一种四轮毂电机纯电动车辆质心车速计算方法与流程

本发明属于交通安全技术领域，涉及一种车速计算方法，具体地说是一种四轮毂电机纯电动车辆质心车速计算方法。

背景技术：

对于轮毂电机的电动汽车的车速计算，目前已知的方法为直接根据下面公式把电机转速转换成车辆车速信号：

v＝0.06×n×2πr

其中，r为车辆滚动半径，n为电机转速。

然而，这种计算方法存在以下弊端和不稳定因素：

(1)、车轮电机出现打滑时，电机转速突然升高，而整车实际运动状态没有改变，如果直接用电机转速计算车速，那么就会造成车辆车速信号突然变大，就会使整车控制造成加速控制假象；

(2)、车轮电机出现抱死时，电机转速突然降低，而整车实际运动状态没有改变，如果直接用电机转速计算车速，那么就会造成车辆车速信号突然减小，就会使整车控制造成减速控制假象；

(3)、当车辆行驶在坑洼路面时，如果一个车轮悬空。那也会造成车轮电机转速的突变，而实际车辆运动状态没有变化，从而导致车速信号的不准确型；

(4)、在车辆转向过程中，车辆外侧车轮电机转速要高于内侧车辆电机转速，如果只是简单的根据电机转速信号仅限整车车速的计算，不可避免的导致了车速信号的很大误差。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供了一种四轮毂电机纯电动车辆质心车速计算方法，对整车质心进行建模，针对车辆质心车速的计算，保证了车辆运动过程中车速计算的准确性及车速信号的可靠性，从而进行车辆稳定性的准确控制，保证驾驶安全。

本发明采用的技术方案是：

一种四轮毂电机纯电动车辆质心车速计算方法，其特征在于，该计算方法的具体步骤是：

a、将轮毂电机的转速转化为车轮车速，计算公式如下：

v＝0.06×n×2πr

r为车辆滚动半径，n为电机转速；

b、计算车轮车速修正系数：

当车辆为直行工况(方向盘转动角度为0)时，将四轮毂电机轮速作为计算输出，由当前工况下四轮毂电机转速最大值作为修正依据，把此最大值与每个轮电机转速进行除法得出每个车轮对应的车速修正系数；

左前轮、右前轮、左后轮、右后轮电机转速依次为n1、n2、n3、n4，左前轮、右前轮、左后轮、右后轮在直行工况的车速修正系数依次为f1、f2、f3、f4，max(n1,n2,n3,n4)为4个电机转速中取最大值

f1＝max(n1,n2,n3,n4)/n1；

f2＝max(n1,n2,n3,n4)/n2；

f3＝max(n1,n2,n3,n4)/n3；

f4＝max(n1,n2,n3,n4)/n4；

c、计算车轮转向修正系数：

当车辆为转向行驶工况(方向盘转动角度大于0)时，车轮车速和车辆质心速度的对应关系，即车轮转向修正系数如下：

vag为车辆质心速度，r为车辆质心转动半径，vw为四车轮中某一车轮轮速，rw为该车轮的转向半径；

d、车速映射车辆质心速度：

车辆直行过程中的车速与各车轮车速的修正系数、各车轮转向修正系数的乘积得到每个车轮对应质心点的车速(映射车辆质心速度)；

e、计算整车的质心车速：

通过轮速修正系数以及车轮转向车速修正的前轮左右两轮平均值作为前轴车速；通过轮速修正系数以及车轮转向车速修正的后轮左右两轮平均值作为后轴车速；通过轮速修正系数以及车轮转向车速修正的左侧轮实际车速作为左侧车速；通过轮速修正系数以及车轮转向车速修正的右侧轮实际车速作为右侧车速；左侧车轮与右侧车轮、前轴车速、后轴车速的平均值作为整车质心车速的输出。

步骤c中，车辆质心转动半径的计算公式为：

r为质心转向半径，l为车辆轴距，b2为后轮距，α为车辆质心转角；

各车轮的车轮转向半径公式为：

后侧内轮的车轮转向半径：

后侧外轮的车轮转向半径：

前侧内轮的车轮转向半径：

前侧外轮的车轮转向半径：

各车轮的车轮转向修正系数公式为：

后侧内轮的车轮转向修正系数：

后侧外轮的车轮转向修正系数：

前侧内轮的车轮转向修正系数：

前侧外轮的车轮转向修正系数：

其中，b1为前轮距；车辆左转时，内轮则为左侧车轮，外轮为右侧车轮；车辆右转时，内轮为右侧车轮，外轮为左侧车轮。

步骤b中，在车辆直行工况机械制动力小于1000-1500n、制动踏板开度小于50-80％、车辆加速度小于0.2-0.4g/s^2、加速踏板开度小于80-90％、电机转速大于20-50rpm、电机转速信号有效时，对车轮车速修正系数进行重新计算，否则，则不进行重新计算，车轮车速修正系数默认为最近一次计算的车轮车速修正系数。

优选的，步骤b中，在车辆直行工况机械制动力小于1000n、制动踏板开度小于50％、车辆加速度小于0.2g/s^2、加速踏板开度小于80％、电机转速大于20rpm、电机转速信号有效时，对车轮车速修正系数进行重新计算，否则，则不进行重新计算，车轮车速修正系数默认为最近一次计算的车轮车速修正系数。

本发明的有益效果是：本方法从直行车况和转向行驶车况两方面分别进行物理建模，把每个车轮电机的车速信号映射到车辆质心速度，这样在车辆运动过程中，可有效降低车辆质心速度的误差及跳变，同时根据质心速度和各个车轮电机车速信号进行对比，能够准确判断车轮打滑、抱死、悬空的状态，整车质心速度根据整车的运动状态实时修正，保证了整车车速的可靠性。

附图说明

图1是本发明的计算方法流程图；

图2是车辆转向示意图；

图3是车辆在低伏路面直线行驶时车速对比曲线图；

图4是车辆在平整路面转向行驶时车速对比曲线图。

具体实施方式

本发明涉及的一种四轮毂电机纯电动车辆质心车速计算方法，能够根据车辆质心速度和各个车轮电机车速信号进行对比，准确判断车轮打滑、抱死、悬空的状态，对整车车速进行实时修正，保证整车车速的可靠性。

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。

具体实施例，如图1-4所示，一种四轮毂电机纯电动车辆质心车速计算方法，关键是，该计算方法的具体步骤是：

a、将轮毂电机的转速转化为车轮线性速度(即车轮车速)，计算公式如下：

v＝0.06×n×2πr

r为车辆滚动半径；

b、计算车轮车速修正系数：

当车辆为直行工况(方向盘转动角度为0)时，

步骤b中，在车辆直行工况在车辆直行工况机械制动力小于1000-1500n、制动踏板开度小于50-80％、车辆加速度小于0.2-0.4g/s^2、加速踏板开度小于80-90％、电机转速大于20-50rpm、电机转速信号有效时，对车轮车速修正系数进行重新计算，否则，则不进行重新计算，车轮车速修正系数默认为最近一次计算的车轮车速修正系数，避免修正系数计算误差；所有参数的依据是在这种工况下，不会对车轮运动形态造成严重影响，例如制动力太大可能会造成轮子抱死，加速度太大可能造成轮子打滑.而制动踏板的开度决定了电动汽车制动能量回收扭矩的大小，加速踏板的大小决定了电机输出扭矩的大小，电机转速范围是保证电机的转速检测精度及电机转速有效值，优选在车辆直行工况机械制动力小于1000n、制动踏板开度小于50％、车辆加速度小于0.2g/s^2、加速踏板开度小于80％、电机转速大于20rpm、电机转速信号有效时，对车轮车速修正系数进行重新计算，否则，则不进行重新计算，车轮车速修正系数默认为最近一次计算的车轮车速修正系数

计算时，将四轮毂电机轮速作为计算输出，由当前工况下四轮毂电机转速最大值作为修正依据，把此最大值与每个轮电机转速进行除法得出每个车轮对应的车速修正系数；此车速修正系数主要目的是修正当车辆出现胎压不一致、路面附着力不一致可能出现的“假”抱死状态。

左前、右前、左后、右后轮电机转速依次为n1、n2、n3、n4，左前、右前、左后、右后轮在直行工况的车速修正系数依次为f1、f2、f3、f4

f1＝max(n1,n2,n3,n4)/n1；

f2＝max(n1,n2,n3,n4)/n2；

f3＝max(n1,n2,n3,n4)/n3；

f4＝max(n1,n2,n3,n4)/n4；

c、计算车轮转向修正系数：

当车辆为转向行驶工况(方向盘转动角度大于0)时，4个车轮的转速是不一致的，为了在此工况下得到车辆质心速度，需要再次把车轮的车速信号映射到车辆质心点的车速。整车为一个完整的刚体，则刚体上任意一点的角速度应是相等的，故有车轮车速和车辆质心速度的对应关系如下：

vag为车辆质心速度，r为车辆质心转动半径，vw为四车轮中某一车轮轮速，rw为该车轮的转向半径；

(1)、质心转向半径计算

这里做两点假设，一是质心处于前后轴距中点，二是前侧外轮转角近似等于质心转角，根据几何关系，车辆质心转动半径的计算公式为：

l为车辆轴距，b2为后轮距，α为车辆质心转角；

(2)、各车轮的车轮转向修正系数公式为：

根据图2中进行三角函数及勾股定理计算，

后侧内轮的车轮转向半径：

后侧外轮的车轮转向半径：

前侧内轮的车轮转向半径：

前侧外轮的车轮转向半径：

后侧内轮的车轮转向修正系数：

后侧外轮的车轮转向修正系数：

前侧内轮的车轮转向修正系数：

前侧外轮的车轮转向修正系数：

l：轴距

b1：前轮距

b2：后轮距

α：质心转角。

车辆左转时，内轮则为左侧车轮，外轮为右侧车轮；车辆右转时，内轮为右侧车轮，外轮为左侧车轮，如图2所示，车辆向右转，那么，后侧内轮为右后轮，后侧外轮为左后轮，前侧内轮为右前轮，前侧外轮为左前轮。

d、车速映射车辆质心速度：

车辆直行过程中的车速与各车轮车速的修正系数、各车轮转向修正系数的乘积得到每个车轮对应质心点的车速(映射车辆质心速度)；

e、计算整车的质心车速：

通过轮速修正系数以及车轮转向车速修正的前轮左右两轮平均值作为前轴车速；通过轮速修正系数以及车轮转向车速修正的后轮左右两轮平均值作为后轴车速；通过轮速修正系数以及车轮转向车速修正的左侧轮实际车速作为左侧车速；通过轮速修正系数以及车轮转向车速修正的右侧轮实际车速作为右侧车速；左侧车轮与右侧车轮、前轴车速、后轴车速的平均值作为整车质心车速的输出。通过再次平均处理得出整车质心车速的输出，保证质心车辆计算的准确性，不会因为某个轮子，某个轴的轮子出现打滑、悬空、抱死工况而导致的质心车速计算不准，或者有很大的车速突变。

将次计算过程应用于实车控制，在车速验证过程中，车辆安装gps模块，gps模块显示车速与本方法计算车速进行比较，车速信号变化规律及趋势一致，误差小于等于1km/h。

工况1，车辆在低附路面直线行驶，4个车轮出现打滑，由图3所示的曲线可明确看到未修正的车速出现突变，而修正后的车速比较稳定，本发明的车速计算方法比一般方法计算出来的车速更加稳定准确。

工况2，车辆在正常路面转向行驶，四个车轮电机未出现打滑现象，由图4所示的曲线可明确看到未修正车速出现波动，而修正的车速比较稳定，本发明的车速计算方法比一般方法计算出来的车速更加稳定准确。

本发明通过两个方面来建模，一是对直行工况车速的计算，考虑车辆在直行过程中加速度、制动力对车轮电机转速信号的影响，把每一个车轮电机的车速信号映射到车辆质心点的车速信号；二是在车辆转向过程中，建立车速计算模型，把每个车轮电机的车速信号映射到车辆质心点的车速信号；通过以上两个方面的映射车速来进行多次平均处理，从而得到车辆质心车速，将车辆中心点作为车辆质心点，计算车辆中心点车速即为车辆质心点车速，为车辆车速计算的提供了可实施性及可靠性，从而保证车速信号的准确性。