基于横摆力矩的轮胎侧向力估计算法

中国机械工程

基于横摆力矩的轮胎侧向力估计算法

赵林峰1;杨军1;张荣芸2;陈无畏1

1.合肥工业大学汽车与交通工程学院，合肥，230009
2.安徽工程大学机械与汽车工程学院，芜湖，241000

出版日期:2018-10-10 发布日期:2018-10-08
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(51675151，51605003)；
安徽省科技重大专项（17030901060）；
江苏省道路运载工具新技术应用重点实验室开放课题（BM20082061703）
National Natural Science Foundation of China （No. 51675151，51605003）
Anhui Provincial Science and Technology Major Project（No. 17030901060）

Estimation Algorithm Tire Lateral Forces by Yaw Moments

ZHAO Linfeng1;YANG Jun1;ZHANG Rongyun2;CHEN Wuwei1

1.School of Automotive and Transportation Engineering，Hefei University of Technology，Hefei，230009
2.School of Mechanical and Automotive Engineering，Anhui Polytechnic University，Wuhu，Anhui，241000

Online:2018-10-10 Published:2018-10-08
Supported by:
National Natural Science Foundation of China （No. 51675151，51605003）
Anhui Provincial Science and Technology Major Project（No. 17030901060）

摘要/Abstract

摘要： 通过对非线性汽车动力学模型进行分析，提出了一种基于横摆力矩的轮胎侧向力估计算法。轮胎侧向力的估计采用三个基本步骤，首先基于干扰观测器对侧向力横摆力矩进行估计，然后利用最小二乘法对两前轮与两后轮侧向力之和进行估计，最后采用垂向载荷按比例分配的经验方法对各轮胎侧向力进行估计。基于MATLAB/Simulink软件，对此轮胎侧向力估计系统进行仿真，将所得结果与CarSim动力学仿真软件结果进行对比，并采用硬件在环仿真平台进行试验验证。结果表明，所提估计算法能够准确地估计出轮胎侧向力，避免了复杂轮胎模型的运用以及对地面附着系数的依赖。

关键词: 横摆力矩, 轮胎侧向力, 干扰观测器, 估计

Abstract: A tire lateral force estimation algorithm was proposed based on yaw moments via the analysis of the nonlinear vehicle dynamic model . Three basic steps were used to estimate the tire lateral forces. Firstly， the yaw moments of lateral forces were estimated based on the disturbance observers. Then the sums of the lateral forces of the two front wheels and the two rear wheels were estimated by using the least squares method. Finally， an empirical method of proportional distribution for vertical loads was adopted to estimate each tire lateral forces. The tire lateral force estimation system was simulated based on the MATLAB/Simulink software. The results were compared with the ones of CarSim dynamics simulation software， and the hardware in-loop simulation platform was used to verify the tests. The results show that the proposed estimation algorithm may accurately estimate the tire lateral forces， the applications of complex tire models and the dependences on ground adhesion coefficient are avoided.

Key words: yaw moment, tire lateral force, disturbance observer, estimation

中图分类号:

U461.1

赵林峰1;杨军1;张荣芸2;陈无畏1. 基于横摆力矩的轮胎侧向力估计算法[J]. 中国机械工程.

ZHAO Linfeng1;YANG Jun1;ZHANG Rongyun2;CHEN Wuwei1. Estimation Algorithm Tire Lateral Forces by Yaw Moments[J]. China Mechanical Engineering.

参考文献

[1]JABALLAH B， M'SIRDI N K. Structured Estimation of Tire Forces and the Ground Slope Using SM Observers[J］. International Journal of Automation & Computing， 2014， 11（2）：197-204.
[2]GUSTAFSSON F. Statistical Signal Processing for Automotive Safety Systems[C］// IEEE/SP 13th Workshop on Statistical Signal Processing. Bordeaux， 2005：1428-1435.
[3]杨财，李亮，宋健，等.基于轮胎力观测器的路面附着系数识别算法[J］.中国机械工程，2009，20（7）：873-876.
YANG Cai， LI Liang， SONG Jian， et al. Road Friction Coefficient Estimation Algorithm Based on Tire Force Observer [J］.China Mechanical Engineering， 2009， 20（7）：873-876.
[4]沈法鹏，赵又群，赵洪光，等. 非线性轮胎侧向力对汽车转向稳定性的影响[J］.中国机械工程， 2015，26（1）：135-139.
SHEN Fapeng， ZHAO Youqun， ZHAO Hongguang， et al. Effects of Nonlinear Tire Lateral Force on Vehicle Steering Stability[J］. China Mechanical Engineering， 2015， 26（1）：135-139.
[5]魏建伟，魏民祥，李玉芳.基于EKF轮胎侧向力估计的AFS和EPS集成控制[J］. 振动与冲击，2015，34（11）：93-98.
WEI Jianwei， Wei Minxiang， LI Yufang. Integrated Control for AFS and EPS with EKF Estimation of Lateral Force[J］. Journal of Vibration and Shock， 2015，34（11）：93-98.
[6]RAJAMANI R. Vehicle Dynamics and Control[M］. 2nd ed. Berlin： Springer， 2012.
[7]VELENIS E， TSIOTRAS P， CANUDASDEWIT C， et al. Dynamic Tire Friction Models for Combined Longitudinal and Lateral Vehicle Motion[J］. Vehicle System Dynamics， 2005， 43（1）：3-29.
[8]陈无畏，杨军，汪洪波.基于功能分配的EPS与ESP集成协调控制[J］. 机械工程学报，2015，51（16）：1-10.
CHEN Wuwei， YANG Jun， WANG Hongbo. Coordinated Control of EPS and ESP Based on Function Allocation [J］. Journal of Mechanical Engineering， 2015， 51（16）：1-10.
[9]JAZAR R N. Vehicle Dynamics： Theory and Applications[M］. Boston： Springer， 2008.
[10]于艾，杨耕，徐文立. 具有扰动观测器调速系统的稳定性分析及转速环设计[J］. 清华大学学报（自然科学版）， 2005， 45（4）：521-524.
YU Ai， YANG Geng， XU Wenli. Stability Analysis and Speed Loop Design of Speed Control System with Disturbance Observer [J］. Journal of Tsinghua University（Science and Technology）， 2005， 45（4）：521-524.
[11]王丽娟，陈德旺，贾桂文. 基于最小二乘法的高速列车位置估计[J］. 计算机工程与应用， 2015，51（19）：216-218.
WANG Lijuan， CHEN Dewang， JIA Guiwen. Location Estimation for High-speed Train Based on Least-square Method [J］. Computer Engineering and Applications， 2015，51（19）：216-218.

[1]	臧政1;霍炜1;王玉海2;李兴坤3;郑旭光3;李圆圆4. 重型商用车辆质量估计算法研究[J]. 中国机械工程, 2020, 31(11): 1360-1367.
[2]	殷国栋, 朱侗, 任祖平, 李广民, 金贤建. [分布式驱动电动汽车动力学控制]基于多Agent的电动汽车底盘智能控制系统框架[J]. 中国机械工程, 2018, 29(15): 1796-1801,1817.
[3]	熊喆, 过学迅, 裴晓飞, 张杰. [电动汽车稳定性控制]指数和线性参数化的轮胎-路面纵向附着条件实时估计方法[J]. 中国机械工程, 2018, 29(15): 1826-1833.
[4]	刘征宇, 汤伟, 王雪松, 黎盼春. [动力电池]基于双时间尺度扩展卡尔曼粒子滤波算法的电池组单体荷电状态估计[J]. 中国机械工程, 2018, 29(15): 1834-1839.
[5]	贾子文;顾煜炯. 基于数据挖掘的风电机组齿轮箱运行状态分析[J]. 中国机械工程, 2018, 29(06): 650-658.
[6]	同志学;赵涛;贺利乐;王消为. 基于双目视觉的工程车辆定位与行驶速度检测[J]. 中国机械工程, 2018, 29(04): 423-428.
[7]	裴小兵;赵衡. 基于二元分布估计算法的置换流水车间调度方法[J]. 中国机械工程, 2017, 28(22): 2752-2759.
[8]	孔祥芬1;张凯奇1;张俊2;张飞2. 基于BB算法的左截断威布尔分布可靠性分析[J]. 中国机械工程, 2017, 28(15): 1842-1847.
[9]	杨慎1;欧健1;杨鄂川2;胡经庆1;张勇1. 基于转矩优化分配的电动汽车横摆稳定性研究[J]. 中国机械工程, 2017, 28(14): 1664-1668.
[10]	柴天, 李凡, 雷飞, 刘杰, 曾侠, 唐应时, . 考虑轮胎侧偏特性的赛车转向几何研究[J]. 中国机械工程, 2017, 28(09): 1106-1111.
[11]	谭芳, 单修洋. 微电子封装中的喷射点胶过程建模和控制[J]. 中国机械工程, 2017, 28(06): 656-660,668.
[12]	汪, 魏民祥, 赵万忠, 张凤娇, 严明月. 基于递推最小二乘法与模糊自适应扩展卡尔曼滤波相结合的车辆状态估计[J]. 中国机械工程, 2017, 28(06): 750-755.
[13]	陈可际, 过学迅, 裴晓飞. 基于多工况匹配的商用车侧翻预警方法[J]. 中国机械工程, 2016, 27(20): 2822-2827.
[14]	李萍, 朱国力, 龚时华, 岳岚. 基于干扰观测器的龙门机床双驱系统的同步控制[J]. 中国机械工程, 2016, 27(19): 2630-2636.
[15]	苗恩铭, 刘义, 杨思炫, 陈维康. 无偏估计拆分算法在数控加工中心主轴热误差建模中的应用[J]. 中国机械工程, 2016, 27(16): 2131-2136.