[发明专利]一种基于龙贝格观测器的横摆角速度陀螺仪偏差估计方法

说明书

本发明公开了一种基于龙贝格观测器的横摆角速度陀螺仪偏差估计方法，本方法针对汽车行驶过程中，车载低成本MEMS(Micro‑Electro‑Mechanical System，微机电系统)横摆角速度陀螺仪传感器会因漂移产生较大偏差，通过将横摆角速度陀螺仪信号与双天线GPS(Global Positioning System，全球定位系统)信号融合，进一步通过龙贝格观测器实时估计出横摆角速度陀螺仪的误差，该方法精度高、实时性好，且能够适应直线、弯道等各种行驶工况，能够获得较为准确地横摆角速度陀螺仪偏差的估计值，满足车辆动力学控制的需要。

技术领域

本发明涉及一种基于龙贝格观测器的横摆角速度陀螺仪偏差估计方法，其目的在于针对车载低成本MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)横摆角速度陀螺仪传感器会因漂移产生较大偏差，融合横摆角速度陀螺仪信息和双天线GPS(GlobalPositioning System，全球定位系统)信息，并利用龙贝格观测器获得横摆角速度陀螺仪偏差的估计值，这些估计值可用于校正汽车横摆角速度测量值，获取精确的横摆角速度信号来实现车辆的动力学控制，具有精度高、实时性好等显著优点，且能够适应直线、弯道等各种行驶工况，属于汽车主动安全测量及控制领域。

背景技术

随着社会经济的发展，道路交通安全问题日益突出，并已成为全球性难题。全世界每年因交通事故都会造成大量的人员伤亡和财产损失，世界各国都在努力降低交通事故的发生。近年来，汽车主动安全技术得到了迅速的发展。汽车主动安全技术能够防患于未然，主动避免事故的发生，已成为现代汽车最主要的发展方向之一。目前常见的主动安全技术主要包括防抱死制动系统(ABS)，车辆电子稳定程序(ESP)，牵引力控制系统(TCS)，电控驱动防滑系统(ASR)，四轮转向稳定控制系统(4WS)等。

在这些主动安全系统中，精确的横摆角速度信号十分关键，汽车的侧向动力学控制，包括电子稳定程序、四轮转向控制、主动前轮/后轮转向技术、主动抗侧倾控制，均依赖于对横摆角速度的准确估计。横摆角速度的获取主要通过陀螺仪直接测量，出于成本考虑，车载横摆角速度陀螺仪一般采用低成本的MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)陀螺仪，由于温度、供电电压、安装方位的变化，以及MEMS陀螺仪自身的漂移，会产生较大的误差，如何有效估计并消除这些误差，获取实时准确的横摆角速度信息直接关系着汽车主动安全系统的有效性，也直接关系着汽车的行驶安全性与稳定性。

已有对横摆角速度信息的研究一般分为两种，一种是运动学方法，主要途径是根据四轮轮速与横摆角速度的运动学关系进行估计横摆角速度，常用轮速传感器或侧向加速度传感器来校正横摆角速度陀螺仪信息。采用轮速传感器的方法一般是在车辆弯道行驶时通过非驱动轮内外轮速差来估计横摆角速度，但该方法需要准确的轮速信号和车轮侧偏角估计值，在制动和低附着系数路面上会使得车轮滑移率上升，轮速信号失真；车速较低时，轮速也较低，轮速信号分辨率不高，得出的横摆角速度信号也不可信。而对于由侧向加速度估算出来的横摆角速度，当车辆处于非稳态条件下，可信度也较低。一种是动力学方法，即通过构建车辆动力学模型估计横摆角速度实现对横摆角速度陀螺仪的校正，但要获得准确的估计信息，模型复杂度往往较高，且模型计算的精度依赖于参数的准确程度，而车轮纵向力等参数往往难以准确获取导致效果有限。

因此，本发明不采取上述方法，而是采取如下思路：即通过双天线GPS可以获得较为精确的车辆航向角信息，无需假设车辆直线行驶即忽略质心侧偏角影响，另一方面，可以对陀螺仪所测量的横摆角速度求积分获得车辆的航向角信息，由于横摆角速度信号存在偏差，通过横摆角速度陀螺仪的输出信号求积分得到的航向角同样也有偏差。双天线GPS和陀螺仪两种传感器的输出信号结合起来就可以提供横摆角速度陀螺仪误差的途径。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提出一种基于龙贝格观测器的横摆角速度陀螺仪偏差估计方法，该方法精度高、实时性好，且能够适应直线、弯道等各种行驶工况，能够获得较为准确地横摆角速度陀螺仪偏差的估计值，满足车辆动力学控制的需要。