用于估算車速的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于估算車速的裝置和方法，更特別涉及一種通過利用六自由度 的慣性傳感器實(shí)時(shí)地估算車輛的縱向和橫向速度的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 通常，電子穩(wěn)定系統(tǒng)（ESP)和車輛運(yùn)動(dòng)控制裝置被配置成，通過利用二自由度（例 如橫向加速度和橫擺率）的慣性傳感器，或者三自由度（例如縱向加速度、橫向加速度和橫 擺率）的慣性傳感器，估算車速。在此情況下，可以有效地計(jì)算主要在平地上具有較小縱向 和橫向打滑的線性輪胎摩擦區(qū)間中的車速，但可能難以精確地估算在存在道路側(cè)傾角或較 大縱向和橫向打滑的非線性輪胎摩擦區(qū)間中的速度。
[0003] 另外，由于車速主要取決于車輛的物理模型，因此其可能受到諸如重量、輪胎、道 路摩擦系數(shù)等車輛參數(shù)的變化的影響。另外，由于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)利用六自由度的慣性傳感 器估算車速的技術(shù)，主要是通過將利用六自由度的慣性傳感器測(cè)量的測(cè)量值積分來估算車 速，因此可能需要高精度傳感器，或者存在使用時(shí)偏離估算值的可能性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供一種用于通過利用六自由度的慣性傳感器、輪速傳感器和轉(zhuǎn)向角傳感 器實(shí)時(shí)估算車輛的縱向和橫向速度來估算車速的裝置和方法。另外，本發(fā)明提供一種可通 過利用六自由度的慣性傳感器測(cè)量的測(cè)量值組合運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和物理模型，來改善車速估算 準(zhǔn)確性的裝置和方法。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施例，用于估算車速的裝置可包括：慣性傳感器，被配置 成測(cè)量車輛的六自由度；車輛內(nèi)部傳感器，被配置成測(cè)量車輛信息；第一縱向速度和橫向 速度估算器，其被配置成：利用由慣性傳感器測(cè)量的六自由度，估算基于運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的縱向 速度和橫向速度；第二縱向速度和橫向速度估算器，被配置成利用車輛信息估算基于物理 模型的橫向速度和基于輪速的縱向速度；車輛速度估算器，利用從第一縱向速度和橫向速 度估算器和第二縱向速度和橫向速度估算器輸出的縱向速度和橫向速度的估算值估算車 速。
[0006] 六自由度可包括縱向加速度、橫向加速度、垂直加速度、縱傾率、橫擺率、以及側(cè)傾 率。慣性傳感器可包括：加速度傳感器，被配置成測(cè)量縱向加速度、橫向加速度、和垂直加速 度；以及陀螺儀傳感器，被配置成測(cè)量縱傾率、橫擺率和側(cè)傾率。車輛內(nèi)部傳感器可包括： 轉(zhuǎn)向角傳感器，被配置成測(cè)量轉(zhuǎn)向角；以及輪速傳感器，被配置成測(cè)量輪速。物理模型可以 是單軌模型。
[0007] 車速估算器可包括：橫向速度估算器，被配置成通過將基于運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的橫向速 度和基于物理模型的橫向速度組合，來估算車輛的橫向速度和橫向滑移角；縱向速度估算 器，被配置成通過將基于運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的縱向速度和基于輪速的縱向速度組合，來估算車輛 的縱向速度；第一權(quán)重設(shè)定器，根據(jù)行駛狀況，向基于運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的橫向速度和基于物理模 型的橫向速度分配權(quán)重；第二權(quán)重設(shè)定器，根據(jù)行駛狀況，向基于運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的縱向速度和 基于輪速的縱向速度分配權(quán)重。
[0008] 該行駛狀況可被分成非線性輪胎摩擦區(qū)間和線性輪胎摩擦區(qū)間。第一權(quán)重設(shè)定器 可被配置成基于后輪滑移角、橫向加速度、橫擺率誤差、轉(zhuǎn)向角變化率、估算的散度指數(shù)以 及階躍轉(zhuǎn)向（step steering)來設(shè)定模型權(quán)重。第二配重設(shè)定器可被配置成基于主缸壓力、 道路摩擦系數(shù)、縱傾率、橫擺率、橫向速度和縱向加速度來設(shè)定模型權(quán)重。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例，用于估算車速的方法可包括：測(cè)量六自由度和車 輛信息；利用六自由度和車輛信息，估算基于運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的縱向速度和橫向速度、基于物理 模型的橫向速度、和基于輪速的縱向速度；通過將利用運(yùn)動(dòng)學(xué)模型估算的縱向速度和橫向 速度、利用物理模型估算的橫向速度、和利用輪速估算的縱向速度組合，來估算車速。
【附圖說明】
[0010] 通過下列描述，并結(jié)合附圖，本發(fā)明的上述和其他目的將會(huì)更加顯而易見，其中：
[0011] 圖1是示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的用于估算車速的裝置的示例性配置框圖； 以及
[0012] 圖2和3是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的在圖1中所示的車速估算器的示例性框 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 可以理解的是，本文中所使用的術(shù)語(yǔ)"車輛"或"車輛的"或其它類似的術(shù)語(yǔ)包括 一般而言的機(jī)動(dòng)車輛，比如包含運(yùn)動(dòng)型多用途車輛（SUV)、公共汽車、貨車，各種商用車輛的 客車、包含各種輪船和艦船的船只、飛行器等等，并且包括混合動(dòng)力車輛、電動(dòng)汽車、混合動(dòng) 力電動(dòng)汽車、氫動(dòng)力汽車和其它替代燃料汽車（例如，從除了石油以外的資源中取得的燃 料）。如在本文中所引用的，混合動(dòng)力車輛是具有兩種或多種動(dòng)力來源的車輛，例如汽油動(dòng) 力車輛和電動(dòng)動(dòng)力車輛二者。
[0014] 盡管示例性實(shí)施例被描述為使用多個(gè)單元來執(zhí)行示例性過程，然而可以理解的 是，該示例性過程還可以由一個(gè)或多個(gè)模塊來執(zhí)行。另外，可以理解的是，術(shù)語(yǔ)控制器/控 制單元指的是包括存儲(chǔ)器和處理器的硬件設(shè)備。存儲(chǔ)器被配置成存儲(chǔ)模塊，處理器被專門 配置成執(zhí)行上述模塊，從而執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)過程，下面進(jìn)一步詳述。
[0015] 此外，本發(fā)明的控制邏輯可被實(shí)施為包含由處理器、控制器等執(zhí)行的可執(zhí)行程序 指令的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的非短暫計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的例子包括，但不局 限于，R0M、RAM、光盤（CD)-ROM、磁帶、閃存盤、智能卡和光數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置。計(jì)算機(jī)可讀記錄介 質(zhì)也可以分布在連接計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)中，以使計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以以分布式方式，例如， 通過電信息通信服務(wù)器或控制器區(qū)域網(wǎng)（CAN)，被存儲(chǔ)和執(zhí)行。
[0016] 本文所用的術(shù)語(yǔ)僅用于描述特定實(shí)施例的目的，而并非旨在限制本發(fā)明。除非上 下文明確指出，否則如本文中所使用的單數(shù)形式"一"、"一個(gè)"和"該"等意圖也包括復(fù)數(shù)形 式。還應(yīng)該理解的是，在本說明書中使用"包括"和/或"包含"等術(shù)語(yǔ)時(shí)，是意圖說明存在 該特征、整數(shù)、步驟、操作、元素和/或組件，而不排除一個(gè)或多個(gè)其它特征、整數(shù)、步驟、操 作、元素、組件、和/或其組合的存在或增加。如本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)"和/或"包括一個(gè) 或多個(gè)相關(guān)列出項(xiàng)目的任何和所有組合。
[0017] 在下文中將參考附圖描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。
[0018] 圖1是示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的用于估算車速的裝置的示例性配置框圖。 如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的用于估算車速的裝置，可包括慣性傳感器10、車輛 內(nèi)部傳感器20、信號(hào)處理器30、車輛側(cè)傾角和縱傾角估算器40、第一縱向速度和橫向速度 估算器50、第二縱向速度和橫向速度估算器60,以及車速估算器70。信號(hào)處理器30可被配 置成執(zhí)行車輛側(cè)傾角和縱傾角估算器40、第一縱向速度和橫向速度估算器50、第二縱向速 度和橫向速度估算器60,以及車速估算器70。
[0019] 慣性傳感器10,其可以是用于更準(zhǔn)確測(cè)量車輛運(yùn)動(dòng)的六自由度（6D0F)的傳感器， 可被配置成測(cè)量車輛的縱向加速度、橫向加速度、垂直加速度、側(cè)傾率、縱傾率、橫擺率等。 上述慣性傳感器10可由陀螺儀傳感器和加速度傳感器構(gòu)成。車輛內(nèi)部傳感器20可被配置 成測(cè)量車輛的物理信息（例如制動(dòng)壓力、輪速和前輪轉(zhuǎn)向角）。另外，車輛內(nèi)部傳感器20可 包括被配置成測(cè)量轉(zhuǎn)向角的轉(zhuǎn)向角傳感器、被配置成測(cè)量4輪輪速的輪速傳感器等。特別 地，轉(zhuǎn)向角傳感器可布置在電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向（MDPS)系統(tǒng)中，并且輪速傳感器可布置在電 子穩(wěn)定控制（ESC)系統(tǒng)中。
[0020] 信號(hào)處理器30可被配置成處理從慣性傳感器10輸出的原始信號(hào)，以去除偏移并 補(bǔ)償失配誤差，由此校正信號(hào)。車輛側(cè)傾角和縱傾角估算器（在下文中稱為"車輛側(cè)傾和縱 傾角估算器"）40,可被配置成基于從陀螺儀傳感器和加速度傳感器輸出的角度信息、行駛 狀況等，估算車輛側(cè)傾角和縱傾角。特別地，行駛狀況可被分成非線性輪胎摩擦區(qū)間（動(dòng)態(tài) 的）行駛狀況和線性輪胎摩擦區(qū)間（靜態(tài)的）行駛狀況。
[0021] 第一縱向速度和橫向速度估算器（在下文中稱為"第一縱向和橫向速度估算 器")50,可被配置成接收由慣性傳感器10測(cè)量的信息、以及由車輛側(cè)傾和縱傾角估算器40 估算的側(cè)傾角和縱傾角，以基于運(yùn)動(dòng)學(xué)模型估算縱向速度和橫向速度。第一縱向和橫向速 度估算器50可被配置成，通過利用運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的積分方程，將縱向加速度和橫向加速度積 分，來計(jì)算縱向速度和橫向速度。
[0022] 第二縱向速度和橫向速度估算器（在下文中稱作"第二縱向和橫向速度估算 器"）60,可被配置成利用從車輛內(nèi)部傳感器20輸出的轉(zhuǎn)向角和輪速，計(jì)算橫向速度和縱向 速度。第二縱向和橫向速度估算器60可被配置成利用物理模型估算橫向速度，并基于輪速 估算縱向速度。特別地，作為物理模型，可以使用單軌模型。
[0023] 此外，車速估算器70可被配置成依賴于行駛狀況，向基于運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的縱向速度 和橫向速度、基于物理模型的橫向速度、以及基于輪速的縱向速度分配權(quán)重。例如，對(duì)于非 線性輪胎摩擦區(qū)間行駛狀況，較高權(quán)重（例如預(yù)定權(quán)重）可被分配給基于運(yùn)動(dòng)學(xué)