一种基于深度集成网络自适应卡尔曼滤波的路面附着系数估计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于深度集成网络自适应卡尔曼滤波的路面附着系数估计方法，本发明专利技术基于常规车载传感器信号，无需借助视觉图像信息，避免了因高速行驶时图像质量较差导致的估测失准，且降低了对算法性能的要求，便于了方案的实施与应用。本发明专利技术的方法兼具了深度预测网络和卡尔曼观测器的优点，是一种准确性较高且泛化性较好的路面附着系数预测方法，可有效提升路面附着系数估计的准确性，为极限工况行驶车辆提供了更加准确的控制依据。引入强化学习理论对深度网络进行优化，避免了因训练误差导致的路面附着系数估计值溢出正常值的情况。导致的路面附着系数估计值溢出正常值的情况。导致的路面附着系数估计值溢出正常值的情况。

【技术实现步骤摘要】
一种基于深度集成网络自适应卡尔曼滤波的路面附着系数估计方法


[0001]本专利技术属于一种路面附着系数估计方法，尤其涉及一种基于深度集成网络自适应卡尔曼滤波的路面附着系数估计方法。

技术介绍

[0002]随着主动安全控制系统在汽车上的广泛应用，控制系统需精确获取外界环境及路面条件信息。路面附着系数作为表达路面与轮胎之间相互作用的关键参数，是智能电动汽车决策、规划的重要输入，但又不能直接测量。获取较为准确的路面附着系数可充分发挥主动安全系统的性能，对提高车辆行驶的操作稳定性、主动安全性和乘坐舒适性有着至关重要的意义。
[0003]现阶段关于路面附着系数估计的方法主要分为三类，第一类为基于车辆动力学响应构造的观测器，以卡尔曼滤波、最小二乘法为主流方案进行路面附着系数估计，对输入和测量噪声具有很强的鲁棒性，但该方法需在足够路面激励的条件下保证估计的准确性，同时，轮胎模型具有非线性时变性，估计精度不高；第二类为非线性神经网络模型，以线性回归的方式预测路面附着系数，在处理非线性问题中有很大优势，满足了估算路面附着系数的需求，但存在泛化性能较差的缺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于深度集成网络自适应卡尔曼滤波的路面附着系数估计方法，其特征在于，包括：S1：采集不同工况下的训练数据，并进行归一化处理；S2：搭建深度集成预测网络，利用采集的数据进行网络训练，并配置强化学习算法进行网络优化；S3：训练完成的深度集成网络将基于车辆状态信息计算预测值和不确定性误差的均值，同时，基于Dugoff轮胎模型计算横向力和纵向力；S4：利用车辆三自由度模型建立目标运动方程，并进行离散化、线性化处理；S5：根据深度集成网络输出的估计值均值和不确定性误差均值不断更新观测变量和观测噪声协方差矩阵，基于扩展卡尔曼滤波迭代进行状态量的预测与校正，最终获得最优的路面附着系数估计值。2.根据权利要求1所述的一种基于深度集成网络自适应卡尔曼滤波的路面附着系数估计方法，其特征在于，所述S1中数据采集是在Carsim与Simulink环境下的不同工况的数据，利用Carsim整车动力学模型，与Matlab/Simulink进行联合仿真，设置直线行驶、定圆转向、8字型转向和S型移线四种典型工况，车速范围为10km/h≤v≤100km/h，车速间隔为5km/h；路面附着系数范围为0.05≤μ≤1，路面附着系数间隔为0.05，在不同的工况、车速、路面附着情况下对所需信号a
x
、a
y
、v
x
、v
y
、δ、n
i
、r(其中，a
x
和a
y
分别为纵、横向加速度、v
x
和v
y
分别为纵、横向速度、δ为前轮转角、n
i
为前轮转速、r为横摆角速度)进行采样，单次采样时间为60s，采样频率为20Hz，对数据进行归一化处理，通过遍历每一个数据，将最大值x
max
和x
min
的记录下来，并以x
max
和x
min
作为基数进行数据的归一化处理：3.根据权利要求1所述的一种基于深度集成网络自适应卡尔曼滤波的路面附着系数估计方法，其特征在于，所述S2搭建的深度集成预测网络，利用采集的数据进行网络训练，配置强化学习算法进行权重优化，网络包含两层包含128个隐藏单元的全连接层，生成的序列特征向量输入256维单元状态的LSTM层从而产生新的特征向量，构建四个同样的网络分别用于不同的行驶工况数据的训练，将得到的数据集划分训练集、验证集、测试集，其中，归一化后的信号a
x
、a
y
、v
x
、v
y
、δ、n
i
、r为输入，对应附着系数为输出标签，损失函数选择为均方根误差RMSE，优化器选择为Adam，batch size设置为2000，学习率设置为0.001，于tensorflow深度学习框架对网络模型进行训练。其中，损失函数均方根误差RMSE的计算公式为：其中，T为样本数量，为预测值，y
t
为真实值，并使得σ
iNN
＝RMSE；最后，将LSTM的结果通过一个全连接层来获得一个网络的估计值μ
iNN
和不确定性误差σ
iNN
；为避免预测的路面附着系数μ
iNN
±
σ
iNN
超过路面附着系数正常值范围[0,1]，通过Q
‑
learning强化学习不断给予奖惩反馈，执行动作修正网络的权重与偏置，使路面附着系数
的估计值稳定在正常值范围，缓解估计值溢出现象。4.根据权利要求1所述的一种基于深度集成网络自适应卡尔曼滤波的路面附着系数估计方法，其特征在于，所述S3中，将目标路段实车实时信息经深度集成网络计算得到四个预测值μ
iNN
和经RMSE计算得到的方差σ
iNN
，并计算求得均值：5.根据权利要求1所述的一种基于深度集成网络自适应卡尔曼滤波的路面附着系数估计方法，其特征在于，所述S3中，基于Dugoff轮胎模型计算横向力和...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海，石轩宇，蔡英凤，陈龙，孙晓强，刘擎超，李祎承，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：