[发明专利]一种车辆行驶过程中的路面高度实时估计方法

说明书

本发明公开了一种车辆行驶过程中的路面高度实时估计方法，所述方法包括如下步骤：一、建立考虑悬架几何结构的四分之一悬架模型；二、将路面高度估计问题转化为未知输入重构问题；三、建立考虑悬架阻尼器非线性特性的估计模型；四、设计状态观测器估计系统状态；步骤五、计算观测器误差方程；六、设计观测器增益矩阵保证观测器误差方程稳定；七、通过未知输入重构，实现对路面高度的估计。本发明考虑悬架几何结构的影响和阻尼器的非线性特性，建立悬架系统的线性变参数模型，设计滑模观测器，实现不同路面条件下路面高度的实时估计。同时，本发明所需要的传感器均为车辆上已有的传感器，能够在保证路面高度估计精度的前提下，降低系统的成本。

技术领域

本发明属于汽车控制技术领域，涉及一种车辆行驶过程中的路面高度实时估计方法，具体涉及一种运用悬架动力学并考虑悬架几何结构影响和阻尼器非线性特性的路面高度实时估计方法。

背景技术

随着车辆控制技术的飞速发展，人们对车辆操纵稳定性和乘坐舒适性的要求日益提高。当车辆行驶在冲击路面或连续颠簸路面时，路面高度变化产生的冲击会给乘客带来不适感，影响了车辆乘坐的舒适性，甚至影响车辆的操纵稳定性和行驶安全性。因此，对于汽车运动控制系统来说，期望能够准确估计车辆行驶过程中路面的高度，并将信息用于改善汽车运动控制效果。例如：在悬架控制中，如果能准确识别出路面高度，就可以根据路面高度主动调整悬架阻尼系数或作用力，优化悬架控制效果。因此，为了提高车辆行驶的安全性与舒适性，准确估计车辆行驶中的路面高度至关重要。

现有技术中，对路面高度的获取方法主要有直接测量法、基于图像的间接测量方法、基于动态响应的估计方法。其中，CN202511783U公开了一种基于路面轮廓测量仪的直接测量法，利用位移传感器等采集到的数据可以实现纵向及横向路面轮廓的测量，但该测量仪各部分组件需要集成在一个推车上，体积较大，无法安装在车辆中使用。CN109564682A公开了一种基于摄像头拍摄图像的路面形状估计方法，CN108955584A公开了一种根据激光雷达与被扫描点之间垂直高度和水平距离估计路面起伏状况的方法和装置，但上述方法需要在车辆上安装摄像头或激光雷达来获取路面信息，成本较高。CN110001335A提出了一种基于悬架动行程的路面识别技术，CN106985627A提出了一种基于悬架动行程及悬架簧上和簧下质量加速度信号的路面识别技术，但上述方法都是基于统计规律，只适用于对一段连续路面的等级进行识别，而对于类似减速带的离散冲击路面和连续长波路面，无法实时估计出路面的准确高度。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足之处，本发明提供了一种理论成熟、适用范围广、精度高的车辆行驶过程中的路面高度实时估计方法。本发明考虑悬架几何结构的影响和阻尼器的非线性特性，建立悬架系统的线性变参数模型，设计滑模观测器，实现不同路面条件下路面高度的实时估计。同时，本发明所需要的传感器均为车辆上已有的传感器，能够在保证路面高度估计精度的前提下，降低系统的成本。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种车辆行驶过程中的路面高度实时估计方法，包括如下步骤：

步骤一、建立考虑悬架几何结构的四分之一悬架模型。

步骤二、将路面高度估计问题转化为未知输入重构问题。

(1)根据步骤一中给出的悬架系统动力学模型，定义系统状态其中z_s为悬架簧上质量位移，为悬架簧上质量位移的速度，θ为悬架横向稳定杆相对于平衡位置的角位移，为悬架横向稳定杆相对于平衡位置的角速度；选择系统输出其中为悬架簧上质量加速度，Δl为簧上质量和簧下质量的相对位移；

(2)基于上述定义，在平衡点对步骤一中的模型线性化，得到：