【摘 要】
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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
【基金项目】
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国家自然科学基金重点项目（U1930206）；
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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Car Sim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。
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