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车辆IMU误差标定与稳定性状态参数估计研究
| 论文题名： | 车辆IMU误差标定与稳定性状态参数估计研究 |
| 关键词： | 惯性测量单元;误差标定;电子稳定系统;状态参数估计;无迹卡尔曼滤波;汽车安全 |
| 摘要： | 随着汽车行业的快速发展，汽车安全问题吸引了越来越多的研究人员。在我们享受汽车技术为生活带来的便捷的同时，如何提高车辆的安全性能成为研究焦点。基于制动防抱死系统(ABS，AntilockBrakeSystem)和牵引力控制系统(ASR,AccelerationSlipRegulation)的电子稳定系统(ESP,ElectronicStabilityProgram)是现代车辆进行主动安全控制的主要手段之一，但是电子稳定系统的工作性能必须依托于高精度传感器的输出数据，这为ESP的普适性带来了困难。具有低成本和高独立性优点的惯性测量单元(IMU,InertialMeasurementUnit)，被广泛应用于智能驾驶领域，但自身存在的确定性误差随时间变长或外界温度变化而严重影响工作性能。因此，为了解决电子稳定系统对高成本传感器依赖性的问题，如何使用惯性测量单元输出的数据实现电子稳定系统所需的车辆稳定性状态参数的间接观测，并实现较高的精确度，在科研前沿与工程实践上均有较高的关注度。 本文基于以上的需求，首先介绍了惯性测量单元和电子稳定系统的工作原理，采用理论分析、实验验证的方式验证了惯性测量单元的误差特性，并针对温度和输入角速度对误差参数的影响，对传统误差模型进行了改进，并基于该模型设计了误差标定实验，使用高精度三轴转台和自制恒温箱对IMU进行了标定补偿实验，对改良后的误差模型进行了验证分析。 其次，为了研究车辆稳定性状态参数的实时测量，本文基于七自由度车辆模型和Dugoff轮胎模型设计了基于无迹卡尔曼滤波的状态参数估计算法，通过Carsim和Simulink联合仿真，在双移线工况下实现了对状态参数的精确估计，验证了估算算法的准确性和有效性。 最后，为进一步验证IMU标定算法和状态参数估计算法，本文基于标定补偿后的IMU设计了用于上述算法实现的实车测试平台，并按国家标准工况进行了状态参数估算算法的性能验证。根据三种典型工况和综合路况不同速度下的实车测试，横摆角速度和质心侧偏角估计误差均在期望范围内，如综合路况下横摆角速度的EME、ERMSE分别为0.568°/s、0.1673°，质心侧偏角的EME、ERMSE分别为0.188°/s、0.1842°，能够满足电子稳定系统对状态参数的需求，表明该算法能够实现使用标定补偿后的IMU为电子稳定系统提供精确的稳定性状态参数观测需求。 |
| 作者： | 李响 |
| 专业： | 电子科学与技术 |
| 导师： | 朱晓章 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 电子科技大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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