汽車質量及質心位置動態辨識系統的製作方法
2023-04-29 18:15:56 1
汽車質量及質心位置動態辨識系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開一種汽車質量及質心位置動態辨識系統，各個車輪上裝有對應的空氣彈簧，空氣彈簧氣囊中設有測量壓力的氣壓傳感器，車身質心附近裝有車速傳感器、車身位置傳感器和加速度傳感器，車門上裝有車門開合傳感器，氣壓傳感器、車速傳感器、車身位置傳感器、加速度傳感器和車門開合傳感器通過數據傳輸裝置與數據處理單元連接，測量汽車實時質量及質心動態位置。本發明的優點是能為汽車控制提供動態參數，使汽車的防側傾控制、制動控制、啟動加速控制等主動控制效果得到明顯提高。
【專利說明】汽車質量及質心位置動態辨識系統
【技術領域】
[0001]本發明設計一種針對帶有空氣彈簧的汽車懸架，能對車內不同乘員以及不同載荷下的汽車質量以及質心位置進行動態辨識的系統。
【背景技術】
[0002]汽車質量會隨著乘員或者貨物的不同而發生變化，這些變化對汽車的性能，如抗側傾性能、制動性能等，有著很大的影響。所以確定汽車行駛過程中整車質量以及質心位置，可以使汽車控制時對整車運動狀態判斷更準確，從而優化控制效果，提高汽車的安全性、舒適性等各方面的性能。
[0003]現有的汽車質量質心實時辨識方法，根據發動機輸出扭矩與汽車加速度關係確定。但是，這些方法難以精確考慮汽車空氣阻力以及路面的輪胎阻力，同時發動機扭矩輸出本來就是動態過程，精確度難以保障。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是要提供一種汽車質量及質心位置動態辨識系統，方便快捷精確地確定車輛在不同情況下的質量以及質心位置，通過反饋給控制單元以達到對車輛狀態更好的控制，提高汽車的綜合性能。
[0005]為了解決以上的技術問題，本發明提供了一種汽車質量及質心位置動態辨識系統，各個車輪上裝有對應的空氣彈簧，空氣彈簧氣囊中設有測量壓力的氣壓傳感器，車身質心附近裝有車速傳感器、車身位置傳感器和加速度傳感器，車門上裝有車門開合傳感器，氣壓傳感器、車速傳感器、車身位置傳感器、加速度傳感器和車門開合傳感器通過數據傳輸裝置與數據處理單元連接，測量汽車實時質量及質心動態位置。
[0006]所述數據處理單元，包括A/D轉換器、單片機、通訊接口，與上述各傳感器相連接。
[0007]所述的每一個的空氣彈簧內部都設有氣壓傳感器，根據預先完成的空氣囊內部壓力與對應車輪承受載荷試驗,確定所測得氣壓下對應車輪所承受的載荷大小。
[0008]所述車身上設有的加速度傳感器，測得汽車行駛過程中的車身垂向加速度。
[0009]所述車身位置傳感器監測到車身在不同位置狀態時，對汽車質心位置進行辨識，同時對汽車質量進行修正。
[0010]所述系統在每次汽車啟動時候執行一次，同時車速傳感器監測汽車停止，且車門開合傳感器監測到車門有開合時候重新執行。
[0011]本發明根據實際車輛受載試驗預先得到車輪承受載荷與空氣彈簧內部壓力變化關係，然後根據本發明測得的各車輪空氣彈簧內部壓力，結合試驗及測得的車輛空氣彈簧的氣壓反求得到各車輪承受載荷。
[0012]一種汽車質量及質心位置動態辨識系統，其控制方法是利用空氣囊內的壓力傳感器確定汽車實時質量，根據車輪載荷分布特點，結合汽車位置傳感器，進而計算確定汽車質心位置，最後根據汽車行駛時車身垂向加速度確定車身質心高度變化，進而確定汽車質心動態高度位置。
[0013]具體如下所示:
⑴當汽車啟動時，系統開始工作來確定汽車質量以及質心位置；當汽車停止且車門開合傳感器檢測到車門有開合時，系統數據重新更新檢測汽車質量以及質心位置；當汽車熄火停止工作時，系統停止工作，待下一次啟動時系統重新工作；
⑵車身位置傳感器檢測汽車處於水平位置時，首先四個氣壓傳感器測得空氣彈簧內部壓力，得到汽車整車質量；通過測量前軸輪荷與後軸輪荷，結合汽車軸距數據，計算得到質心在縱向上的位置；通過測量左側輪荷與右側輪荷，結合汽車輪距數據，得到質心在側向上的位置；
⑶車身位置傳感器檢測汽車處於坡度時，根據上述檢測得到整車重量以及質心縱向及側向位置，根據車輛載荷水平位置和坡度位置變化得到質心垂向位置；
⑷汽車行駛過程中，加速度傳感器得到汽車空載質心位置垂向加速度，結合車輛實際質心位置，得到車輛質心高度動態變化特性；
(5)位置傳感器檢測到汽車處於非水平位置，或者辨識質心高度時處於非理想坡度時，修正後得到最終汽車的質量和質心位置；
(6)汽車的質量和質心位置數據儲存在數據處理單元中，並為汽車主動控制提供動態數據。
[0014]與現有技術相比，本發明方案的有益效果是:
1、傳感器布置簡單，且能對汽車狀態進行準確評估，這些數據對汽車主動控制意義明
顯；
2、能為汽車控制提供動態參數，使汽車的防側傾控制、制動控制、啟動加速控制等主動控制效果得到明顯提高；
3、隨著空氣懸架在汽車上應用得到普及，該技術也將有廣闊的應用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是本發明的結構示意圖；
圖2、圖3和圖4是本發明的應用不意圖；
圖5是本發明的控制流程示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖對本發明做詳細描述。
[0017]本發明根據實際車輛受載試驗預先得到車輪承受載荷與空氣彈簧內部壓力的變化關係，車輪承受載荷與空氣彈簧內部壓力的變化關係的具體試驗方法如下:以四輪車輛為例，將空載車輛四個車輪下安放四個載荷測量傳感器，讀取此時各車輪受載數據大小。向車輛添加不同質量載荷，此時根據載荷測量傳感器讀取四個車輪載荷變化量，同時記錄項對應四個空氣彈簧壓力特性變化量，進而得到車輪載荷變化量與空氣彈簧壓力變化量關係。
[0018]如圖1，本發明提供了 一種汽車質量及質心位置動態辨識系統，包括各個車輪上的空氣彈簧1_1、1_2、1_3、1_4，空氣彈簧內部的測量氣囊的氣壓傳感器2_1、2_2、2_3、2_4，車身上裝有車速傳感器3，車身位置傳感器4和加速度傳感器7，車門上裝有車門開合傳感器
5、6，氣壓傳感器、車速傳感器3、車身位置傳感器4、加速度傳感器7和車門開合傳感器5、6通過數據傳輸裝置與數據處理單元8連接，測量汽車實時質量及質心動態位置。
[0019]所述數據處理單元8，包括A/D轉換器、單片機、通訊接口，與上述各傳感器相連接。
[0020]所述的每一個的空氣彈簧內部都設有氣壓傳感器，根據預先完成的空氣囊內部壓力與對應車輪承受載荷試驗，進而確定所測得氣壓下對應車輪所承受的載荷大小。
[0021]所述車身上設有的加速度傳感器7，測得汽車行駛過程中的車身垂向加速度。
[0022]所述車身位置傳感器4監測到車身在不同位置狀態時，對汽車質心位置進行辨識，同時對汽車質量進行修正。
[0023]所述系統在每次汽車啟動時候執行一次，同時車速傳感器3監測汽車停止，且車門開合傳感器5、6監測到車門有開合時候重新執行。
[0024]本發明是利用空氣囊內的壓力傳感器確定汽車實時質量，根據車輪載荷分布特點，結合汽車位置傳感器，進而計算確定汽車質心位置，最後根據汽車行駛時車身垂向加速度確定車身質心高度變化，進而確定汽車質心動態高度位置。
[0025]1)確定汽車質量:
當汽車處於水平位置時，以四輪汽車為例，當汽車啟動時，本系統啟動，此時車速傳感器3檢測到汽車速 度為0，開始檢測。空氣彈簧內部的氣壓傳感器測得數據分別為
則根據載荷與壓力試驗數據，得到四個車輪的載荷則最後可得到汽車的總質量Μ:
M = (Fx + F2 + Fz + F,)i g
其中，g為重力加速度。
[0026]2)確定汽車車身質心的縱向位置:
如圖2得知，根據四個空氣彈簧氣壓傳感器2_1、2_2、2_3、2_4可以分別得到汽車前軸與後軸載荷。在已知汽車軸距7的情況下。可得到汽車質心縱向上位置，以汽車質心到前軸距離1'為例。
[0027]1? = 1{P3 + F4) i (Fx + F2+ F3+ i^)
3)確定汽車車身質心的側向位置:
如圖3可知，根據四個空氣彈簧氣壓傳感器2_1、2_2、2_3、2_4可以分別得到汽車左側車輪(左前輪、左後輪)與右側車輪(右前輪、右後輪)載荷。在已知車輪輪距(這裡暫時不考慮前後輪距不一致的情況，以後輪輪距為基準)d的情況下。可得到汽車質心側向上位置，以汽車質心到左後輪側向心水平距離4為例。
^=ii(F2 + F4)/(^+F2+F3 + F4)
[0028]4)確定汽車質心的垂向高度:
當汽車處於如圖4所示位置時，車身位置傳感器4可以測得汽車傾斜角度4根據空氣
囊內氣壓，重新得到四個車輪載荷大小巧'、<、S、<,結合汽車在水平位置得到質心縱向側向位置，換算得到可以得到汽車質心到接地平面高度A。
【權利要求】
1.一種汽車質量及質心位置動態辨識系統，其特徵在於:各個車輪上裝有對應的空氣彈簧，空氣彈簧氣囊中設有測量壓力的氣壓傳感器，車身質心附近裝有車速傳感器、車身位置傳感器和加速度傳感器，車門上裝有車門開合傳感器，氣壓傳感器、車速傳感器、車身位置傳感器、加速度傳感器和車門開合傳感器通過數據傳輸裝置與數據處理單元連接，測量汽車實時質量及質心動態位置。
2.根據權利要求1所述的汽車質量及質心位置動態辨識系統，其特徵在於:所述的每一個的空氣彈簧內部都設有氣壓傳感器，根據預先完成的空氣囊內部壓力與對應車輪承受載荷試驗，進而確定所測得氣壓下對應車輪所承受的載荷大小。
3.根據權利要求1所述的汽車質量及質心位置動態辨識系統，其特徵在於:所述車身上設有的加速度傳感器，測得汽車行駛過程中的車身垂向加速度。
4.根據權利要求1所述的汽車質量及質心位置動態辨識系統，其特徵在於:所述車身位置傳感器監測到車身在不同位置狀態時，對汽車質心位置進行辨識，同時對汽車質量進行修正。
5.根據權利要求1所述的汽車質量及質心位置動態辨識系統，其特徵在於:所述系統在每次汽車啟動時候執行一次，同時車速傳感器監測汽車停止，且車門開合傳感器監測到車門有開合時候重新執行。
6.根據權利要求1所述的汽車質量及質心位置動態辨識系統，其控制方法是利用空氣囊內的壓力傳感器確定汽車實時質量，根據車輪載荷分布特點，結合汽車位置傳感器，進而計算確定汽車質心位置，最後根據汽車行駛時車身垂向加速度確定車身質心高度變化，進而確定汽車質心動態高度位置。
【文檔編號】G01M1/12GK103630298SQ201310544449
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月7日 優先權日:2013年11月7日
【發明者】吳光強, 葉光湖, 黃煥軍, 牛治東, 吳虎威, 楊家穎 申請人:同濟大學