基于惯性补偿和MEMS的纯电动汽车坡道识别研究.pdf

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1、汽车工程２０１７年(第３９卷)第８期ＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ２０１７(Ｖｏｌ.３９)Ｎｏ.８ｄｏｉ:１０.１９５６２/ｊ.ｃｈｉｎａｓａｅ.ｑｃｇｃ.２０１７.０８.０１２∗基于惯性补偿和ＭＥＭＳ的纯电动汽车坡道识别研究１１２罗石，郑超，朱长顺(１.江苏大学汽车与交通工程学院，镇江２１２０１３；２.江苏大学机械工程学院，镇江２１２０１３)[摘要]本文中引入了基于惯性补偿和ＭＥＭＳ系统的坡道识别原理。采用惯性补偿法分解出ＭＥＭＳ三轴加速度计中的重力加速度分量，并利用它来修正ＭＥＭＳ陀螺仪模块的

2、三轴角速度。通过四元数来表示车载坐标系与惯性坐标系的旋转关系，再将其转换为欧拉角，即可解算出电动汽车当前的坡道角。实车试验结果表明，这种算法精度高，实时性好，易于ＭＣＵ实现。关键词:电动汽车；坡道识别；惯性补偿；卡尔曼滤波；ＭＥＭＳ陀螺仪；ＭＥＭＳ加速度计ＡＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＳｌｏｐｅＲｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎｗｉｔｈＰｕｒｅＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅｓＢａｓｅｄｏｎＩｎｅｒｔｉａＣｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎａｎｄＭＥＭＳ１２２ＬｕｏＳｈｉ，ＺｈｅｎｇＣｈａｏ＆ＺｈｕＣｈａｎｇｓｈｕｎ１.Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅａ

3、ｎｄＴｒａｆｆｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｏｆＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ２１２０１３；２.ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｏｆＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ２１２０１３[Ａｂｓｔｒａｃｔ]ＡｓｌｏｐｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅｂａｓｅｄｏｎｉｎｅｒｔｉａｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎａｎｄＭＥＭＳｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｈｉｓｐａ-ｐｅｒ.Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｌｌｙ，ｉｎｅｒｔｉａｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｉｓａｄｏｐｔｅｄｔｏｄ

4、ｅｃｏｍｐｏｓｅｔｈｅｇｒａｖｉｔｙｃｏｍｐｏｎｅｎｔｉｎＭＥＭＳｔｈｒｅｅ-ａｘｉｓａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ，ｗｈｉｃｈｉｓｔｈｅｎｕｓｅｄｔｏｃｏｒｒｅｃｔｔｈｒｅｅ-ａｘｉｓａｎｇｕｌａｒｖｅｌｏｃｉｔｙｉｎＭＥＭＳｇｙｒｏｓｃｏｐｅｍｏｄｕｌｅ.Ｔｈｅｒｏｔａｔｉｏｎｒｅ-ｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｖｅｈｉｃｌｅｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍａｎｄｉｎｅｒｔｉａｌｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍｉｓｅｘｐｒｅｓｓｅｄｂｙｑｕａｔｅｒｎｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｉｓｔｈｅｎｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄｉｎ

5、ｔｏＥｕｌｅｒａｎｇｌｅｓｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅａｎｇｌｅｏｆｓｌｏｐｅｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅｉｓｃｕｒｒｅｎｔｌｙｒｕｎｎｉｎｇｏｎ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｒｅａｌｖｅｈｉｃｕｌａｒｔｅｓｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｃｈｅｍｅｕｓｅｄｈａｓｈｉｇｈａｃｃｕｒａｃｙ，ｇｏｏｄｒｅａｌ-ｔｉｍｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ａｎｄｉｓｅａｓｙｔｏｉｍ-ｐｌｅｍｅｎｔｉｎＭＣＵ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅ；ｓｌｏｐｅｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ；ｉｎｅｒｔｉａｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ；Ｋ

6、ａｌｍａｎｆｉｌｔｅｒｉｎｇ；ＭＥＭＳｇｙｒｏ-ｓｃｏｐｅ；ＭＥＭＳａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ度与车速差分获得的加速度之间的差异设计出的基[３]前言于加速度区间判断的坡道识别方法，也有将汽车动力学原理与通过ＣＡＮ总线获得发动机的转矩与[４]结合坡道角能精确控制电机输出转矩，有效解转速相结合而设计出的坡道识别算法。本文中则决电动汽车坡道起步驱动力矩不足、坡道溜车等问采用惯性补偿法获得重力加速度在车载坐标系三轴[１]题；能设计符合坡道行驶规律的电动汽车ＡＭＴ换的分量，利用重力加速度向量的方向不变性，通过四挡策略，

7、避免坡道频繁换挡；能设计出高效率的能量元数姿态解算算法实时修正电动汽车的坡道角，可回收系统。由此可见，处理好坡道工况对电动汽车准确识别出电动汽车所处的坡道。本文中坡道角识的安全性、经济性和舒适性有非常重要的意义。关别周期为２０ｍｓ，采用的ＭＣＵ是飞思卡尔的于坡道识别的研究，有根据汽车纵向动力学设计出ＳＰＣ５６４４。试验证明，本文中设计的坡道识别模块[２]的坡道识别方法，有利用传感器实测的纵向加速具有很强的实用性。∗江苏省高校重大基础研究项目(１３ＫＪＡ５８００１)资助。原稿收到日期为２０１６年８月２１日。通信

8、作者:郑超，硕士研究生，Ｅ-ｍａｉｌ:８７４７２２８７７＠ｑｑ.ｃｏｍ。２０１７(Ｖｏｌ.３９)Ｎｏ.８罗石，等:基于惯性补偿和ＭＥＭＳ的纯电动汽车坡道识别研究·９２９·éωｘùêú１坡道识别原理简介式中:Ｔ为取样周期；êωｙú为ｂ系三轴角速度。四êúêωúëｚû１.１坡道识别的原理元数表示Ｒ系与ｂ系的旋转关系，进一步求解坡道惯性坐标系称为Ｒ系，车载坐标系(图中与一正角，必须转换成欧拉角:方体固结者