CN112577516A - 一种用于车辆轮速误差识别和补偿的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于车辆轮速误差识别和补偿的方法,其包括步骤:100:车辆的CAN总线向卡尔曼滤波器输入车辆的左、右后轮的轮速测量值;惯导/卫星组合导航系统向卡尔曼滤波器输入车辆后轴中心速度和航向角速度;200:卡尔曼滤波器基于输入的车辆的左、右后轮的轮速测量值以及输入的车辆后轴中心速度和航向角速度,对车辆的左、右后轮的半径误差进行识别,并输出识别结果;300:基于识别结果对车辆的CAN总线输出的车辆的左、右后轮的轮速测量值进行修正。该方法可以在线或离线运行,利用补偿后的汽车轮速,可以得到更准确的汽车前进速度和航向角速度,具有十分重要的意义。相应地,本发明还公开了一种用于车辆轮速误差识别和补偿的系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于车辆自动驾驶的方法和系统,尤其涉及一种车辆轮速的识别和补偿方法和系统。
背景技术
众所周知,车辆的轮速信息是一项十分重要的信息,其对于汽车的控制、定位均是不可或缺的。在车辆行驶过程中,常需要对车辆的轮速信息进行检测,以供车辆其他系统分析和使用。
汽车轮速检测的实现原理是:通过传感器检测车轮转过的角度,再由角度乘以车轮名义半径得到车辆移动的距离或轮速。
但需要注意的是,由于车轮名义半径与实际半径之间存在误差,从CAN总线输出的汽车轮速信息也就同样包含了较大的误差。因此,若能采用某种方法将汽车轮速误差辨识出来并去除,便可有效得到更准确的轮速信息,具有十分重要的意义。
基于此,本发明期望获得一种用于车辆轮速误差识别和补偿的方法和系统,其能够以汽车CAN总线输出的左、右后轮轮速和惯导/卫星(INS/GNSS)组合导航系统输出的车辆速度和航向角速度作为输入,采用卡尔曼滤波技术对汽车两后轮半径误差进行辨识。辨识结果可以用于对CAN总线输出的轮速信息进行修正,从而得到更准确的轮速信息。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种用于车辆轮速误差识别和补偿的方法,该用于车辆轮速误差识别和补偿的方法能够以汽车CAN总线输出的左、右后轮轮速和惯导/卫星组合导航系统输出的车辆速度和航向角速度作为输入,采用卡尔曼滤波技术对汽车左、右后轮半径误差进行辨识,其辨识结果可以用于对CAN总线输出的轮速信息进行修正,从而得到更准确的轮速信息。
为了实现上述目的,本发明提出了一种用于车辆轮速误差识别和补偿的方法,其包括步骤:
100:车辆的CAN总线向卡尔曼滤波器输入车辆的左、右后轮的轮速测量值;惯导/卫星组合导航系统向卡尔曼滤波器输入车辆后轴中心速度和航向角速度;
200:卡尔曼滤波器基于输入的车辆的左、右后轮的轮速测量值以及输入的车辆后轴中心速度和航向角速度,对车辆的左、右后轮的半径误差进行识别,并输出识别结果;
300:基于识别结果对车辆的CAN总线输出的车辆的左、右后轮的轮速测量值进行修正。
本发明所述的用于车辆轮速误差识别和补偿的方法通过分析CAN总线输出轮速信息的测量原理,给出了CAN总线输出的轮速信息的误差方程,并在此基础上成功利用了卡尔曼滤波器进行轮速误差的在线辨识和补偿。
此外,本发明所述的用于车辆轮速误差识别和补偿的方法可以有效辨识车辆左、右后轮的轮径误差,而不是只辨识一个总体的误差。经本发明所述方法补偿后的左、右后轮轮速能够用来得到更准确的车辆航向角度信息。
进一步地,在本发明所述的用于车辆轮速误差识别和补偿的方法中,在步骤200中,所述卡尔曼滤波器执行下列步骤:
201:状态预测:Xk+1|k=Xk;其中X表示作为状态变量的车辆的左、右后轮的相对半径误差,δRL、δRR分别表示车辆左、右后轮半径误差,R表示车轮名义半径,下角标k+1和k分别表示tk时刻和tk+1时刻的对应参数。
202:协方差预测:Pk+1|k=Pk;其中P表示协方差矩阵;
203:基于下式求tk时刻的观测量Zk:
式中,Vcan表示车辆速度,其由公式计算获得,ωcan表示车辆的航向角速度,其由公式计算获得,其中 分别为车辆的CAN总线向卡尔曼滤波器输入的车辆的左、右后轮的轮速测量值,W表示车辆左右后轮的轮距;Vins/gnss和ωins/gnss分别表示惯导/卫星组合导航系统向卡尔曼滤波器输入车辆后轴中心速度和航向角速度;
基于下式求取卡尔曼增益:
204:求tk+1时刻的状态估计:Xk+1=Xk+1|k+Kk(Zk-HkXk+1|k);
205:求tk+1时刻的状态协方差矩阵估计:Pk+1=(I-KkHk)Pk+1|k;其中是I单位阵;
206:返回步骤201开始下一次循环;
所述循环进行若干次后,输出X。
进一步地,在本发明所述的用于车辆轮速误差识别和补偿的方法中,在步骤300中,基于下式对车辆的左、右后轮的轮速测量值进行修正:
进一步地,在本发明所述的用于车辆轮速误差识别和补偿的方法中,所述循环进行100-200次。
相应地,本发明的另一目的在于提供一种用于车辆轮速误差识别和补偿的系统,该用于车辆轮速误差识别和补偿的系统可以用于实施本发明上述的用于车辆轮速误差识别和补偿的方法。
为了实现上述目的,本发明提出了一种用于车辆轮速误差识别和补偿的系统,其包括:
车辆的CAN总线,其采集并输出车辆左、右后轮的轮速测量值;
惯导/卫星组合导航系统,其采集并输出车辆后轴中心速度和航向角速度;
卡尔曼滤波器,其基于输入其中的车辆的左、右后轮的轮速测量值以及输入的车辆后轴中心速度和航向角速度,对车辆的左、右后轮的半径误差进行识别,并输出识别结果;
修正模块,其基于识别结果对车辆的CAN总线输出的车辆的左、右后轮的轮速测量值进行修正。
进一步地,在本发明所述的用于车辆轮速误差识别和补偿的方法中,所述卡尔曼滤波器执行下列步骤:
201:状态预测:Xk+1|k=Xk;其中X表示作为状态变量的车辆的左、右后轮的相对半径误差,δRL、δRR分别表示车辆左、右后轮半径误差,R表示车轮名义半径,下角标k+1和k分别表示tk时刻和tk+1时刻的对应参数;
202:协方差预测:Pk+1|k=Pk;其中P表示协方差矩阵;
203:基于下式求tk时刻的观测量Zk:
式中,Vcan表示车辆速度,其由公式计算获得,ωcan表示车辆的航向角速度,其由公式计算获得,其中 分别为车辆的CAN总线向卡尔曼滤波器输入的车辆的左、右后轮的轮速测量值,W表示车辆左右后轮的轮距;Vins/gnss和ωins/gnss分别表示惯导/卫星组合导航系统向卡尔曼滤波器输入车辆后轴中心速度和航向角速度;
基于下式求取卡尔曼增益:
204:求tk+1时刻的状态估计:Xk+1=Xk+1|k+Kk(Zk-HkXk+1|k);
205:求tk+1时刻的状态协方差矩阵估计:Pk+1=(I-KkHk)Pk+1|k;其中是I单位阵;
206:返回步骤201开始下一次循环;
所述循环进行若干次后,输出X。
进一步地,在本发明所述的用于车辆轮速误差识别和补偿的系统中,所述修正模块基于下式对车辆的左、右后轮的轮速测量值进行修正:
进一步地,在本发明所述的用于车辆轮速误差识别和补偿的系统中,所述卡尔曼滤波器进行100-200次循环。
本发明所述的用于车辆轮速误差识别和补偿的方法和系统相较于现有技术具有如下所述的优点和有益效果:
本发明所述的用于车辆轮速误差识别和补偿的方法通过分析CAN总线输出轮速信息的测量原理,给出了CAN总线输出的轮速信息的误差方程,并在此基础上成功利用了卡尔曼滤波器进行轮速误差的在线辨识和补偿。
此外,本发明所述的用于车辆轮速误差识别和补偿的方法可以有效辨识车辆左右后轮的轮径误差,而不是只辨识一个总体的误差。经本发明所述方法补偿后的左右后轮轮速能够用来得到更准确的车辆航向角度信息。
相应地,本发明所述的用于车辆轮速误差识别和补偿的系统可以用于实施本发明上述方法,其同样具有上述的优点以及有益效果。
附图说明
图1示意性地显示了本发明所述的用于车辆轮速误差识别和补偿的方法在一种实施方式下的步骤流程图。
具体实施方式
下面将结合说明书附图和具体的实施例对本发明所述的用于车辆轮速误差识别和补偿的方法和系统做进一步的解释和说明,然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。
在本发明中,本发明公开了一种用于车辆轮速误差识别和补偿的方法和系统。在本发明所述用于车辆轮速误差识别和补偿的系统中,其可以包括:车辆的CAN总线、惯导/卫星组合导航系统、卡尔曼滤波器和修正模块。
其中,车辆的CAN总线能够用于采集并输出车辆左、右后轮的轮速测量值数据;惯导/卫星组合导航系统能够用于采集并输出车辆后轴中心速度和航向角速度;卡尔曼滤波器可以基于输入其中的车辆的左、右后轮的轮速测量值以及输入的车辆后轴中心速度和航向角速度,对车辆的左、右后轮的半径误差进行识别,并输出识别结果;修正模块能够基于识别结果对车辆的CAN总线输出的车辆的左、右后轮的轮速测量值进行修正。
需要说明的是,本发明所述的用于车辆轮速误差识别和补偿的系统可以用于实施本发明用于车辆轮速误差识别和补偿的方法,其具体步骤,如图1所示。
图1示意性地显示了本发明所述的用于车辆轮速误差识别和补偿的方法在一种实施方式下的步骤流程图。
如图1所示,在本实施方式中,本发明所述的用于车辆轮速误差识别和补偿的方法可以包括以下步骤:
100:车辆的CAN总线向卡尔曼滤波器输入车辆的左、右后轮的轮速测量值;惯导/卫星组合导航系统向卡尔曼滤波器输入车辆后轴中心速度和航向角速度;
200:卡尔曼滤波器基于输入的车辆的左、右后轮的轮速测量值以及输入的车辆后轴中心速度和航向角速度,对车辆的左、右后轮的半径误差进行识别,并输出识别结果;
300:基于识别结果对车辆的CAN总线输出的车辆的左、右后轮的轮速测量值进行修正。
在本发明中,车辆的CAN总线信息中包含了车辆四个车轮的轮速,但是考虑到左、右前轮容易发生打滑现象,因此,在本发明所述的方法中的步骤100中,车辆的CAN总线仅向卡尔曼滤波器输入车辆的左、右后轮的轮速测量值和
其中,Vcan表示车辆速度,ωcan表示车辆的航向角速度,其W表示车辆左右后轮的轮距,可以由车型参数得到。
在本发明中,一般是通过测出车轮旋转的角度增量,然后与车轮名义半径R相乘从而得到轮速。其中,车轮旋转角度的检测可以认为精度较高,但车辆实际车轮半径一般来说与车轮名义半径R不相等。
需要说明的是,车辆实际半径是一个由多种因素影响的变量,这些因素可以包括:胎压、车内乘员的数量、环境温度、外界气压等等。而且车辆左、右后轮的实际半径也不会绝对相同,如果想通过使用惯导/卫星组合导航系统输入的车辆后轴中心速度和航向角速度对CAN总线输出的轮速误差进行标定。在本技术方案中,CAN轮速误差的数学模型如下:
其中,δV、δω分别表示为车辆的速度误差和航向角速度误差;δRL、δRR分别表示车辆左、右后轮的半径误差;R表示车轮名义半径。
将车辆左、右后轮的相对半径误差作为状态变量,即可得到公式(3):
由于车轮半径误差在相当长的时间段内可以认为是常数,因此状态方程可以转变为:
此外,需要说明的是,为了便于处理,可以将上述公式(4)的状态方程进行离散化,假设采样周期为ΔT=tk+1-tk,则从时刻tk到tk+1的状态转移方程可以为:
Xk+1=Xk+Qk (5)
在上述公式(5)中,Qk为系统噪声协方差矩阵,车轮半径的相对误差在相当长的时间段内可以认为是常数,因此可以将Qk设为很小的值,例如:
假设tk时刻的观测量为Zk,则可以基于公式(7)求tk时刻的观测量Zk:
在上述公式(7)中,Vins/gnss和ωins/gnss分别表示惯导/卫星组合导航系统向卡尔曼滤波器输入车辆后轴中心速度和航向角速度。
相应地,tk时刻的观测方程可以为:
Zk=HkXk+Rk (8)
在上述公式(8)中,Hk为观测矩阵:
相应地,公式(8)中的Rk为观测噪声的协方差矩阵,其可以根据惯导/卫星组合导航系统的性能设置。例如:
在已知tk时刻的观测量Zk,tk时刻的观测矩阵Hk和tk时刻的观测噪声协方差矩阵Rk时,可以由上述公式(8),计算求得tk时刻的车辆左、右后轮的相对半径误差Xk。
综上所述可以看出,上述公式(1)-公式(10)的这些计算和操作均可以卡尔曼滤波器中完成。因此,本发明所述的用于车辆轮速误差识别和补偿的方法中,在上述步骤200中,卡尔曼滤波器能被用于执行下列步骤:
201:状态预测:Xk+1|k=Xk;
202:协方差预测:Pk+1|k=Pk;其中P表示协方差矩阵;
203:基于下式求tk时刻的观测量Zk:
式中,Vcan表示车辆速度,其由公式计算获得,ωcan表示车辆的航向角速度,其由公式计算获得,其中 分别为车辆的CAN总线向卡尔曼滤波器输入的车辆的左、右后轮的轮速测量值,W表示车辆左、右后轮的轮距;Vins/gnss和ωins/gnss分别表示惯导/卫星组合导航系统向卡尔曼滤波器输入车辆后轴中心速度和航向角速度;
基于下式求取卡尔曼增益:
204:求tk+1时刻的状态估计:
Xk+1=Xk+1|k+Kk(Zk-HkXk+1|k) (12);
205:求tk+1时刻的状态协方差矩阵估计:
Pk+1=(I-KkHk)Pk+1|k (13);
其中I是单位阵;
206:返回步骤201开始下一次循环;
所述循环进行若干次后,输出X。
综上所述,在本发明所述用于车辆轮速误差识别和补偿的方法的步骤200中,卡尔曼滤波器可以基于输入的车辆的左、右后轮的轮速测量值以及输入的车辆后轴中心速度和航向角速度,循环进行多次卡尔曼滤波处理,从而对车辆的左、右后轮的半径误差进行识别,并输出识别结果X。
需要说明的是,在某些实施方式中,在上述步骤200的步骤中,可以首先设状态变量初值为相应的协方差矩阵初值为然后再进行步骤201。在该实施方式中,循环进行100-200次步骤201-206过程后,得到的识别结果X就趋于稳定了。
相应地,在本发明所述的用于车辆轮速误差识别和补偿的方法的步骤300中,基于卡尔曼滤波器辨识出作为状态变量的车辆的左、右后轮的相对半径误差X,可以利用下式计算得到修正后的车辆左、右后轮的轮速VL和VR:
综上所述可以看出,本发明所述的用于车辆轮速误差识别和补偿的方法通过分析CAN总线输出轮速信息的测量原理,给出了CAN总线输出的轮速信息的误差方程,并在此基础上成功利用了卡尔曼滤波器进行轮速误差的在线辨识和补偿。
此外,本发明所述的用于车辆轮速误差识别和补偿的方法可以有效辨识车辆左、右后轮的轮径误差,而不是只辨识一个总体的误差。经本发明所述方法补偿后的左、右后轮轮速能够用来得到更准确的车辆航向角度信息。
相应地,本发明所述的用于车辆轮速误差识别和补偿的系统可以用于实施本发明上述方法,其同样具有上述的优点以及有益效果。
需要说明的是,本发明保护范围中现有技术部分并不局限于本申请文件所给出的实施例,所有不与本发明的方案相矛盾的现有技术,包括但不局限于在先专利文献、在先公开出版物,在先公开使用等等,都可纳入本发明的保护范围。
此外,本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式,本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合,除非相互之间产生矛盾。
还需要注意的是,以上所列举的实施例仅为本发明具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例,随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的,均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于车辆轮速误差识别和补偿的方法,其特征在于,包括步骤:
100:车辆的CAN总线向卡尔曼滤波器输入车辆的左、右后轮的轮速测量值;惯导/卫星组合导航系统向卡尔曼滤波器输入车辆后轴中心速度和航向角速度;
200:卡尔曼滤波器基于输入的车辆的左、右后轮的轮速测量值以及输入的车辆后轴中心速度和航向角速度,对车辆的左、右后轮的半径误差进行识别,并输出识别结果;
300:基于识别结果对车辆的CAN总线输出的车辆的左、右后轮的轮速测量值进行修正。
2.如权利要求1所述的用于车辆轮速误差识别和补偿的方法,其特征在于,在步骤200中,所述卡尔曼滤波器执行下列步骤:
201:状态预测:Xk+1|k=Xk;其中X表示作为状态变量的车辆的左、右后轮的相对半径误差,δRL、δRR分别表示车辆左、右后轮半径误差,R表示车轮名义半径,下角标k+1和k分别表示tk时刻和tk+1时刻的对应参数;
202:协方差预测:Pk+1|k=Pk;其中P表示协方差矩阵;
203:基于下式求tk时刻的观测量Zk:
ωcan表示车辆的航向角速度,其由公式计算获得,其中分别为车辆的CAN总线向卡尔曼滤波器输入的车辆的左、右后轮的轮速测量值,W表示车辆左右后轮的轮距;Vins/gnss和ωins/gnss分别表示惯导/卫星组合导航系统向卡尔曼滤波器输入车辆后轴中心速度和航向角速度;
基于下式求取卡尔曼增益:
204:求tk+1时刻的状态估计:Xk+1=Xk+1|k+Kk(Zk-HkXk+1|k);
205:求tk+1时刻的状态协方差矩阵估计:Pk+1=(I-KkHk)Pk+1|k;
其中I是单位阵;
206:返回步骤201开始下一次循环;
所述循环进行若干次后,输出X。
5.如权利要求2所述的用于车辆轮速误差识别和补偿的方法,其特征在于,所述循环进行100-200次。
6.一种用于车辆轮速误差识别和补偿的系统,其特征在于,包括:
车辆的CAN总线,其采集并输出车辆左、右后轮的轮速测量值;
惯导/卫星组合导航系统,其采集并输出车辆后轴中心速度和航向角速度;
卡尔曼滤波器,其基于输入其中的车辆的左、右后轮的轮速测量值以及输入的车辆后轴中心速度和航向角速度,对车辆的左、右后轮的半径误差进行识别,并输出识别结果;
修正模块,其基于识别结果对车辆的CAN总线输出的车辆的左、右后轮的轮速测量值进行修正。
7.如权利要求6所述的用于车辆轮速误差识别和补偿的系统,其特征在于,所述卡尔曼滤波器执行下列步骤:
201:状态预测:Xk+1|k=Xk;其中X表示作为状态变量的车辆的左、右后轮的相对半径误差,δRL、δRR分别表示车辆左、右后轮半径误差,R表示车轮名义半径,下角标k+1和k分别表示tk时刻和tk+1时刻的对应参数;
202:协方差预测:Pk+1|k=Pk;其中P表示协方差矩阵;
203:基于下式求tk时刻的观测量Zk:
式中,Vcan表示车辆速度,其由公式计算获得,ωcan表示车辆的航向角速度,其由公式计算获得,其中分别为车辆的CAN总线向卡尔曼滤波器输入的车辆的左、右后轮的轮速测量值,W表示车辆左右后轮的轮距;Vins/gnss和ωins/gnss分别表示惯导/卫星组合导航系统向卡尔曼滤波器输入车辆后轴中心速度和航向角速度;
基于下式求取卡尔曼增益:
204:求tk+1时刻的状态估计:Xk+1=Xk+1|k+Kk(Zk-HkXk+1|k);
205:求tk+1时刻的状态协方差矩阵估计:Pk+1=(I-KkHk)Pk+1|k;其中I是单位阵;
206:返回步骤201开始下一次循环;
所述循环进行若干次后,输出X。
10.如权利要求7所述的用于车辆轮速误差识别和补偿的系统,其特征在于,所述卡尔曼滤波器进行100-200次循环。
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