[发明专利]一种用于全驱电动轮汽车的纵向车速估计方法及系统

权利要求书

1.一种用于全驱电动轮汽车的纵向车速估计方法，所述全驱电动轮汽车具有n个车轮，各车轮分别由一个轮毂电机直接驱动；其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

1)有效车轮筛选

1.1)依据各所述轮毂电机反馈的当前时刻的车轮转速和上一时刻纵向车速估计值，计算每个车轮的滑转率，如式(1)所示：

式中，S_i表示第i个车轮的滑转率；V_xp表示上一时刻纵向车速估计值；V_wi表示当前时刻第i个车轮的等效速度，通过相应轮毂电机实时转速与车轮滚动半径计算得到，如式(2)所示：

式中，n_i表示驱动第i个车轮的轮毂电机的实时转速；r_i表示第i个车轮的滚动半径；

设所述纵向车速值V_xp、车轮的等效速度V_wi、车轮的滑转率S_i的初始值均为0；

1.2)依据车轮的滑转率，获取车轮的滑转状态，作为车轮转速有效性的判断准则，车轮滑转状态的计算如式(3)所示：

式中，M_si表示第i个车轮的滑转状态；S_th表示车轮滑转率门限值，依据轮胎力学特性，取经验值为0.15～0.2；当第i个车轮的滑转率S_i小于等于该车轮的滑转率门限值S_th，判定第i个车轮未发生滑转，M_si＝1，即第i个车轮为有效车轮，该车轮的转速信息有效；当第i个车轮的滑转率S_i大于该车轮的滑转率门限值S_th，认为第i个车轮发生滑转，M_si＝0，此时该车轮的转速信息无效；

1.3)将所有有效车轮的转速构成有效车轮转速矢量，如式(4)所示：

式中，n_e表示有效车轮转速矢量，n_e所包含的元素个数即为有效车轮的个数N；表示车轮有效转速，如式(5)所示：

2)纵向加速度预处理

2.1)依据惯性传感器测量得到的车辆纵向加速度、横方向加速度和横摆角速度，计算车辆纵向加速度，如式(6)所示：

式中，表示当前时刻车辆纵向加速度；a_x表示当前时刻车辆的绝对加速度在车辆坐标系纵向方向上的投影值，γ表示当前时刻横摆角速度，均由惯性传感器测量得到；V_y表示当前时刻车辆横向车速值，通过车辆横向加速度求和计算，如式(7)所示：

式中，t₀表示初始时刻；t表示当前时刻；Δt表示采样间隔；表示当前时刻车辆横向加速度，如式(8)所示：

式中，a_y表示当前时刻车辆的绝对加速度在车辆坐标系横向方向上的投影值，由惯性传感器测量得到；

2.2)将步骤2.1)所得的当前时刻车辆纵向加速度通过滤波函数消除信号测量中的噪声干扰，得到当前时刻车辆纵向加速度滤波值，如式(9)所示：

式中，表示车辆纵向加速度滤波值；Filter表示通用的滤波函数；

3)纵向车速估计：

依据当前时刻的有效车轮个数，融合当前时刻的车辆纵向加速度滤波值，计算当前时刻的车辆纵向车速估计值，如式(10)所示：

式中，V_x表示当前时刻车辆纵向车速估计值；当有效车轮个数不等于零时，通过有效车轮转速的平均值计算得到当前时刻纵向车速估计值；当有效车轮个数等于零时，即全部车轮进入滑转状态，采用车辆纵向加速度滤波值求和得到当前时刻纵向车速估计值，求和初值为全部车轮失效的上一时刻纵向车速估计值，且求和结束时刻为当前时刻t。

2.一种用于全驱电动轮汽车的纵向车速估计系统，所述全驱电动轮汽车具有n个车轮，各车轮分别由一个轮毂电机直接驱动；其特征在于，该系统包括存储器和处理器，该处理器内设有效车轮筛选模块，纵向加速度信号预处理模块和纵向车速估计模块；

所述有效车轮筛选模块用于选择未发生滑动趋势的车轮参与纵向车速估计，执行以下步骤：

1.1)依据各所述轮毂电机反馈的当前时刻的车轮转速和上一时刻纵向车速估计值，计算每个车轮的滑转率，如式(1)所示：

式中，S_i表示第i个车轮的滑转率；V_xp表示上一时刻纵向车速估计值；V_wi表示当前时刻第i个车轮的等效速度，通过相应轮毂电机实时转速与车轮滚动半径计算得到，如式(2)所示：

式中，n_i表示驱动第i个车轮的轮毂电机的实时转速；r_i表示第i个车轮的滚动半径；

设所述纵向车速值V_xp、车轮的等效速度V_wi、车轮的滑转率S_i的初始值均为0；

1.2)依据车轮的滑转率，获取车轮的滑转状态，作为车轮转速有效性的判断准则，车轮滑转状态的计算如式(3)所示：

式中，M_si表示第i个车轮的滑转状态；S_th表示车轮滑转率门限值，依据轮胎力学特性，取经验值为0.15～0.2；当第i个车轮的滑转率S_i小于等于该车轮的滑转率门限值S_th，判定第i个车轮未发生滑转，M_si＝1，即第i个车轮为有效车轮，该车轮的转速信息有效；当第i个车轮的滑转率S_i大于该车轮的滑转率门限值S_th，认为第i个车轮发生滑转，M_si＝0，此时该车轮的转速信息无效；

1.3)将所有有效车轮的转速构成有效车轮转速矢量，如式(4)所示：

式中，n_e表示有效车轮转速矢量，n_e所包含的元素个数即为有效车轮的个数N；表示车轮有效转速，如式(5)所示：

所述纵向加速度信号预处理模块用于获取车辆纵向加速度信号及其滤波处理，执行以下步骤：

2.1)依据惯性传感器测量得到的车辆纵向加速度、横方向加速度和横摆角速度，计算车辆纵向加速度，如式(6)所示：

式中，表示当前时刻车辆纵向加速度；a_x表示当前时刻车辆的绝对加速度在车辆坐标系纵向方向上的投影值，γ表示当前时刻横摆角速度，均由惯性传感器测量得到；V_y表示当前时刻车辆横向车速值，通过车辆横向加速度求和计算，如式(7)所示：

式中，t₀表示初始时刻；t表示当前时刻；Δt表示采样间隔；表示当前时刻车辆横向加速度，如式(8)所示：

式中，a_y表示当前时刻车辆的绝对加速度在车辆坐标系横向方向上的投影值，由惯性传感器测量得到；

2.2)将步骤2.1)所得的当前时刻车辆纵向加速度通过滤波函数消除信号测量中的噪声干扰，得到当前时刻车辆纵向加速度滤波值，如式(9)所示：

式中，表示车辆纵向加速度滤波值；Filter表示通用的滤波函数；

所述纵向车速估计模块融合有效车轮转速信息与纵向加速度信息得到纵向车速，执行以下步骤：

依据当前时刻的有效车轮个数，融合当前时刻的车辆纵向加速度滤波值，计算当前时刻的车辆纵向车速估计值，如式(10)所示：

式中，V_x表示当前时刻车辆纵向车速估计值；当有效车轮个数不等于零时，通过有效车轮转速的平均值计算得到当前时刻纵向车速估计值；当有效车轮个数等于零时，即全部车轮进入滑转状态，采用车辆纵向加速度滤波值求和得到当前时刻纵向车速估计值，求和初值为全部车轮失效的上一时刻纵向车速估计值，且求和结束时刻为当前时刻t。