一种提高车辆纵向控制精度的装置及方法与流程

1.本发明涉及车辆工程领域，具体为一种提高车辆纵向控制精度的装置及方法。


背景技术：

2.车辆的轮胎的速度是通过轮速传感器结合轮胎的齿圈的相互作用而获得矩形波信号，从矩形波信号的脉冲数量结合轮胎的齿数，从而计算出来的。
3.现有技术中，对于传统车辆来说，常规的这种控制精度是可以满足要求的，但是对于无人驾驶车来说，对于车辆的纵向控制精度要求比较高，这种精度就有所不足，常规的解决方法是通过增加轮胎齿圈的齿数，但是受机械结构影响，这种增加也是有上限的，到了一定程度上再向上增加就比较困难。
4.对于纯电动无人车来说，还有一种计算轮胎滚动角度的方式，就是使用电机转角来进行计算，因为纯电动无人车使用电机驱动，永磁同步电机的旋变角转角控制是比较精确的，但是在经过传动系统，特别是经过差速器之后，车辆轮胎的实际滚动角度是难以直观计算的。这种通过电机转角反推轮胎转角的情况一般只存在于直行条件下，这时不需要考虑差速器的影响，这种计算方法下还是有一定的限制。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种提高车辆纵向控制精度的装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种提高车辆纵向控制精度的装置，安装在车轮上，包括采样器、控制器、通讯线束与供电系统；
7.采样器固定在车轮的固定端，通过传感器对车轮的转速信号进行采样；通讯线束用于采样器和控制器和车辆控制器之间提供通讯；
8.供电系统为采样器、控制器、通讯线束提供电；
9.采样器、控制器与供电系统均通过有线信号线路连接。
10.优选的，采样器类型包括磁电式传感器、霍尔式传感器、光电式传感器、磁阻元件式传感器，用于获得车轮的转角信号。
11.一种提高车辆纵向控制精度的方法，所述方法包括如下步骤：
12.将m个轮速传感器布置在车轮上；
13.车轮转动后，根据轮速传感器得出的波形得到车轮转角所在的范围；
14.将轮速传感器布置在一个车轮后，通过差速器计算另一车轮的轮速角。
15.优选的，将m个轮速传感器布置在车轮上时，相邻两个轮速传感器之间相位差为n+(1/(2*m))个周期，其中n的解释如下：
16.因为轮速传感的波形是周期变化的，n为中间相差的完整周期的数量。
17.优选的，m为2时，在车轮上布置两个轮速传感器a和b，彼此相差n+1/4个周期；轮胎在转动时，轮速传感器a得到的波形设为f(xa)，轮速传感器b得到的波形为f(xb)，即f(xa+n
+1/4t)，波形为矩形波，f(xa+nt+1/4t)＝f(xa+1/4t)，得到两个相位差为1/4个周期的波形。
18.优选的，设定矩形波信号的周期为t，由矩形波信号的特点得知前1/2t和后1/2t的值是相反的。
19.优选的，前1/2t，f(xa)为正，1/2t～tf(xa)为正，即当车轮转角在前1/2t范围内时，得到a处的值为正，而当轮胎转角在后1/2t范围内时，得到a处的值为负。
20.优选的，当车轮转角在0～前1/2t范围内时，得到a处的值为正，而b处的值也为正，当轮胎转角在前1/4t～1/2t范围内时，得到a处的值为正，而b处的值为负，当轮胎转角在前1/2t～3/4t范围内时，得到a处的值为负，而b处的值也为负，当轮胎转
21.角在前3/4t～t范围内时，得到a处的值为负，而b处的值为正。优选的，通过差速器计算另一车轮的轮速角时，车辆发生转弯时，车辆的差速器起作用，结合驱动电机转角对车辆的另一个驱动轮进行求解，从而得到车辆实际的转角；车辆的变速箱的传动比为i，差速器的传动比为j，则电机转角α，带传感器的车轮转角为β，不带传感器的同轴车轮转角为γ，可得到如下公式：α＝1/2*(β+γ)+δ；δ为经验补偿值，用以补充齿轮间隙误差；由此得到不带传感器的同轴车轮转角γ，由此得到两个车轮的精确转角，转角的精确度提高为原方法的m倍。
22.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
23.本发明提出的提高车辆纵向控制精度的装置及方法，将m个轮速传感器布置到一个车轮上，彼此之间相位差为n+(1/(2*m))个周期，n是正整数，m是布置的传感器的数量，需要提升的精度级别，在不增加成本的情况下将精度提升一倍甚至数倍，具有很强的实际意义，可以带来很强的经济效益。
附图说明
24.图1为本发明在车轮上布置两个轮速传感器时的矩形波示意图；
25.图2为本发明对两个传感器的波形进行处理后得出的波形示意图。
具体实施方式
26.为了使本发明的目的、技术方案进行清楚、完整地描述，及优点更加清楚明白。应当理解，此处所描述的具体实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅仅用以解释本发明实施例，并不用于限定本发明实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.实施例一
28.本发明提供一种技术方案：一种提高车辆纵向控制精度的装置，安装在车轮上，其特征在于：包括采样器、控制器、通讯线束与供电系统；采样器固定在车轮的固定端，通过传感器对车轮的转速信号进行采样，采样器类型包括磁电式传感器、霍尔式传感器、光电式传感器、磁阻元件式传感器，用于获得车轮的转角信号；
29.通讯线束用于采样器和控制器和车辆控制器之间提供通讯；
30.供电系统为采样器、控制器、通讯线束提供电；
31.采样器、控制器与供电系统均通过有线信号线路连接。
32.实施例二
33.一种提高车辆纵向控制精度的方法，所述方法包括如下步骤：
34.将m个轮速传感器布置到一个车轮上，彼此之间相差n+(1/(2*m))个相位，n是正整数，m是布置的传感器的数量，需要提升的精度级别。
35.当如果需要提升一倍，则m取2，
36.当精度需要变成之前的三倍，则m取3，在一个车轮上布置3个轮速传感器，而另外车轮的转速可以通过电机转角和差速器进行计算。由此可以得出，这种方法可以得到更高的精度。
37.以下进行具体说明。
38.以m为2为例，在车轮上布置两个轮速传感器a和b，彼此相差n+1/4个周期。
39.轮胎在转动时，a得到的波形设为f(xa)，b得到的波形为f(xb)，即f(xa+n+1/4t)，波形为矩形波，f(xa+nt+1/4t)＝f(xa+1/4t)，可以得到两个相位差为1/4个周期的波形，参照附图1所示。
40.设定矩形波信号的周期为t，则由矩形波信号的特点可知前1/2t和后1/2t的值是相反的，进一步的，设定其中一种情况进行说明，即前1/2t，f(xa)为正，1/2t～tf(xa)为正，即当轮胎转角在前1/2t范围内时，可以得到a处的值为正，而当轮胎转角在后1/2t范围内时，可以得到a处的值为负。此为正常采样结果。而当轮胎转角在0～前1/2t范围内时，可以得到a处的值为正，而b处的值也为正，当轮胎转角在前1/4t～1/2t范围内时，可以得到a处的值为正，而b处的值为负，当轮胎转角在前1/2t～3/4t范围内时，可以得到a处的值为负，而b处的值也为负，当轮胎转角在前3/4t～t范围内时，可以得到a处的值为负，而b处的值为正。因此可以通过a处和b处的值得到轮胎转角所在的范围，因此将测量的精度提升了1倍。
41.同理可得，当m为3时，使用3个传感器进行采样，可以将测量的精度提升到之前的3倍。
42.利用这种正负判断的方法是用来说明此方法的表现形式。具体的处理方式可以有多种处理方法。以下使用其中一种方法处理进行说明。对采样信号进行增益计算，计算后进行叠加，可以得出不同的值。这种处理方法是，对第二位的信号幅值
×
2，然后两者进行叠加。通过叠加值可以得到具体分布的区间。如图2所示，首张图为第一个传感器的波形，第二张图为相位差1/4t的波形，并且对其进行了幅值
×
2处理，第三张图为两者叠加之后的波形，通过处理后的波形可以看到，本方法将一个周期中原本只存在的两个值，变成了一个周期中存在四个值，将一个周期从两段细分为四段，从纵坐标的值可以得出对应横坐标的位置，从而实现了提升测量精确度的目的。
43.本方法将传感器布置在一个轮上，当需要计算另一个轮的轮速角时，通过差速器，可以进行计算。
44.当车辆发生转弯时，车辆的差速器起作用，这时可以结合驱动电机转角对车辆的另一个驱动轮进行求解，从而得到车辆实际的转角。车辆的变速箱的传动比为i，差速器的传动比为j，则电机转角α，带传感器的车轮转角为β，不带传感器的同轴车轮转角为γ，可得到如下公式(δ为经验补偿值，用以补充齿轮间隙等误差)。
45.α＝1/2*(β+γ)+δ
46.由此可以得到不带传感器的同轴车轮转角γ。
47.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定
。

技术特征：
1.一种提高车辆纵向控制精度的装置，安装在车轮上，其特征在于：包括采样器、控制器、通讯线束与供电系统；采样器固定在车轮的固定端，通过传感器对车轮的转速信号进行采样；通讯线束用于采样器和控制器和车辆控制器之间提供通讯；供电系统为采样器、控制器、通讯线束提供电；采样器、控制器与供电系统均通过有线信号线路连接。2.根据权利要求1所述的一种提高车辆纵向控制精度的装置及方法，其特征在于：采样器类型包括磁电式传感器、霍尔式传感器、光电式传感器、磁阻元件式传感器，用于获得车轮的转角信号。3.一种提高车辆纵向控制精度的方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：将m个轮速传感器布置在车轮上；车轮转动后，根据轮速传感器得出的波形得到车轮转角所在的范围；将轮速传感器布置在一个车轮后，通过差速器计算另一车轮的轮速角。4.根据权利要求3所述的一种提高车辆纵向控制精度的装置及方法，其特征在于：将m个轮速传感器布置在车轮上时，相邻两个轮速传感器之间相位差为n+(1/(2*m))个周期，其中n的解释如下：因为轮速传感的波形是周期变化的，n为中间相差的完整周期的数量。5.根据权利要求4所述的一种提高车辆纵向控制精度的装置及方法，其特征在于：m为2时，在车轮上布置两个轮速传感器a和b，彼此相差n+1/4个周期；轮胎在转动时，轮速传感器a得到的波形设为f(xa)，轮速传感器b得到的波形为f(xb)，即f(xa+n+1/4t)，波形为矩形波，f(xa+nt+1/4t)＝f(xa+1/4t)，得到两个相位差为1/4个周期的波形。6.根据权利要求5所述的一种提高车辆纵向控制精度的装置及方法，其特征在于：设定矩形波信号的周期为t，由矩形波信号的特点得知前1/2t和后1/2t的值是相反的。7.根据权利要求6所述的一种提高车辆纵向控制精度的装置及方法，其特征在于：前1/2t，f(xa)为正，1/2t～tf(xa)为正，即当车轮转角在前1/2t范围内时，得到a处的值为正，而当轮胎转角在后1/2t范围内时，得到a处的值为负。8.根据权利要求7所述的一种提高车辆纵向控制精度的装置及方法，其特征在于：当车轮转角在0～前1/2t范围内时，得到a处的值为正，而b处的值也为正，当轮胎转角在前1/4t～1/2t范围内时，得到a处的值为正，而b处的值为负，当轮胎转角在前1/2t～3/4t范围内时，得到a处的值为负，而b处的值也为负，当轮胎转角在前3/4t～t范围内时，得到a处的值为负，而b处的值为正。9.根据权利要求3所述的一种提高车辆纵向控制精度的装置及方法，其特征在于：通过差速器计算另一车轮的轮速角时，车辆发生转弯时，车辆的差速器起作用，结合驱动电机转角对车辆的另一个驱动轮进行求解，从而得到车辆实际的转角；车辆的变速箱的传动比为i，差速器的传动比为j，则电机转角α，带传感器的车轮转角为β，不带传感器的同轴车轮转角为γ，可得到如下公式：α＝1/2*(β+γ)+δ；δ为经验补偿值，用以补充齿轮间隙误差；由此得到不带传感器的同轴车轮转角γ。

技术总结
本发明涉及车辆工程技术领域，具体为一种提高车辆纵向控制精度的装置及方法，包括如下步骤：将m个轮速传感器布置在车轮上；车轮转动后，根据轮速传感器得出的波形得到车轮转角所在的范围；将轮速传感器布置在一个车轮后，通过差速器计算另一车轮的轮速角；有益效果为：本发明提出的提高车辆纵向控制精度的装置及方法，将m个轮速传感器布置到一个车轮上，彼此之间相差N+(1/(2*m))个相位，N是正整数，m是布置的传感器的数量，需要提升的精度级别，在不增加成本的情况下将精度提升一倍甚至数倍，具有很强的实际意义，可以带来很强的经济效益。可以带来很强的经济效益。可以带来很强的经济效益。


技术研发人员：张广显 黄福良 夏辉 韩建春 陈健 陈治豪 蔡景秋 郭晶 王志鹏 赵远
受保护的技术使用者：国唐汽车有限公司
技术研发日：2023.07.11
技术公布日：2023/9/6