传感器融合车速估算的系统和方法

传感器融合车速估算的系统和方法
【专利摘要】本发明公开了一种传感器融合车速估算的方法，该方法包括仲裁从来自第一传感器和第二传感器的信息获取的速度信号、估算实际的轮胎半径和预期的轮胎半径之间的比率以及基于在仲裁步骤期间计算的仲裁信号和在估算步骤期间计算的估算比率产生融合车速估算等步骤。
【专利说明】传感器融合车速估算的系统和方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及车辆，并且特别地但不仅仅涉及传感器融合（fusion)车速估算的系 统和方法。

【背景技术】
[0002] 现代的车辆包括设计用于改善车辆运转和安全的许多控制系统。关于车辆的位 置、速度和加速度的精确信息对于运转很多这样的系统可能是有用的。估算车速的方法是 已知的。然而，在该【技术领域】中希望得到进一步改善。


【发明内容】

[0003] 根据本发明的一个示例方面提供一种方法，该方法包括使用融合车速估算来控制 车辆等内容。
[0004] 在上述方法的进一步非限制性实施例中，该方法包括从来自第一和第二传感器的 信息获取的仲裁速度信号、估算实际的轮胎半径和预期的轮胎半径之间的比率以及基于在 仲裁步骤期间计算的仲裁信号和在估算步骤期间计算的估算比率产生融合车速估算。
[0005] 在上述任一方法的进一步非限制性实施例中，第一传感器是与防抱死制动系统关 联的车轮转速传感器而第二传感器是与传动装置控制模块关联的轴转速传感器。
[0006] 在上述任一方法的进一步非限制性实施例中，仲裁步骤包括比较第一传感器的第 一速度信号和第二传感器的第二速度信号以及其中第一速度信号与第二速度信号一致则 使用第一速度信号作为仲裁信号。
[0007] 在上述任一方法的进一步非限制性实施例中，仲裁步骤包括其中第一速度信号与 第二速度信号不一致则使用最接近全球定位系统第三速度信号的速度信号作为仲裁信号。
[0008] 在上述任一方法的进一步非限制性实施例中，该方法包括其中第一速度信号和第 二速度信号之间的差异超过预定义的阈值则将第一速度信号和第二速度信号与全球定位 系统的第三速度信号比较。
[0009] 在上述任一方法的进一步非限制性实施例中，估算步骤包括低通过滤来自全球定 位系统的速度信号和仲裁信号之间的比率。
[0010] 在上述任一方法的进一步非限制性实施例中，产生步骤包括将仲裁信号乘以估算 的比率以计算融合车速估算。
[0011] 在上述任一方法的进一步非限制性实施例中，在仲裁步骤之前，方法将来自第一 传感器和第二传感器的速度信号以及来自全球定位系统的另一个速度信号通信至动力传 动系统控制模块。
[0012] 在上述任一方法的进一步非限制性实施例中，该方法在估算步骤之前识别第一传 感器或第二传感器中的误差。
[0013] 在上述任一方法的进一步非限制性实施例中，该方法确定是否存在指示不执行估 算步骤的约束，该约束包括确定仲裁信号接近零、确定车辆驱动轮没有自由滚动和/或确 定车速较低中的至少一者。
[0014] 根据本发明的另一示例方面提供一种方法，该方法包括基于车轮转速信号和轴转 速信号以及全球定位系统速度信号计算仲裁速度信号、过滤全球定位系统速度信号和仲裁 速度信号之间的比率以及至少基于仲裁速度信号和该比率产生车辆的融合车速度估算等 步骤。使用融合车速估算来控制车辆。
[0015] 在上述方法的进一步非限制性实施例中，车轮转速信号通信自防抱死制动系统而 轴转速信号通信自传动装置控制模块。
[0016] 在上述任一方法的进一步非限制性实施例中，计算步骤包括比较车轮转速信号与 轴转速信号、其中转速信号与轴转速信号一致则使用车轮转速信号作为仲裁速度信号以及 其中车轮转速信号与轴转速信号不一致则使用最接近全球定位系统速度信号的车速信号。
[0017] 在上述任一方法的进一步非限制性实施例中，比率是至少一个车辆驱动轮的实际 轮胎半径和预期轮胎半径之间的比率。
[0018] 在上述任一方法的进一步非限制性实施例中，产生步骤包括将仲裁速度信号乘以 比率来计算融合车速度估算。
[0019] 根据本发明的又一示例方面提供一种车辆速度估算系统，该系统包括配置用于提 供第一速度信号的第一系统、配置用于提供第二速度信号的第二系统、配置用于提供第三 速度信号的第三系统以及与第一、第二和第三系统通信且配置用于基于至少第一、第二和 第三速度信号来计算融合车速度估算的控制单元。
[0020] 在上述系统的进一步非限制性实施例中，第一系统是防抱死制动系统、第二系统 是传动装置控制模块而第三系统是全球定位系统。
[0021] 在上述任一系统的进一步非限制性实施例中，控制单元包括低通滤波器。
[0022] 在上述任一系统的进一步非限制性实施例中，控制单元配置用于仲裁第一速度信 号和第二速度信号。
[0023] 在上述任一系统的进一步非限制性实施例中，控制单元是动力传动系统控制模块 的一部分。
[0024] 根据本发明的一个方面，提供一种方法，包含：基于车轮转速信号、轴转速信号和 全球定位系统速度信号来计算仲裁速度信号；对全球定位系统的速度信号和所述仲裁速度 信号之间的比率进行滤波；基于至少所述仲裁速度信号和所述比率产生车辆的融合车速度 估算；以及使用融合车速估算来控制所述车辆。
[0025] 根据本发明的一个实施例，车轮转速信号通信自防抱死制动系统而轴转速信号通 信自传动装置控制模块。
[0026] 根据本发明的一个实施例，计算步骤包括：比较车轮转速信号与轴转速信号；其 中车轮转速信号与轴转速信号一致则使用车轮转速信号作为仲裁速度信号；以及其中车轮 转速信号与轴转速信号不一致则使用最接近全球定位系统速度信号的速度信号。
[0027] 根据本发明的一个实施例，比率是至少一个车辆驱动轮的实际的轮胎半径和预期 的轮胎半径之间的比率。
[0028] 根据本发明的一个实施例，产生步骤包括：将仲裁速度信号乘以比率来计算融合 车速估算。
[0029] 根据本发明的另一方面，提供一种车速估算系统，包含：配置用于提供第一速度信 号的第一系统；配置用于提供第二速度信号的第二系统；配置用于提供第三速度信号的第 三系统；以及与第一、第二和第三系统通信的且配置用于基于至少第一、第二和第三速度信 号来计算融合车速估算的控制单元。
[0030] 根据本发明的一个实施例，第一系统是防抱死制动系统，第二系统是传动装置控 制模块或动力传动系统控制模块的一部分，而第三系统是全球定位系统。
[0031] 根据本发明的一个实施例，控制单元包括低通滤波器。
[0032] 根据本发明的一个实施例，控制单元配置用于仲裁第一速度信号和第二速度信 号。
[0033] 根据本发明的一个实施例，控制单元是动力传动系统控制模块的一部分。
[0034] 可以单独或组合使用前面的段落、权利要求或后续描述及附图的实施例、示例及 其替换方案（包括多个方面中的任意方面或者各自单独的特征）。对一个实施例关联描述 的特征可以应用到所有实施例除非该特征不兼容。
[0035] 本【技术领域】中的技术人员阅读下面的【具体实施方式】，本发明的多个特征及优点将 变得显而易见。下面简洁地描述【专利附图】

【附图说明】。

【专利附图】

【附图说明】
[0036] 图1示意性地说明车辆的动力传动系统；
[0037] 图2说明示例性的传感器融合车速估算系统；
[0038] 图3说明示例性的传感器融合车速估算方法。

【具体实施方式】
[0039] 本发明涉及传感器融合车速估算系统和方法。根据本发明的车速估算方法依靠内 部传感器仲裁、预期和实际轮胎半径之间的比率估算以及仲裁速度的更新来计算车辆的融 合车速估算。本发明中的系统和方法提供用于估算车速的精确且稳健的方法以及其它特 征。可以使用融合车速估算来控制车辆。
[0040] 图1示意性地说明车辆12的动力传动系统10。本发明范围中的车辆12可以是任 意的标准机动车或电动车，比如混合动力电动车辆（HEV)。在一个实施例中，动力传动系统 10包括具有动力源14 (即用于标准机动车的内燃发动机和/或用于电动车的电动马达）和 传动装置16的驱动系统。驱动系统产生扭矩以驱动车辆12的一组或多组车辆驱动轮18。 例如，可以利用动力源14来驱动传动装置16,从而输出扭矩至用于驱动车辆驱动轮18的轴 19。当然，该视图是高度示意性的并且应理解车辆12可以集成多个其它部件。
[0041] 此外，车辆12可以包括多个控制系统。例如，车辆12可以配备有在制动事件期 间控制车辆驱动轮18的防抱死制动系统（ABS) 20、控制传动装置16的传动装置控制模 块（TCM) 22、控制动力传动系统10的总体运转和管理以及性能的动力传动系统控制模块 (PCM) 24以及用于实时提供位置和时间信息的全球定位系统（GPS) 26。还可以集成有其它 系统。此外，TCM22可以是PCM24的一部分或者与PCM24分开。如下文更详细讨论的，ABS20、 TCM22、PCM24和GPS26中的每者可以用作估算车辆12的速度的系统的一部分。对于正确 运转车辆12的多个控制系统，速度估算是有必要的。
[0042] 图2说明可以集成进车辆（比如图1中的车辆12)的传感器融合车速估算系统50。 传感器融合车速估算系统50配置用于产生比现有技术车速估算系统更精确且可靠的融合 车速估算99。融合车速估算99可以用于控制车辆，比如改善车辆12的控制和安全。例如， 在一个非限制性示例中，融合车速估算99可以用于车辆12的稳定性和底盘控制功能。
[0043] 在一个非限制性实施例中，传感器融合车速估算系统50使用ABS20、TCM22、PCM24 和GPS26来计算融合车速估算99。一个或多个传感器（比如车轮转速传感器）52与ABS20 相关联并且配置用于监视车辆驱动轮18(见图1)的车轮转速。在一个实施例中，至少一个 传感器52设置在每个车辆驱动轮18的轮毂上以监视车轮转速。可以通过ABS20将传感器 52感应的车轮转速乘以车轮的预期轮胎半径来计算车辆12的第一速度信号。可以通过控 制局域网（CAN) 54的第一路径55将第一速度信号通信至PCM24用于计算融合车速估算99。
[0044] 此外，一个或多个传感器56与TCM22相关联。在一个非限制性实施例中，传感器 56是监视传动装置16的轴19的轴转速的轴转速传感器。传感器56可以嵌入传动装置16 的任何地方。TCM22接收来自传感器56的轴转速信号并且使用它们来计算车辆12的第二 速度信号。例如，可以从轴转速得到第二速度信号，通过轴转速信号预测车轮转速，随后可 以通过车速预测车轮转速。通过CAN54的第二路径58将第二速度信号通信至PCM24。
[0045] 在另一个实施例中，TCM22是PCM24的一部分。在这样的实施例中，不必通过CAN54 通信轴转速信号。例如，可以经由内部软件变量提供轴转速信号。
[0046] GPS26可以安装在车辆12的任何位置。众所周知，GPS26利用卫星信息来实时追 踪车辆12的位置。GPS26可以基于随时间量的车辆12的位置变化来推断车速。可以通过 由CAN54的第三路径62通信至PCM24的第三速度信号代表该车速。
[0047] PCM24与ABS20、TCM22和GSPS26中的每者通信并且配置用于控制车辆12的动力 传动系统10的多个运转。在一个实施例中，PCM24分别接收来自ABS20、TCM22和GPS26的 第一、第二和第三速度信号中的每者。位于PCM24内部的控制单元64可以基于至少这些独 立的信号计算融合车速估算99。
[0048] 在一个实施例中，PCM24的控制单元64可以编程有设计用于计算车辆12的融合车 速估算99的一个或多个算法。如下文详细讨论的，在一个非限制性实施例中，通过控制单 元64计算的融合车速估算99可以基于传感器52和传感器56之间的内部传感器仲裁（如 65处示例显示的）、车辆驱动轮18预期的和实际的轮胎半径之间的比率估算（如75处示 例显示的）以及仲裁速度的更新（如85处示例显示的）。
[0049] 图3示例地说明示例传感器融合车速估算方法100 (同时继续参考图1和2)。可 以执行方法100来计算车辆12的融合车速估算99。融合测车速估算99可以包括运转车辆 12的多个控制系统必需的信息。
[0050] 方法100在步骤102AU02B和102C处通过将来自ABS20的第一速度信号、来自 TCM22的第二速度信号以及来自GPS26第三速度信号通信至PCM24而开始。如上文所述， 通过ABS20基于传感器52收集的车轮转速信息计算第一速度信号、通过TCM22基于传感器 56收集的轴转速信息计算第二速度信号而通过GPS26基于车辆12随时间量的位置变化计 算第三速度信号。在步骤104处PCM24通过CAN54接收至少这三个独立的速度信号。
[0051] 随后，在步骤106处，仲裁从传感器52的信息得出的第一速度信号和从传感器56 的信息得出的第二速度信号。在一个实施例中，在步骤106处执行的仲裁程序是优先顺序 (prioritization)技术，在该技术中基于认为哪个值是这两者中的最佳值而相对于其它速 度信号将优先级赋予一个速度信号。下面的表1显示了一个示例仲裁程序。
[0052]表 1

【权利要求】
1. 一种方法，其特征在于，包含： 使用融合车速估算来控制车辆。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包含： 仲裁从来自第一传感器和第二传感器的信息获取的速度信号； 估算实际的轮胎半径和预期的轮胎半径之间的比率；以及 基于在所述仲裁步骤期间计算的仲裁信号以及在所述估算步骤期间计算的估算比率 产生所述融合车速估算。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述仲裁步骤包括： 比较所述第一传感器的第一速度信号与所述第二传感器的第二速度信号； 其中所述第一速度信号与所述第二速度信号一致则使用所述第一速度信号作为仲裁 信号。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述仲裁步骤包括： 其中所述第一速度信号与所述第二速度信号不一致则使用最接近全球定位系统的第 三速度信号的速度信号作为所述仲裁信号。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，包含： 其中所述第一速度信号和所述第二速度信号之间的差异超过预定阈值则将所述第一 速度信号和所述第二速度信号与所述全球定位系统的所述第三速度信号比较。
6. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述估算步骤包括： 低通过滤来自全球定位系统的速度信号与所述仲裁信号之间的比率。
7. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述产生步骤包括： 将所述仲裁信号乘以所述估算比率来计算所述融合车速估算。
8. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，包含以下步骤： 在所述仲裁步骤之前，将从所述第一传感器和所述第二传感器获取的所述速度信号以 及来自全球定位系统的另一个速度信号通信至动力传动系统控制模块。
9. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，包含在所述估算步骤之前识别所述第一 传感器或者所述第二传感器中的误差。
10. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，包含确定是否存在指示不执行所述估算 步骤的约束，所述约束包括以下中的至少一者： 所述仲裁信号接近零； 车辆驱动轮没有自由滚动；和/或 车速较低。
【文档编号】B60W40/105GK104417565SQ201410424549
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年8月26日 优先权日:2013年8月26日
【发明者】乔·F·斯塔奈克, 马修·阿兰·伯施, 安东尼·大卫·查基里斯, 托尼·A·洛克伍德, 埃姆拉赫·阿达梅 申请人:福特全球技术公司