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一种用于估计车辆侧滑速度的系统和方法，包括测量车辆的横向加速度、测量车辆的偏航角速度、测量车辆的纵向速度并测量车辆的转向角。基于取决于车辆的参数和转向角，通过使用滤波因数来校正所测量的车辆的纵向速度以提供真实的纵向速度。基于测量的纵向速度来定义常量并且基于取决于车辆的参数和车辆的横向加速度的组合来定义函数。使用所测量的横向加速度、真实的纵向速度、偏航角速度、常量以及函数来计算侧滑加速度。

1.  一种用于估计车辆侧滑的方法，所述方法包括：
测量车辆的横向加速度并提供测量的横向加速度信号；
测量车辆的偏航角速度并提供测量的偏航角速度信号；
测量车辆的纵向速度并提供测量的纵向速度信号；
校正测量的纵向速度信号以提供真实的纵向速度信号；
基于测量的纵向速度信号来定义常量；
基于预定的取决于车辆的参数和测量的横向加速度信号来定义函数；并且
通过组合测量的横向加速度信号、测量的偏航角速度信号、真实的纵向速度信号、所述常量和所述函数来估计侧滑。

2.  根据权利要求1的方法，其中估计侧滑包括使用以下方程式：
V · y _ estimated = A y _ measured - r _ measured V x _ true - kf ( A y _ measured ) ]]>
其中是估计的侧滑加速度，A_{y_measured}是测量的横向加速度信号，r_{_measured}是测量的偏航角速度信号，V_{x_true}是真实的纵向速度信号，k是常量，并且f是函数。

3.  根据权利要求1的方法，其中校正测量的纵向速度信号包括使用取决于车辆的参数来过滤测量的纵向速度信号，以提供过滤的纵向速度信号。

4.  根据权利要求3的方法，其中过滤测量的纵向速度信号包括使用以下方程式：
V x _ measured _ filter = d s 2 + c 1 s + c 2 V x _ measured ]]>
其中V_{x_measured_filter}是过滤的纵向速度信号，V_{x_measured}是测量的纵向速度信号，s是拉普拉斯算子，并且d，c₁和c₂是取决于车辆的参数。

5.  根据权利要求3的方法，其中校正测量的纵向速度信号还包括将转向角校正提供给过滤的纵向速度信号。

6.  根据权利要求5的方法，其中校正纵向速度信号包括提供表示车辆方向盘位置的方向盘信号、使方向盘信号成比例以提供比率信号、并且将所述比率信号与过滤的纵向速度信号相乘。

7.  根据权利要求1的方法，其中定义函数包括如果测量的纵向速度信号低于预定值，则使用第一组取决于车辆的参数，并且如果测量的纵向速度信号大于或等于预定值，则使用第二组取决于车辆的参数。

8.  根据权利要求1的方法，其中定义函数包括使用以下方程式：
f = b 1 A y _ measured - b 2 s 2 + a 1 s + a 2 ]]>
其中f是函数，A_{y_measured}是测量的横向加速度信号，s是拉普拉斯算子，并且a₁，a₂，b₁和b₂是取决于车辆的参数。

9.  根据权利要求1的方法，其中估计侧滑包括将所述常量与所述函数相乘。

10.  根据权利要求1的方法，其中在车辆的稳定性控制系统中使用所述方法。

11.  一种用于估计车辆的侧滑的系统，所述系统包括：
横向加速度传感器，用于测量车辆的横向加速度并提供测量的横向加速度信号；
偏航角速度传感器，用于测量车辆的偏航角速度并提供测量的偏航角速度信号；
纵向速度传感器，用于测量车辆的纵向速度并提供测量的纵向速度信号；和
侧滑估计处理器，用于估计车辆的侧滑，所述处理器校正测量的纵向速度信号以提供真实的纵向速度信号，基于测量的纵向速度信号来定义常量，并且基于预定的取决于车辆的参数和测量的横向加速度信号来定义函数，所述处理器通过组合测量的横向加速度信号、测量的偏航角速度信号、真实的纵向速度信号、所述常量和所述函数来估计侧滑。

12.  根据权利要求11的系统，其中侧滑估计处理器使用以下方程式来估计侧滑：
V · y _ estimated = A y _ measured - r _ measured V x _ true - kf ( A y _ measured ) ]]>
其中是估计的侧滑加速度，A_{y_measured}是测量的横向加速度信号，r_{_measured}是测量的偏航角速度信号，V_{x_true}是真实的纵向速度信号，k是常量，并且f是函数。

13.  根据权利要求11的系统，其中侧滑估计处理器校正测量的纵向速度信号是通过使用取决于车辆的参数来过滤测量的纵向速度信号，以提供过滤的纵向速度信号。

14.  根据权利要求13的系统，其中侧滑估计处理器使用以下方程式来过滤测量的纵向速度信号：
V x _ measured _ filter = d s 2 + c 1 s + c 2 V x _ measured ]]>
其中V_{x_measured_filter}是过滤的纵向速度信号，V_{x_measured}是测量的纵向速度信号，s是拉普拉斯算子，并且d，c₁和c₂是取决于车辆的参数。

15.  根据权利要求13的系统，其中侧滑估计处理器通过将转向角校正提供给过滤的纵向速度信号来校正测量的纵向速度信号。

16.  根据权利要求15的系统，其中侧滑估计处理器通过提供表示车辆方向盘位置的方向盘信号、使方向盘信号成比例以提供比率信号、并且将所述比率信号与过滤的纵向速度信号相乘，来校正纵向速度信号。

17.  根据权利要求11的系统，其中侧滑估计处理器定义函数是通过如果测量的纵向速度信号低于预定值，则使用第一组取决于车辆的参数，并且如果测量的纵向速度信号大于或等于预定值，则使用第二组取决于车辆的参数。

18.  根据权利要求11的系统，其中侧滑估计处理器通过使用以下方程式来定义函数：
f = b 1 A y _ measured - b 2 s 2 + a 1 s + a 2 ]]>
其中f是函数，A_{y_measured}是测量的横向加速度信号，s是拉普拉斯算子，并且a₁，a₂，b₁和b₂是取决于车辆的参数。

19.  根据权利要求11的系统，其中侧滑估计处理器通过将所述常量与所述函数相乘来估计侧滑。

20.  一种用于估计车辆的侧滑的系统，所述系统包括：
横向加速度传感器，用于测量车辆的横向加速度并提供测量的横向加速度信号；
偏航角速度传感器，用于测量车辆的偏航角速度并提供测量的偏航角速度信号；
纵向速度传感器，用于测量车辆的纵向速度并提供测量的纵向速度信号；
方向盘角度传感器，用于测量车辆方向盘的位置并提供方向盘信号；和
侧滑估计处理器，用于估计车辆的侧滑，所述侧滑估计处理器校正测量的纵向速度信号以提供真实的纵向速度信号是通过使用取决于车辆的参数来过滤测量的纵向速度信号以提供过滤的纵向速度信号，并且使用方向盘信号来校正过滤的纵向速度信号以提供转向角校正，所述侧滑估计处理器基于测量的纵向速度信号来定义常量，并且基于预定的取决于车辆的参数和测量的横向加速度信号来定义函数，所述侧滑估计处理器通过使用组合了测量的横向加速度信号、测量的偏航角速度信号、真实的纵向速度信号、所述常量和所述函数的方程式来估计车辆的侧滑加速度，其中所述方程式将所述常量与所述函数相乘。

21.  根据权利要求11的系统，其中侧滑估计处理器使用以下方程式来估计侧滑：
V · y _ estimated = A y _ measured - r _ measured V x _ true - kf ( A y _ measured ) ]]>
其中是估计的侧滑加速度，A_{y_measured}是测量的横向加速度信号，r_{_measured}是测量的偏航角速度信号，V_{x_true}是真实的纵向速度信号，k是常量，并且f是函数。

22.  根据权利要求13的系统，其中侧滑估计处理器使用以下方程式来过滤测量的纵向速度信号：
V x _ measured _ filter = d s 2 + c 1 s + c 2 V x _ measured ]]>
其中V_{x_measured_filter}是过滤的纵向速度信号，V_{x_measured}是测量的纵向速度信号，s是拉普拉斯算子，并且d，c₁和c₂是取决于车辆的参数。

23.  根据权利要求11的系统，其中侧滑估计处理器通过使用以下方程式来定义函数：
f = b 1 A y _ measured - b 2 s 2 + a 1 s + a 2 ]]>
其中f是函数，A_{y_measured}是测量的横向加速度信号，s是拉普拉斯算子，并且a₁，a₂，b₁和b₂是取决于车辆的参数。

24.  根据权利要求11的系统，其中侧滑估计处理器定义函数是通过如果测量的纵向速度信号低于预定值，则使用第一组取决于车辆的参数，并且如果测量的纵向速度信号大于或等于预定值，则使用第二组取决于车辆的参数。

具有横向动力反馈的车辆稳定性控制
技术领域
本发明总的涉及一种用于估计车辆侧滑的系统，并且更特别地涉及一种用于使用车辆横向加速度和取决于车辆的参数的用于估计车辆侧滑的系统。
背景技术
在本领域中已知的各种车辆稳定性控制系统改进了驾驶员的方便性、安全性和舒适度。这些稳定性控制系统通常利用差动制动和/或主动的前后轮转向来提供稳定性控制。稳定性控制系统一般在线性车辆工作范围内操作，在该范围中，车辆状态定义车辆的行为。车辆状态通常是根据所测量的参数来确定的，比如车辆偏航角速度、车辆纵向速度和车辆横向速度。
车辆侧滑速度是用于为这些类型的稳定性控制系统确定车辆动力、运动和控制的关键状态之一。车辆侧滑速度被定义为与车辆纵向速度垂直的方向上在车辆重心处的横向速度。与车辆纵向速度组合的车辆侧滑速度定义车辆行进方向上的车辆矢量速度。但是，车辆侧滑角度的测量要求测量车辆侧滑速度，从而要求非常昂贵的专用传感器。因此，车辆稳定性控制系统通常估计车辆侧滑速度。特别地，车辆控制系统计算车辆侧滑速度以确定误差，使得车辆可以被控制为将侧滑误差减小到零。但是，车辆侧滑速度难以精确地计算，因为它在车辆的线性工作范围内通常非常小。
用于估计车辆侧滑速度的一种已知方法使用了有限带宽的积分，该方法在名为“Method and Apparatus for Vehicle StabilityEnhancement System”的美国专利号US6819998中公开，该专利于2004年11月16日授权给Lin等人并转让给本发明的受让人，并合并在这里作为参考。结果，可以在没有昂贵的侧滑速度传感器的情况下提供合理的精确侧滑估计。但是，可以对估计车辆侧滑速度做出改进。
发明内容
根据本发明的教导，公开了一种用于通过使用车辆横向加速度和取决于车辆的参数来估计车辆侧滑速度的系统和方法。该方法包括测量车辆的横向加速度、测量车辆的偏航角速度、测量车辆的纵向速度并测量车辆的转向角。基于取决于车辆的参数和转向角，通过使用滤波因数来校正所测量的车辆的纵向速度以提供真实的纵向速度。基于所测量的车辆的纵向速度来定义常量，并且基于取决于车辆的参数和车辆的横向加速度的组合来定义函数。使用所测量的横向加速度、真实的纵向速度、偏航角速度、常量以及函数来计算侧滑加速度。
结合附图，本发明的其它特征从随后的描述和所附权利要求中将变得清楚。
附图说明
图1是包括后轮转向控制系统和车辆稳定性增强系统的车辆的平面图；
图2是图1中所示的根据本发明的实施例的车辆稳定性增强系统的方框图，包括侧滑速度估计处理器；
图3是图2所示的侧滑速度估计处理器的方框图；
图4是用于生成滤波因数的子系统的方框图，滤波因数用于确定车辆侧滑速度估计；和
图5是用于确定真实的纵向速度值的子系统的方框图，真实的纵向速度值用于确定本发明的车辆侧滑速度估计。
具体实施方式
随后涉及用于估计车辆侧滑速度的系统和方法的本发明的实施例的讨论本身仅仅是示例性的，而不是要限制本发明或其应用或用途。
图1是包括前轮12和14以及后轮16和18的车辆10的平面图。车辆10包括由车辆稳定性增强系统(VSES)22和后轮转向控制系统24提供的车辆稳定性控制。车辆10包括用于测量各种车辆状态的传感器，包括用于测量车辆方向盘30的角度的方向盘角度传感器28，以便提供表示用于转向前轮12和14的转向角的信号。此外车辆10包括用于提供表示车辆纵向速度的信号的速度传感器34、用于提供表示车辆10的偏航脚速度的信号的偏航角速度传感器36、和用于提供表示车辆10的横向加速度的信号的横向加速度传感器38。VSES22接收方向盘角度信号、纵向速度信号、车辆偏航角速度信号、和车辆横向加速度信号，并且基于所测量的信号和其它车辆参数来使用稳定性控制算法以向轮子12-18提供差动制动，并且从而为车辆10提供稳定性控制。用于提供稳定性控制以减小车辆侧倾、侧滑等的许多适当的控制算法在本领域中是已知的。
后轮转向控制系统24接收方向盘角度信号和纵向速度信号以将后轮命令信号提供给后轮转向致动器42，以便使后轮16和18转向。用于提供后轮转向辅助的许多适当的控制算法在本领域中是已知的，开环和闭环都包括反馈。
如上所提到的，车辆侧滑速度是在(如果不是全部，也是)大多数车辆稳定性系统中使用的车辆参数之一。如下面详细讨论的，本发明提出了用于基于取决于车辆的参数和横向加速度通过使用滤波因数来计算车辆侧滑速度的估计的新技术。
图2是VSES22的框图。VSES22包括命令解释器52，该命令解释器52从线路54上的方向盘角度传感器28接收方向盘角度信号和从在线路56上的车速传感器34接收纵向速度信号。命令解释器52基于方向盘角度信号和纵向速度信号来提供所想要的偏航角速度命令信号和想要的侧滑速度命令信号。用于在这种类型的命令解释器中提供偏航角速度命令信号和想要的侧滑速度命令信号的各种算法在本领域中是已知的。名为“Brake System Control”的美国专利号US6122584，于2000年9月19日授权给Lin等人，该专利公开了计算想要的侧滑速度的命令解释器，该侧滑速度用于确定想要的侧滑速度命令信号。
VSES22还包括偏航角速度反馈控制处理器58，该处理器从线路60上的偏航角速度传感器36接收偏航角速度信号并从命令解释器52接收偏航角速度命令信号。偏航角速度反馈控制处理器58使用任何用于提供偏航角速度控制分量信号来最小化所测量的车辆偏航角速度和想要的车辆偏航角速度之间差异的适当算法，许多这些算法在本领域中是已知的。
VSES22还包括侧滑速度估计处理器62，该处理器在线路60上接收偏航角速度信号、在线路56上接收纵向速度信号、并且从线路64上的横向加速度传感器38接收横向加速度信号。侧滑估计处理器62基于将在后面详细讨论的本发明的算法以新的和新颖的方式来生成估计的车辆10的侧滑。
VSES22还包括侧滑速度控制处理器68，该处理器从命令解释器52接收侧滑速度命令信号并且从侧滑速度估计处理器62接收估计的侧滑速度信号。侧滑速度控制处理器68生成侧滑速度控制分量信号来最小化想要的车辆侧滑速度和估计的车辆侧滑速度之间的差异。
来自偏航角速度反馈控制处理器58的偏航角速度控制分量信号和来自侧滑速度控制处理器68的侧滑速度控制分量信号通过加法器70相加，生成致动器控制命令，该命令为轮子12-18提供差动制动，使得测量的偏航角速度信号跟踪偏航角速度命令信号，并且估计的侧滑速度信号跟踪侧滑速度命令信号。
上面引用的专利US6819998公开了可以利用命令解释器、偏航角速度反馈控制处理器、侧滑速度估计处理器和侧滑速度控制处理器的VSES。本发明是在该专利US6819998中所公开的该VSES之上的改进，因为不同地，它在侧滑速度估计处理器62中计算侧滑速度估计信号。
侧滑速度估计处理器62的更详细的方框图在图3中示出。侧滑加速度处理器80的估计在线路82上接收偏航角速度信号、在线路84上接收横向加速度信号和在线路86上接收纵向速度信号。侧滑加速度处理器80的估计将按如下讨论的来计算估计的侧滑加速度信号
处理器80通过以下方程式将误差信号E_Vy确定为来自命令解释器52的想要的侧滑速度信号V_{y_desired}和反馈侧滑速度信号V_{y_feedback}之差：
E_Vy＝V_{y_desired}-V_{y_feedback}               (1)
为了确定反馈侧滑速度信号V_{y_feedback}，专利US6819998提出了一种有限带宽积分所测量的侧滑加速度信号的方法，以便补偿传感器偏置和噪声的负面效果。利用传感器偏置B，真实的侧滑加速度被表示为：
V · y = A y _ measured - r _ measured V x _ measured + B = V · y _ measured + B - - - ( 2 ) ]]>
其中A_{y_measured}是来自横向加速度传感器38的横向加速度信号，r_{_measured}是来自偏航角速度传感器36的偏航角速度信号，V_{x_measured}是来自车速传感器34的纵向速度信号，并且是所测量的车辆10的侧滑加速度。
方程式(2)可以变换为方程式(3)为：
V · y _ measured = A y _ measured - r _ measured V x _ measured - - - ( 3 ) ]]>
当车辆处于有限侧倾和侧滑运动时，方程式(3)是有效的。当任一运动的强度增加时，所测量的侧滑加速度将展现从“真实的”车辆侧滑加速度上增加的误差。结果，基于所估计的侧滑加速度信号的积分而估计的侧滑速度也可以示出误差的增加。因为，从传感器测量不容易得到倾侧角，因此根据本发明，使用横向加速度信息而不是侧倾角来说明侧倾运动效果。为了补偿该侧倾运动效果，本发明提出将方程式(3)修改为：
V · y _ estimated = V · y _ measured - kf ( A y _ measured ) - - - ( 4 ) ]]>
其中k是常量并且f是所测量的横向加速度信号A_{y_measured}的非线性函数。
常量k和函数f都取决于车辆并且可以通过经验导出。对于典型的SUV，在下面的表I中取决于速度的值可用于常量k。
表I