基于IMU加速度信息计算全主动悬架配置整车侧倾角的方法讨论

目录

 

1. 基本原理

2. 计算横向坡度角

3. 计算车身侧倾角

4. 全主动悬架整车侧倾角计算

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1. 基本原理

        通过IMU（惯性测量单元）测量的横向加速度信号计算斜坡角度时，需考虑重力加速度在横向的分量。

       当车辆或物体在斜坡上时，重力加速度(g) 会分解为两个分量：

              a)  沿斜坡方向的分量：(g⋅sin⁡θ)（影响纵向加速度）

              b）垂直于斜坡方向的分量：(g⋅cos⁡θ)（影响横向加速度）

       假设IMU的横向轴（Y轴）与斜坡的横向方向对齐，则横向加速度(ay)包含三部分:

               a) 重力分量：(-g⋅sin⁡θ)（由斜坡横向倾角(θ)引起）

                   若考量纵向倾角ϕ，则修正为：(ay,gravity=-g⋅cos⁡ϕ⋅sin⁡θ)

                b) 动态加速度: 

                    转弯离心力：横向加速度，方向左转为正，右转为负

                    侧向运动加速度：车辆因为横风/紧急变道产生的横向加速度

                c) 传感器误差与噪声

                     零偏误差（Bias）

                     振动噪声

                     温度漂移 

所以，IMU测试横向加速度分解：

     

 (Pitch)

 （Roll）

2. 计算横向坡度角

        如前所述，IMU测量加速度分类，在车辆运动过程中，动态加速度（如加减速、转弯等）会显著影响IMU的测量值，导致单纯依靠重力分量计算坡道角度产生误差。因此，需要引入车辆运动学模型或传感器融合方法，对动态加速度进行补偿。以下是详细的分析和计算方法。

        当车辆存在纵向加速度（加减速）或横向加速度（转弯）时，IMU测量的加速度和包含两部分：

        重力分量：由坡道倾角Pitch和Roll角

        动态加速度：由车辆运动引起，如

               a) 纵向加速度 （加速/制动）

               b) 横向加速度 （离心力，转弯时）

        IMU的测量模型：

        

计算过程：

        纵向动态加速度：

        其中为车速，可通过轮速计算。

        横向动态加速度：

        其中，为转弯半径，可通过方向盘转角估算， , 为轴距。

        纵向倾角：

        加速时：

        减速时：

       横向倾角：

       车辆左转：

       车辆右转：

 

3. 计算车身侧倾角

        车身侧倾角：ϕ

车身侧倾角反映车身的左右倾斜程度，计算公式如下：

4. 全主动悬架整车侧倾角计算

根据上述表述，整车侧倾角可以由悬架侧倾角和车身侧倾角叠加近似获取，计算方式如下：

俯仰角的计算方式为：