估计车辆速度的方法与系统

技术领域

本申请涉及估计车辆速度，特别是使用车轮、牵引马达和行车制动器的变量估计车辆速度的方法。

背景技术

在牵引力良好的正常驾驶条件下，可以通过(a)处理车轮转动速度并考虑车轮尺寸和/或(b)处理牵引电马达的转动速度并考虑车轮的尺寸和传动比来估计车辆速度。然而，在牵引力差的情况下，估计车辆速度非常具有挑战性。每当车辆在低牵引力路面上行驶和/或车辆向车轮施加大力矩时，一个或多个(可能全部)车轮将失去牵引力，并可能自由旋转(车轮打滑)。在这种情况下，车轮或马达的速度可能不能代表车辆速度。为了更好地估计两轮驱动车辆的车辆速度，通常使用非驱动轮的速度来估计车辆速度。然而，全轮驱动车辆没有非驱动车轮，车轮打滑期间的速度估计具有挑战性。

发明内容

本公开的实施例涉及一种估计车辆的纵向速度的方法。它可以以数字方式实现，以处理所有车轮的速度和车辆的纵向加速度，从而估计车辆速度。该方法的实施例可以在所有车辆中使用，而与它们的动力系结构(例如，内燃发动机车辆、混合动力或插电式混合动力车辆、电动车辆或燃料电池车辆)无关。该方法不需要任何输入(例如来自IMU的信号)。因此，它可以被称为估计车辆速度的IMU无传感器方法。该方法包括：接收转向角度、车辆的尺寸、多个车轮的轮胎半径和车轮速度，并确定多个车轮的补偿车轮速度；接收多个车轮的转动惯量、车辆的一个或多个马达的估计力矩、车辆的重量、多个车轮的轮胎半径和车轮速度并输出估计车辆加速度；基于估计车辆加速度和先前车辆速度预测车辆的当前速度；以及基于补偿车轮速度或预测车辆速度估计车辆的速度。

本公开的实施例还涉及一种用于估计包括多个车轮的车辆的速度的系统，系统包括：第一子系统，第一子系统被配置为接收转向角度、车辆的尺寸、多个车轮的轮胎半径和车轮速度，并确定多个车轮的补偿车轮速度；第二子系统，第二子系统被配置为接收多个车轮的转动惯量、车辆的一个或多个马达的估计力矩、车辆的重量、多个车轮的轮胎半径和车轮速度，并输出估计车辆加速度；与第二子系统通信的第三子系统，第三子系统被配置为从第二子系统接收估计车辆加速度，第三子系统还被配置为基于估计车辆加速度和先前的车辆速度预测车辆的当前速度；以及与第一子系统、第二子系统和第三子系统通信的第四子系统，第四子系统被配置为基于补偿车轮速度或预测车辆速度估计车辆的速度。

本公开的实施例还涉及一种存储指令的非暂时性计算机可读存储介质，该指令用于使处理器执行估计包括多个车轮的车辆的速度的方法。

附图说明

图1示出了根据本公开实施例的用于估计车辆速度的系统的示例性模块；

图2a示出了根据本公开实施例的图1的系统的第一子系统的操作；

图2b示出了根据本公开实施例的图2a的第一子系统的示例性模块；

图3示出了根据本公开实施例的图1的系统的第二子系统的示例性模块；

图4是示出根据本公开实施例的第二子系统的一个模块的示例性操作的图；

图5是示出根据本公开实施例的第二子系统的另一模块的操作的图；

图6示出了根据本公开实施例的图1的系统的第三子系统执行的示例性操作；

图7示出了根据本公开实施例的图1的系统的第四子系统的示例性操作；

图8示出了根据本公开实施例的图1系统的第四子系统的替代实施例。

具体实施方式

在以下对优选实施例的描述中，参考构成本文的一部分的附图，在附图中，附图通过图示的方式示出了可以实践的特定实施例。应当理解，在不脱离本公开实施例的范围的情况下，可以使用其他实施例，并且可以进行结构改变。

所公开的方法的实施例用于车辆没有配备IMU(或者不希望使用IMU数据进行速度估计)的情况。

图1示出了根据本公开实施例的系统100的示例性模块。图1的系统100包括4个子系统102、104、106、108，下面将详细讨论每个子系统。

第一子系统102：

第一子系统102处理车轮速度130并输出补偿车轮速度116。需要注意的是，以理想牵引力为假设，当车辆在直线上行驶时，每个车轮的线速度等于纵向车辆速度。但是，当车辆转弯时，没有任何一个车轮的速度代表纵向车辆速度。第一子系统102可以找到要乘以车轮转动速度的增益因子，以使得每个车轮转动速度等于车辆纵向速度。在本实施例中，我们考虑以下两种假设。

首先，为了简单起见，纵向车辆速度是根据连接后车轮中心的假定线中间的点计算的。可以对该方法进行修改，以考虑其他点(包括车辆的重心)。其次，为了简单起见，不考虑左前轮和右前轮的确切角度，而是考虑两者的平均值。

图2a示出了根据本公开实施例的第一子系统102的操作。首先，将车轮转动速度(统称为230)乘以轮胎半径(统称为240)，以计算每个车轮的线速度(统称为250)：

V

V

V

V

在这个方程式中，ω

基于阿克曼转向几何结构并考虑上述假设，从每个车轮测量的补偿线速度计算如下：

在方程式2中，θ为右前轮和左前轮的平均角度，W为车辆宽度，L为车辆轴距。如果车辆配备后转向系统，这些方程式将发生变化。

图2b示出了根据本公开实施例的第一子系统200的示例性模块。第一子系统200可以包括车轮线速度计算模块220，其被配置为接收每个车轮的车轮转动速度和轮胎半径，并通过将车轮转动速度乘以轮胎半径计算每个车轮的线速度。第一子系统还可以包括补偿线速度计算模块222，该模块被配置为基于右前轮和左前轮的平均角度、车辆宽度和车辆轴距计算从每个车轮测量的补偿线速度。

第二子系统104：

返回参考图1，第二子系统104计算马达产生的总驱动力，从中移除以下项：(a)总车轮加速力(即车轮加速所用的总力)，(b)总道路负载，和(c)重力引起的力，并输出估计车辆加速度110。在一个实施例中，如图3所示，第二子系统304可以包括四个模块320、322、324、326，每个模块将在下面的段落中详细讨论。

第一模块320可以计算用于增加车轮转动速度的总力矩和力。在该实施例中，第一模块320使用车轮的半径334、转动惯量332和速度330进行该计算。第一模块320可以使用下面的方程式3来计算总车轮加速力336。

在方程式3中，ω

图4示出了图3的第一模块320的示例性操作(例如，乘法、求和、减法)。第一模块320接收包括4个车轮的转动速度ω

返回参考图3，第二系统304的第二模块322可以计算牵引马达产生的总驱动力340。在本实施例中，使用以下方程式4进行计算：

其中，T

第二子系统304的第三模块324可以计算总道路负载344，其可以包括轮胎负载和阻力负载。前者主要取决于轮胎特性和车辆(包括乘客和货物)的总重量346，而后者主要取决于阻力系数和车辆的前部面积。总道路负载344可以被分析地计算。它也可以根据基于不同重量下的滑行试验结果得出的查找表进行估计。这两种方法(基于分析和测试)都需要车辆重量信息346，可以通过重量估计器进行估计。在没有重量估计器的情况下，可以使用表示平均车辆重量的固定值。

第二子系统304的第四模块326从第二子系统304的输出接收估计车辆加速度348，将其与基于估计车辆速度350计算的实际车辆加速度进行比较，并基于两个加速度值的差异来估计道路坡度352。第四子系统(图3中未示出)发送的“激活道路坡度估计器”信号启用第四模块326的道路坡度估计器。每当估计器被禁用时，第四模块326可以使用道路坡度的最近估计。

图5是根据本公开实施例的第二子系统304的第四模块326的操作示意图。在图5中，g是重力加速度，α

第三子系统106：

再次参考图1，第三子系统106使用第二子系统104估计的平均车辆加速度110和来自先前样本112的车辆速度预测当前的车辆速度114。

图6示出了图1的第三子系统106执行的示例性操作，其中ΔT是系统的采样时间。第三子系统106可以通过执行图6的操作，根据估计车辆加速度610和先前样本的车辆速度612输出车辆的预测速度614。

第四子系统108：

再次参考图1，第四子系统108评估每个车轮116的补偿速度，并决定是否应将其包括在最终车辆速度计算中。为了验证，补偿车轮速度的可接受范围定义为[预测车辆速度-ΔV

如果动力系控制器检测到摩擦制动状态128指示摩擦制动器(行车制动器和/或驻车制动器)接合(通过驾驶员踩下制动踏板或通过电子稳定程序)，则第四子系统可越过车轮速度的范围检查，而将所有车轮速度读数视为有效。原因是认为制动控制器可能无法很好地估计应用于摩擦制动器的总制动力矩并且系统无法依靠其估计力矩进行估计。

第四子系统108取最后四个值的平均值(每个值都是补偿车轮速度116或预测车辆速度114)来估计车辆速度120。

第四子系统108还决定是否应激活负载等级估计器。在一个实施例中，如果所有补偿车轮速度116都是有效的并且摩擦制动器没有接合，则它可以通过向第二子系统104发送“激活道路坡度估计器”信号118来激活估计器。

图7示出了根据本公开的实施例的图1的第四子系统108的示例性操作。第四子系统108从图1的第一子系统102(图7中未示出)接收每个车轮的补偿车轮速度(统称716)，从图1中的第三子系统106(图7未示出)接收预测速度714，从车辆的制动控制器或功率控制器接收摩擦制动状态720。通过执行图7所示的操作，第四系统可以在摩擦制动状态指示摩擦制动器未接合的情况下，根据平均补偿车轮速度或预测车轮速度输出估计车辆速度750。

图8示出了第四子系统操作的替代实施例。在该替代实施例中，由制动控制器报告的所获得的摩擦制动力矩足够精确，以被包括用于速度估计。具体而言，图8的第四子系统808使用摩擦制动器实现的力矩值代替图7的摩擦制动状态750。

在该替代实施例中，第二子系统可以包括附加模块(图3中未示出)，第二子系统104的该附加模块的输出应该从估计净加速力350中扣除。这个新的子系统可以计算出总摩擦制动力：

本文描述的所有方法和任务都可以由一个或多个计算机系统执行并完全自动化。每个这样的计算系统可以包括一个处理器(或多个处理器)，该处理器执行存储在存储器或其他非瞬态计算机可读存储介质或设备(例如，固态存储设备、磁盘驱动器等)中的程序指令或模块。本文公开的各种功能可以体现在这样的程序指令中，或者可以在计算机系统的专用电路(例如ASIC或FPGA)中实现。在计算机系统包括多个计算设备的情况下，这些设备可以但不必位于同一位置。通过将固态存储芯片或磁盘等物理存储设备转换为不同状态，可以持久存储所公开的方法和任务的结果。在一些实施例中，计算机系统可以是基于云的计算系统。

根据实施例，本文描述的任何过程或算法的某些动作、事件或功能可以以不同的顺序执行，可以被添加、合并或完全省略(例如，并非所有描述的操作或事件对于算法的实践都是必要的)。此外，在某些实施例中，操作或事件可以同时执行，例如，通过多线程处理、中断处理、多个处理器或处理器核心或在其他并行架构上执行，而不是顺序执行。

结合本文公开的实施例描述的方法、过程、例程或算法的元素可以直接体现在硬件中、由处理器设备执行的软件模块中、或两者的组合中。软件模块可以位于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘或任何其他形式的非临时计算机可读存储介质中。示例性存储介质可以耦合到处理器设备，使得处理器设备可以从存储介质读取信息，并向存储介质写入信息。在替代方案中，存储介质可以集成到处理器设备。处理器设备和存储介质可以驻留在ASIC中。

尽管已经参考附图充分描述了本公开的实施例，但是应当注意的是，各种变化和修改对于本领域技术人员来说将变得显而易见。这样的改变和修改应被理解为包括在由所附权利要求限定的本公开的实施例的范围内。

相关领域的交叉参考

本申请要求于2022年10月4日提交的第63/413159号临时申请的优先权，出于所有目的，该临时申请的内容通过引用整体并入本文。