CN113044041A - 基于轮速及整车加速度的汽车车速及轮胎滑移率估计方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种基于轮速及整车加速度的汽车车速及轮胎滑移率估计方法。包括以下步骤：一、获取4个车轮轮速传感器的轮心速度信息；二、获得整车侧向及纵向加速度信息；三、比较四个轮速传感器提供的转速大小，并根据加速度传感器测量的当前汽车纵向和侧向加速度，判断当前车辆行驶状态，即判断四个车轮是否已全部打滑；四、将该四个车轮的轮速信息得到的轮心纵向速度，结合前轮转角及此前判断的车辆行驶状态计算整车车速估计值；五、根据整车车速估计值计算四个车轮滑移率；本发明能通过在不同行驶工况下使用不同的单一轮速用于车速估算，另三个轮速信号用于校验，可以实现不增加传感器的车速冗余校验，并增加车速估计的稳健性。

Description

基于轮速及整车加速度的汽车车速及轮胎滑移率估计方法

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，尤其涉及一种基于轮速及整车加速度的汽车车速及轮胎滑移率估计方法。

背景技术

滑移率对汽车车轮纵向附着系数和横向附着系数影响比较大，从而影响汽车的制动性能。当滑移率等于零的时候横向附着系数最大，汽车抗侧滑能力最强，制动时方向稳定性最好。

当前在车辆制动、驱动和转向控制时均涉及准确车速信号及轮胎滑移率的输入，因此对车速及各轮胎滑移率的准确估计显得尤为重要。

发明内容

本发明提供了一种基于轮速及整车加速度的汽车车速及轮胎滑移率估计方法，该估计方法能通过在不同行驶工况下使用不同的单一轮速用于车速估算，另三个轮速信号用于校验，可以实现不增加传感器的车速冗余校验，并增加车速估计的稳健性，解决了行驶时车速估计和轮胎滑移率计算问题。

本发明技术方案结合附图说明如下：

一种基于轮速及整车加速度的汽车车速及轮胎滑移率估计方法，包括以下步骤：

步骤一、通过四个车轮的轮速传感器测量四个车轮的轮速，并且根据轮速得到轮心速度；

步骤二、通过加速度传感器测量的当前汽车的纵向加速度和侧向加速度计算当前参考车速；

步骤三、通过比较四个轮速传感器提供的转速大小，并根据加速度传感器测量的当前汽车纵向加速度和侧向加速度，判断当前车辆行驶状态即判断四个车轮是否均已打滑；

步骤四、将四个车轮的轮心纵向速度结合前轮转角及车辆行驶状态计算整车车速估计值；

步骤五、根据整车车速估计值计算四个车轮的滑移率。

所述步骤一中通过轮速得到轮心速度的具体公式如下：

v_fl＝ω_fl*r

v_fr＝ω_fr*r

v_rl＝ω_rl*r

v_rr＝ω_rr*r

式中，v_fl表示左前车轮的轮心速度；v_fr表示右前车轮的轮心速度；v_rl表示左后车轮的轮心速度；v_rr表示右后车轮的轮心速度；ω_fl表示左前车轮的轮速；ω_fr表示右前车轮的轮速；ω_rl表示左后车轮的轮速；ω_rr表示右后车轮的轮速；r表示车轮半径。

所述步骤二中的加速度传感器安装在车辆质心上，其中，x正方向为车辆正向行驶方向，y向正方向为车辆正向行驶时向左。

所述步骤三的具体方法如下：

31)选取前一时刻已验证的未打滑的车速为基础，结合此时刻后车辆的轮心纵向加速度，通过积分获得当前状态下车辆的参考车速，具体公式如下：

V_rel＝V₀+t_s*a_x

式中，V_rel表示当前参考车速；V₀表示上一采样时刻估计的参考车速；t_s表示采样时间间隔；a_x表示轮心纵向加速度；

32)通过轮心速度计算车速，具体公式如下：

式中，v_fl表示左前车轮的轮心速度；v_fr表示右前车轮的轮心速度；v_rl表示左后车轮的轮心速度；v_rr表示右后车轮的轮心速度；V_FL表示左前车轮的车速；V_FR表示右前车轮的车速；V_RL表示左后车轮的轮速；V_RR表示右后车轮的轮速；b表示轴距；A_fl表示左前轮转角；A_fr表示右前轮转角；

33)计算上限车速增幅δV_limit，具体公式如下；

δV_limit＝a_max*t_s

式中，a_max表示当前汽车挡位下的最大纵向加速度，加速为正，制动为负。通过动力总成控制系统直接获得；t_s表示采样时间间隔；

计算滑移率；公式如下：

式中，s表示滑移率；V_FL表示左前车轮的车速；V_FR表示右前车轮的车速；V_RL表示左后车轮的轮速；V_RR表示右后车轮的轮速；V_rel表示当前参考车速；

34)当四个车轮的整车目标车速估计值与使用轮速测量值估计的车速差异均在上限车速增幅以上或滑移率s大于40％时，判定有车轮均打滑；当四个车轮的整车目标车速估计值与使用轮速测量值估计的车速差异均不在上限车速增幅以上并且滑移率s不大于于40％时，判定至少有一个车轮未打滑。

所述步骤四的具体方法如下：

41)当判定至少有一个车轮未打滑时，选取以下车速作为整车车速估计值V_e；公式如下：

式中，V_FL表示左前车轮的车速；V_FR表示右前车轮的车速；V_RL表示左后车轮的轮速；V_RR表示右后车轮的轮速；δV_limit表示上限车速增幅；

42)当判定所有车轮打滑时，使用当前参考车速作为整车车速估计值V_e，此时有：

V_e＝V_rel

式中，V_rel表示当前参考车速。

所述步骤五的具体方法如下：

51)当判定至少有一个车轮未打滑时，将车身质心纵向速度分解到其他三个未被选为基准的参考车轮位置，同时结合轮速传感器测量的各车轮轮速，计算其他三个车轮的滑移率，具体公式如下：

式中，s_FL表示左前车轮滑移率；s_FR表示右前车轮滑移率；s_RL表示左后车轮滑移率；s_RR表示右后车轮滑移率；V_FL表示V_FL表示左前车轮的车速；V_FR表示右前车轮的车速；V_RL表示左后车轮的轮速；V_RR表示右后车轮的轮速；V_rel表示当前参考车速；V_e表示整车车速估计值；

52)当判定所有车轮打滑时，四个车轮的滑移率公式具体如下：

式中，s_FL表示左前车轮滑移率；s_FR表示右前车轮滑移率；s_RL表示左后车轮滑移率；s_RR表示右后车轮滑移率；V_FL表示V_FL表示左前车轮的车速；V_FR表示右前车轮的车速；V_RL表示左后车轮的轮速；V_RR表示右后车轮的轮速；V_rel表示当前参考车速；V_e表示整车车速估计值。

本发明的有益效果为：

本发明通过在不同行驶工况下使用不同的单一轮速用于车速估算，另三个轮速信号用于校验，可以实现不增加传感器的车速冗余校验，并增加车速估计的稳健性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为车速估计流程图；

图2为各轮胎滑移率估计流程图；

图3为轮胎坐标系示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参阅图1和图3，一种基于轮速及整车加速度的汽车车速及轮胎滑移率估计方法，包括以下步骤：

步骤一、通过四个车轮的轮速传感器测量四个车轮的轮速，并且根据轮速得到轮心速度；

通过轮速得到轮心速度的具体公式如下：

v_fl＝ω_fl*r

v_fr＝ω_fr*r

v_rl＝ω_rl*r

v_rr＝ω_rr*r

式中，v_fl表示左前车轮的轮心速度；v_fr表示右前车轮的轮心速度；v_rl表示左后车轮的轮心速度；v_rr表示右后车轮的轮心速度；ω_fl表示左前车轮的轮速；ω_fr表示右前车轮的轮速；ω_rl表示左后车轮的轮速；ω_rr表示右后车轮的轮速；r表示车轮半径。

步骤二、通过加速度传感器测量的当前汽车的纵向加速度和侧向加速度计算当前参考车速；

参阅图3，加速度传感器安装在车辆质心上，其中，x正方向为车辆正向行驶方向，y向正方向为车辆正向行驶时向左。

步骤三、通过比较四个轮速传感器提供的转速大小，并根据加速度传感器测量的当前汽车纵向加速度和侧向加速度，判断当前车辆行驶状态即判断四个车轮是否均已打滑；

所述步骤三的具体方法如下：

31)选取前一时刻已验证的未打滑的车速为基础，结合此时刻后车辆的轮心纵向加速度，通过积分获得当前状态下车辆的参考车速，具体公式如下：

V_rel＝V₀+t_s*a_x

式中，V_rel表示当前参考车速；V₀表示上一采样时刻估计的参考车速；t_s表示采样时间间隔；a_x表示轮心纵向加速度；

32)通过轮心速度计算车速，具体公式如下：

式中，v_fl表示左前车轮的轮心速度；v_fr表示右前车轮的轮心速度；v_rl表示左后车轮的轮心速度；v_rr表示右后车轮的轮心速度；VFL表示左前车轮的车速；V_FR表示右前车轮的车速；V_RL表示左后车轮的轮速；V_RR表示右后车轮的轮速；b表示轴距；A_fl表示左前轮转角；A_fr表示右前轮转角；

33)计算上限车速增幅δV_limit，具体公式如下；

δV_limit＝a_max*t_s

式中，a_max表示当前汽车挡位下的最大纵向加速度，通过动力总成控制系统直接获得；t_s表示采样时间间隔；

计算滑移率；公式如下：

式中，s表示滑移率；V_FL表示左前车轮的车速；V_FR表示右前车轮的车速；V_RL表示左后车轮的轮速；V_RR表示右后车轮的轮速；V_rel表示当前参考车速；

34)当四个车轮的整车目标车速估计值与使用轮速测量值估计的车速差异均在上限车速增幅以上或滑移率s大于40％时，判定有车轮均打滑；当四个车轮的整车目标车速估计值与使用轮速测量值估计的车速差异均不在上限车速增幅以上并且滑移率s不大于于40％时，判定至少有一个车轮未打滑。

步骤四、将四个车轮的轮心纵向速度结合前轮转角及车辆行驶状态计算整车车速估计值；

所述步骤四的具体方法如下：

41)当判定至少有一个车轮未打滑时，选取最小估计车速作为整车车速估计值V_e；公式如下：

式中，V_FL表示左前车轮的车速；V_FR表示右前车轮的车速；V_RL表示左后车轮的轮速；V_RR表示右后车轮的轮速；δV_limit表示上限车速增幅。

42)当判定所有车轮打滑时，使用当前参考车速作为整车车速估计值V_e，此时有：

V_e＝V_rel

式中，V_rel表示当前参考车速。

步骤五、根据整车车速估计值计算四个车轮的滑移率。

所述步骤五的具体方法如下：

51)当判定至少有一个车轮未打滑时，将车身质心纵向速度分解到其他三个未被选为基准的参考车轮位置，同时结合轮速传感器测量的各车轮轮速，计算其他三个车轮的滑移率，具体公式如下：

式中，s_FL表示左前车轮滑移率；s_FR表示右前车轮滑移率；s_RL表示左后车轮滑移率；s_RR表示右后车轮滑移率；V_FL表示V_FL表示左前车轮的车速；V_FR表示右前车轮的车速；V_RL表示左后车轮的轮速；V_RR表示右后车轮的轮速；V_rel表示当前参考车速；V_e表示整车车速估计值；

52)当判定所有车轮打滑时，四个车轮的滑移率公式具体如下：

式中，s_FL表示左前车轮滑移率；s_FR表示右前车轮滑移率；s_RL表示左后车轮滑移率；s_RR表示右后车轮滑移率；V_FL表示V_FL表示左前车轮的车速；V_FR表示右前车轮的车速；V_RL表示左后车轮的轮速；V_RR表示右后车轮的轮速；V_rel表示当前参考车速；V_e表示整车车速估计值。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明的保护范围并不局限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (6)

1.一种基于轮速及整车加速度的汽车车速及轮胎滑移率估计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、通过四个车轮的轮速传感器测量四个车轮的轮速，并且根据轮速得到轮心速度；

步骤二、通过加速度传感器测量的当前汽车的纵向加速度和侧向加速度计算当前参考车速；

步骤三、通过比较四个轮速传感器提供的转速大小，并根据加速度传感器测量的当前汽车纵向加速度和侧向加速度，判断当前车辆行驶状态即判断四个车轮是否均已打滑；

步骤四、将四个车轮的轮心纵向速度结合前轮转角及车辆行驶状态计算整车车速估计值；

步骤五、根据整车车速估计值计算四个车轮的滑移率。

2.根据权利要求1所述的一种基于轮速及整车加速度的汽车车速及轮胎滑移率估计方法，其特征在于，所述步骤一中通过轮速得到轮心速度的具体公式如下：

v_fl＝ω_fl*r

v_fr＝ω_fr*r

v_rl＝ω_rl*r

v_rr＝ω_rr*r

式中，v_fl表示左前车轮的轮心速度；v_fr表示右前车轮的轮心速度；v_rl表示左后车轮的轮心速度；v_rr表示右后车轮的轮心速度；ω_fl表示左前车轮的轮速；ω_fr表示右前车轮的轮速；ω_rl表示左后车轮的轮速；ω_rr表示右后车轮的轮速；r表示车轮半径。

3.根据权利要求1所述的一种基于轮速及整车加速度的汽车车速及轮胎滑移率估计方法，其特征在于，所述步骤二中的加速度传感器安装在车辆质心上，其中，x正方向为车辆正向行驶方向，y向正方向为车辆正向行驶时向左。

4.根据权利要求1所述的一种基于轮速及整车加速度的汽车车速及轮胎滑移率估计方法，其特征在于，所述步骤三的具体方法如下：

31)选取前一时刻已验证的未打滑的车速为基础，结合此时刻后车辆的轮心纵向加速度，通过积分获得当前状态下车辆的参考车速，具体公式如下：

V_rel＝V₀+t_s*a_x

式中，V_rel表示当前参考车速；V₀表示上一采样时刻估计的参考车速；t_s表示采样时间间隔；a_x表示轮心纵向加速度；

32)通过轮心速度计算车速，具体公式如下：

式中，v_fl表示左前车轮的轮心速度；v_fr表示右前车轮的轮心速度；v_rl表示左后车轮的轮心速度；v_rr表示右后车轮的轮心速度；V_FL表示左前车轮的车速；V_FR表示右前车轮的车速；V_RL表示左后车轮的轮速；V_RR表示右后车轮的轮速；b表示轴距；A_fl表示左前轮转角；A_fr表示右前轮转角；

33)计算上限车速增幅δV_limit，具体公式如下；

δV_limit＝a_max*t_s

式中，a_max表示当前汽车挡位下的最大纵向加速度，加速为正，制动为负，通过动力总成控制系统直接获得；t_s表示采样时间间隔；

计算滑移率；公式如下

式中，s表示滑移率；V_FL表示左前车轮的车速；V_FR表示右前车轮的车速；V_RL表示左后车轮的轮速；V_RR表示右后车轮的轮速；V_rel表示当前参考车速；

34)当四个车轮的整车目标车速估计值与使用轮速测量值估计的车速差异均在上限车速增幅以上或滑移率s大于40％时，判定有车轮均打滑；当四个车轮的整车目标车速估计值与使用轮速测量值估计的车速差异均不在上限车速增幅以上并且滑移率s不大于于40％时，判定至少有一个车轮未打滑。

5.根据权利要求1所述的一种基于轮速及整车加速度的汽车车速及轮胎滑移率估计方法，其特征在于，所述步骤四的具体方法如下：

41)当判定至少有一个车轮未打滑时，选取最小估计车速作为整车车速估计值V_e；公式如下：

V_e＝min{V_FL，V_RL，V_FR，V_RR}，if δV_limit＞0；

V_e＝max{V_FL，V_RL，V_FR，V_RR}，if δV_limit≤0；

式中，V_FL表示左前车轮的车速；V_FR表示右前车轮的车速；V_RL表示左后车轮的轮速；V_RR表示右后车轮的轮速；δV_limit表示上限车速增幅；

42)当判定所有车轮打滑时，使用当前参考车速作为整车车速估计值V_e，此时有：

V_e＝V_rel

式中，V_rel表示当前参考车速。

6.根据权利要求1所述的一种基于轮速及整车加速度的汽车车速及轮胎滑移率估计方法，其特征在于，所述步骤五的具体方法如下：

51)当判定至少有一个车轮未打滑时，将车身质心纵向速度分解到其他三个未被选为基准的参考车轮位置，同时结合轮速传感器测量的各车轮轮速，计算其他三个车轮的滑移率，具体公式如下：

式中，s_FL表示左前车轮滑移率；s_FR表示右前车轮滑移率；s_RL表示左后车轮滑移率；s_RR表示右后车轮滑移率；V_FL表示V_FL表示左前车轮的车速；V_FR表示右前车轮的车速；V_RL表示左后车轮的轮速；V_RR表示右后车轮的轮速；V_rel表示当前参考车速；V_e表示整车车速估计值；

52)当判定所有车轮打滑时，四个车轮的滑移率公式具体如下：

式中，s_FL表示左前车轮滑移率；s_FR表示右前车轮滑移率；s_RL表示左后车轮滑移率；s_RR表示右后车轮滑移率；V_FL表示V_FL表示左前车轮的车速；V_FR表示右前车轮的车速；V_RL表示左后车轮的轮速；V_RR表示右后车轮的轮速；V_rel表示当前参考车速；V_e表示整车车速估计值。

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