[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

CN110562263A - 一种基于多模型融合的轮毂电机驱动车辆车速估计方法 - Google Patents

一种基于多模型融合的轮毂电机驱动车辆车速估计方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110562263A
CN110562263A CN201910885710.XA CN201910885710A CN110562263A CN 110562263 A CN110562263 A CN 110562263A CN 201910885710 A CN201910885710 A CN 201910885710A CN 110562263 A CN110562263 A CN 110562263A
Authority
CN
China
Prior art keywords
vehicle speed
vehicle
value
estimation
time
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910885710.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN110562263B (zh
Inventor
马晓军
张征
陈路明
刘春光
魏曙光
廖自力
袁东
张运银
王科淯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Academy of Armored Forces of PLA
Original Assignee
Academy of Armored Forces of PLA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Academy of Armored Forces of PLA filed Critical Academy of Armored Forces of PLA
Priority to CN201910885710.XA priority Critical patent/CN110562263B/zh
Publication of CN110562263A publication Critical patent/CN110562263A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110562263B publication Critical patent/CN110562263B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60WCONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W40/00Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models
    • B60W40/10Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models related to vehicle motion
    • B60W40/105Speed
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60WCONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W50/00Details of control systems for road vehicle drive control not related to the control of a particular sub-unit, e.g. process diagnostic or vehicle driver interfaces
    • B60W2050/0001Details of the control system
    • B60W2050/0043Signal treatments, identification of variables or parameters, parameter estimation or state estimation
    • B60W2050/0052Filtering, filters
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60WCONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2520/00Input parameters relating to overall vehicle dynamics
    • B60W2520/10Longitudinal speed
    • B60W2520/105Longitudinal acceleration
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60WCONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2520/00Input parameters relating to overall vehicle dynamics
    • B60W2520/12Lateral speed
    • B60W2520/125Lateral acceleration
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60WCONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2520/00Input parameters relating to overall vehicle dynamics
    • B60W2520/28Wheel speed

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Driving Devices And Active Controlling Of Vehicle (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)

Abstract

一种基于多模型融合的轮毂电机驱动车辆车速估计方法,包括:采集车载传感器信号,对原始采集信号作滤波处理,建立车速卡尔曼估计滤波器,结合车辆行驶状态信息,对噪声方差进行自适应调节,利用指数衰减记忆因子,修正状态向量估计误差,得出基于自适应指数加权衰减记忆卡尔曼滤波的车速估计值;设计车身加速度积分车速估计器;并且结合车辆行驶工况,基于总均方误差最小的原则,将基于自适应指数加权衰减记忆卡尔曼滤波的车速估计值和车身加速度积分车速估计器两种车速估计模型进行加权融合。本发明目的在于提供一种实时性好、精度高、适用性强的基于多模型融合的轮毂电机驱动车辆车速估计方法。

Description

一种基于多模型融合的轮毂电机驱动车辆车速估计方法
技术领域
本发明涉及一种车辆车速估计方法,具体涉及一种基于多模型融合的轮毂电机驱动车辆车速估计方法。
背景技术
车速是车辆操纵稳定性控制研究的一个必须参考的状态参数,车速信息的获取精度能够影响动力学控制的效果。对于牵引力控制系统(Traction Control System,TCS)、电子稳定系统(Electronic Stability Control,DSC)、直接横摆力矩控制(Direct Yaw-Moment Control,DYC)、制动防抱死系统(Anti-lock Braking System,ABS)等常用的主动安全系统,需要获取精确可靠的车速信息作为控制输入,根据驱动、制动、转向等工况,对纵/横向力及横摆力矩进行及时调整,提高车辆操纵稳定性和行驶安全性。
然而,在实际应用中,真实车速一般很难实时、准确地获取,车辆速度仪表盘显示的行驶速度是各轮平均轮速信息,显示结果与车辆真实速度存在较大偏差。目前大多数车辆的车速信息是通过普通车载传感器信号计算处理得到的,对于非全轮驱动车辆,一般情况下可以将非驱动轮轮速传感器信号进行还原来估计车速,但是这种方法并不适用于没有非驱动轮的轮毂电机驱动车辆。
针对轮毂电机驱动车辆,尚未存在非常直接有效的车速测量方法,一般都是采用动力学或运动学方法进行车速估计。有学者应用非线性状态观测器估计纵向车速,这类算法一般需要构建非线性车辆模型和动态轮胎模型,完成非线性迭代计算,计算量较大并且实时性难以保证。有学者提出了基于车身纵向加速度积分的车速估计方法,但这种方法因为长时间积分容易引起信号噪声误差持续累加等问题,严重影响估计精度。另外,还有一些研究者采用卡尔曼滤波、粒子滤波等算法对纵向车速进行估计,滤波算法比较依赖于车轮轮速等信号,因此这种方法在车辆稳态行驶时具有较好的估计效果,一旦路面条件较差,或车轮处于大滑转或者抱死情况下,滤波算法车速估计可能会出现较大误差。再者,传统卡尔曼滤波算法属于无限增长记忆滤波,在进行某时刻的最优估计时,要用到该时刻之前的所有数据,滤波值中旧数据比重多大,而新时刻数据比重相对较小,当系统存在模型误差和无知时变噪声时,新的观测数据对状态估计的修正作用过小,不能有效抑制误差对状态估计值的影响,从而造成误差累积,继而导致滤波误差过大甚至发散,所以采用传统卡尔曼滤波算法进行车速估计可靠性不足。
发明内容
本发明为了解决上述问题,提出一种实时性好、精度高、适用性强的基于多模型融合的轮毂电机驱动车辆车速估计方法。
本发明一种基于多模型融合的轮毂电机驱动车辆车速估计方法,包括以下步骤:
1、一种基于多模型融合的轮毂电机驱动车辆车速估计方法,其特征在于包括以下步骤:
1)信号采集
通过普通车载传感器采集各个车轮的轮速信号,横摆角速度信号纵向加速度信号横向加速度信号并根据轮速信号计算轮边速度;
2)原始信号滤波处理
采用卡尔曼滤波方式对上述信号滤波后得到滤波后的轮边速度、横摆角速度信号γ、纵向加速度信号ax、纵向加速度信号ay
3)构建车速卡尔曼估计滤波器
利用卡尔曼滤波算法,构建纵向车速估计状态空间模型和量测模型:
其中,下标k-i,k-i-1(i=0,1,…,n)均为采样时刻,Xk-i和Xk-i-1分别为第k-i和第k-i-1时刻的状态向量,A为状态转移矩阵,Wk-i表示过程噪声向量,yk-i为轮边速度测量值,Hk-i表示量测矩阵,Vk-i为量测噪声;
其中,状态向量为:
上式中,分别表示k-i时刻参考车速和纵向加速度;
状态转移矩阵为:
上式,Δt表示采样间隔;
车轮轮速的量测矩阵为:
Hk-i=[1 0]
系统过程噪声向量为:
表达式中,表示车速的过程噪声,表示k-i时刻的横向车速,wk-i表示纵向加速度的过程噪声;
4)对滤波器系数自适应调节
假设的车速卡尔曼估计滤波器的过程噪声均值等于零并且服从高斯分布,过程噪声协方差矩阵可表示为:
上式中,表示的方差,为wk-i的方差;
车速卡尔曼估计滤波器的量测噪声Vk-i并非零均值随机信号,所以将其进行变换处理,设Vk-i的均值E(Vk-i)=uv,令则纵向车速估计状态空间变化为:
上式中,表示经过变化后的零均值并且服从高斯分布的系统量测噪声;
采用自适应调节法根据前一阶段量测值波动情况和前一阶段估计误差,实时调整uv及Rk-i的取值;
分别对yk-i作线性回归处理,得到yk-i线性拟合式及其残差平方和均值d,和线性拟合式:
Rk-i=d,设各参数初始时刻的取值为:
式中,表示状态向量初值,u0轮速初值,P0表示状态向量方差初值,Q0表示过程噪声向量协方差阵初值,表示加速度过程噪声方差初值,R0表示量测噪声等效协方差初值;
5)使用递推法得到状态向量估计值
取定数据量s,当采样时刻k>s+1时,计算轮速测量值yk-i的残差平方、均值d和速度变化量Δv,并将量测噪声Vk-i的均值uv和其等效协方差Rk-i实时更新;当采样时刻k≤s+1时,各参数取初始值u0,P0,Q0和R0
k-i-1到k-i时刻的预测误差方差可表示为:
Pk-i,k-i-1=APk-i-1AT+Qk-i-1
式中,为状态向量方差, 表示预测误差方差;
设滤波增益
k-i时刻状态向量方差为:
Pk-i=(I-Kk-iHk-i)Pk-i,k-i-1
k-i时刻状态向量的估计值为:
其中, 为递推出来的车速估计值,为递推出来的纵向加速度估计值;
6)利用指数衰减记忆因子,修正状态向量估计值的误差,得出基于自适应指数加权衰减卡尔曼滤波的车速估计值;
取k-i=N,则第N时刻滤波增益为:
为克服滤波带来的数据发散问题,降低旧时刻量测值的作用,减少N时刻以前的Kk-i值权重;提高新时刻量测值的修正作用,突出N时刻的KN值;基于指数加权的方法,引入衰减因子ci(i=1,2,3….)为一正整数,将P0;R1,…,RN-1,RN;Q1,…,QN-1,QN进行加权处理得到:
分别用QN代替N时刻前P0;R1,…,RN-1,RN;Q1,…,QN-1,QN重新进行推导;
经指数加权处理后,k-i-1到k-i时刻的预测误差方差表达式变为:
k-i时刻滤波增益表达式变为:
k-i时刻状态向量方差变为:
P′k-i=[I-K′k-iHk-i]P′k-i,k-i-1
k-i时刻状态向量的估计值:
其中, 为基于自适应指数加权衰减卡尔曼滤波的车速估计值,为基于自适应指数加权衰减卡尔曼滤波的纵向加速度估计值;
7)设计车身加速度积分车速估计器;
vx=v0+∫axdt
式中,v0为初始纵向车速;
8)行驶工况判断
根据路面附着条件和加速/制动踏板开度对车辆行驶工况进行划分;
9)将两种车速估计模型进行融合,得到实时的车速估计值
在某车辆行驶工况下,采用基于多模型融合的轮毂电机驱动车辆车速估计值Vx为:
其中,表示采用基于自适应指数加权衰减卡尔曼滤波得到的该行驶工况下车速估计值,表示采用车身加速度积分算法计算得到的该行驶工况下车速估计值,z1和z2为预先设置的该车辆行驶工况下的加权因子。
本发明一种基于多模型融合的轮毂电机驱动车辆车速估计方法,采集车载传感器信号,采用卡尔曼滤波算法,建立车速估计的状态空间模型和量测模型;采用线性回归处理,结合车辆行驶状态信息,对噪声方差进行自适应调节,提高了车速估计的准确性;利用指数衰减记忆因子,修正状态向量估计误差,解决了传统卡尔曼滤波算法由于模型不准确造成的滤波误差过大,甚至发散的问题,得出基于自适应指数加权衰减记忆卡尔曼滤波的车速估计值;设计车身加速度积分车速估计器;并且结合车辆行驶工况,基于总均方误差最小的原则,将基于自适应指数加权衰减记忆车速卡尔曼估计滤波器和车身加速度积分车速估计器两种车速估计模型进行数据融合,得到最终车速估计值。本发明由于采取以上技术方案,提高了车速估计精度,实时性好,并且可以全面自适应各种行驶工况。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
附图说明
图1是本发明的一种实施例的基于多模型融合的轮毂电机驱动车辆车速估计方法原理示意图;
图2是基于自适应指数加权衰减记忆卡尔曼滤波算法中递推法计算的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的技术方案和有点更加清楚,下面结合附图,对本发明做进一步详细说明。
以8×8轮毂电机驱动车辆为例,如图1所示,从普通车载传感器,包括轮速传感器、加速度传感器、横摆角速度传感器,采集到车轮轮速信号横摆角速度信号横向加速度信号和纵向加速度信号后,计算出各个车轮轮边速度信号并将进行滤波处理,减少原始信号的毛刺和误差。然后,将滤波后的信号γ、ax、ay输入车速卡尔曼估计滤波器,对过程噪声方差Q及量测噪声方差R进行自适应调整,利用指数衰减记忆因子,修正状态向量估计误差,得出基于自适应指数加权衰减记忆卡尔曼滤波的车速估计值。同时,将滤波后的加速度信号ax作为基于车身加速度积分车速估计器的输入,计算出基于车身加速度积分算法的车速估计值。然后通过路面附着系数μ和踏板开度ρ(|ρ|∈[0,1])判断车辆行驶工况,根据车轮行驶工况将两个车速估计模型的车速估计结果进行加权融合,得到最终的车速估计值。
具体步骤如下:
1)信号采集
通过普通车载传感器采集车轮轮速信号横摆角速度信号纵向加速度信号横向加速度信号计算轮边速度
2)原始信号滤波处理
采用卡尔曼滤波方式对上述信号滤波后得到轮边速度横摆角速度信号γ、纵向加速度信号ax,横向加速度信号ay
3)构建车速卡尔曼估计滤波器
利用卡尔曼滤波算法,构建纵向车速估计状态空间模型和量测模型:
其中,下标k-i,k-i-1(i=0,1,…,n)均为采样时刻,Xk-i和Xk-i-1分别为第k-i和第k-i-1时刻的状态向量,A为状态转移矩阵,Wk-i表示过程噪声向量,yk-i为轮边速度测量值,Hk-i表示量测矩阵,Vk-i为量测噪声;
其中,状态向量为:
上式中,分别表示k-i时刻参考车速和纵向加速度。
状态转移矩阵为:
上式,Δt表示采样间隔;
车轮轮速的量测矩阵为:
Hk-i=[1 0]
系统过程噪声向量为:
表达式中,表示车速的过程噪声,表示k-i时刻的横向车速,wk-i表示纵向加速度的过程噪声;
4)对滤波器系数自适应调节
结合车辆行驶状态信息,采用线性回归处理,对噪声方差进行自适应调节。
假设的车速卡尔曼估计滤波器的过程噪声均值等于零并且服从高斯分布,过程噪声协方差矩阵可表示为:
上式中,表示的方差,为wk-i的方差,其中车速过程噪声方差与γ呈二次函数关系,可表示为k与车辆横向加速度相关,由加速度传感器确定;加速度过程噪声方差通常根据实车实验数据直接取定值;
车速卡尔曼估计滤波器的量测噪声主要产生原因是车轮轮速与车速的差异,它受路面条件影响较大。车速卡尔曼估计滤波器的量测噪声Vk-i并非零均值随机信号,所以将其进行变换处理,设Vk-i的均值E(Vk-i)=uv,令 则纵向车速估计状态空间变化为:
上式中,表示经过变化后的零均值并且服从高斯分布的系统量测噪声;
鉴于在多种车轮行驶工况下的统计特性难以得到,采用自适应调节法根据前一阶段量测值波动情况和前一阶段估计误差,实时调整uv及Rk-i的取值,具体调节方法如下:
分别对yk-i作线性回归处理,得到yk-i线性拟合式及其残差平方和均值d,和线性拟合式:
Rk-i=d,设各参数初始时刻的取值为:
式中,表示状态向量初值,u0轮速初值,P0表示状态向量方差初值,Q0表示过程噪声向量协方差阵初值,表示加速度过程噪声方差初值,R0表示量测噪声等效协方差初值;
5)使用递推法得到状态向量估计值
参见图2,取定数据量s,当采样时刻k>s+1时,计算轮速测量值yk-i的残差平方、均值d和速度变化量Δv,并将量测噪声Vk-i的均值uv和其等效协方差Rk-i实时更新;当采样时刻k≤s+1时,各参数取初始值u0,P0,Q0和R0
车速卡尔曼估计滤波器k-i-1到k-i时刻的预测误差方差可表示为:
Pk-i,k-i-1=APk-i-1AT+Qk-i-1
式中,为状态向量方差, 表示预测误差方差;
设滤波增益
k-i时刻状态向量方差为:
Pk-i=(I-Kk-iHk-i)Pk-i,k-i-1
状态向量的估计值为:
其中, 为递推出来的车速估计值,为递推出来的纵向加速度估计值。
6)利用指数衰减记忆因子,修正状态向量估计值的误差,得出基于自适应指数加权衰减卡尔曼滤波的车速估计值;
取k-i=N,则第N时刻滤波增益为:
为克服滤波带来的数据发散问题,降低旧时刻量测值的作用,减少N时刻以前的Kk-i值权重;提高新时刻量测值的修正作用,突出N时刻的KN值;基于指数加权的方法,引入衰减因子ci(i=1,2,3….)为一正整数,将P0;R1,…,RN-1,RN;Q1,…,QN-1,QN进行加权处理得到:
分别用QN代替N时刻前P0;R1,…,RN-1,RN;Q1,…,QN-1,QN重新进行推导;
经指数加权处理后,k-i-1到k-i时刻的预测误差方差表达式变为:
k-i时刻滤波增益表达式变为:
k-i时刻状态向量方差变为:
P′k-i=[I-K′k-iHk-i]P′k-i,k-i-1
k-i时刻状态向量的估计值:
其中, 为基于自适应指数加权衰减卡尔曼滤波的车速估计值,为基于自适应指数加权衰减卡尔曼滤波的纵向加速度估计值;
7)设计车身加速度积分车速估计器
当车辆在低附着路面行驶或车速较高时,车轮容易打滑,此时车轮速度与车速的关联性减小,应用基于自适应的车速卡尔曼估计滤波器计算出的估计车速的精度将难以保证。这种情况下需要结合车身加速度积分方法进行车速估计,车速与车身纵向加速度之间关系可以近似表示为:
vx=v0+∫axdt
式中,v0为初始纵向车速,ax为车身纵向加速度。
8)行驶工况判断
根据路面附着条件和加速/制动踏板开度对车辆行驶工况进行划分。设路面附着系数为μ、加速/制动踏板开度为ρ,设Apq(p=1,2,3且q=1,2,3)代表车辆行驶工况,具体判断方法如表1所示:
表1行驶工况判断
9)将两种车速估计模型进行融合,得到实时的车速估计值
对轮毂电机驱动车辆进行车速估计时,由于基于自适应指数加权衰减记忆的车速卡尔曼估计滤波器和加速度积分两种算法在各类行驶工况下的估计效果不同,仅采用单一车速估计模型难以满足车辆全工况的状态参数估计需求,因此将两种估计模型进行融合,通过最小方差加权平均法得到车速估计值。
以车辆行驶工况A11为例,采用基于多模型融合的轮毂电机驱动车辆车速估计值Vx为:
其中,表示采用基于自适应指数加权衰减记忆的车速卡尔曼估计滤波器计算得到的该行驶工况下车速估计值,表示采用车身加速度积分算法计算得到的该行驶工况下车速估计值,z1和z2为预先设置的该车辆行驶工况下的加权因子。
加权因子z1和z2的计算方法为:
各取m组该车辆行驶工况下的基于自适应指数加权衰减记忆的车速卡尔曼估计滤波器和车身纵向加速度积分器的车速估计值,分别记为X1=[x11,…,x1m]和X2=[x21,…,x2m],x11,…,x1m间相互独立,其方差记为σ11,…,σ1m;x21,…,x2m间也相互独立,其方差记为σ21,…,σ2m,设置加权因子矩阵为Z=[z1,z2],其中z1+z2=1,z1和z2分别表示基于自适应指数加权衰减记忆的车速卡尔曼估计滤波器和车身纵向加速度积分器在多模型融合车速估计中所占权重值。
设两种车速估计模型的均方误差分别为σ1、σ2,其中 则总均方误差为:
基于多元函数求极值理论,依据车速估计总均方误差σ最小的原则,得到对应权值:
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变型,这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于多模型融合的轮毂电机驱动车辆车速估计方法,其特征在于包括以下步骤:
1)信号采集
通过普通车载传感器采集各个车轮的轮速信号,横摆角速度信号纵向加速度信号横向加速度信号并根据轮速信号计算轮边速度;
2)原始信号滤波处理
采用卡尔曼滤波方式对上述信号滤波后得到滤波后的轮边速度、横摆角速度信号γ、纵向加速度信号ax、纵向加速度信号ay
3)构建车速卡尔曼估计滤波器
利用卡尔曼滤波算法,构建纵向车速估计状态空间模型和量测模型:
其中,下标k-i,k-i-1(i=0,1,…,n)均为采样时刻,Xk-i和Xk-i-1分别为第k-i和第k-i-1时刻的状态向量,A为状态转移矩阵,Wk-i表示过程噪声向量,yk-i为轮边速度测量值,Hk-i表示量测矩阵,Vk-i为量测噪声;
其中,状态向量为:
上式中,分别表示k-i时刻参考车速和纵向加速度;
状态转移矩阵为:
上式,Δt表示采样间隔;
车轮轮速的量测矩阵为:
Hk-i=[1 0]
系统过程噪声向量为:
表达式中,表示车速的过程噪声,表示k-i时刻的横向车速,wk-i表示纵向加速度的过程噪声;
4)对滤波器系数自适应调节
假设的车速卡尔曼估计滤波器的过程噪声均值等于零并且服从高斯分布,过程噪声协方差矩阵可表示为:
上式中,表示的方差,为wk-i的方差;
车速卡尔曼估计滤波器的量测噪声Vk-i并非零均值随机信号,所以将其进行变换处理,设Vk-i的均值E(Vk-i)=uv,令则纵向车速估计状态空间变化为:
上式中,表示经过变化后的零均值并且服从高斯分布的系统量测噪声;
采用自适应调节法根据前一阶段量测值波动情况和前一阶段估计误差,实时调整uv及Rk-i的取值;
分别对yk-i作线性回归处理,得到yk-i线性拟合式及其残差平方和均值d,和线性拟合式:
Rk-i=d,设各参数初始时刻的取值为:
式中,表示状态向量初值,u0轮速初值,P0表示状态向量方差初值,Q0表示过程噪声向量协方差阵初值,表示加速度过程噪声方差初值,R0表示量测噪声等效协方差初值;
5)使用递推法得到状态向量估计值
取定数据量s,当采样时刻k>s+1时,计算轮速测量值yk-i的残差平方、均值d和速度变化量Δv,并将量测噪声Vk-i的均值uv和其等效协方差Rk-i实时更新;当采样时刻k≤s+1时,各参数取初始值u0,P0,Q0和R0
k-i-1到k-i时刻的预测误差方差可表示为:
Pk-i,k-i-1=APk-i-1AT+Qk-i-1
式中,为状态向量方差, 表示预测误差方差;
设滤波增益
k-i时刻状态向量方差为:
Pk-i=(I-Kk-iHk-i)Pk-i,k-i-1
k-i时刻状态向量的估计值为:
其中, 为递推出来的车速估计值,为递推出来的纵向加速度估计值;
6)利用指数衰减记忆因子,修正状态向量估计值的误差,得出基于自适应指数加权衰减卡尔曼滤波的车速估计值;
取k-i=N,则第N时刻滤波增益为:
为克服滤波带来的数据发散问题,降低旧时刻量测值的作用,减少N时刻以前的Kk-i值权重;提高新时刻量测值的修正作用,突出N时刻的KN值;基于指数加权的方法,引入衰减因子为一正整数,将P0;R1,…,RN-1,RN;Q1,…,QN-1,QN进行加权处理得到:
分别用QN代替N时刻前P0;R1,…,RN-1,RN;Q1,…,QN-1,QN重新进行推导;
经指数加权处理后,k-i-1到k-i时刻的预测误差方差表达式变为:
k-i时刻滤波增益表达式变为:
k-i时刻状态向量方差变为:
P′k-i=[I-K′k-iHk-i]P′k-i,k-i-1
k-i时刻状态向量的估计值:
其中, 为基于自适应指数加权衰减卡尔曼滤波的车速估计值,为基于自适应指数加权衰减卡尔曼滤波的纵向加速度估计值;
7)设计车身加速度积分车速估计器;
vx=v0+∫axdt
式中,v0为初始纵向车速;
8)行驶工况判断
根据路面附着条件和加速/制动踏板开度对车辆行驶工况进行划分;
9)将两种车速估计模型进行融合,得到实时的车速估计值
在某车辆行驶工况下,采用基于多模型融合的轮毂电机驱动车辆车速估计值Vx为:
其中,表示采用基于自适应指数加权衰减卡尔曼滤波得到的该行驶工况下车速估计值,表示采用车身加速度积分算法计算得到的该行驶工况下车速估计值,z1和z2为预先设置的该车辆行驶工况下的加权因子。
2.根据权利要求1所述的一种基于多模型融合的轮毂电机驱动车辆车速估计方法,其特征在于步骤9中某车辆行驶工况下加权因子z1和z2的计算方法为:
各取m组该车辆行驶工况下的基于自适应指数加权衰减卡尔曼滤波和车身纵向加速度积分器的车速估计值,分别记为X1=[x11,…,x1m]和X2=[x21,…,x2m],x11,…,x1m间相互独立,其方差记为σ11,…,σ1m;x21,…,x2m间也相互独立,其方差记为σ21,…,σ2m,设置加权因子矩阵为Z=[z1,z2],其中z1+z2=1,z1和z2分别表示基于自适应指数加权衰减卡尔曼滤波和车身纵向加速度积分器在多模型融合车速估计中所占权重值;
设两种车速估计模型的均方误差分别为σ1、σ2,其中 则总均方误差为:
基于多元函数求极值理论,依据车速估计总均方误差σ最小的原则,得到对应权值:
3.根据权利要求2所述的一种基于多模型融合的轮毂电机驱动车辆车速估计方法,其特征在于步骤8中根据路面附着条件和加速/制动踏板开度对车辆行驶工况进行划分,所述划分方法为:设路面附着系数为μ、加速/制动踏板开度为ρ,设Apq代表车辆行驶工况,其中p的取值为1或2或3,q的取值为1或2或3,如表1所示:
表1 行驶工况划分
CN201910885710.XA 2019-09-19 2019-09-19 一种基于多模型融合的轮毂电机驱动车辆车速估计方法 Expired - Fee Related CN110562263B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910885710.XA CN110562263B (zh) 2019-09-19 2019-09-19 一种基于多模型融合的轮毂电机驱动车辆车速估计方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910885710.XA CN110562263B (zh) 2019-09-19 2019-09-19 一种基于多模型融合的轮毂电机驱动车辆车速估计方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110562263A true CN110562263A (zh) 2019-12-13
CN110562263B CN110562263B (zh) 2020-11-10

Family

ID=68781145

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910885710.XA Expired - Fee Related CN110562263B (zh) 2019-09-19 2019-09-19 一种基于多模型融合的轮毂电机驱动车辆车速估计方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110562263B (zh)

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111086520A (zh) * 2020-01-17 2020-05-01 北京理工大学 一种适用于四轮驱动车辆多轮高滑移率时的速度估计算法
CN111231978A (zh) * 2020-02-25 2020-06-05 东南大学 一种用于四轮独立驱动电动汽车纵横向速度级联估计方法
CN111703429A (zh) * 2020-05-29 2020-09-25 北京理工大学重庆创新中心 一种轮毂电机驱动车辆纵向速度估算方法
CN111832181A (zh) * 2020-07-18 2020-10-27 西南交通大学 一种基于模糊交互式多模型滤波的机车车速估计方法
CN112182761A (zh) * 2020-09-28 2021-01-05 嘉兴汇智诚电子科技有限公司 一种基于数据驱动的汽车零部件信号估计的方法
CN112950812A (zh) * 2021-02-04 2021-06-11 南京航空航天大学 一种基于长短时记忆神经网络的车辆状态容错估计方法
CN113034904A (zh) * 2021-03-05 2021-06-25 交通运输部公路科学研究所 基于etc数据的交通状态估计方法和装置
CN113108797A (zh) * 2021-04-19 2021-07-13 上海商汤临港智能科技有限公司 车辆定位方法、装置、电子设备以及计算机可读存储介质
CN113771857A (zh) * 2021-09-24 2021-12-10 北京易航远智科技有限公司 一种用于车辆控制的纵向车速估计方法和系统
CN113820516A (zh) * 2021-11-22 2021-12-21 禾多阡陌科技(北京)有限公司 车辆轮速矫正方法、装置、电子设备和计算机可读介质
US11230294B2 (en) 2020-03-19 2022-01-25 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Vehicle speed estimation system
CN114136310A (zh) * 2021-10-29 2022-03-04 北京自动化控制设备研究所 一种惯性导航系统误差自主抑制系统及方法
CN116127406A (zh) * 2022-12-09 2023-05-16 聊城大学 一种基于混合h∞自适应卡尔曼滤波的数据融合方法
CN116842410A (zh) * 2023-09-01 2023-10-03 福建赛鲲鹏网络科技有限公司 一种基于动态感知的智能头盔防盗管理方法以及系统
CN116908832A (zh) * 2023-09-11 2023-10-20 北京城建智控科技股份有限公司 列车速度确定方法及装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101655504A (zh) * 2009-09-09 2010-02-24 中国科学院电工研究所 一种机动车辆自适应巡航系统的车速估计方法
US20180029603A1 (en) * 2016-07-29 2018-02-01 GM Global Technology Operations LLC Corner-Based Longitudinal Speed Estimation
CN106394561B (zh) * 2015-11-10 2018-07-27 北京中科易电信息科技股份有限公司 一种车辆的纵向车速的估计方法和装置
CN109239604A (zh) * 2018-10-24 2019-01-18 江苏理工学院 一种基于状态检测机制的无迹卡尔曼滤波车载电池soc估计方法
CN109515445A (zh) * 2018-11-23 2019-03-26 安徽猎豹汽车有限公司 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

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101655504A (zh) * 2009-09-09 2010-02-24 中国科学院电工研究所 一种机动车辆自适应巡航系统的车速估计方法
CN106394561B (zh) * 2015-11-10 2018-07-27 北京中科易电信息科技股份有限公司 一种车辆的纵向车速的估计方法和装置
US20180029603A1 (en) * 2016-07-29 2018-02-01 GM Global Technology Operations LLC Corner-Based Longitudinal Speed Estimation
CN109239604A (zh) * 2018-10-24 2019-01-18 江苏理工学院 一种基于状态检测机制的无迹卡尔曼滤波车载电池soc估计方法
CN109515445A (zh) * 2018-11-23 2019-03-26 安徽猎豹汽车有限公司 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

Cited By (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111086520A (zh) * 2020-01-17 2020-05-01 北京理工大学 一种适用于四轮驱动车辆多轮高滑移率时的速度估计算法
CN111231978A (zh) * 2020-02-25 2020-06-05 东南大学 一种用于四轮独立驱动电动汽车纵横向速度级联估计方法
US11230294B2 (en) 2020-03-19 2022-01-25 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Vehicle speed estimation system
CN111703429A (zh) * 2020-05-29 2020-09-25 北京理工大学重庆创新中心 一种轮毂电机驱动车辆纵向速度估算方法
CN111703429B (zh) * 2020-05-29 2022-05-10 北京理工大学重庆创新中心 一种轮毂电机驱动车辆纵向速度估算方法
CN111832181A (zh) * 2020-07-18 2020-10-27 西南交通大学 一种基于模糊交互式多模型滤波的机车车速估计方法
CN111832181B (zh) * 2020-07-18 2022-06-10 西南交通大学 一种基于模糊交互式多模型滤波的机车车速估计方法
CN112182761A (zh) * 2020-09-28 2021-01-05 嘉兴汇智诚电子科技有限公司 一种基于数据驱动的汽车零部件信号估计的方法
CN112950812A (zh) * 2021-02-04 2021-06-11 南京航空航天大学 一种基于长短时记忆神经网络的车辆状态容错估计方法
CN112950812B (zh) * 2021-02-04 2022-07-26 南京航空航天大学 一种基于长短时记忆神经网络的车辆状态容错估计方法
CN113034904A (zh) * 2021-03-05 2021-06-25 交通运输部公路科学研究所 基于etc数据的交通状态估计方法和装置
CN113034904B (zh) * 2021-03-05 2022-06-24 交通运输部公路科学研究所 基于etc数据的交通状态估计方法和装置
CN113108797B (zh) * 2021-04-19 2024-04-12 上海商汤临港智能科技有限公司 车辆定位方法、装置、电子设备以及计算机可读存储介质
CN113108797A (zh) * 2021-04-19 2021-07-13 上海商汤临港智能科技有限公司 车辆定位方法、装置、电子设备以及计算机可读存储介质
CN113771857A (zh) * 2021-09-24 2021-12-10 北京易航远智科技有限公司 一种用于车辆控制的纵向车速估计方法和系统
CN114136310A (zh) * 2021-10-29 2022-03-04 北京自动化控制设备研究所 一种惯性导航系统误差自主抑制系统及方法
CN114136310B (zh) * 2021-10-29 2023-10-13 北京自动化控制设备研究所 一种惯性导航系统误差自主抑制系统及方法
CN113820516B (zh) * 2021-11-22 2022-04-22 禾多阡陌科技(北京)有限公司 车辆轮速矫正方法、装置、电子设备和计算机可读介质
CN113820516A (zh) * 2021-11-22 2021-12-21 禾多阡陌科技(北京)有限公司 车辆轮速矫正方法、装置、电子设备和计算机可读介质
CN116127406A (zh) * 2022-12-09 2023-05-16 聊城大学 一种基于混合h∞自适应卡尔曼滤波的数据融合方法
CN116127406B (zh) * 2022-12-09 2023-10-17 聊城大学 一种基于混合h∞自适应卡尔曼滤波的数据融合方法
CN116842410A (zh) * 2023-09-01 2023-10-03 福建赛鲲鹏网络科技有限公司 一种基于动态感知的智能头盔防盗管理方法以及系统
CN116842410B (zh) * 2023-09-01 2023-11-17 福建赛鲲鹏网络科技有限公司 一种基于动态感知的智能头盔防盗管理方法以及系统
CN116908832A (zh) * 2023-09-11 2023-10-20 北京城建智控科技股份有限公司 列车速度确定方法及装置
CN116908832B (zh) * 2023-09-11 2024-01-23 北京城建智控科技股份有限公司 列车速度确定方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN110562263B (zh) 2020-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110562263B (zh) 一种基于多模型融合的轮毂电机驱动车辆车速估计方法
CN108482379B (zh) 轮毂电机驱动车辆路面附着系数及路面坡度同步实时估算系统及方法
CN109910905B (zh) 基于坡度估计修正的分布式驱动汽车多工况车速估计方法
CN101655504B (zh) 一种机动车辆自适应巡航系统的车速估计方法
US6658342B1 (en) Vehicle stability control
CN110001657B (zh) 基于轮胎状态信息的车辆安全控制方法及车辆
CN110095635A (zh) 一种全轮驱动车辆的纵向车速估计方法
CN108819950B (zh) 汽车稳定性控制系统的车速估计方法及系统
CN110987470B (zh) 一种基于模型迭代的汽车质量在线估计方法
CN113002549A (zh) 一种车辆状态估算方法、装置、设备及存储介质
CN111086520A (zh) 一种适用于四轮驱动车辆多轮高滑移率时的速度估计算法
Pi et al. Design and evaluation of sideslip angle observer for vehicle stability control
Tanelli et al. Combined vehicle velocity and tire-road friction estimation via sliding mode observers
CN114572224B (zh) 一种路面最大附着系数的估算方法及终端
CN113771857A (zh) 一种用于车辆控制的纵向车速估计方法和系统
CN113276862B (zh) 车辆行驶状态估计方法
CN111942399A (zh) 一种基于无迹卡尔曼滤波的车速估算方法及系统
CN112270039A (zh) 基于分布式异步融合的线控底盘车辆非线性状态估计方法
JP2010531773A (ja) 自動車の垂直慣性モーメント及びコーナリング剛性を同定する方法
CN114590264A (zh) 一种基于深度集成网络自适应卡尔曼滤波的路面附着系数估计方法
US20040153216A1 (en) Method for estimating a vehicle's velocity
CN112829761A (zh) 车辆侧滑角估计系统和方法
CN113978476B (zh) 一种考虑传感器数据丢失的线控汽车轮胎侧向力估计方法
EP4197821A1 (en) Tire stiffness estimation system and method
CN116749982A (zh) 基于改进的双层卡尔曼滤波的工程车辆路面附着系数状态估计方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20201110

Termination date: 20210919