[發明專利]一種全輪電驅動車輛的縱向車速估計方法

有效

• 申請號: 201010544019.4
• 申請日: 2010-11-12
• 公開（公告）號: CN102009654A
• 公開（公告）日: 2011-04-13
• 發明（設計）人: 羅禹貢;褚文博;江青云;李克強;連小珉;劉力;楊殿閣;鄭四發
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B60W40/10
• 分類號: B60W40/10
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 徐寧

技術領域

本發明涉及一種汽車車速估計方法，尤其是涉及一種實時在線估計全輪電驅動車輛縱向車速的方法。

背景技術

在車輛動力學控制過程中，對車輛實時狀態的監控占有十分重要的地位。一些關鍵車輛狀態的觀測精度直接決定了車輛動力學控制的效果。車輛狀態觀測系統根據車載傳感器對車輛關鍵狀態參數進行在線實時估計，將有效信息傳遞給控制系統，從而實現對車輛狀態的有效控制。車速是設計車輛穩定性控制器參數的重要參考依據，利用車載普通傳感器對車速進行實時在線估計是車輛穩定性控制所需要的關鍵技術之一。

現有基于車載普通傳感器進行車速估計的方法主要有兩種。方法一：是由輪速信號還原，即v_x＝ωr±0.5wγ，其中，v_x是縱向車速估計值，r是輪胎半徑，w是軸距，γ是橫擺角速度。在非驅動輪自由轉動狀態下，可以直接根據該式得到縱向車速。但全輪獨立電驅動車輛不存在非驅動輪，在驅動/制動過程中，始終有滑轉/滑移的存在。如果直接利用非驅動輪輪速信號還原，滑轉/滑移率將會使車速估計誤差較大。因此，基于輪速信號還原車速的方法無法直接應用于全輪獨立電驅動車輛。方法二：基于縱向加速度信號進行縱向車速還原，即v_x＝v₀+∫a_xdt，其中，v₀是積分初始速度，a_x是縱向加速度信號，t是積分時間長度。該方法的優點在于不受制動或驅動工況的影響，但是由于縱向加速度信號帶有噪聲，長時間的積分會導致結果嚴重偏離真實值，因此該方法只能在短時間內使用，不適用于全輪獨立電驅動車輛長時間車速估計。同時，在這種方法中，如何確定積分初始值也是一個重要問題。

一些學者還研究了基于滑模算法的車速觀測以及基于非線性狀態觀測器的車速觀測算法。這些算法采用復雜的非線性車輛、輪胎模型，在車速觀測中考慮了非線性特性對車速觀測精度的影響。采用這些算法進行車速估計時，精度一般較高，但由于牽涉到較多的非線性迭代計算，實時性受到了較大影響。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種高效、準確并能夠實時在線提供全輪電驅動車輛縱向車速的估計方法。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：一種全輪電驅動車輛的縱向車速估計方法，其包括以下步驟：

1)設置一車速測量系統，其包括縱向加速度傳感器、方向盤轉角傳感器和輪胎轉速傳感器；

2)通過車速測量系統實時采集到輪胎轉速信號轉向盤轉角信號和汽車質心縱向加速度信號輪胎的輪邊速度為

3)采取卡爾曼濾波方式對采集到的信號進行濾波處理；

4)利用濾波處理后的信號，采用兩種方法對車速進行在線估計：

I、構建基于卡爾曼濾波器空間方程結構的車速估計

①根據車輛運動學得到如下關系式：

a_x(t)＝v′_x-v_yγ??????????????????????(4)

v_w(t)＝v_x(t)+Δv??????????????????????(5)

②對式(4)、(5)做離散化處理得到：

v_x(k+1)＝v_x(k)+a_xΔT+v_y(k)γ(k)ΔT????(6)

v_w(k)＝v_x(k)+Δv??????????????????????(7)

③將式(6)中w_s＝v_y(k)γ(k)ΔT定義為系統的過程噪聲，將式(7)中w₀＝Δv定義為系統的觀測噪聲，即可得到卡爾曼濾波器的空間方程結構：

狀態方程v_x(k+1)＝v_x(k)+a_xΔT+w_s???????(8)

觀測方程v_w(k)＝v_x(k)+w₀???????????????(9)

通過卡爾曼濾波器的空間方程結構即可估計車輛的在線車速；

II、構建基于加速度積分的車速估計

當車輪進入過度滑轉/滑移階段，此時，縱向車速的一階導數和縱向加速度具有如下的關系