CN104742888A - 全驱车辆参考车速实时检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全驱车辆参考车速实时检测方法，该方法包括下述步骤：根据各轮轮速信号计算轮加速度值；判断是制动工况还是驱动工况；采用动态斜率更新法估计制动工况和驱动工况下各个车轮的参考车速；估计出每个车轮的参考车速后，制动时取其中最大值、驱动时取其中最小值、转弯工况取各车轮参考车速的平均值作为车辆的参考车速。本发明采用动态斜率更新法估计车速，可以实现全驱车辆的在各种工况下的车速估计，具有通用性，并且实时性强、计算精度高，能够为车辆电控系统提供准确的车辆状态信息。

Description

全驱车辆参考车速实时检测方法

技术领域

本发明涉及一种全驱车辆参考车速实时检测方法。

背景技术

车辆参考车速是重要的车辆状态参数，是驱动防滑系统、制动防抱死系统和电子稳定性系统实现的基础，但在实车状态下对车辆参考车速很难测量或者测量成本较高。如何根据ABS系统装配的四个轮速信号来间接计算获得车辆参考车速，这是各家汽车公司目前研究的重点。

传统两驱车辆中，在车轮没有滑转的情况下，驱动过程中可以把两个从动轮轮速的平均值作为车辆参考车速。对于全驱车辆，在驱动过程中需要根据每个车轮的轮速估计车辆参考车速，不能简单将从动轮轮速作为车辆参考车速，这就增加了车速估计算法的难度和复杂程度。对于全驱车辆，如何在驱动和制动全工况下进行实时可靠的车辆参考车速估计，为车辆电控系统提拱准确的车辆状态信息，具有重要意义。

目前常用的参考车速估计方法是积分法和最大轮速斜率法。

积分法：根据纵向加速度信号直接积分，由于加速度信号中存在着不可避免的干扰和噪声，积分会产生累积误差，很容易造成结果发散，严重偏离实际值；

最大轮速斜率法：取四个车轮轮速的最小值(驱动时)或最大值(制动时)，用来计算车辆参考车速变化的斜率，根据这一斜率计算车辆参考车速。在TCS(牵引力控制系统)或ABS(防抱死系统)启动时，轮速波动很大，此时用轮速最大值计算车辆参考车速的变化斜率误差很大。

一些学者还研究了基于先进控制理论的车辆参考车速算法，如利用扩展卡尔曼滤波、非线性状态观测器、滑模观测器、神经网络方法等，这些方法都需要计算复杂的轮胎模型和车辆模型，计算量大，实时性差，在实际控制系统应用中受到限制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种实时性好、精度高的全驱车辆参考车速实时检测方法。

为了解决上述技术问题，本发明的全驱车辆参考车速实时检测方法包括下述步骤：

1)采集各轮速传感器的轮速信号，进行轮速识别，并分别对四个车轮的轮速信息进行滤波，得到四个车轮的轮速信息，并计算得到四个车轮的轮加速度值。

2)根据四个车轮的加速度平均值和纵向加速度信息判断是否是制动工况，如果是则进入制动工况估计过程，否则进入驱动工况估计过程；

3)采用动态斜率更新法估计制动工况和驱动工况下各个车轮的参考车速，具体如下：

I、预先设置一个初始轮加速度设定值a₀，一个车轮分离预测加速度门限值a₁，一个车轮分离确认加速度门限值a₂；其中a₀取值范围为5-6m/s²，a₁取值范围为8-10m/s²，a₂取值范围为20-30m/s²；如果车轮的加速度达到门限值a₁时，就预测在未来一段时间内轮速和真实车速可能分离，然后取该时刻作为车轮参考车速估算起始点，记录下该时刻的轮速ω₀r和时间t₀，此时的单轮参考车速仍等于轮速；

开始对时间长度t_f计时，在t_f小于时间长度门限t_limit时，若车轮加速度达到车轮分离确认加速度门限值a₂，则确认轮速和真实车速实际上已经分离，以该时刻t₁作为轮速与真实车速的实际发生的分离点；调用之前记录的轮速ω₀r和时间t₀，以初始轮加速度设定值a₀作为初始斜率，重新计算当前分离点的实际车速ω₁r作为车轮参考车速，并将此时的轮速和时间设为初始值；其中t_limit取值范围为0.5s-0.8s；

当t_f达到时间长度门限t_limit，而轮速与车速仍未分离时，即车轮加速度未达到车轮分离确认加速度门限值a₂，认为之前判定轮速与真实车速分离的预测未实现，清空已记录的轮速ω₀r和时间t₀，并记录当前的时间和轮速并将其设为初始值；

II、一旦出现时的轮速极小值或极大值，则用最近的分离点坐标(时间t₁，轮速ω₁r)和极值点(时间t₂，轮速ω₂r)重新计算新的斜率a₃，并以该极值点为起点利用新的斜率a₃估计后面的车轮参考车速，直到再次出现轮速极值(时间t₃，轮速ω₃r)，此时用最近的前两个极值点更新斜率为a₄，用此最新斜率来计算后续的车轮参考车速；其中驱动工况时采用轮速极小值与分离点计算斜率，制动工况时用轮速极大值与分离点计算斜率；

III、同时用轮加速度和车轮滑移率判断路面是否跳变，如果轮加速度达到设定的门限值A，则认为由低附着路面跳变到高附着路面；如果车轮滑移率达到设定的门限值，则认为由高附着路面跳变到低附着路面；其中车轮滑移率用轮速和车轮参考车速计算；判断出路面发生跳变后则重新给一个初始斜率a₀，再循环进行步骤I、步骤II和步骤III；

4)车辆参考车速的计算：

估计出每个车轮的参考车速后，制动时取其中最大值、驱动时取其中最小值、转弯工况取各车轮参考车速的平均值作为车辆的参考车速。

本发明采用动态斜率更新法估计车速，取每个轮速的极值点位置(驱动时为极小值，制动时为极大值)计算斜率，每次判断出极值点就将起点和斜率更新。由于极值点处的轮速与车速较接近，计算出的斜率也比较均匀，与车速变化速率相近，所以这种方法具有较高的精度，并具有良好的适应性。在驱动和制动过程中，对每个车轮都利用动态斜率更新法计算车轮的参考车速，制动时取其最大值，驱动时取其最小值作为车辆的参考车速，可以实现全驱车辆的在各种工况下的车速估计。本发明具有通用性，采用动态斜率更新法估计全驱车辆的参考车速，实时性强、计算精度高，能够为车辆电控系统提供准确的车辆状态信息，具有重要意义。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明的全驱车辆参考车速实时检测方法流程图。

图2是制动工况动态斜率更新法原理示意图。

具体实施方式

本发明主要解决了全驱车辆的汽车参考车速实时估计和检测问题，设计了全驱车辆参考车速估计算法和估计流程。

为了解决全驱车辆驱动及制动过程中无从动轮，不能直接根据从动轮转速从而得到汽车参考车速的问题，本发明采用了驱动及制动相结合状态下的动态斜率更新法估计汽车参考车速，如图1所示，具体步骤如下：

1)采集轮速信号，进行轮速识别，得到四个车轮的轮速信息：

通过整车自带的各轮轮速传感器测量各车轮转速，产生一系列与车轮转速成正比的高频正弦波信号。然后经过一定的限幅、滤波和整形处理后得到纯净的轮速方波信号，通过识别各轮轮速方波信号的脉冲频率和脉冲个数，即得到了各轮的真实轮速值。初始时，根据轮速计算四个轮的加速度；采用动态更新法得到各车轮参考车速后，通过最小二乘法原理，由当前时刻的车轮参考车速前连续8点线性拟合出车轮加速度数值。并将此数值做为汽车防抱制动装置控制的主要门限值(即在动态更新法估计车轮参考车速时采用该拟合出的车轮加速度数值与车轮分离预测加速度门限值a₁和车轮分离确认加速度门限值a₂进行比较，预测和确认轮速是否与真实车速分离)。这是因为轮胎纵向附着极限对应的纵向滑移率受到许多因素的影响，不是一个确定值，而是在一个较宽的范围(8％～30％)内变化，仅用滑移率作为ABS的控制参数难以适用于各种道路条件。

2)制动工况判断：

采用轮加速度和纵向加速度信息判断是否是自动工况；初始时，根据四个轮的加速度平均值判断，当加速度平均值越来越小时则判断是制动工况，进入制动工况车辆参考车速估计过程，否则进入驱动工况车辆参考车速估计过程；当采用动态更新法得到各车轮参考车速后，根据纵向加速度信息判断是否是制动工况，如果是则进入制动工况车辆参考车速估计过程，否则进入驱动工况车辆参考车速估计过程；其中纵向加速度通过上一时刻已经估计的车轮参考车速求导得到。

3)各个车轮参考车速Vr(i)估计：

传统车辆在驱动过程把两个从动轮轮速的平均值作为车辆参考车速，在制动过程中出现ABS工况时，采用动态斜率更新法估计车辆参考车速。而全驱车辆无从动轮，传统车上的参考车速估计过程并不适用，所以对每个车轮的参考车速估计，采用在驱动和制动过程中均通过动态斜率更新法估计车辆参考车速。如图2所示，动态更新过程具体如下：

I、预先设置一个初始轮加速度设定值a₀，一个车轮分离预测加速度门限值a₁，一个车轮分离确认加速度门限值a₂(a₀取值范围为5-6m/s²，a₁取值范围为8-10m/s²，a₂取值范围为20-30m/s²，各车辆的实际值稍有不同，由道路试验具体标定)。如果车轮加速度达到门限值a₁时，就预测在未来一段时间内轮速和真实车速可能分离(真实车速为理论上的真实车速，后续计算并不用这个信号，采用车轮参考车速来近似代替)，然后取该时刻作为车轮参考车速估算起始点，记录下该时刻的轮速ω₀r和时间t₀，此时的单轮参考车速仍等于轮速。ω₀为车轮加速度(rad/s)，r为车轮滚动半径(m)。

开始对时间长度t_f计时，在t_f小于时间长度门限t_limit(t_limit取值范围为0.5s-0.8s)时，若轮加速度达到车轮分离确认加速度门限值a₂，则确认轮速和真实车速实际上已经分离，以该时刻t₁作为轮速与真实车速的实际发生的分离点，此时该点轮速与真实车速偏差较大，应进行修正。调用之前记录的轮速ω₀r和时间t₀，以初始轮加速度设定值a₀作为初始斜率，重新计算当前分离点的实际车速ω₁r作为车轮参考车速，并将此时的轮速和时间设为初始值。

当t_f达到时间长度门限t_limit，而轮速与车速仍未分离时，即车轮加速度未达到车轮分离确认加速度门限值a₂，认为之前判定轮速与车速分离的预测未实现，清空已记录的轮速ω₀r和时间t₀，并记录当前的时间和轮速并设其为初始值。

II、一旦出现时的轮速极小值(驱动时)或极大值(制动时)，则用最近的分离点坐标(如图2所示的时间t₁、轮速ω₁r)和极值点(如图2所示的时间t₂、轮速ω₂r)重新计算新的斜率a₃，并以极值点为起点利用新的斜率a₃估计后面的车轮参考车速，直到再次出现轮速极值(如图2中的时间t₃、轮速ω₃r)，此时用最近的前两个极值点更新斜率为a₄，用此最新斜率来计算后续的车轮参考车速。驱动时采用轮速极小值与分离点计算斜率，制动时用轮速极大值与分离点计算斜率。

III、同时用轮加速度和车轮滑移率判断路面是否跳变，如果轮加速度达到门限值A(A的取值范围在40-50m/s²)，则认为由低附着路面跳变到高附着路面；如果车轮滑移率(用轮速和车轮参考车速计算)达到门限值0.5，则认为由高附着路面跳变到低附着路面。判断出路面发生跳变后则重新给一个初始斜率a₀，再循环进行步骤I、步骤II和步骤III(其中步骤I、步骤II和步骤III是同步判断过程，符合哪项条件就触发哪项开始计算)。本发明中以设定车轮滑移率门限值等于0.5为例进行说明，但不限于该值，不同类型的车辆车轮滑移率门限值有区别，需要通过试验标定。

S＝(V-ωr)V×100％

S为车轮滑移率，V是车辆参考车速。

4)车速计算：

估计出每个轮的参考车速Vr(i)后，制动时取其最大值(Vr＝max(Vr(i)))、驱动时取其最小值(Vr＝min(Vr(i)))、转弯工况取各轮参考车速的平均值作为车辆参考车速Vr。

Claims (1)

1.一种全驱车辆参考车速实时检测方法，其特征在于包括下述步骤：

1)采集各轮速传感器的轮速信号，进行轮速识别，并分别对四个车轮的轮速信息进行滤波，得到四个车轮的轮速信息，并计算得到四个车轮的轮加速度值。

2)根据四个车轮的加速度平均值和纵向加速度信息判断是否是制动工况，如果是则进入制动工况估计过程，否则进入驱动工况估计过程；

3)采用动态斜率更新法估计制动工况和驱动工况下各个车轮的参考车速，具体如下：

I、预先设置一个初始轮加速度设定值a₀，一个车轮分离预测加速度门限值a₁，一个车轮分离确认加速度门限值a₂；其中a₀取值范围为5-6m/s²，a₁取值范围为8-10m/s²，a₂取值范围为20-30m/s²；如果车轮的加速度达到门限值a₁时，就预测在未来一段时间内轮速和真实车速可能分离，然后取该时刻作为车轮参考车速估算起始点，记录下该时刻的轮速ω₀r和时间t₀，此时的单轮参考车速仍等于轮速；

开始对时间长度t_f计时，在t_f小于时间长度门限t_limit时，若车轮加速度达到车轮分离确认加速度门限值a₂，则确认轮速和真实车速实际上已经分离，以该时刻t₁作为轮速与真实车速的实际发生的分离点；调用之前记录的轮速ω₀r和时间t₀，以初始轮加速度设定值a₀作为初始斜率，重新计算当前分离点的实际车速ω₁r作为车轮参考车速，并将此时的轮速和时间设为初始值；其中t_limit取值范围为0.5s-0.8s；

当t_f达到时间长度门限t_limit，而轮速与车速仍未分离时，即车轮加速度未达到车轮分离确认加速度门限值a₂，认为之前判定轮速与真实车速分离的预测未实现，清空已记录的轮速ω₀r和时间t₀，并记录当前的时间和轮速并将其设为初始值；

II、一旦出现时的轮速极小值或极大值，则用最近的分离点坐标和极值点重新计算新的斜率a₃，并以该极值点为起点利用新的斜率a₃估计后面的车轮参考车速，直到再次出现轮速极值，此时用最近的前两个极值点更新斜率为a₄，用此最新斜率来计算后续的车轮参考车速；其中驱动工况时采用轮速极小值与分离点计算斜率，制动工况时用轮速极大值与分离点计算斜率；

III、同时用轮加速度和车轮滑移率判断路面是否跳变，如果轮加速度达到设定的门限值A，则认为由低附着路面跳变到高附着路面，；如果车轮滑移率达到设定的门限值，则认为由高附着路面跳变到低附着路面；其中车轮滑移率用轮速和车轮参考车速计算；判断出路面发生跳变后则重新给一个初始斜率a₀，再循环进行步骤I、步骤II和步骤III；

4)车辆参考车速的计算：

估计出每个车轮的参考车速后，制动时取其中最大值、驱动时取其中最小值、转弯工况取各车轮参考车速的平均值作为车辆的参考车速。