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基于多MEMS陀螺的高精度车用虚拟陀螺研究
| 论文题名： | 基于多MEMS陀螺的高精度车用虚拟陀螺研究 |
| 关键词： | 汽车稳定性控制系统;虚拟陀螺;微机电系统;卡尔曼滤波算法;质心侧偏角积分估计器 |
| 摘要： | 具备小型化、低功耗以及低成本优点的MEMS陀螺仪，是实现车辆横摆角速度测量的重要传感器元件。车辆测量系统通常采用单个MEMS陀螺仪来监测横摆角速度变化，易受车辆行驶环境影响而产生多种误差。为此，本文提出了基于多MEMS陀螺之间的相关性与卡尔曼滤波算法的高精度车用虚拟陀螺技术，并设计了基于虚拟陀螺的车辆质心侧偏角积分估计器，将所测量的质心侧偏角与横摆角速度用于车辆稳定性控制系统，有效提升了车辆在极限工况下的行驶稳定性。具体的研究内容包括： （1）设计了基于3个MPU6050惯性测量单元的车用虚拟陀螺阵列，采用Allan方差分析法对MEMS陀螺仪误差进行有效辨识，系统性分析并给出了所采用陀螺仪的各项随机误差量化指标，为后续车用虚拟陀螺的滤波算法设计奠定数据基础。 （2）考虑MEMS陀螺仪之间的相关性，借助差分法消除车载混杂噪声对于真实量测值的影响，给出了可融合多个陀螺仪数据的车用虚拟陀螺卡尔曼滤波算法，完成了针对该车用虚拟陀螺的动静态验证实验。结果表明，相比于单个MEMS陀螺仪，车用虚拟陀螺在数据均方根误差上降低了49.74%。 （3）以线性二自由度车辆动力学模型为基础，设计了基于虚拟陀螺的车辆质心侧偏角积分估计器，估计结果与采用单个MEMS陀螺时的结果相比较，质心侧偏角估计误差降低了82.1%。将质心侧偏角与横摆角速度用于车辆稳定性控制系统当中，设计了车辆稳定性模糊控制器，借助Simulink与CarSim进行了联合仿真。结果表明，得益于该控制器，车辆在极限工况下运行时依旧能够保持稳定，并且相较采用单个陀螺仪的控制器，控制更加平稳，驾驶平顺性得到改善。 |
| 作者： | 王威 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 范蓉 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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