[发明专利]轮胎-路面附着系数与轮胎侧偏角的估计方法

权利要求书

1.一种轮胎-路面附着系数与轮胎侧偏角的估计方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

1）建立车辆动力学模型；

2）选择轮胎回正模型，通过转向机构模型推导出轮胎回正力矩数学模型；

3）设计滑模观测器方程如下：

 

式中是观测器增益矩阵，为状态估计值，为系统输入，为估计输出值，为测量值与估计值之差，为符号函数；

设系统的状态为：,输出是，为轮胎侧偏角，为路面附着系数，为侧向加速度，为总回正力矩，将系统状态代入到步骤1），在其硬件平台的基础上，由侧向加速度传感器得到，可由步骤2）中的回正力矩数学模型推算出；

4）选择合适的观测器增益矩阵，将设计的滑模观测器代入系统，与的测量值与估算值之差为误差系统，误差系统趋于零，对轮胎-路面附着系数和轮胎侧偏角进行估计。

2.根据权利要求1所述的轮胎-路面附着系数与轮胎侧偏角的估计方法，其特征在于，所述步骤1）车辆动力学模型采用单轨车辆模型，建立车辆侧向及横摆运动的动力学方程：

                       

轮胎侧偏角运动学方程： 

 

                              

其中，为整车质量，、为质心到前后轴的距离，为侧向加速度，和分别为纵向车速和侧向车速，为质心车速，、为前后轮质心速度，、、和分别为前后轮胎的纵向力和侧向力，为横摆转动惯量，和为横摆角速度和质心侧偏角，和为前后轮侧偏角，为前轮转角。

3.根据权利要求1所述的轮胎-路面附着系数与轮胎侧偏角的估计方法，其特征在于，所述步骤2）中轮胎回正模型为Fiala刷子轮胎模型，轮胎的非线性特征为：

                   

其中，，，，为轮胎侧向力，为轮胎回正力矩，c为车轮与地面接触长度的一半，为轮胎侧偏角，为附着系数，为轮胎垂载荷，为轮胎侧偏刚度；

自回正力矩用转向机构惯性-阻尼数学模型来描述：

                       

其中、和分别为方向盘转角，转角速度和角加速度，为转向机构有效转动惯量，为转向机构有效阻尼，为总回正力矩，为齿轮齿条上的作用力，d为相应力臂长度，即从主销中轴线到齿轮齿条的垂向距离。

4.根据权利要求2所述的轮胎-路面附着系数与轮胎侧偏角的估计方法，其特征在于，所述步骤3）中滑模观测器为非线性滑模观测器，滑模观测器如下：

       

其中

为观测器滑模增益，取值范围如下：

为消除抖振影响，定义函数取代符号函数，参数用于调节函数的斜率，和分别为前后轮胎的纵向力和侧向力的误差，、、、、和 分别为对应的估计值。