专利名称：车辆纵向车速测算装置、方法及使用该装置的车辆的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种车速测量装置，特别涉及车辆纵向车速测算装置，及其方法和使用该装置的车辆。
背景技术：
传统内燃机汽车装备ABS、TCS、ESP和DYC等车辆电子稳定系统。这些系统的目的就是实时地将车辆的运动控制在理想的数值范围内。为了达到这个目的，车辆实际的行驶状态就必须实时可知。其中，车辆的纵向车速用于计算轮胎滑移率、侧向加速度和车辆质心侧偏角等车辆状态参数的基础，因此，车辆的纵向车速是最为基础也是最为重要的车辆状态参数。现有的车辆纵向车速的估计方法主要分为两类1.运动学估计方法利用从动轮轮速直接乘以滚动半径来获取车速或者利用纵向加速度信号与速度信号之间的积分关系来获取车速信号，但该方法在驱/制力矩较大时，车速和轮速之间偏差非常大，其次，轮速的测量噪声会对估计的精度产生较大的影响，在低速、低加速度情况下纵向加速度传感器的信噪比不高、容易出现偏置，或者当车辆行驶于坡道上，纵向加速度由于重力的缘故产生一定偏置。2.动力学估计方法以制动力或驱动力作为输入，计算得到轮胎与地面间的纵向力；然后建立一个车辆模型，并以此作为输入算出车辆的纵向速度，但是由于传统内燃机汽车的轮胎驱动力矩在经过传动系传递到车轮上之后难以实时准确获得，因此该方法在传统的内燃机车辆上的应用效果不明显。而在分布式驱动电动汽车上，电机的驱动或制动力矩可以实时准确获取，因此动力学估计方法在分布式驱动电动汽车上更容易应用并取得良好效果。目前，在分布式驱动电动汽车上应用动力学方法估计轮胎滑移率已取得良好效果，但应用动力学方法估计纵向车速还没有见到相关应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种车辆纵向车速测算装置、方法及使用该装置的车辆，对车辆的纵向车速进行估算。为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是一种车辆纵向车速测算装置，包括数据采集装置，用以采集测算所需的数据；车速测算单元，用以根据上述数据测算车辆纵向车速。该车速测算单元还包括传感器信号处理单元，其根据预设的参数和传感器获得的数据，计算出各轮转速平均值和总驱动或制动力矩；加速度修正单元，通过计算消除车辆侧向运动和横摆运动在车辆纵向上的加速度分量；速度修正单元，修正车辆纵向车速的估计结果。
该传感器信号处理单元根据各车轮的轮速信号，通过如下公式计算各车轮轮速的平均值，wr= (wrFL+wrFE+wrEL+wrEE) /4其中，为四轮平均轮速，wrFL为左前轮轮速，wrFE为右前轮轮速，wrEL为左后轮轮速，为右后轮轮速。该传感器信号处理单元根据各车轮所受到的电机力矩信号和各车轮制动轮缸压力信号，通过如下公式计算四轮受到的总驱动或制动力矩，T = Tm+Th其中，T是车辆总驱动或制动力矩，Tm为四轮分布式驱动电机总电机力矩，Th为四轮液压制动总力矩。该加速度修正单元根据纵向加速度传感器信号、车辆横摆角速度信号和车辆侧向速度的观测结果，通过如下公式消除车辆侧向运动和横摆运动在车辆纵向上的加速度分量vx=ax+r-vy式中，t是修正后的纵向加速度，ax是纵向加速度传感器信号，Y是横摆角速度传感器信号，\是车辆侧向车速。该速度修正单元利用如下公式作为动力学模型
Wr=^(T-Ff-R-Fd-R)\r
权利要求
1.一种车辆纵向车速测算装置，其特征在于该装置包括 数据采集装置，用以采集测算所需的数据； 车速测算单元，用以根据上述数据测算车辆纵向车速。
2.根据权利要求I所述的车辆纵向车速测算装置，其特征在于该车速测算单元还包括传感器信号处理单元，其根据预设的参数和传感器获得的数据，计算出各轮转速平均值和总驱动或制动力矩；加速度修正单元，通过计算消除车辆侧向运动和横摆运动在车辆纵向上的加速度分量；速度修正单元，修正车辆纵向车速的估计结果。
3.根据权利要求2所述的车辆纵向车速测算装置，其特征在于该传感器信号处理单元根据各车轮的轮速信号，通过如下公式计算各车轮轮速的平均值，
4.根据权利要求2所述的车辆纵向车速测算装置，其特征在于该传感器信号处理单元根据各车轮所受到的电机力矩信号和各车轮制动轮缸压力信号，通过如下公式计算四轮受到的总驱动或制动力矩，T = Tm+Th 其中，T是车辆总驱动或制动力矩，Tm为四轮分布式驱动电机总电机力矩，Th为四轮液压制动总力矩。
5.根据权利要求2所述的车辆纵向车速测算装置，其特征在于该加速度修正单元根据纵向加速度传感器信号、车辆横摆角速度信号和车辆侧向速度的测算结果，通过如下公式消除车辆侧向运动和横摆运动在车辆纵向上的加速度分量，
6.根据权利要求2所述的车辆纵向车速测算装置，其特征在于该速度修正单元利用如下公式作为动力学模型
7.根据权利要求6所述的车辆纵向车速测算装置，其特征在于该速度修正单元根据如下公式建立状态空间方程，并将四轮轮速的均值、四轮总驱动或制动力矩和车辆的纵向加速度作为状态空间方程的输出变量，x(k) = fv[x(k-l)]+w(k-l)式中，状态变量分别为四轮平均轮速、纵向车速、地面驱动或制动力和车辆总驱动或制动力矩，即X(k) = [wY (k)，Vx(k)，Fd(k)，T(k)]T ；w(k-l)是各状态变量的估计过程噪声序列，fv[x(k-l)]是状态变量的四维状态向量函数，且
8.根据权利要求6所述的车辆纵向车速测算装置，其特征在于该速度修正单元中，车辆四轮轮速的平均值、四轮受到的总驱动或制动力矩和车辆所受到的纵向加速度作为系统观测器的校正信号，与状态空间方程的输出变量进行比较，输出变量与校正信号之间的偏差量，乘以设计的反馈增益矩阵，用于修正观测器状态变量的估计结果。
9.一种利用权利要求I所述的车辆纵向车速测算装置测算车辆纵向车速的方法，其特征在于包括如下步骤 根据各车轮的轮速信号，计算各车轮轮速的平均值，同时根据各车轮所受到的电机力矩信号和各车轮制动轮缸压力信号，计算四轮受到的总驱动或制动力矩； 根据纵向加速度传感器信号、车辆横摆角速度信号和车辆侧向速度，通过计算消除车辆侧向运动和横摆运动在车辆纵向上的加速度分量，得到修正的车辆纵向加速度； 对车辆进行动力学建模，并建立状态空间方程，并将四轮轮速的均值、四轮总驱动或制动力矩和车辆的纵向加速度作为状态空间方程的输出变量； 根据处理后的轮速的平均值、总驱动或制动力矩和车辆纵向加速度，对通过状态空间的输出变量进行实时校正，以修正车辆纵向车速的估计结果。
10.一种分布式驱动电动车辆，包括四轮分布式驱动电机，其特征在于该车辆还包括权利要求I所述的车辆纵向车速测算装置。
全文摘要
本发明公开一种车辆纵向车速测算装置，包括数据采集装置，用以采集测算所需的数据；车速测算单元，用以根据上述数据测算车辆纵向车速。本发明还公开一种利用上述车辆纵向车速测算装置的测算车辆纵向车速的方法，以及一种包括上述的车辆纵向车速测算装置的分布式驱动电动车辆。本发明充分使用分布式驱动电机电机力矩和轮速信号，同时利用各车轮制动轮缸压力信号、横摆角速度信号和纵向加速度信号，实时共同修正纵向车速的估计结果，在包括光滑路面上紧急驱动或紧急机制动等工况下，能显著提高分布式驱动电动汽车的纵向车速估计精度。
文档编号B60W40/10GK102975720SQ20111025894
公开日2013年3月20日 申请日期2011年9月2日 优先权日2011年9月2日
发明者陈慧, 高博麟 申请人:同济大学