[发明专利]一种用于全轮独立驱动车辆的纵向车速估计方法及其装置

权利要求书

1.一种用于全轮独立驱动车辆的纵向车速估计方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)实时采集车辆纵向加速度a_xm和车轮线速度v_wm；

2)对n时刻的车辆纵向加速度a_xm,n和车轮线速度v_wm,n分别进行滤波，对应得到n时刻的且去噪后的车辆纵向加速度a_xe,n和车轮线速度v_we,n，且对车轮线速度v_we,n求导获得n时刻的车轮线加速度a_we,n；

3)根据n-1时刻的道路坡度对车辆纵向加速度a_xe,n进行加速度修正得到n时刻的且修正后的车辆纵向加速度a′_xe,n；

根据实时估计出的车辆纵向车速v_x,n-1以及去噪后的车辆纵向加速度a_xe,n估算出道路坡度信息以供对纵向加速度进行修正；

n-1时刻的道路坡度根据以下公式实现：

其中，为对n-1时刻的车辆纵向车速v_x,n-1求导，g为重力加速度；

根据道路坡度通过以下公式对车辆纵向加速度a_xe,n进行修正：

其中，a′_xe,n为n时刻的加速度修正值，a_xe,n为n时刻的去噪后的加速度测量值，g为重力加速度，为n-1时刻的道路坡度估测值；

4)对车轮线速度v_we,n、车辆纵向加速度a′_xe,n，根据预设的两个协方差矩阵Q、R，求取n时刻的纵向车速估计值v_xk,n；

基于扩展卡尔曼滤波器的车速估计，根据以下方程构建：

状态方程：v_xk,n＝v_x,n+t_sa′_xe,n+ω_s

观测方程：v_we,n＝v_x,n+ω_v

其中，v_x,n为n时刻的纵向车速，ω_s定义为系统的过程噪声，ω_v定义为系统的观测噪声；

两个协方差矩阵Q、R采用实时动态变化的方式：两个协方差矩阵Q、R的预设值作为最初时刻对应的数值，对n-1时刻的车辆纵向车速v_x,n-1，根据车轮线加速度a_we,n、车轮线速度v_we,n、车辆纵向加速度a′_xe,n进行模糊逻辑参数调节得到n时刻的协方差矩阵Qn、Rn；

5)对车辆纵向加速度a′_xe,n，根据n-1时刻的车辆纵向车速v_x,n-1，求取n时刻的基于加速度积分估计的估计车速v_xj,n；

根据修正后的车辆纵向加速度信息进行车速的积分估计：

根据以下公式进行车速的近似积分估计：

v_xj,n＝v_x,n-1+∫a′_xe,nd_t

其中，v_x,n-1是初始纵向车速，取为上一时刻估测出的纵向车速值；

6)对车轮线加速度a_we,n、车轮线速度v_we,n、车辆纵向加速度a′_xe,n，根据纵向车速估计值v_xk,n、基于加速度积分估计的估计车速v_xj,n，求取n时刻的车辆纵向车速v_x,n；

车辆纵向车速v_x,n的求取方法为：

选取车轮线速度v_we,n与车辆纵向速度v_x,n-1的差值Δv和车轮线加速度a_we,n与车辆纵向加速度a′_xe,n的差值Δa为特征量，确定二维经典域边界Δv₁、Δa₁以及可拓域边界Δv₂、Δa₂，划分出经典域、可拓域及非域，经典域中认为车轮没有或有轻微滑转/滑移，此时轮速与车速直接关联；可拓域中认为车轮滑转/滑移程度变大或有变大的趋势，此时随着车轮滑转/滑移的增大，轮速与车速的关联程度逐渐减小；非域中认为车轮发生过度滑转/滑移，甚至发生抱死或完全滑转，此时轮速与车速关联小或没有关联；

计算轮速与车速关联函数K(S)，在可拓域的可拓集合中最优点为原点O，通过实时获得的差值Δv、Δa得到特征点Q’(Δv，Δa)，连接原点O则分别与二维经典域边界和可拓域边界交于点Q1，Q2，Q3，Q4，线段OQ’为特征点Q趋近最优点的最短距离；令经典域Q₂,Q₃＝X_xj，可拓域Q₁,Q₂∪Q₃,Q₄＝X_xk；D(Q′,X_k,X_j)＝ρ(Q′,X_k)-ρ(Q′,X_j)，ρ(Q′,X_j)为可拓集合中原点O到经典域的可拓距，ρ(Q′,X_k)为可拓集合中原点O到可拓域的可拓距；

通过关联函数K(S)定量描述任一特征点Q′的关联度，并根据K(S)的值进行相关测度模式的判别：

①特征量处在经典域：测度模式M₁＝{S|K(S)＞1}；

②特征量处在可拓域：测度模式M₂＝{S|0≤K(S)≤1}；

③特征量处在非域：测度模式M₃＝{S|K(S)＜0}；

当为测度模式M₁时，特征量处于经典域，此时轮速与车速直接关联，采用基于扩展卡尔曼滤波器的车速估计，即基于扩展卡尔曼滤波器的车速估计分配权值1，基于加速度积分的车速估计分配权值0；

当为测度模式M₂时，特征量处于可拓域，此时轮速与车速关联逐渐变小，采用两种估计方式融合的车速估计，并通过K(S)值进行权值分配，其中基于扩展卡尔曼滤波器的车速估计的权值为K(S)，基于加速度积分的车速估计权值为1-K(S)；

当为测度模式M₃时，特征量处于非域，此时轮速与车速关联很小或无关联，采用基于加速度积分的车速估计，即基于扩展卡尔曼滤波器的车速估计分配权值0，基于加速度积分的车速估计分配权值1。