Gps輔助的車輛縱向速度確定的製作方法
2023-06-02 04:52:11 2
專利名稱：Gps輔助的車輛縱向速度確定的製作方法
技術領域：
本發明總的涉及車輛動力控制。更特別地，本發明涉及確定車輛 動力控制系統中的縱向車輛速度。
背景技術：
縱向車輛速度的精確知識可用於提高許多車輛動力控制系統。例 如，防抱死制動系統(ABS )控制器可最大化制動力和最小化停止距離。 但是，車輛的縱向速度通常在生產車輛中不可用。代替地，在很多情 況下使用輪轉速。但是，在存在過多的輪胎打滑時，輪轉速不表示車 輛的縱向速度。
已經提出了若干方法來確定縱向車輛速度。某些方法使用輪轉速 和縱向加速度來確定縱向車輛速度，並因此需要補償傳感器偏置、車 輪滾動半徑的變化、和縱向滑動。也已經提出了在車輛速度計算中使 用全球定位衛星系統(GPS)。但是，該方法遭受了低帶寬，因為一般 的GPS接收器具有小於10Hz的更新速率並且其對於車輛動力控制應用 來說太低。
發明內容
車輛包括縱向加速度計和GPS。 一種用於確定車輛縱向加速度的方 法包括測量來自縱向加速度計的信號。此外，該方法包括使用由GPS提 供的車輛縱向速度的測量、車輛橫向速度的測量和車輛偏航角速度的 測量來確定縱向加速度計的靈敏度和偏置。最後，該方法包括向從縱 向加速度計測量的信號應用所述靈敏度和偏置。車輛縱向速度可以通 過對縱向加速度積分來估計。
此外，各輪轉速是以下操作確定的通過使用GPS速度和車輛偏航 角速度計算車輛重心處的縱向和橫向速度；根據車輛重心處的縱向和 橫向速度和相對於車輛重心的車輪分布計算各車輪的縱向和橫向速 度；並且使用各車輪的縱向和橫向速度和轉向角來計算各輪轉速。車 輛縱向速度可以通過對縱向加速度進行積分或根據各輪轉速來估計。
本發明在某些零件和零件的布置中採用物理形式，其優選實施將
被詳細描述並且在之後所合併的附圖中圖示，其中 圖l是經歷轉彎操縱的車輛的示意圖； 圖2是與GPS通信的圖1的車輛的方框圖3是圖示用於確定車輪滾動半徑、縱向加速度計的偏置和靈敏度
誤差、和縱向車輛速度的方法的流程圖4是圖示用於確定車輪滾動半徑的方法的流程圖； 圖5是圖示用於確定縱向加速度計的偏置和靈敏度誤差的過程的
流程圖6是具有因懸掛和道路坡度引起的俯仰角(pitch)的車輛的示 意圖7是圖示用於估計縱向加速度計的偏置和靈敏度誤差的過程的 流程圖8是圖示用於基於輪轉速來估計縱向車輛速度的過程的流程圖； 圖9是圖示用於基於縱向加速度的積分來估計縱向車輛速度的過 程的流程圖；和
圖10是圖示用於確定縱向車輛速度的過程的流程圖。
具體實施例方式
參考圖l，圖示了經歷轉彎操縱的車輛12。在重心處的縱向和橫向 速度被分別表示為、和、。偏航角速度表示為r並且前轉向角被表示為 ~。車輛重心和前軸之間的距離是a，並且車輛重心和後軸之間的距離 是b。 Tf和L是前後軸的軌道寬度。並且v^、 、,、 v^和v^表示四個車 輪(分別為左前、右前、左後、和右後)處的縱向速度。類似地， Vy/" v,和 表示四個車輪，左前輪22、右前輪24、左後輪26、和右 後輪28處的橫向速度。
圖2—般地示出了車輛12中與全球定位系統(GPS) 200通信的車輛 動力控制系統14。多個傳感器或系統16被提供以將來自多個車輛系統 的信號傳送到控制器20。車輛動力控制系統14包括用於從多個傳感器 或系統接收信息或信號的控制器20，所述信息或信號可包括防抱死制動系統(ABS)狀態16a、牽引控制系統(TCS)狀態16b、包括GPS速度 的GPS數據16c、偏航角速度16d、(在每個車輪處的)車輛速度16e、 橫向加速度16f、轉向角(方向盤位置)16f、來自縱向加速度計18的 縱向加速度16g、俯仰角速度16h、和轉向角位置16i。轉向的車輪的轉 向角位置16i、橫向加速度、縱向加速度、偏航角速度、滾動方位、和 速度也可以通過使用全球定位系統(GPS)而獲得。基於信號16a-i， 控制器20控制車輛動力系統14並可以存儲信號16a-i。取決於所期望靈 敏度、控制系統的類型和各種其它因素，不是所有列舉的信號都可以 在商業應用中使用。在本發明的實施例中，用於通過使用GPS來校正縱向加速度計和確 定縱向車輛速度的方法30在圖3中示出。初始地，確定車輪22-28的滾 動半徑(32)。確定縱向加速度計的偏置和靈敏度誤差(34)。 一旦 確定縱向加速度計的偏置和靈敏度誤差(34)，使用輪轉速(36)和 縱向加速度計(38)來估計(38)和確定(40)車輛12的縱向速度。圖4是是示出如圖3概括敘述的用於確定車輪22-28的滾動半徑的方法(32)的詳細流程圖。初始地，從傳感器獲得GPS速度、防抱死制動系統(ABS)和牽引控制系統(TCS)狀態(即，活動/非活動)、縱向加速度和輪轉速(48)。 一旦從傳感器獲得信息，則確定新的GPS數據是否可用(50)。因為感測的GPS速度不總是可用，則只有當GPS速度可用並且當ABS或TCS都不是活動時確定和更新滾動半徑，因為車輪處過多的縱向滑動會激活ABS和TCS系統。如果GPS速度不可用(52)或者如果ABS或TCS是活動的(62)，不更新滾動半徑。如果GPS速度可用(54)且如果ABS和TCS不是活動的(60)，檢查(64)隨後在方程式l中示出的條件，以避免車輪處存在過多滑動的情況。(i)其中ax是車輛的縱向加速度並且ax,th是用於縱向加速度的取決於車輛的 閣值。如果a,的絕對值小於ax,th (68)，則使用GPS速度計算所有車輪處 的縱向速度。初始地通過考慮GPS天線位置和偏航角速度從GPS速度計 算(56)在重心處的縱向和橫向速度。 一旦計算(56)在重心處的縱 向和橫向速度，使用方程式(2 )從重心處的縱向和橫向速度計算(84 )在每個車輪處的縱向和橫向速度
formula see original document page 7
使用方程式3從縱向和橫向速度計算(84)每個車輪處的輪轉速
formula see original document page 7
其中、，、、r v"和v^表示每個相應車輪22-28的速度。 從以下關係中計算(86)車輪的滾動半徑
formula see original document page 7
其中n^、 c 。和；,是每個相應車輪22-28的滾動半徑，並且其中 w^、 w^、 L,和w，是每個相應車輪22-28的轉動速度。
接著使用統計估計或更新方法來更新(88)車輪的滾動半徑，統 計估計或更新方法比如是本領域已知的移動平均法或回歸最小二乘 法，但不限於此。統計估計方法在Arthur Gelb的"Applied Optimal Estimation" ， 1974 ， MIT出版社、麻省理工學院，Cambridge, Massachusetts 02142中公開，其合併在這裡作為參考。
如果條件ax的絕對值不小於ax,th (66)，則確定a,是否為正，即大 於零(69 )。如果ax對於具有非驅動輪(78 )的車輛來說是正的(72 )， 則使用類似於計算(84) ， (86)的計算(80) ， (90)，使用方程 式2、 3和4來更新(82)每個非驅動輪的滾動半徑。如果a,等於或小於 零，則不更新滾動半徑。
圖5描繪了說明如圖3概括所述的用於確定縱向加速度計的偏置和 靈敏度誤差的方法(34)的流程圖。為了確定縱向加速度計18的偏置 和靈敏度誤差，從傳感器或系統16獲得(92)縱向加速度、GPS速度和 偏航角速度。如果橫向速度Vy通過測量或估計而可用，則橫向速度Vy 也可被獲得並用於確定縱向加速度計的偏置和靈敏度誤差。如果Vy可用(94， 96)或者如果滿足(107)方程式(5)中示出的隨後的偏航角 速度條件(102)，則在緩衝器19中存儲(98)信息。如果Vy可用，則 來自傳感器或系統16的橫向速度信息可被存儲(98)。但是，如果Vy 不可用(100)，但是滿足(107)方程式5的偏航角速度條件，則Vy被 設定為零(108 )並被存儲(98 )。如果Vy不可用(100 )並且如果不滿 足方程式5所示的偏航角速度條件(104),則清除緩衝器(106)，並 且不估計且不更新縱向加速度計的偏置和靈敏度誤差。在方程式5中， rth是偏航角速度的取決於車輛的閾值。
H、 (5)
當在緩衝器中存儲了傳感器信息(98)後，確定GPS速度數據是否 可用(112)。僅當GPS速度數據可用(116)時，如圖7中更詳細所示 的那樣估計縱向加速度計的偏置和靈敏度誤差(118)。
現在參考圖7，該示了如圖5中所述那樣估計縱向加速度計的 偏置和靈敏度誤差的過程(118)，偏置和靈敏度誤差的估計基於隨後 方程式6中所示的運動學關係
^ "廣rVy (6)
其中ax表示沿著車輛的縱軸的車輛加速度(即車輛的縱向加速度)。
對於縱向加速度計18,沿著加速度計的縱軸的車輛加速度ax,s^。r
可以如方程式7中所示的來建模
、聰，=^ cos A + g sin(《+《)
- )cos《+gsin(《十《)
其中ev和er分別表示如圖6所示的因車輛懸掛和道路坡度引起的俯 仰角。
此外，使用方程式8-9來確定靈敏度和偏置對加速度測量的影響
fl,,m=J<u"w+6ox (8)
其中a^是針對傳感器靈敏度和偏移而調整的所測量的縱向加速
度，其中Sax和Kx分別是縱向加速度計的靈敏度和偏置。
方程式7被代入方程式8，接著，由於er和9v都是小的角度，因此方
程式7和8變為方程式9:
。,"=、、_* + 、g《+ (9) 因為GPS系統提供水平和垂直的車輛速度，所以如方程式10那樣估
計道路坡度A (124):《=^^ (10) 其中Vv,eps和VH,eps是基於GPS值的水平和垂直的車輛速度。
使用下面的方程式ii來估計如圖6所示由車輛懸掛引起的俯仰角ev
(126):
《-一sin《) (U) 其中ke是車輛的縱向穩定性。
將方程式6代入到方程式11,方程式11變為方程式12:
《+^r) (12)
將方程式12代入到方程式9，測量的縱向加速度a^可以被建模為方 程式13:
其中^是縱向加速度計的加速度，並且Su,s是縱向加速度計的有效
靈敏度，其包括由於重力引起的俯仰角對加速度計的影響並且在方程
式14中定義
, 二
(14)
、"
因為測量或估計除了縱向加速度計的靈敏度和偏置Sax,。和bax之外
的方程式13中的每一項，因此可以通過使用諸如最小二乘法的估計方
法來估計(130) Sa^和bax，估計方法使用存儲在緩衝器19中的信息。
為了估計Su,。和bu,在方程式15中定義Ux,d山a (t):
(5)
其中在方程式16中定義u^(t):
"，W = ^ W + ￡ (- + g ，' (16)
該問題隨後在以下圖17中所示的矩陣形式中用公式表示formula see original document page 10(17)
方程式17可以被重寫為方程式18:
其中，
formula see original document page 10
(19)
從方程式18，使用方程式20中所示的最小二乘法來估計Sw,。和ba,:
、t(《WJ-，//、w (20)
圖8描繪了如圖3中概括敘述的使用輪轉速來估計車輛縱向速度的 過程(36)的流程圖。從傳感器或系統16中獲得(132)制動和TCS狀 態、縱向加速度、和輪轉速。
初始地使用方程式2-4從關聯的四個輪轉速計算(134)車輛12的 四個縱向速度，並且更新滾動半徑(82)或(88)。確定(136)制動 是否開啟。當車輛正在制動時，四個速度的最大值表示車輛的縱向速 度(160)。當車輛12沒有制動(138)時，確定ax是否超過閾值ax,th， 或者TCS是否開啟(142)。如果ax超過闊值ax,uo如方程式(1)中所 描述的，或者如果TCS開啟(146),則確定是否存在非驅動輪(148)。 來自非驅動輪的速度的平均值被計算並表示具有非驅動輪的車輛的縱 向速度。對於不具有非驅動輪的車輛(162),四個驅動輪速度中的最 小值被計算(158)以表示車輛的縱向車輛速度。如果不滿足條件a,ax,th 或TCS開啟，則來自全部四個輪轉速的速度的平均值被計算(154)並 表示車輛的縱向速度。
如參考圖4所述，使用滾動半徑來計算輪轉速，根據(82)或(86) 來更新滾動半徑。
圖9描述了如圖3中概括敘述的使用縱向加速度計18來估計車輛縱 向速度的過程(38)的流程圖。從傳感器或系統16獲得(164) GPS速 度和縱向加速度。確定GPS速度數據是否可用(166)。如果GPS速度可 用，則如圖5和7中所示那樣估計(118)和更新縱向加速度計的偏置和 靈敏度。如果GPS速度數據不可用(168)或者如果縱向加速度計的偏置和靈敏度被更新(118)，則通過使用本領域中已知的積分方法來積 分縱向加速度測量以估計車輛的縱向速度172。積分方法的估計包括例 如Gene F. Franklin, J. David Poweel和Michael Workman的"Digital Control of Dynamic System" ， 1998， Addison Wesley Longman, Inc., 2725 Sand Hill Road, Menlo Park, CA 94025中公開的方法，其合併 在此作為參考。
圖10描述了基於從傳感器或系統16獲得的信息192來確定車輛的 縱向速度(190)的流程圖。通過差分輪轉速來計算車輛的縱向加速度 ax,ws。車輛的縱向加速度與從加速度計測量的縱向加速度a屮進行比較 (194)。當方程式21所示的條件滿足(196)時，如圖8所示的來自輪 轉速的縱向速度估計(36)被使用。
h,m-""w卜 rt (21)
其中ax,M是使用輪轉速估計的車輛的縱向加速度，並且Aax, th是取決 於車輛的閾值。當圖21所示的條件不滿足(148)時，如圖9所示的來 自縱向加速度計(38)的縱向速度估計被使用。
已經具體參考示例實施例及其修改來描述本發明。其他人在閱讀 和理解了說明書後可得出其它修改和替換。預期的是包括迄今所有這 些修改和替換，只要它們在本發明的範圍內。
權利要求
1.用於確定裝備有縱向加速度計和全球定位系統(GPS)的車輛的縱向加速度的方法，包括測量來自縱向加速度計的信號；使用由GPS提供的車輛縱向速度的測量、車輛橫向速度的測量和車輛偏航角速度的測量來確定縱向加速度計的靈敏度和偏置；和通過向從縱向加速度計測量的信號應用所述靈敏度和偏置，來確定車輛的縱向加速度。
2. 如權利要求l所示的方法，還包括使用GPS速度和車輛偏航角速度來計算車輛重心(CG)處的縱向和 橫向速度；根據車輛重心處的縱向和橫向速度和相對於車輛重心的車輪分布來計算各車輪的縱向和橫向速度；和使用各車輪的縱向和橫向速度和轉向角來計算各輪轉速。
3. 如權利要求2所示的方法，還包括 使用各車輪轉動速度和各輪轉速來計算各車輪滾動半徑。
4. 如權利要求1所示的方法，還包括 通過對縱向加速度積分來確定估計的車輛縱向速度。
5. 如權利要求2所示的方法，還包括從各輪轉速確定估計的車輛縱向速度。
6. 如權利要求5所示的方法，還包括從各輪轉速中的最大一個、各輪轉速的最小一個、和與各車輪中 的非驅動輪對應的各輪轉速的平均值中的其中之一來選擇性地確定估 計的車輛縱向速度。
7. 如權利要求2所示的方法，還包括通過對縱向加速度積分來確定第一估計的車輛縱向速度；根據各輪轉速來確定第二估計的車輛縱向速度；和 將車輛縱向速度確定為第一和第二估計的車輛縱向速度中的其中一個。
8. 在具有縱向加速度計、全球定位系統(GPS)和多個車輪的車 輛中使用車輛動力控制系統的方法，包括接收來自縱向加速度計的縱向加速度數據；接收來自GPS的GPS速度數據；和在確定對縱向加速度的校正中和在確定車輛速度中使用GPS速度 數據；
9. 如權利要求8所述的方法，還包括如果ABS和TCS都不是活動的並且如果車輛的縱向加速度的絕對值 小於縱向加速度的取決於車輛的閾值，則使用GPS速度數據計算在全部 多個車輪處的縱向速度；和如果ABS和TCS都不是活動的並且如果車輛的縱向加速度是正的且 不小於縱向加速度的車輛閾值，則使用GPS速度數據僅計算在多個車輪 中的非驅動輪處的縱向速度。
10. 如權利要求9所述的方法，其中計算縱向速度包括 使用GPS速度數據計算在車輛重心處的車輛的縱向和橫向速度；和 使用計算的在車輛重心處的車輛的縱向和橫向速度來計算車輪處的縱向和橫向速度。
11. 權利要求10的方法，還包括使用所計算的車輪處的縱向和橫向速度來計算車輪的輪轉速。
12. 權利要求l的方法，還包括使用所計算的車輪的輪轉速和旋轉速度來計算車輪的滾動半徑。
13. 權利要求8的方法，還包括確定都與縱向加速度計關聯的偏置和靈敏度誤差。
14. 權利要求13的方法，還包括從多個關聯的傳感器獲得包括縱向加速度、GPS速度、和偏航角速 度的數據；如果GPS速度的橫向速度可用，則在緩衝器中存儲獲得的數據；和 如果GPS速度的橫向速度可用並且如果一旦在緩衝器中存儲獲得的數據，使新的GPS速度數據可用，則估計縱向加速度計的偏置和靈敏度誤差。
全文摘要
GPS輔助的車輛縱向速度確定。車輛包括GPS系統和縱向加速度計。基於GPS速度數據導出加速度計校正。基於GPS速度數據確定各輪轉速。基於加速度計數據和各輪轉速來確定縱向車輛速度。
文檔編號B60W40/10GK101320047SQ20081010827
公開日2008年12月10日 申請日期2008年6月5日 優先權日2007年6月5日
發明者C·-F·陳, 柳志翰 申請人:通用汽車環球科技運作公司