Published April 1, 2019 | Version v1
Publication Open

A Sliding-Mode Virtual Sensor for Wheel Forces Estimation With Accuracy Enhancement via EKF

Creators

  • 1. University of Pavia
  • 2. University of Technology of Compiègne
  • 3. Sorbonne Université
  • 4. French National Centre for Scientific Research
  • 5. Universidade Federal de Minas Gerais

Description

In this paper, an algorithm for the estimation of the longitudinal and lateral forces exerted at wheel level between tires and ground is presented. Starting from a modified version of the single track vehicle model, which also includes the steady-state effect of pitch and roll on the planar movement of the vehicle, the structure is designed as a cascade of two Sub-Optimal Second-Order Sliding-Mode (S-SOSM) observers, featuring an adaptive feedback that helps improving the accuracy of the estimation of the longitudinal forces. The presented approach is purposely designed so that only standard sensors, which are usually available in commercial vehicles, are exploited. In order to alleviate the high-frequency vibrations introduced by the Sliding-Mode technique, an EKF is added as a second step, which considers the output of the S-SOSM observer as a noisy measurement, hence the virtual sensor nomenclature. The method is evaluated on experimental data, displaying good performance both in terms of accuracy and chattering alleviation.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

في هذه الورقة، يتم تقديم خوارزمية لتقدير القوى الطولية والجانبية المبذولة على مستوى العجلة بين الإطارات والأرض. بدءًا من نسخة معدلة من طراز المركبة أحادية المسار، والتي تتضمن أيضًا تأثير الحالة الثابتة للنغمة والتدحرج على الحركة المستوية للمركبة، تم تصميم الهيكل على شكل سلسلة من اثنين من مراقبي الوضع الانزلاقي من الدرجة الثانية (S - SOSM)، يتميزان بتغذية راجعة تكيفية تساعد على تحسين دقة تقدير القوى الطولية. تم تصميم النهج المقدم عن قصد بحيث يتم استغلال أجهزة الاستشعار القياسية فقط، والتي تتوفر عادة في المركبات التجارية. من أجل تخفيف الاهتزازات عالية التردد التي أدخلتها تقنية الوضع الانزلاقي، تتم إضافة EKF كخطوة ثانية، والتي تعتبر خرج مراقب S - SOSM كقياس صاخب، وبالتالي تسمية المستشعر الافتراضي. يتم تقييم الطريقة على البيانات التجريبية، وعرض الأداء الجيد من حيث الدقة والتخفيف من الثرثرة.

Translated Description (French)

Dans cet article, un algorithme pour l'estimation des forces longitudinales et latérales exercées au niveau des roues entre les pneus et le sol est présenté. À partir d'une version modifiée du modèle de véhicule à voie unique, qui comprend également l'effet en régime permanent du tangage et du roulis sur le mouvement planaire du véhicule, la structure est conçue comme une cascade de deux observateurs en mode coulissant de deuxième ordre sous-optimal (S-SOSM), avec une rétroaction adaptative qui aide à améliorer la précision de l'estimation des forces longitudinales. L'approche présentée est spécialement conçue pour que seuls les capteurs standard, qui sont généralement disponibles dans les véhicules utilitaires, soient exploités. Afin d'atténuer les vibrations haute fréquence introduites par la technique du mode glissant, un EKF est ajouté dans un deuxième temps, qui considère la sortie de l'observateur S-SOSM comme une mesure bruyante, d'où la nomenclature du capteur virtuel. La méthode est évaluée sur des données expérimentales, affichant de bonnes performances à la fois en termes de précision et d'atténuation des bavardages.

Translated Description (Spanish)

En este trabajo se presenta un algoritmo para la estimación de las fuerzas longitudinales y laterales ejercidas a nivel de rueda entre neumáticos y suelo. A partir de una versión modificada del modelo de vehículo de vía única, que también incluye el efecto de estado estacionario de cabeceo y balanceo en el movimiento plano del vehículo, la estructura está diseñada como una cascada de dos observadores de modo deslizante de segundo orden subóptimo (S-SOSM), con una retroalimentación adaptativa que ayuda a mejorar la precisión de la estimación de las fuerzas longitudinales. El enfoque presentado está diseñado a propósito para que solo se exploten los sensores estándar, que generalmente están disponibles en vehículos comerciales. Con el fin de aliviar las vibraciones de alta frecuencia introducidas por la técnica Sliding-Mode, se añade un EKF como segundo paso, que considera la salida del observador S-SOSM como una medición ruidosa, de ahí la nomenclatura del sensor virtual. El método se evalúa con datos experimentales, mostrando un buen rendimiento tanto en términos de precisión como de alivio de la charla.

Files

Regolin_Zambelli_Alatorre_Journal2018_share.pdf.pdf

Files (4.5 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:bbb8d962d793876bce7ca4882425bceb
4.5 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
مستشعر افتراضي لوضع الانزلاق لتقدير قوى العجلات مع تحسين الدقة عبر EKF
Translated title (French)
Un capteur virtuel en mode coulissant pour l'estimation des forces de roue avec amélioration de la précision via EKF
Translated title (Spanish)
Un sensor virtual en modo deslizante para la estimación de las fuerzas de las ruedas con mejora de la precisión a través de EKF

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2920854611
DOI
10.1109/tvt.2019.2903598

Is supplement to
https://openalex.org/W64588465 (Other)
https://openalex.org/W3120641340 (Other)
https://openalex.org/W2162299404 (Other)
https://openalex.org/W2153719181 (Other)
https://openalex.org/W2103062922 (Other)
https://openalex.org/W2065045110 (Other)
https://openalex.org/W2060986072 (Other)
https://openalex.org/W2052574922 (Other)
https://openalex.org/W1971748923 (Other)
https://openalex.org/W1566155057 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Brazil

References

  • https://openalex.org/W1516289514
  • https://openalex.org/W1969585347
  • https://openalex.org/W1973892824
  • https://openalex.org/W1995107143
  • https://openalex.org/W2004421225
  • https://openalex.org/W2009664131
  • https://openalex.org/W2018851823
  • https://openalex.org/W2025151443
  • https://openalex.org/W2027758424
  • https://openalex.org/W2037168712
  • https://openalex.org/W2040570451
  • https://openalex.org/W2052927763
  • https://openalex.org/W2081496799
  • https://openalex.org/W2094311908
  • https://openalex.org/W2109415451
  • https://openalex.org/W2116518644
  • https://openalex.org/W2123847401
  • https://openalex.org/W2126796932
  • https://openalex.org/W2128377715
  • https://openalex.org/W2157044181
  • https://openalex.org/W2265937691
  • https://openalex.org/W2321660505
  • https://openalex.org/W2490624858
  • https://openalex.org/W2561971224
  • https://openalex.org/W2749389058
  • https://openalex.org/W2754611171
  • https://openalex.org/W2755104725
  • https://openalex.org/W2755537363
  • https://openalex.org/W2773166358
  • https://openalex.org/W2774828655
  • https://openalex.org/W4233663611
  • https://openalex.org/W4293078920