車輛質量辨識方法和裝置的製作方法
2023-05-15 22:32:21
專利名稱：車輛質量辨識方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於車輛、尤其是電機驅動的車輛的質量辨識方法和裝置。
背景技術：
對於整車控制系統而言，雖然傳感器可以提供一些車輛和環境信息，如輪速，車身加速度、環境溫度等，但是還有一些信息，如整車質量、路面附著係數等，它們利用傳感器是難以獲得的，如果能夠對一些未知參數進行有效地估計的話，那麼將會使得控制系統的控制效果得到進一步的提高。以ASR和ABS系統為例，各個車輪的垂直載荷信息對於控制車輪滑移(或滑轉)有很大的參考作用。決定車輪垂直載荷的一個主要因素就是整車質量，整車質量信息對於獲得垂直載荷以及控制車輪滑動率而言都是非常重要的。汽車工程師們在汽車質量辨識方面做了很多的研究，其中的辨識方法多種多樣， 歸結起來為兩大類一是基於傳感器的質量辨識；二是基於動力學模型的質量辨識。通過增加相應的傳感器可以使質量辨識變得簡單。如從懸架動力考慮，汽車質量直接作用於懸架，所以可以安裝懸架傳感器，進行質量辨識。文獻[1]中以此為據在懸架上安裝行程傳感器對懸架狀態進而對參數進行辨識。從傳動鏈動力考慮，文獻[2]中通過安裝懸架震動傳感器獲取懸架震動數值對整車質量進行實時的辨識。文獻[1]、[2]中都需要在汽車上增加相應的昂貴的傳感器，使汽車的成本大大提高。基於動力學模型的質量辨識是利用汽車動力學模型根據已有的或可以直接從CAN 總線中獲取的數據，像發動機轉矩、汽車速度、發動機速度和傳動比等，對汽車質量進行辨識。從側向/橫擺動力學來考慮，汽車的質量直接影響側向加速度與側向力(側傾路面、轉向等引起)之間的關係。文獻[3]、[4]中以此採用卡爾曼濾波對汽車行駛狀況以及參數(包括質量)進行辨識。但是側向和橫擺動力學模型存在一個缺點，那就是計算得到的結果精度不是特別高，參數的獲取比較困難。從縱向動力學考慮，汽車質量直接影響汽車縱向力和縱向加速度之間的關係。作為代表，文獻[5]、[6]採用遞推最小二乘法對汽車質量和坡度進行實時的辨識，但該方法需要通過試驗數據擬合求得車輛的滾動阻力係數和空氣阻力係數，試驗成本比較高。文獻[7]使用了兩段辨識的方法對坡度以及載荷進行了辨識。該方法未考慮滾動阻力在不同路面上的變化對辨識結果的影響。文獻[8]中採用廣義卡爾曼濾波的方法結合Model PredictiveControl (MPC)對汽車坡度進行實時的辨識。該方法中假設的前提是車重和坡度維持在一個固定的值，是否在變坡度的情況下能否得到一個快速的估計，以及坡度起步車速很慢的情況下能否達到快速響應還有待研究。上面介紹的現有汽車質量辨識方法要麼非常昂貴，要麼沒有全面的考慮行駛阻力和坡度阻力的影響，因而在實際中並不能完全適應汽車行駛工況的複雜變化。此外，現有技術中，基於動力學模型辨識方法多是將質量和坡度作為兩個未知參數來估計，把滾動阻力和空氣阻力作為已知輸入公式，並未考慮阻力在不同條件下的變化， 而且坡度估計的準確程度直接影響到質量的辨識。
發明內容
本發明的一個目的是提供一種改進的用於車輛、尤其是電機驅動的車輛的質量辨識方法和裝置，其能夠同時在車輛質量辨識過程中節省成本和提高準確性。為了實現上述目的，本發明提供一種車輛質量辨識方法，包括下述步驟在車輛行駛時獲取車輪轉速和驅動力矩；獲取車輛行駛的縱向加速度值；建立車輛的縱向動力學方程，在該縱向動力學方程的基礎上，以車輪轉速、驅動力矩和車輛行駛的縱向加速度值為測量輸入參數，將滾動阻力和空氣阻力之和作為一個變量，設定粗估的車輛質量的初始值，通過帶多個遺忘因子的遞推最小二乘法，辨識出車輛質量。根據本發明的一個優選實施方式，所述辨識方法優選在車輛起步階段執行。根據本發明的一個優選實施方式，所述車輛為電機驅動的車輛。在此情況下，所述驅動力矩可基於電機電流信息得到，而所述車輪轉速基於得到電機轉速傳感器得到。根據本發明的一個優選實施方式，所述車輛為各車輪由電機獨立驅動的車輛。根據本發明的一個優選實施方式，車輛的縱向動力學方程中至少包括車輪的轉動慣量、車輪半徑作為固有物理學參數。根據本發明的一個優選實施方式，在所述車輛質量辨識方法中，車輛質量作為一個未知參數來辨識，將滾動阻力和空氣阻力之和行駛阻力作為另一個未知參數來辨識。根據本發明的一個優選實施方式，在所述車輛質量辨識方法中，以一定的時間間隔對車輛質量的估計值進行採樣，當最近的數個採樣點的估計值的方差小於一閾值時，以最後採樣的估計值作為辨識方法輸出的車輛質量。根據本發明的一個優選實施方式，在所述車輛質量辨識方法中，以提高辨識的準確性為目標，選擇多個遺忘因子之間的比例。根據本發明的一個優選實施方式，在所述遞推最小二乘法中，輸入車輛質量的初始值，所述初始值為接近車輛實際質量變化範圍的值即可，例如空載狀況下的車輛質量的 1 1. 5倍。本發明還提供了一種車輛質量辨識裝置，其包括檢測元件，用於獲取車輛行駛時的車輪轉速和驅動力矩；縱向加速度傳感器，其測量車輛的運動加速度；計算模塊，其利用前面描述的車輛質量辨識方法計算出車輛質量。所述車輛優選為各車輪由電機獨立驅動的車輛，例如四輪輪轂電機驅動的車輛等。根據本發明的一個優選實施方式，所述車輛質量辨識裝置安裝在電機驅動的車輛中。優選地，所述車輛質量辨識裝置安裝在各車輪由電機獨立驅動的車輛中。本發明提出了一種新的質量辨識方法。與傳統的質量辨識方法相比，該辨識方法需要數量更少或價格更低的傳感器，獲得的信號也可能更準確。本發明也不需要將滾動阻力、空氣阻力和車輛縱向速度作為預置條件。因此，計算負荷非常小，並且該辨識方法易於實時應用。
下面將參照附圖描述本發明的優選實施方式。圖1是車輛的車輪驅動狀態動力學示意圖。圖2是車輛的縱向動力學模型的示意圖。圖3是本發明的試車試驗中的車輪力矩信號的曲線圖。圖4是本發明的試車試驗中的車輪轉速信號的曲線圖。圖5是濾波前後的加速度信號的曲線圖。圖6是不同遺忘因子比例對辨識結果的影響的曲線圖。
圖7是工況1的辨識過程的曲線圖。圖8是工況2的辨識過程的曲線圖。圖9是工況3的辨識過程的曲線圖。
具體實施例方式本發明的研究對象是車輛，尤其是電機驅動的車輛，在本發明的實施例中採用的是各車輪由電機獨立驅動的車輛，例如四輪輪轂電機驅動的車輛。對於一般車輛，車輪轉速、車輛驅動力矩都需要通過額外的傳感器測得。對於電機驅動的車輛，由於車輪直接或間接被電機驅動，驅動力矩可以直接或間接通過電機電信號獲得，相比文獻[5]中通過發動機特性計算得到的驅動力矩要更加精確；無需額外添加輪速傳感器，電機中集成的轉速傳感器可以提供電機的轉速，進而換算出車輪轉速。本發明提出一種新的基於動力學模型的辨識方法，不需要單獨處理坡度信息，且將滾動阻力和空氣阻力合成一項行駛阻力作為一個變量，無需利用公式擬合阻力，無需車速信息，最後以質量和行駛阻力作為兩個未知參數來估計，該辨識方法的計算量更小，且辨識速度快，實時性好。本發明的質量辨識方法基於車輛，尤其是電機驅動的車輛，特別是在本發明的實施例中採用的各車輪由電機獨立驅動的車輛。通過縱向加速度傳感器得到加速度信息；4 個車輪的輪速信息和4個車輪的力矩信息都可以通過傳感器或電機得到。起步階段的車速較低，因此行駛阻力也較低，這樣有利於提高質量估計的準確性，辨識方法優選為在車輛起步階段執行以進行辨識。因為整車質量在車輛行駛後變化很小，可以認為是個常數，因此整車質量辨識一般在車輛起步階段完成，之後便不再進行辨識而保留原值。當然，本發明車輛的質量辨識也可以在車輛行駛過程中完成。如圖1所示，車輛在正常的運行狀態下，其車輪的轉動平衡方程可以表示為
權利要求
1.一種車輛質量辨識方法，包括下述步驟 在車輛行駛時獲取車輪轉速和驅動力矩， 獲取車輛行駛的縱向加速度值；建立車輛的縱向動力學方程，在該縱向動力學方程的基礎上，以車輪轉速、驅動力矩和車輛行駛的縱向加速度值為測量輸入參數，將滾動阻力和空氣阻力之和作為一個變量，設定粗估的車輛質量，通過帶多個遺忘因子的遞推最小二乘法，辨識出車輛質量。
2.如權利要求1所述的車輛質量辨識方法，其中，所述辨識方法優選在車輛起步階段執行。
3.如權利要求1或2所述的車輛質量辨識方法，其中，所述車輛為電機驅動的車輛。
4.如權利要求3所述的車輛質量辨識方法，其中，所述驅動力矩基於電機電流信息得到。
5.如權利要求3或4所述的車輛質量辨識方法，其中，所述車輪轉速基於得到電機轉速傳感器得到。
6.如權利要求3至5中任一項所述的車輛質量辨識方法，其中，所述車輛為各車輪由電機獨立驅動的車輛。
7.如權利要求1至6中任一項所述的車輛質量辨識方法，其中，車輛的縱向動力學方程中至少包括車輪的轉動慣量、車輪半徑作為固有物理學參數。
8.如權利要求1至7中任一項所述的車輛質量辨識方法，其中，在所述辨識方法中，車輛質量作為一個未知參數來辨識，將滾動阻力和空氣阻力之和行駛阻力作為另一個未知參數來辨識。
9.一種車輛質量辨識裝置，包括檢測元件，用於獲取車輛行駛時的車輪轉速和驅動力矩； 縱向加速度傳感器，其測量車輛的縱向加速度值；計算模塊，其利用如權利要求1至8中任一項所述的車輛質量辨識方法辨識出車輛質量。
10.如權利要求9所述的車輛質量辨識裝置，其中，所述車輛質量辨識裝置安裝在電機驅動的車輛中。
11.如權利要求10所述的車輛質量辨識裝置，其中，所述車輛質量辨識裝置安裝在各車輪由電機獨立驅動的車輛中。
全文摘要
提供了一種車輛質量辨識方法和裝置，其中，在車輛行駛時獲取車輪轉速和驅動力矩，獲取車輛行駛的縱向加速度值；建立車輛的縱向動力學方程，在該縱向動力學方程的基礎上，以車輪轉速、驅動力矩和車輛行駛的縱向加速度值為測量輸入參數，將滾動阻力和空氣阻力之和作為一個變量，設定粗估的車輛質量，通過帶多個遺忘因子的遞推最小二乘法，辨識出車輛質量。
文檔編號G01G19/08GK102486400SQ20101059042
公開日2012年6月6日 申請日期2010年12月6日 優先權日2010年12月6日
發明者餘卓平, 馮源, 熊璐, 韓衛軍 申請人:羅伯特·博世有限公司