用于确定车速参数的系统和方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2014年6月3日提交的美国发明申请号14/294,535的优先权，还要求 2013年6月3日提交的美国临时申请号61 /830，368和2014年2月6日提交的美国临时申请号 61/936,558的权益。上述引用的申请的全部内容通过引用纳入本文。
技术领域
[0003] 本发明涉及用于确定车速参数的系统和方法。
【背景技术】
[0004] 此处提供的【背景技术】描述出于大致呈现本发明的背景的目的。本【背景技术】部分中 描述的范围中的本发明人的工作以及本描述中可能不具有作为提交时的现有技术的资格 的方面并不明确承认或隐含承认其为相对于本发明的现有技术。
[0005] 现代车辆动态控制系统(例如，牵引力控制系统(TCS)、防抱死制动系统(ABS)和电 子稳定化程序(ESP))已经提高了车辆的安全。这些动态控制系统的性能在一定程度上与各 种车辆参数(例如，车速）的精确度相关，其中车辆参数常常基于来自一个或多个车辆传感 器的输入来估计或确定。
[0006] 车速的确定已经是各种文章和专利申请的对象。径向车速的直接测量可能太昂贵 和/或对于各种车辆应用不实际。因此，确定车速的传统方法分为两组:第一组使用轮速和 车身加速度直接确定车速;第二组基于车辆模型估计车速以间接确定车速。
[0007] 对于落入第一组的方法，已经知道，当车辆正制动时使用最大轮速进行速度估计， 并且当车辆处于"牵引模式"时使用最小轮速。这些实践被称为"最佳车轮方法"并且能够用 来非常迅速地确定车速。"最佳车轮方法"的一个缺点是要考虑测量轮速时可能存在的噪 声。车速被确定的精确度将基于轮速信号中的噪声水平而变化。
[0008] 落入第一组中的另外一种方法涉及识别可靠轮速、检查车身加速度以及使用轮速 的加权平均值以及车身加速度的积分来获得车速的估计值。这种方法的精确度在一定程度 上取决于用于感测车身加速度的加速度计的偏差和车轮半径测量。纵向加速度的时间积分 累计传感器偏差，导致估计值偏移。另一个误差源是作用在道路坡度方向上的加速度的重 力分量，使得加速度测量结果失真。
[0009] 此外，加速度计偏差和车轮半径变化对车速的影响在不同驱动情形下会改变。提 出的方案采用加权平均法，该方法使用来自加速度计偏差和车轮半径偏置的反馈或通过分 析全球定位系统(GPS)信号获得的数据。这种方法确定车速的精确度将基于与轮速的导数 相关的噪声。卡尔曼滤波器可以用于确定加权平均值，但是仍然不能实现，因为这种计算相 对复杂和缓慢。
[0010] 对于落入第二组中的方法，运动学模型能够用于使用车身加速度和车辆的四个车 轮的转速的输入来估计车速。尽管这种方法在一些情况下能够良好执行，但是结果倾向于 对信号噪声和传感器的位置敏感。
[0011] 落入第二组内中的另外一种方法使用轮胎模型，其提供轮胎力估计。尽管这种方 法通常对噪声不太敏感(或者甚至不敏感），但该方法包括"非线性情形"，估计误差可能不 合期望地大。
[0012] 尽管速度估计依赖于轮速，但在一些驱动情况下，一些车轮的轮速测量结果不可 靠，如在车辆相对于路面滑移时。已经使用一种自适应卡尔曼滤波器来尝试解决车轮滑移 问题。然而，在一些具有挑战的状况下，如所有四个车轮都滑移的状况下，自适应卡尔曼滤 波器可能不能提供满意的结果。
[0013] 综上所述，每种方法都有缺点。使用轮速，由于车轮滑移、车轮半径变化以及车轮 从车辆重心的偏置而产生误差。如果初速度值不精确，则加速度数据的积分成为问题，并且 误差由于加速度计偏差和非零道路坡度而累计。车辆/轮胎模型容易导致建模误差，尤其是 对于非线性模型。因此，本领域需要更精确可靠地确定车速。
【发明内容】
[0014] 描述一种用于估计正在纵向延伸的路面上运行的车辆的纵向速度的方法。车辆具 有多个车轮，多个车轮包括第一组车轮和第二组车轮。第一组车轮与第二组车轮沿着车辆 的纵轴间隔开。车辆的纵向速度与车辆的纵轴平行。路面具有与路面的高程随车辆沿着路 面行驶而发生的变化相关联的坡度。
[0015] 该方法包括获得车辆加速度的测量值。当路面的坡度为非零时，车辆加速度的测 量值基于：（i)车辆的纵向加速度和（i i)车辆的垂直加速度。车辆的纵向加速度是车辆在平 行于车辆的纵轴的方向上的加速度。该方法包括确定路面的坡度的初始估计值。该方法包 括确定路面的坡度的初始估计值与路面的坡度的在先估计值之间的差。
[0016] 该方法包括，基于所述差的大小，将路面的坡度的当前估计值设置为等于下列项 中的一个：（i)路面的坡度的初始估计值和（ii)基于路面的坡度的在先估计值的值。该方法 包括基于（i)路面坡度的当前估计值和（ii)车辆加速度的测量值估计车辆的纵向速度。该 方法包括基于所估计的车辆的纵向速度，控制多个车轮中的至少一个车轮。
[0017] 根据下列【具体实施方式】、权利要求和附图，本发明的应用的进一步领域将变得明 显。【具体实施方式】和具体实例旨在仅用于示例说明目的，并不旨在限制本发明的范围。
【附图说明】
[0018] 从下列【具体实施方式】和附图，将更全面地理解本发明。
[0019] 图1是具有根据本发明的原理构造的电驱动系统和控制器的一种示例性车辆的示 意图。
[0020] 图2是根据本发明的原理的一种控制器的示例性实现的功能性框图。
[0021] 图3A是在具有非零坡度的表面上的车辆的自由体受力图。
[0022]图3B是示出坡度估计和加速度补偿的示例性操作的流程图。
[0023]图4是示出驱动模式确定的示例性操作的流程图。
[0024]图5是示出车轮旋转方向确定的示例性操作的流程图。
[0025] 图6是示出给定车辆车轮的滑移确定的示例性操作的流程图。
[0026] 图7是示出用于车速估计中的最佳车轮选择的示例性操作的流程图。
[0027]在各附图中，附图标记可以重复使用以识别类似和/或相同的元素。
【具体实施方式】
[0028]在图1中，示例性车辆10包括根据本发明的教导构造的电驱动系统12。电驱动系统 12选择性驱动车辆后轮对14。电驱动系统12可以是部分时间运转的辅助动力传动系统的一 部分，而常规内燃机16和传动装置18用于在所有时间驱动车辆前轮对20。
[0029]在各种其它实施方式中，电驱动系统12可以替代地选择性驱动车辆前轮对20,而 内燃机16驱动车辆后轮对14。在其它实施方式中，电驱动系统12可以驱动车辆前轮对20和 车辆后轮对14。在又一些其它实施方式中，电驱动系统12可以驱动车辆前轮对20,同时另一 个电驱动系统(其可以与电驱动系统12类似或相同）可以驱动车辆后轮对14。仍有一些其它 动力传动系统能够适合本发明的教导。
[0030] 进一步，即使不存在电驱动机构，本发明的教导仍可以用于控制车辆。例如，瞬时 车速的精确估计可以允许改进牵引力控制系统(TCS)、防抱死制动系统(ABS)、电子稳定化 程序(ESP )、主动避撞系统和自适应巡航控制系统中的一个或多个。
[0031] 电驱动系统12能够如2014年3月4日发布的共同拥有的美国专利号8，663,051所描 述的被配置，其中该专利文件通过引用将其全部内容纳入本文。简要地，图1的电驱动系统 12包括电推进电动机30,其驱动差速器总成32。一对输出构件34至少部分由差速器总成32 驱动并驱动对应的半轴36,由此驱动车辆后轮14。
[0032]电驱动系统12能够进一步包括控制器40,其被配置为控制电驱动系统12的运转。 控制器40能够耦接到推进电动机30、电力源(例如，电池44)和车辆数据网46。车辆数据网46 可以是车辆10内用于传输车辆数据的任意类型系统或网络，例如，控制器域网(CAN)或局部 互联网（LIN)。电池44可以包括任意类型的电池并能够被再次充电，例如，经由交流发电机、 发电机和/或再生制动系统。
[0033]控制器40能够接收来自车辆数据网46的数据，其关于:a)当前车辆动力学，包括车 辆10的速率;b)车辆10正在其上运行的表面(例如，路面）；c)控制车辆10的驱动器输入;和 d)车辆10运行的环境。控制器40能够采用从车辆数据网46接收的数据来控制电驱动系统12 的运转，由此调节传送到车辆后轮14的扭矩。
[0034] 例如，控制器40能够以抢先所有车轮驱动模式运转，在该模式中，电驱动系统12经 运转以抢先将扭矩应用到车辆后轮14,从而阻止车辆前轮20滑移。以抢先模式运转控制器 40在以下情况下可能尤其有利:车辆10将需要从几乎静止或零速度状况下加速，或者需要 在车辆10在特定状况下运行(例如，低摩擦表面、软表面或陡峭道路坡度)时加速。
[0035] 当驱动车辆后轮14时，最大牵引力(并因此最优性能)在车辆后轮14被驱动的速度 对应于车辆10的纵向速度时被实现。在各种情形下，例如，当车辆前轮20滑移时，车速将不 与车辆前轮20的速率直接成比例。因此，精确确定实际车速能够改进电驱动系统12的控制。 [0036]在图2中，控制器40的一种示例性实施方式包括坡度估计模块104,其接收例如来 自加速度计的加速度测量结果。坡度估计模块104估计车辆10正在行驶的表面相对于平坦 表面(即，垂直于重力矢量的表面)的坡度。坡度估计模块104还接收车辆纵向速度的估计值 以用于估计坡度。坡度