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1、江苏科技大学本科毕业设计（论文）I江江 苏苏 科科 技技 大大 学学本本 科科 毕毕 业业 设设 计（论文）计（论文）学 院 机电与汽车学院 专 业 机械电子工程 学生姓名 窦宇 班级学号 0745523210 指导教师 张鹏 江苏科技大学本科毕业设计（论文）II二零一一年六月基于卡尔曼滤波器的车辆侧偏角估计仿真实基于卡尔曼滤波器的车辆侧偏角估计仿真实 验验Estimation of CG Sideslip Angle Based on Kalman Filter江苏科技大学本科毕业设计（论文）III江江 苏苏 科科 技技 大大 学学毕业论毕业论文（文（设计设计）任）任务书务书学学 院：院：机
2、械与汽机械与汽车车学院学院 专专 业业： ： 机械机械电电子工程子工程 学学 号：号： 0745523210 姓姓 名：名： 窦窦宇宇 指指导导教教师师： ： 张张 鹏鹏 职职 称：称： 讲师讲师 2011 年年 3 月月 20 日日江苏科技大学本科毕业设计（论文）IV毕业设计（论文）题目：基于卡尔曼滤波器的车辆侧偏角估计毕业设计（论文）题目：基于卡尔曼滤波器的车辆侧偏角估计仿真实验仿真实验一、一、毕业设计（论文）内容及要求（包括原始数据、技术要求、达到的指标和应做的实验等）1学习卡尔曼的滤波器及车辆运动学的数学基础理论。2能够运用 matlab/simulink 对车辆运动模型进行描述和研究
3、。3运用 simulink 实现车辆侧偏角估计算法，并与积分法比较4提交文件：车辆模型的 simulink 代码、卡尔曼的 simulink 代码，实验代码等。5翻译一篇相关科技文献（A4 纸 5-6 页） 。江苏科技大学本科毕业设计（论文）V二、二、完成后应交的作业（包括各种说明书、图纸等）1. 毕业设计论文一篇；2. 外文译文一篇；3. simulink 仿真代码一套；4. 仿真实验结果及分析；5对进一步实验的建议与思考；三、三、完成日期及进度自 2011 年 3 月 16 日起至 2011 年 6 月 14 日止。进度安排：3.163.21 搜集、阅读资料，调研。3.223.27 整理资
4、料，并完成开题报告。3.284.10 车辆运动模型、卡尔曼滤波器基础知识学习、翻译。3.284.10 搭建基于 simulink 的车辆运动模型。4.114.25 实现基于 simulink 的车辆侧偏角估计算法。4.265.05 进行仿真实验，调整算法。5.066. 01 对仿真结果进行分析，开始撰写毕业论文。6. 026.14 毕业论文书写、并准备论文答辩。 6. 156.19 论文答辩。四、同组设计者（若无则留空）：江苏科技大学本科毕业设计（论文）VI五、主要参考资料（包括书刊名称、出版年月等）:1 高斯. 车辆动力学稳定系统仿真及优化D; 华中科技大学, 20052 方超. 电子稳定程
5、序 ESP 参数的估计及仿真D; 江苏大学, 2010.3 陆丹，基于卡尔曼滤波的汽车行驶姿态的研究D; 江苏大学, 20054 张代胜, 弯道和坡道上汽车操纵稳定性建模仿真J, 农业机械学报,2006, 37(4),5 杨啟梁, 汽车制动过程中方向稳定性仿真分析J, 拖拉机与农用运输车, 2007, 34(1)系(教研室)主任： （签章） 年 月 日学院主管领导： （签章） 年 月 日注：1、如页面不够可加附页 2、以上一四项由指导教师填写江苏科技大学本科毕业设计（论文）VII摘摘 要要国外已经开发了许多汽车主动安全性控制系统，这些系统大多是针对表征汽车行驶姿态的一些关键变量进行控制，而这些
6、状态变量通常很难用合理的成本直接测量。这给控制算法的实用性提出了极大的挑战。本文对基于状态估计理论在汽车行驶姿态（主要是汽车侧偏角）估计上的应用进行了研究。首先结合汽车操纵动力学数学模型和MATLAB，Simulink软件建立二自由度的整车动力学仿真模型。针对不同的使用参数，包括车速、前轮转角和路面摩擦系数，对不同模型的仿真结果进行比较分析，说明了轮胎的侧偏角和侧偏力之间存在的非线性关系对仿真结果的影响。然后基于整车模型进行了汽车行驶时紧急避让姿态的影响因素分析；讨论汽车设计参数，包括后轮侧倾不足转向、质心前后位置、轴距、转动惯量、侧倾阻尼、侧倾刚度和质心到侧倾轴侧倾中心距以及车轮外倾角的设置
7、对表示汽车行驶姿态的广义坐标一横摆角速度、质心侧偏角和的影响。最后在Simulink环境下构建卡尔曼滤波器估计横摆角速度、质心侧偏角和车身侧倾角。此研究工作实现了利用较容易测量状态量对较难测量或无法直接测量的状态量的线性最小均方误差估计，为汽车参数的测量提供了一种可行、准确、低成本的方法。关键词关键词：汽车动力学；卡尔曼滤波；横摆角速度；质心侧偏角 江苏科技大学本科毕业设计（论文）VIIIAbstractMany active safety control technologies have been designed in oversea auto industry,which mostly
8、 aim at some key variables donating vehicle steering attitude.However,it is almost impossible to measure these variables directly at reasonable cost,which bring forward challenge to control arithmetic practicability.Based on analysis in effect factors on vehicle turning or changing lanes abruptly,th
9、is dissertation focus on application of state estimation theory on vehicle steering attitude.At first,with assistance of MATLAB/Simulink software,full vehicle dynamical simulation models are set up based on mathematical model of vehicle dynamics.Different modelsresponses to various steering conditio
10、ns,including velocity,front-wheel comer and friction coefficient of road surface,are analyzed,which explain that the tire nonlinearity between slip angle and cornering force have effects on the simulation results.Meanwhile,the reliability and validity of the model with consideration oftire nonlinear
11、ity,lateral mass transfer and axis slip are verified by the steady static circular test and steering wheel angle step input test using a unique(NJl020)Car.Then based on validated simulation model the factors effecting on steering attitude including Vehicle configuration parameters(rear roll steer co
12、efficients,the position of center of mass,wheelbase,yaw inerter,roll damping,roll stiffness and distance between center of mass to roll center of roll axle)and Wheel alignment parametercamber angle setting are discussed when vehicle turning or changing lanes abruptly.And for the first time above ana
13、lysis is carried out under the condition oftire cornering force approach to saturation.Finally a kalman filter is designed to estimate yaw rate,side slip angle and roll angle which are generalized coordinates denoting vehicle steering attitude.Firstly based onMagic Formulaa bilinear tire model is se
14、t up to correct tire lateral forces,which are calculated frombicycle modelwith high speed or large turning angle.Meanwhile an adaptive kalman filter is also set up to avoid radiation.This research solves the problem that some state parameters in vehicle dynamic control process are too difficult to measure 江苏科技大学本科毕业设计（论文）IXon.1ine,and provides a feasible,accuracy and low-cost way for the measurement of vehicle state parameter.Keywords:vehicle handling stability,kalman filter,yaw rate,side slip angle,camber angle江苏科技大学本科毕业设计（论文）X目录目录第一章第一章 绪绪 论论.1 1.11.1 本文研究的目的和意义本文研究的目的和意义.
