环境该环境由于特性、LabVIEWReal-Time工具多核支持自上多核设软件层次进行并行首[9]。普通的PC有一些不可避免的弱点。用它构建的虚拟仪器或计算机测试系统性能不可能太高。目前作为计算机化仪器的一个重要发展方向是制定了VXI标准，这是一种插卡式的仪器。每一种仪器是一个插卡，为了保证仪器的性能，又采用了较多的硬件，但这些卡式仪器本身都没有面板，其面板仍然用虚拟的方式在计算机屏幕上出现。这些卡插入标准的VXI机箱，再与计算机相连，就组成了一个测试系统。前面几章对基于多传感器的组合测试算法进行了理论推导，并对试验所用硬件系统进行了介绍，在此基础上将进行软件的编制。软件编制是整个设计的核心过程，是从硬件获取数据和现组合测试算法的重要。本测试系统软件的要能是现对 GPS和传感器数据的采，通过数据理获理数并此，在 没有，能传感器对的行和进行计，从保证试验的进行。其，对和传感器数据采和是点一，为了能现能在此采用了 LabVIEW的“多线程”技术，提高了数据采和理的能力此传感器的行进行计是另一个点，则需要通过卡尔曼滤波算法进行推导。因此，本章的容虚拟仪器技术软件的流程设计，串口通讯技术GPS及传感器序的设计，卡尔曼滤波器的设计。本测试系统的软件设计流程图如下。运行程序，进入界面首先进行通讯数设置，如串口发送命令，设置完毕后界面上会辆的和航向，说明硬件已经正常工作此即可开始进行试验，试验过程程序动判断GPS是否接通，如果接通则分别读取 GPS和传感器采的数据并进行数据理到的和理量，如果断开，则采传感器的数据，进行卡尔曼滤波计，并对计后的结果和绘制曲线当试验完成，关闭通讯端口并提试验人员是否保存数据，数据保存后可以用于回放和对试验过程的各种性能进行分析[10]。串口通讯技术及数据接收本次设计过程，GPS和传感器与计算机的数据传递采用了 9针串口通讯技术。串口通讯线路简，只要一对传输线就可以现双向通，许多仪器和设备都采用它与界进行通讯，如图3-3所。串口采用 RS232协议，它定义了串口的电气特性(如电压值)机械特性(如接头形)及能特性(如脚位)。协议允许一个发送设备连接到一个接收设各以传送数据，最大传输为。PAGE20PAGE203.1串口的配置LabVlEW、命令送区、有效信息值显示等。LabVlEW中，实现NI公司提供Serial系列；ActiveX控件来控制访问GPS收机过据帧长度是不一致即据长度是可变ActiveX控件来控制访问后现所收到据中经常现据丢失现象VISA系列进AU据采集。流如图3.23.3。数据的处理中收据是以字符形式传输个下一个环节首先据处理中要先将所有收信息处理getNthline属性使得每信息成为一个单元而这个环节while循环下运使得每一条语句都可以被读取并利用。获取每个字符之后字符语句长度是不同所以贯穿整个过思想是基于字符长度条件结构。3.2图3.3图getNthlinewhile。获之后长度不同所贯穿整过思想基于长度件结构。和速度长度小于40大于35和大于等于80找到长度69然后$GPRMC开头。$GPRMC开头找到时间经过整和连到时间3.4。图3.4time程序框图与时间获相似同样$GPRMC开头找到速度经过和值转化到速度3.5。3.5DAQ3.63.6XYZ3.7。XYZ 3.8。3.8等通过文框形式显示出来设计直接在90。3.9件程序图3.10件前面板波形波形反映是通过卡尔曼滤波后整惯性单元后3.113.12。3.11

3.12件本系统用LabVIEW代替了单片机实现了化操作方便化可视效果好。研究目的基本达到完成了相应的工作。虽然还有不完善之处GPS和加速度传感器测量车速装置性能稳定成本较低随着技术的日趋成熟必将在更多的方面取得更广的应用。GPSGPSS12。3S4.1GPS4.2GPS串口线4.3GPSGPS10mGPS4.4。4.4GPS波形图加速度传感器设施本设计采菲尔斯曼公司生产MMA7260Q加传感器芯片经加工53.3V0g1.5g。NIUSB6008传感器息输入到计算机67。与相连与计算机相并通过所设计的程序读取4.84.8下的信号4.9下的电压信号4.9。实验表明MMA7260Q号频率快灵敏高可以同时测量三个坐标轴完全符合实验要求GPS测量车系统室外实验分析4.10下显示PAGE29PAGE293V3.3V。小结本章GPS方法GPS信号容易被高层建筑遮挡而丢失不符要求；通过LabVIEW软件将GPS和信号相结而测量信号精高频率快短时间GPS完全符汽测量要求。结 论()转(转角)等相结合对整动态性能分析、制动系统性能匹配和ABS(防抱死意义和应用价值。在本测系统利用GPS获得位移、轨迹、等性能加传感器单元得到加和角在此基础上编制测系统能够同时采集两个传感器信号。此外鉴于GPS短时间内丢失信号弱点而加传感器单元则能实时提供相应信息因此在GPS没有信号时可以利用加传感器单元结果进行推导得到轨迹和。论文主内容可归纳为以下几个方面：通过对国内外研究成果和考文献阅读GPS及加计组合测量车发展趋势以及们测领域应用。以LabVIEW为平台将GPS和加传感器测系统结合到一起实现了对行驶状态同比采集。本系统用LabVIEW代替了单片机实现了图形化显示操作方便化可视效果好。本设计研究目基本达到完成了相应工作。虽然还有不完善之处由于多方面取得更广应用参考文献GPS和加速度计的车速测量系统的开发与研制[J]2007(08：3。罗德安一种车载GPS系统坐标转换公式及其应用[J].西南交通大学学报2001(04：4。黎向荣安长江.S].)3。金柱S].)：1-4。.GPS的汽车道路试验系统的研究[D].西华大学硕士学位论文200：。孙义杰巢凯年.[D].文6：。付梦印邓志红继伟。Kalman滤波理论及其在导航系统中的应用[M].科学出版社200：131-21。,施一民,过静琚.全球卫星定位系统(GPS)的原理及数据处理[M].同济大5：1。党亚民].7：5-178。杨磊。w程序设计与应用[M.电子工业出版200：7-89。.].第五版9：。S].3：。臧杰.汽车构造。机械工业出版设(上册[M].2005：23-78。臧杰.汽车构造。机械工业出版设(下册[M].2005：10-21。ShannonLMillerBrettYoungbergAlexMilliePatrickJChristianGerdes,CalculatingLongitudinalWheelSlipandTireParametersUsingGPSVelocity[J].2001：1-4。A 外文文献CalculatingLongitudinalWheelSlipandTireParametersUsingGPSVelocityABSTRACTWhiletireparametersarequiteimportanttobothcurrentvehiclecontrolandproposedfuturetheseparametersaresubjecttoconsiderablevariabilityandaredifficulttoestimatewhiledrivingduetotheunavailabilityofabsolutevehicleThispaperdetailsamethodofgeneratinglongitudinaltireforce-slipcurvesusingabsolutevelocityinformationfromtheGlobalPositioning(GPS).BycombiningGPSmeasurementswithmeasuredwheelspeeds,theeffectivetireradiusandlongitudinalstiffnessofthetirescanbeidentifiedusingasimpleleast-squaresregressiontechnique.Preliminaryresultsdemonstratethefeasibilityofthetechnique,showthattheeffectiveradiuscanbeidentifiedwithconsiderableprecisionandsuggestthattheidentifiedlongitudinalstiffnessnoticeablesensitivitytochangesininflationpressure.INTRODUCTIONThelongitudinalforcesthatproduceaccelerationandbrakingongroundvehicleswithpneumatictiresariseduetodeformationandslidinginthetirecontactpatch.Whiletheactualmotionsthattakeplaceinthecontactpatcharesomewhattheforcegenerationcangenerallybedescribedwithsufficientaccuracyintermsofwheelslipameasureofthedifferencebetweentherotationalspeedofthewheel.andthetranslationalvelocityofthewheelcenter.ThestandardSAEdefinitionofwheelslipisRw)S Ve

(1)whereV isthelongitudinalspeedofthewheelcenter,wistheangularspeedofthetireandR,istheeffectivetireradius.TheeffectiveradiusisdefinedtobetheradiusofthetirewhenrollingwithnotorqueappliedaboutthespinSincethetireflattensinthet,sesenesdsdAnumberofdifferenttiremodelsforpredictingtirelongitudinalforceintermsofwheelsliphavebeenderivedfromempiricaldata.Suchmodelsgenerallyrelatethelongitudinalforceonatiretothewheelslipforgivenvaluesofnormalforce,roadsurfaceconditions,tirecharacteristics,andotherfactors(suchascamberangle).Figure1demonstratesthegeneralshapeofsuchacurvegeneratedfromtheused“Magic”el.Whilemodelsvar,severalofthetraitsshowninFigure1arecommontovariousmathematicalmodelsandempiricaltestdata.First,therelationbetweenforceandslipisroughlylinearatlowvaluesofslipbelowthepointatwhichsignificantslidingoccursinthecontactpatch.Inthisregion,forcecanbeasproportionaltoslipusinganeffectivelongitudinalstiffnessofthetire,C.Thestiffnessdependsonthefoundationstiffnessofthetireandthelengthofthecontactpatchbetweenthetireandtheroad.Asaresult,thisvaluedependsstronglyupontireconstructionandinflationpressure.thislinearregion,theadditionalforcegeneratedperunitslipbeginstodecreaseandultimatelyreachesapeak,afterwhichtire.forcedecreasesandbrakingbehaviorbecomesunstable.Thepeakforceatwhichthisoccursdependsstronglyupontheroadsurfaceandisoftenbyscalingbyapeakfrictionvalue,p,as showninFigure1.Someresearchhassuggestedthatthelongitudinalstiffnessmayalsodependonroadsurfaceconditionandthispeakfrictionvalue.Whileconsistentwithmanymathematicalrepresentationsofforceversusslipcurves,suchdependenceviolatesthetraditionalbrushmodel’sphysicaldescriptionoftireforcegeneration.33PAGE34PAGE34Sincetireforcegenerationcanbedescribedintermsofwheelslip,slipisacriticalparameterincontrolalgorithmsforvehiclecontrolsystemssuchas anti-lockbrake(ABS)andelectronicstabilitycontrol(ESP).WhilemanyABSalgorithmsrelyprimarilyonthedecelerationofthewheel,someestimateofslipisnecessarytoavoidlock-uponlowfrictionsurfaces.AlthoughthedefinitionofwheelslipinEquation1isquitesimple,calculatingsliponavehicleiscomplicatedbythelackofaccuratemeasurementsofeithertheradiusortheabsolutevehiclevelocity.Whileanaverageradiusvaluecanusuallybeassumedwithoutproducingmucherror,someformofobservermustbeemployedtoestimatethevehiclespeed.Othersystemsdeterminetheabsolutevelocitybycomparingthefrontandrearwheelspeeds(assumingthecaristwo-wheeldrive).RecentworkhasdemonstratedthatvelocitymeasurementsderivedfromtheGlobalPositioningSystem(GPS)canbeusedtoprovideanabsolutevelocityforcalculatingwheelslip.Thisavoidsthedriftproblemsinherentinobserversbaseduponwheelspeedmeasurement.TheuseofGPSvelocityinformationhasanevengreaterbenefitbeyondthegenerationofanaccurateslipmeasurement.Bycomparingthewheelsliptoestimatesoftheforcesactingonthevehicle,thetireforceversusslipcharacteristicscanbeobtained.These,inturn,canbeusedtofeedmodel-basedcontrollersforABSorESPsystemsormoreadvanceddriverassistancesystemsforlanekeepingorcollisionavoidance.TheycouldalsobeusedtoprovidemoreaccurateobserversforperiodsoftimewhenGPSinformationisnotavailable.Severalresearchershavealsosuggestedthatbyfittingthelowslipregionoftheforce-slipcurvetoamodel-rangingincomplexityfromtheformofEquation2todynamicfrictionmodels-thepeakfrictionpointcanbedetermined.ThisapplicationrepresentsafurtherusefortheinformationthatcanbegeneratedfromGPS-basedslipmeasurement,althoughpreliminaryresultsachievedwiththesystemdemonstratesomecareininterpretationisnecessaryforfrictiondetection.Thispaperdemonstrateshowtireforce-slipcurves-andinparticularthelinearregionofthesecurves-canbedeterminedusingGPSvelocitymeasurementsandwheelspeedsensors.TheGPSvelocitymeasurementisdifferencedtoobtainabsolutevehicleacceleration,whichismultipliedbythevehiclemasstocalculatethelongitudinalforceonthetires.TheaccuracyoftheGPSdataenablestheestimationoftheeffectivetireradiuslongitudinalstiffnessofthetires,thuscompletelyspecifying thelinearpartofforce-slipcurves.Somepreliminarytestsatdifferentpressuresindicatethatthesesomestrongdependenceontirepressure,raisingacautionarynoteaboutinferringpeakfrictionfromtirebehavioratlowlevelsofslip.CO