一种基于最小二乘与支持向量回归的方向盘转角估计方法技术

本发明专利技术是一种基于最小二乘与支持向量回归的方向盘转角估计方法。包括：步骤一、根据车辆侧向力学特征表现建立车辆行驶非线性表达函数；步骤二、设计一种基于递归最小二乘的汽车方向盘转角机理型估计策略，在汽车侧向加速度较小时对方向盘转角实现精确估计；步骤三、通过基于支持向量回归的汽车数据驱动型方向盘转角估计策略，对汽车侧向加速度较大时的方向盘转角估计值进行修正。本发明专利技术精确地估计了汽车在不同侧向加速度下的方向盘转角，为机理与数据混合驱动的汽车方向盘转角估计提供参考方案，有效地为未来智能汽车线控转向系统反向盘转角故障诊断与容错控制提供信号参考，克服了车辆系统动力学面临的参数不确定性与车辆状态测量噪声问题。辆状态测量噪声问题。辆状态测量噪声问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于最小二乘与支持向量回归的方向盘转角估计方法


[0001]本专利技术属于汽车
，具体的说是一种基于最小二乘与支持向量回归的方向盘转角估计方法。

技术介绍

[0002]随着汽车电动化与智能化技术不断深化，作为车辆侧向运动最重要执行机构的汽车转向系统逐渐从传统助力转向朝着线控转向发展。线控转向系统打破了传统助力转向系统方向盘与转向轮之间的机械连接，通过额外加装驾驶员模拟路感反馈电机与基于汽车方向盘转角的驾驶员转向意图辨识，可以轻松实现驾驶人与转向轮之间的完全解构，具有系统布置灵活、隔绝路面颠簸、实现可变传动比等诸多优点。汽车方向盘转角传感器的有效性对于线控转向系统而言尤为重要，它直接决定了能否准确辨识驾驶员转向意图。为了提高线控转向系统的可靠性、安全性，在线控转向系统架构设计时必须对汽车方向盘转角进行精确估计以实时判定方向盘转角传感器是否发生故障。目前常用的基于机理的汽车方向盘转角估计方法在汽车侧向加速度较大时受车辆系统参数不确定性干扰而出现下滑，影响后续汽车方向盘转角故障诊断与容错控制的实施。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供了一种基于最小二乘与支持向量回归的方向盘转角估计方法，精确地估计了汽车在不同侧向加速度下的方向盘转角，为机理与数据混合驱动的汽车方向盘转角估计提供参考方案，有效地为未来智能汽车线控转向系统反向盘转角故障诊断与容错控制提供信号参考，克服了车辆系统动力学面临的参数不确定性与车辆状态测量噪声问题。
[0004]本专利技术技术方案结合附图说明如下：
[0005]一种基于最小二乘与支持向量回归的方向盘转角估计方法，包括以下步骤：
[0006]步骤一、根据车辆侧向力学特征表现建立车辆行驶非线性表达函数；
[0007]步骤二、设计基于递归最小二乘的汽车方向盘转角机理型估计策略；
[0008]步骤三、通过基于支持向量回归的汽车数据驱动型方向盘转角估计策略，对汽车侧向加速度较大时的方向盘转角估计值进行修正。
[0009]进一步的，所述步骤一的具体方法如下：
[0010]11)建立二自由度车辆动力学模型，如下所示：
[0011][0012][0013]式中，m表示整车质量；v
x
表示车辆纵向车速；表示车辆质心侧偏角速度；表示车辆横摆角速度；表示车辆横摆角加速度；F
yf
表示前轮轮胎等效侧向力；F
yr
表示后轮轮胎等效侧向力；δ
f
表示车辆前轮转角；I
z
表示车辆的横摆转动惯量；a表示车辆质心到前轴的距离；b表示车辆质心到后轴的距离；
[0014]12)采用线性轮胎模型描述前、后轮胎等效侧向力，如下所示：
[0015]F
yf
＝C
f
α
f
ꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0016]F
yr
＝C
r
α
r
ꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0017]式中，F
yf
表示前轮轮胎等效侧向力；F
yr
表示后轮轮胎等效侧向力；C
f
表示前轮侧偏刚度；C
r
表示后轮侧偏刚度；α
f
表示前轮侧偏角；α
r
表示后轮侧偏角；
[0018]13)前、后轮侧偏角近似表示为：
[0019][0020][0021]式中，β表示车辆质心侧偏角；
[0022]14)通过整理公式(1)—(6)，集合小角度假设得到线性二自由度车辆动力学模型为：
[0023][0024][0025]式中，表示车辆质心侧偏角速度；
[0026]15)车辆质心侧偏角速度由侧向加速度等效替代，即：
[0027][0028]式中，a
y
表示车辆侧向加速度；
[0029]16)对于汽车电控助力转向系统，待估算的车辆方向盘转角θ
c
与车辆前轮转角δ
f
之间存在确定的传动比，那么：
[0030]θ
c
＝δ
f
·
G
c
ꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0031]式中，θ
c
表示车辆方向盘转角；G
c
表示电控助力换向系统传动比；
[0032]17)当汽车在稳态条件下行驶时，车辆质心侧偏角β和车辆横摆角速度均为恒定不变的定值，车辆横摆角加速度和车辆质心侧偏角速度均为0，因此结合公式(7)
‑
(10)整理后得到车辆行驶非线性表达函数：
[0033][0034][0035]式中，k表示稳态横摆角速度增益。
[0036]进一步的，所述步骤二的具体方法如下：
[0037]21)将公式(11)改写成离散函数形式，即：
[0038]ξ(k)＝f(k,θ
c
(k))
ꢀꢀꢀꢀ
(13)
[0039]ξ(k)＝[v
x
(k),a
y
(k)]T
ꢀꢀꢀꢀ
(14)
[0040]式中，ξ(k)表示第k时刻车辆行驶的可测量状态向量；v
x
(k)表示第k时刻车辆纵向车速；a
y
(k)表示第k时刻车辆侧向加速度；f(k,θ
c
(k))表示第k时刻车辆行驶非线性表达函数；
[0041]22)采用泰勒展开对第k时刻车辆行驶的可测量状态向量ξ(k)进行局部线性化：
[0042]ξ(k)≈H(k)(θ
c
(k)
‑
θ
c
(k
‑
1))+f(k
‑
1,θ
c
(k
‑
1))
ꢀꢀꢀꢀ
(15)
[0043][0044]式中，ξ(k)表示第k时刻车辆行驶的可测量状态向量；ξ(k
‑
1)表示第k
‑
1时刻车辆行驶的可测量状态向量；H(k)表示第k时刻f(k
‑
1,θ
c
(k
‑
1))对θ
c
(k
‑
1)的雅克比矩阵；θ
c
(k)表示第k时刻车辆方向盘转角；θ
c
(k
‑
1)表示第k
‑
1时刻车辆方向盘转角；f(k
‑
1,θ
c
(k
‑
1))表示第k
‑
1时刻车辆行驶非线性表达函数；
[0045]23)令Δξ(k)＝ξ(k)
‑
f(k
‑
1,θ
c
(k
‑
1))+H(k)θ
c
(k
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于最小二乘与支持向量回归的方向盘转角估计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、根据车辆侧向力学特征表现建立车辆行驶非线性表达函数；步骤二、设计基于递归最小二乘的汽车方向盘转角机理型估计策略；步骤三、通过基于支持向量回归的汽车数据驱动型方向盘转角估计策略，对汽车侧向加速度较大时的方向盘转角估计值进行修正。2.根据权利要求1所述的一种基于最小二乘与支持向量回归的方向盘转角估计方法，其特征在于，所述步骤一的具体方法如下：11)建立二自由度车辆动力学模型，如下所示：11)建立二自由度车辆动力学模型，如下所示：式中，m表示整车质量；v
x
表示车辆纵向车速；表示车辆质心侧偏角速度；表示车辆横摆角速度；表示车辆横摆角加速度；F
yf
表示前轮轮胎等效侧向力；F
yr
表示后轮轮胎等效侧向力；δ
f
表示车辆前轮转角；I
z
表示车辆的横摆转动惯量；a表示车辆质心到前轴的距离；b表示车辆质心到后轴的距离；12)采用线性轮胎模型描述前、后轮胎等效侧向力，如下所示：F
yf
＝C
f
α
f
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)F
yr
＝C
r
α
r
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)式中，F
yf
表示前轮轮胎等效侧向力；F
yr
表示后轮轮胎等效侧向力；C
f
表示前轮侧偏刚度；C
r
表示后轮侧偏刚度；α
f
表示前轮侧偏角；α
r
表示后轮侧偏角；13)前、后轮侧偏角近似表示为：13)前、后轮侧偏角近似表示为：式中，β表示车辆质心侧偏角；14)通过整理公式(1)—(6)，集合小角度假设得到线性二自由度车辆动力学模型为：14)通过整理公式(1)—(6)，集合小角度假设得到线性二自由度车辆动力学模型为：式中，表示车辆质心侧偏角速度；15)车辆质心侧偏角速度由侧向加速度等效替代，即：式中，a
y
表示车辆侧向加速度；
16)对于汽车电控助力转向系统，待估算的车辆方向盘转角θ
c
与车辆前轮转角δ
f
之间存在确定的传动比，那么：θ
c
＝δ
f
·
G
c
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)式中，θ
c
表示车辆方向盘转角；G
c
表示电控助力换向系统传动比；17)当汽车在稳态条件下行驶时，车辆质心侧偏角β和车辆横摆角速度均为恒定不变的定值，车辆横摆角加速度和车辆质心侧偏角速度均为0，因此结合公式(7)
‑
(10)整理后得到车辆行驶非线性表达函数：后得到车辆行驶非线性表达函数：式中，k表示稳态横摆角速度增益。3.根据权利要求2所述的一种基于最小二乘与支持向量回归的方向盘转角估计方法，其特征在于，所述步骤二的具体方法如下：21)将公式(11)改写成离散函数形式，即：ξ(k)＝f(k,θ
c
(k))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)ξ(k)＝[v
x
(k),a
y
(k)]
T
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(14)式中，ξ(k)表示第k时刻车辆行驶的可测量状态向量；v
x
(k)表示第k时刻车辆纵向车速；a
y
(k)表示第k时刻车辆侧向加速度；f(k,θ
c
(k))表示第k时刻车辆行驶非线性表达函数；22)采用泰勒展开对第k时刻车辆行驶的可测量状态向量ξ(k)进行局部线性化：ξ(k)≈H(k)(θ
c
(k)
‑
θ
c
(k
‑
1))+f(k
‑
1,θ
c
(k
‑
1))
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)式中，ξ(k)表示第k时刻车辆行驶的可测量状态向量；ξ(k
‑
1)表示第k
‑
1时刻车辆行驶的可测量状态向量；H(k)表示第k时刻f(k
‑
1,θ
c
(k
‑
1))对θ
c
(k
‑
1)的雅克比矩阵；θ
c
(k)表示第k时刻车辆方向盘转角；θ
c
(k
‑
1)表示第k
‑
1时刻车辆方向盘转角；f(k
‑
1,θ
c
(k
‑
1))表示第k
‑
1时刻车辆行驶非线性表达函数；23)令
△
ξ(k)＝ξ(k)
‑
f(k
‑
1,θ
c
(k
‑
1))+H(k)θ
c
(k
‑
1)，结合公式(15)得：
△
ξ(k)≈H(k)θ
c
(k)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(17)式中，
△
ξ(k)表示第k时刻车辆行驶的可测量状态向量增量；24)设定使用的递归最小二乘代价函数为：式中，表示基于车辆行驶非线性表达函数的递归最小二乘代价函数；表示车辆方向盘转角估计值；表示第i时刻基于最小二乘获...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志成，赵健，朱冰，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：