基于IEKF-APF算法的汽车状态估计

行驶汽车状态变量质心侧偏角和横摆角速度是汽车稳定性控制系统中重要控制变量,准确获取行驶过程中的状态信息是汽车控制系统研究的关键问题。应用估计理论由传感器测出易测变量来估计难以测量的关键状态变量是一种常用的估计方法。提出一种新的粒子滤波算法通过所建立的包含定常平稳随机噪声和非线性轮胎的汽车动力学7自由度整车模型对汽车状态进行估计。针对粒子滤波过程中出现的退化问题,应用迭代扩展卡尔曼滤波融入最新观测信息产生更加接近真实状态的重要性密度函数,辅助粒子滤波算法通过所产生的重要性密度函数结合观测量进行重采样,结合这两种算法提出迭代扩展卡尔曼-辅助粒子滤波算法(Iterative extended Kalman filtering-auxiliary particle filtering algorithm, IEKF-APF)以改善粒子采样和估计精度的提高。为验证所提出的IEKF-APF算法估计性能,将其结果与实车试验结果和无迹卡尔曼滤波算法(Unscented Kalman filtering, UKF)估计结果进行比较,结果表明其估计性能优于UKF,更接近于试验结果。     

基于容积卡尔曼滤波的车辆行驶状态估计

目前针对车辆行驶状态的估计主要采用的是扩展卡尔曼滤波、无轨迹卡尔曼滤波、粒子滤波算法及其它们的改进方法。针对车辆行驶过程中的状态估计问题,论文提出了基于容积卡尔曼滤波的车辆行驶状态估计算法。建立了非线性三自由度车辆估算模型和Dugoff轮胎模型,通过对纵向加速度、侧向加速度、横摆角速度、方向盘转角和轮速传感器低成本传感器信号的信息融合实现对车辆行驶状态的准确估计,并应用Car Sim和Matlab/Simulink联合仿真实验对算法进行仿真验证。结果表明:基于容积卡尔曼滤波的估计算法能够较准确地、稳定地对车辆行驶状态进行估计。     

基于双重扩展自适应卡尔曼滤波的汽车状态和参数估计

准确实时地获取行驶过程中的状态信息是汽车动态控制系统研究的关键,为此提出了一种新的汽车状态估计器。建立了包含不准确模型参数和未知时变统计特性噪声的非线性汽车动力学模型,针对该非线性系统提出一种双重扩展自适应卡尔曼滤波算法（DEAKF）。该算法采用两个卡尔曼滤波器并行运算,状态估计和参数估计互相更新,同时将带遗忘因子的噪声统计估值器嵌入到状态校正过程和参数校正过程之间,以解决系统的噪声时变问题。基于ADAMS的虚拟试验和实车试验结果表明,该算法的状态估计精度高于EKF方法和DEKF方法的状态估计精度,同时具有良好的模型参数校正能力,对汽车动态控制系统中估计器的设计具有理论指导意义。
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车辆行驶过程中的状态估计问题综述

从传感器配置、估计用物理模型、状态估计算法和估计过程中的模型参数自适应4个方面回顾车辆行驶过程中的状态估计问题.对比分析以纵向车速、横摆角速度、质心侧偏角为估计目标时传感器的常见配置,给出合理的传感器配置方案;比较在不同估计目标下运动学模型和动力学模型的优缺点,提出纵向车速和横摆角速度适合采用运动学模型、质心侧偏角估计适合采用动力学模型的观点;列举并比较车辆状态估计中常用的估计算法,给出各算法在实际应用中所需注意的因素.指出实现估计过程中的参数自适应是提高不同行驶工况下观测器估计精度的有效手段,并介绍递推最小二乘、联合卡尔曼滤波等实现参数自适应的典型方法.     

基于UKF算法的汽车状态估计

准确实时获取行驶过程中的状态信息是汽车动态控制系统研究的关键问题。将unscented卡尔曼滤波(UKF)算法应用到汽车的状态估计之中,建立了包含时不变统计特性噪声和非线性轮胎的汽车动力学模型,采用具有对称采样策略和比例修正的UKF算法对汽车估计了多个关键状态量。将UKF估计器与常见的EKF估计器进行了比较分析,基于ADAMS/Car的虚拟试验和实车试验验证了UKF在汽车状态估计中的可行性。     

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

针对汽车状态估计中模型参数的变化和观测噪声的时变特性,提出了递推最小二乘法与模糊自适应扩展卡尔曼滤波相结合的汽车状态估计算法。为实现模型参数与观测噪声的实时更新,建立了基于三自由度非线性车辆动力学模型的算法,首先利用递推最小二乘法对汽车的总质量进行估计,其次建立了模糊控制器对扩展卡尔曼滤波的观测噪声进行实时跟踪。在搭建的CarSim与MATLAB/Simulink联合仿真平台中验证了该算法的有效性,结果表明该算法估计精度高于传统扩展卡尔曼滤波算法,研究结果为汽车的主动安全控制提供了理论支持。     

基于多时间尺度的锂离子电池状态联合估计

荷电状态(SOC)和健康状态(SOH)估计是锂离子电池管理系统的关键技术。针对SOH退化情况下电池模型参数和容量参数发生改变影响SOC长期估计性能的问题,提出了基于多时间尺度的锂离子电池SOC-SOH联合估计方法。建立多时间尺度状态空间方程,构建SOC-SOH与电池模型参数间多维度空间插值曲面,基于无迹粒子滤波算法实现锂离子电池状态联合估计。根据SOH估计结果更新用于SOC估计的电池模型参数和容量参数,在SOH估计中以在线健康因子作为系统观测量实现在线联合估计。实验结果表明,在锂离子电池全寿命周期中,相较于未考虑SOH退化情况,方法在SOC估计的最大误差、平均误差和均方根误差方面有明显降低,较好地提升了SOC的长期估计性能。     

S-修正的自适应卡尔曼滤波与模糊卡尔曼滤波相结合的汽车状态估计算法

精确的汽车状态信息的获取是汽车动态控制系统正常工作的前提。建立了二自由度汽车动力学模型,提出了将S-修正的自适应卡尔曼滤波与模糊卡尔曼滤波相结合进行汽车关键状态估计的方法。模糊卡尔曼滤波利用所设计的模糊控制器通过实时监测信息实际方差与理论方差的比值,实现对时变量测噪声的协方差矩阵的实时在线估计,提高了算法在时变量测噪声情况下的鲁棒性;S-修正的自适应卡尔曼滤波算法基于滤波不发散理论推导得出实时修正因子S,进而对估计误差协方差矩阵直接加权。两种方法的结合在总体上提高了在汽车动力学系统过程噪声与量测噪声协方差矩阵不准确情况下算法的鲁棒性与估计精度,最后通过基于ADAMS的虚拟试验验证了该方法的有效性。     

横摆与侧偏联合控制在汽车操稳中的应用

汽车操稳性对汽车安全性能起着至关重要的作用,精确建立整车动力学模型和获取车辆运动状态参数,可以提高汽车操稳性控制的鲁棒性。首先建立汽车电子机械制动系统模型及其三闭环控制系统,其次建立整车动力学模型,设计基于卡尔曼滤波算法的状态观测器对车辆运行状态进行最优估计。提出汽车侧偏与横摆联合控制策略,并引入分配系数实现对横摆角速度和质心侧偏角的联合控制。硬件在环试验结果表明,所建立的联合控制策略可有效地控制汽车的横摆与侧偏,有助于改善汽车的操稳性。     

基于蚁群优化UKF算法的汽车状态估计

针对汽车状态估计中过程噪声和观测噪声的时变特性,提出一种新的自适应滤波算法。该算法基于三自由度非线性汽车动力学模型,在利用UKF对汽车状态量进行估计的同时,引入蚁群优化算法,根据目标函数对过程噪声和观测噪声进行寻优,实现了过程噪声和观测噪声的自适应作用,估计精度的大幅提高。虚拟实验验证了蚁群优化UKF算法的鲁棒性和精度。研究结果对汽车主动控制系统的开发具有重大的理论指导意义。