用于確定車速參數(shù)的系統(tǒng)和方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求2014年6月3日提交的美國發(fā)明申請?zhí)?4/294,535的優(yōu)先權(quán)，還要求 2013年6月3日提交的美國臨時申請?zhí)?1 /830，368和2014年2月6日提交的美國臨時申請?zhí)?61/936,558的權(quán)益。上述引用的申請的全部內(nèi)容通過引用納入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及用于確定車速參數(shù)的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0004] 此處提供的【背景技術(shù)】描述出于大致呈現(xiàn)本發(fā)明的背景的目的。本【背景技術(shù)】部分中 描述的范圍中的本發(fā)明人的工作以及本描述中可能不具有作為提交時的現(xiàn)有技術(shù)的資格 的方面并不明確承認或隱含承認其為相對于本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)。
[0005] 現(xiàn)代車輛動態(tài)控制系統(tǒng)(例如，牽引力控制系統(tǒng)(TCS)、防抱死制動系統(tǒng)(ABS)和電 子穩(wěn)定化程序(ESP))已經(jīng)提高了車輛的安全。這些動態(tài)控制系統(tǒng)的性能在一定程度上與各 種車輛參數(shù)(例如，車速）的精確度相關(guān)，其中車輛參數(shù)常常基于來自一個或多個車輛傳感 器的輸入來估計或確定。
[0006] 車速的確定已經(jīng)是各種文章和專利申請的對象。徑向車速的直接測量可能太昂貴 和/或?qū)τ诟鞣N車輛應(yīng)用不實際。因此，確定車速的傳統(tǒng)方法分為兩組:第一組使用輪速和 車身加速度直接確定車速;第二組基于車輛模型估計車速以間接確定車速。
[0007] 對于落入第一組的方法，已經(jīng)知道，當車輛正制動時使用最大輪速進行速度估計， 并且當車輛處于"牽引模式"時使用最小輪速。這些實踐被稱為"最佳車輪方法"并且能夠用 來非常迅速地確定車速。"最佳車輪方法"的一個缺點是要考慮測量輪速時可能存在的噪 聲。車速被確定的精確度將基于輪速信號中的噪聲水平而變化。
[0008] 落入第一組中的另外一種方法涉及識別可靠輪速、檢查車身加速度以及使用輪速 的加權(quán)平均值以及車身加速度的積分來獲得車速的估計值。這種方法的精確度在一定程度 上取決于用于感測車身加速度的加速度計的偏差和車輪半徑測量。縱向加速度的時間積分 累計傳感器偏差，導(dǎo)致估計值偏移。另一個誤差源是作用在道路坡度方向上的加速度的重 力分量，使得加速度測量結(jié)果失真。
[0009] 此外，加速度計偏差和車輪半徑變化對車速的影響在不同驅(qū)動情形下會改變。提 出的方案采用加權(quán)平均法，該方法使用來自加速度計偏差和車輪半徑偏置的反饋或通過分 析全球定位系統(tǒng)(GPS)信號獲得的數(shù)據(jù)。這種方法確定車速的精確度將基于與輪速的導(dǎo)數(shù) 相關(guān)的噪聲?？柭鼮V波器可以用于確定加權(quán)平均值，但是仍然不能實現(xiàn)，因為這種計算相 對復(fù)雜和緩慢。
[0010] 對于落入第二組中的方法，運動學(xué)模型能夠用于使用車身加速度和車輛的四個車 輪的轉(zhuǎn)速的輸入來估計車速。盡管這種方法在一些情況下能夠良好執(zhí)行，但是結(jié)果傾向于 對信號噪聲和傳感器的位置敏感。
[0011] 落入第二組內(nèi)中的另外一種方法使用輪胎模型，其提供輪胎力估計。盡管這種方 法通常對噪聲不太敏感(或者甚至不敏感），但該方法包括"非線性情形"，估計誤差可能不 合期望地大。
[0012] 盡管速度估計依賴于輪速，但在一些驅(qū)動情況下，一些車輪的輪速測量結(jié)果不可 靠，如在車輛相對于路面滑移時。已經(jīng)使用一種自適應(yīng)卡爾曼濾波器來嘗試解決車輪滑移 問題。然而，在一些具有挑戰(zhàn)的狀況下，如所有四個車輪都滑移的狀況下，自適應(yīng)卡爾曼濾 波器可能不能提供滿意的結(jié)果。
[0013] 綜上所述，每種方法都有缺點。使用輪速，由于車輪滑移、車輪半徑變化以及車輪 從車輛重心的偏置而產(chǎn)生誤差。如果初速度值不精確，則加速度數(shù)據(jù)的積分成為問題，并且 誤差由于加速度計偏差和非零道路坡度而累計。車輛/輪胎模型容易導(dǎo)致建模誤差，尤其是 對于非線性模型。因此，本領(lǐng)域需要更精確可靠地確定車速。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 描述一種用于估計正在縱向延伸的路面上運行的車輛的縱向速度的方法。車輛具 有多個車輪，多個車輪包括第一組車輪和第二組車輪。第一組車輪與第二組車輪沿著車輛 的縱軸間隔開。車輛的縱向速度與車輛的縱軸平行。路面具有與路面的高程隨車輛沿著路 面行駛而發(fā)生的變化相關(guān)聯(lián)的坡度。
[0015] 該方法包括獲得車輛加速度的測量值。當路面的坡度為非零時，車輛加速度的測 量值基于：（i)車輛的縱向加速度和（i i)車輛的垂直加速度。車輛的縱向加速度是車輛在平 行于車輛的縱軸的方向上的加速度。該方法包括確定路面的坡度的初始估計值。該方法包 括確定路面的坡度的初始估計值與路面的坡度的在先估計值之間的差。
[0016] 該方法包括，基于所述差的大小，將路面的坡度的當前估計值設(shè)置為等于下列項 中的一個：（i)路面的坡度的初始估計值和（ii)基于路面的坡度的在先估計值的值。該方法 包括基于（i)路面坡度的當前估計值和（ii)車輛加速度的測量值估計車輛的縱向速度。該 方法包括基于所估計的車輛的縱向速度，控制多個車輪中的至少一個車輪。
[0017] 根據(jù)下列【具體實施方式】、權(quán)利要求和附圖，本發(fā)明的應(yīng)用的進一步領(lǐng)域?qū)⒆兊妹?顯。【具體實施方式】和具體實例旨在僅用于示例說明目的，并不旨在限制本發(fā)明的范圍。
【附圖說明】
[0018] 從下列【具體實施方式】和附圖，將更全面地理解本發(fā)明。
[0019] 圖1是具有根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的電驅(qū)動系統(tǒng)和控制器的一種示例性車輛的示 意圖。
[0020] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的原理的一種控制器的示例性實現(xiàn)的功能性框圖。
[0021] 圖3A是在具有非零坡度的表面上的車輛的自由體受力圖。
[0022]圖3B是示出坡度估計和加速度補償?shù)氖纠圆僮鞯牧鞒虉D。
[0023]圖4是示出驅(qū)動模式確定的示例性操作的流程圖。
[0024]圖5是示出車輪旋轉(zhuǎn)方向確定的示例性操作的流程圖。
[0025] 圖6是示出給定車輛車輪的滑移確定的示例性操作的流程圖。
[0026] 圖7是示出用于車速估計中的最佳車輪選擇的示例性操作的流程圖。
[0027]在各附圖中，附圖標記可以重復(fù)使用以識別類似和/或相同的元素。
【具體實施方式】
[0028]在圖1中，示例性車輛10包括根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)構(gòu)造的電驅(qū)動系統(tǒng)12。電驅(qū)動系統(tǒng) 12選擇性驅(qū)動車輛后輪對14。電驅(qū)動系統(tǒng)12可以是部分時間運轉(zhuǎn)的輔助動力傳動系統(tǒng)的一 部分，而常規(guī)內(nèi)燃機16和傳動裝置18用于在所有時間驅(qū)動車輛前輪對20。
[0029]在各種其它實施方式中，電驅(qū)動系統(tǒng)12可以替代地選擇性驅(qū)動車輛前輪對20,而 內(nèi)燃機16驅(qū)動車輛后輪對14。在其它實施方式中，電驅(qū)動系統(tǒng)12可以驅(qū)動車輛前輪對20和 車輛后輪對14。在又一些其它實施方式中，電驅(qū)動系統(tǒng)12可以驅(qū)動車輛前輪對20,同時另一 個電驅(qū)動系統(tǒng)(其可以與電驅(qū)動系統(tǒng)12類似或相同）可以驅(qū)動車輛后輪對14。仍有一些其它 動力傳動系統(tǒng)能夠適合本發(fā)明的教導(dǎo)。
[0030] 進一步，即使不存在電驅(qū)動機構(gòu)，本發(fā)明的教導(dǎo)仍可以用于控制車輛。例如，瞬時 車速的精確估計可以允許改進牽引力控制系統(tǒng)(TCS)、防抱死制動系統(tǒng)(ABS)、電子穩(wěn)定化 程序(ESP )、主動避撞系統(tǒng)和自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)中的一個或多個。
[0031] 電驅(qū)動系統(tǒng)12能夠如2014年3月4日發(fā)布的共同擁有的美國專利號8，663,051所描 述的被配置，其中該專利文件通過引用將其全部內(nèi)容納入本文。簡要地，圖1的電驅(qū)動系統(tǒng) 12包括電推進電動機30,其驅(qū)動差速器總成32。一對輸出構(gòu)件34至少部分由差速器總成32 驅(qū)動并驅(qū)動對應(yīng)的半軸36,由此驅(qū)動車輛后輪14。
[0032]電驅(qū)動系統(tǒng)12能夠進一步包括控制器40,其被配置為控制電驅(qū)動系統(tǒng)12的運轉(zhuǎn)。 控制器40能夠耦接到推進電動機30、電力源(例如，電池44)和車輛數(shù)據(jù)網(wǎng)46。車輛數(shù)據(jù)網(wǎng)46 可以是車輛10內(nèi)用于傳輸車輛數(shù)據(jù)的任意類型系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)，例如，控制器域網(wǎng)(CAN)或局部 互聯(lián)網(wǎng)（LIN)。電池44可以包括任意類型的電池并能夠被再次充電，例如，經(jīng)由交流發(fā)電機、 發(fā)電機和/或再生制動系統(tǒng)。
[0033]控制器40能夠接收來自車輛數(shù)據(jù)網(wǎng)46的數(shù)據(jù)，其關(guān)于:a)當前車輛動力學(xué)，包括車 輛10的速率;b)車輛10正在其上運行的表面(例如，路面）；c)控制車輛10的驅(qū)動器輸入;和 d)車輛10運行的環(huán)境?？刂破?0能夠采用從車輛數(shù)據(jù)網(wǎng)46接收的數(shù)據(jù)來控制電驅(qū)動系統(tǒng)12 的運轉(zhuǎn)，由此調(diào)節(jié)傳送到車輛后輪14的扭矩。
[0034] 例如，控制器40能夠以搶先所有車輪驅(qū)動模式運轉(zhuǎn)，在該模式中，電驅(qū)動系統(tǒng)12經(jīng) 運轉(zhuǎn)以搶先將扭矩應(yīng)用到車輛后輪14,從而阻止車輛前輪20滑移。以搶先模式運轉(zhuǎn)控制器 40在以下情況下可能尤其有利:車輛10將需要從幾乎靜止或零速度狀況下加速，或者需要 在車輛10在特定狀況下運行(例如，低摩擦表面、軟表面或陡峭道路坡度)時加速。
[0035] 當驅(qū)動車輛后輪14時，最大牽引力(并因此最優(yōu)性能)在車輛后輪14被驅(qū)動的速度 對應(yīng)于車輛10的縱向速度時被實現(xiàn)。在各種情形下，例如，當車輛前輪20滑移時，車速將不 與車輛前輪20的速率直接成比例。因此，精確確定實際車速能夠改進電驅(qū)動系統(tǒng)12的控制。 [0036]在圖2中，控制器40的一種示例性實施方式包括坡度估計模塊104,其接收例如來 自加速度計的加速度測量結(jié)果。坡度估計模塊104估計車輛10正在行駛的表面相對于平坦 表面(即，垂直于重力矢量的表面)的坡度。坡度估計模塊104還接收車輛縱向速度的估計值 以用于估計坡度。坡度