一种车辆在线称重方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种车辆在线称重方法及系统。所述称重方法包括：当车辆静止于具有坡度的道路上时，对车辆进行受力分析，建立后轮力矩平衡关系式、前轮力矩平衡关系式以及整车力矩平衡关系式；当所述车辆为空载状态时，根据所述整车力矩平衡关系式确定车辆空载质心位置；根据所述车辆空载质心位置确定车辆空载质心垂向位置；根据所述车辆空载质心位置、所述车辆空载质心垂向位置、后轮力矩平衡关系式、前轮力矩平衡关系式以及整车力矩平衡关系式确定称重线性模型；利用最小二乘法对所述称重线性模型进行参数辨识，确定整车质量。采用本发明专利技术所提供的称重方法及系统能够提高车辆称重系统的评估效率，并使得该称重系统能够广泛适用于不同型号的车辆。

An on-line weighing method and system for vehicles

【技术实现步骤摘要】
一种车辆在线称重方法及系统
本专利技术涉及车辆在线称重领域，特别是涉及一种车辆在线称重方法及系统。
技术介绍
车辆物料装载在0到236吨之间变化，不论是智能驾驶运动控制技术研究还是实际工程需要，整车质量都是必不可少的物理量，工程中一般要求质量估计的精度在5％内。对于整车质量的估计有静态估计法和动态估计法；动态估计法通常是建立纵向动力学模型或者垂向动力学模型，通过获取车辆发动机转速和扭矩的情况下，建立纵向动力学模型，使用最小二乘法实时估计整车质量和道路坡度角。也可以通过建立垂向动力学模型，在获取车辆垂向加速度和道路坡度角的情况下，实时估计出车辆簧载质量。动态估计整车质量的优势在于即便车辆在运行过程中存在漏料问题，都能够实时监测，这就要求整个质量估计系统的精度很高，所以要求纵向或者垂向动力学模型较为准确，传感器精度要求也高，因此采用动态估计法估计整车质量的估计精度低。而对于矿用车，整车质量达到百吨级，工程要求质量估计精度控制在5％内，所以只要不存在较大事故，其运行过程中泄漏量达到几吨的概率较小，因此采用静态估计法对整车质量进行评估可以有效提高评估精度，而传统的静态评估法针对不同的车辆进行称重实验时，需要获取车辆的结构参数，再进行多次试验得出整车质量，面对不同型号的车辆时需要重新获取车辆的结构参数，大大降低了评估效率，通用性差。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种车辆在线称重方法及系统，以解决传统的称重系统评估效率低、通用性差的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种车辆在线称重方法，车辆前桥与车身之间的前悬缸与垂直方向的夹角从空载到满载的过程中，所述前悬缸与垂直方向的夹角的角度变化范围为13.8°～15.1°，后悬缸与车身和车轴之间的连接为铰链连接，车辆后悬缸与后轴支撑处形成A型架，支撑点处对车身的支撑力随着后悬缸不同的压缩程度以及所述后悬缸与垂直方向的角度变化，所述称重方法包括：当车辆静止于具有坡度的道路上时，对车辆进行受力分析，建立后轮力矩平衡关系式、前轮力矩平衡关系式以及整车力矩平衡关系式；所述后轮力矩平衡关系式是以后轮与地面接触点为分析点建立的；所述前轮力矩平衡关系式是以前轮与地面接触点为分析点建立的；所述整车力矩平衡关系式是以所述支撑点为分析点建立的；当所述车辆为空载状态时，根据所述整车力矩平衡关系式确定车辆空载质心位置；根据所述车辆空载质心位置确定车辆空载质心垂向位置；根据所述车辆空载质心位置、所述车辆空载质心垂向位置、后轮力矩平衡关系式、前轮力矩平衡关系式以及整车力矩平衡关系式确定称重线性模型；利用最小二乘法对所述称重线性模型进行参数辨识，确定整车质量。可选的，所述当车辆静止于具有坡度的道路上时，对车辆进行受力分析，建立后轮力矩平衡关系式、前轮力矩平衡关系式以及整车力矩平衡关系式，具体包括：根据公式NQ·E＝(Wk·a+W·b)·cosθ-(Wk·d+W·e)·sinθ建立后轮力矩平衡关系式；根据公式NQ＝(P1+P2)·A1·cosφ1+CQ·cosθ建立前轮力矩平衡关系式；根据公式建立整车力矩平衡关系式；其中，NQ为地面对前轮胎总的作用力；E前轮中心到后轮中心的距离；Wk为车辆空载质量；a为车辆空载质心位置；W为物料装载量；b为物料质心到后轮胎中心的横向距离；θ为坡度角；d为车辆空载质心垂向位置；e为物料质心到地面的垂向距离；P1为左前缸压力值；P2为右前缸压力值；P3为左后缸压力值；P4为右后缸压力值；A1为左前缸活塞杆横截面积；φ1为前悬缸倾斜角度；CQ为前桥与前轮胎质量；E为前轮中心到后轮中心的距离；D为A型架支点O距后轮中心的距离；L为上铰链点距离车轮中心距离；K为支点距离车轮中心距离；G为后铰接点与前轮中心的距离；A3为后悬缸活塞缸截面积；φ2为后悬缸倾斜角度。可选的，所述当所述车辆为空载状态时，根据所述整车力矩平衡关系式确定车辆空载质心位置，具体包括：当所述车辆为空载状态时，根据公式将所述整车力矩平衡关系式转换为空载时的整车力矩平衡关系式；其中，P10为空载时左前缸压力值；P20为空载时右前缸压力值；P30为空载时左后缸压力值；P40为空载时右后缸压力值；根据所述空载时的整车力矩平衡关系式，利用公式a＝((P10+P20)·A1·cosφ1·(E-D)-(P30+P40)·A3·(cosφ2·(G-E+D)+sinφ2·(L-K)))/(Wk·cosθ)+D确定车辆空载质心位置。可选的，所述根据所述车辆空载质心位置确定车辆空载质心垂向位置，具体包括：当所述道路的坡度角为0时，根据公式CQ＝Wk·a/E-(P10+P20)·A1cosφ1/cosθ确定所述车身前桥和所述前轮的前轮胎总质量；当所述道路的坡度角不为0时，根据所述车身前桥和所述前轮的前轮胎总质量确定车辆空载质心垂向位置。可选的，所述根据所述车辆空载质心位置、所述车辆空载质心垂向位置、后轮力矩平衡关系式、前轮力矩平衡关系式以及整车力矩平衡关系式确定称重线性模型，具体包括：根据公式cosθ·l1+sinθ·l2+W·sinθ·l3+W·cosθ·l4+(P3+P4)·l5＝(P1+P2)确定称重线性模型；其中，li为设定的第i个待求的辨识参数，i＝1,2,3,4,5。一种车辆在线称重系统，车辆前桥与车身之间的前悬缸与垂直方向的夹角从空载到满载的过程中，所述前悬缸与垂直方向的夹角的角度变化范围为13.8°～15.1°，后悬缸与车身和车轴之间的连接为铰链连接，车辆后悬缸与后轴支撑处形成A型架，支撑点处对车身的支撑力随着后悬缸不同的压缩程度以及所述后悬缸与垂直方向的角度变化，所述称重方法包括：力矩平衡关系式建立模块，用于当车辆静止于具有坡度的道路上时，对车辆进行受力分析，建立后轮力矩平衡关系式、前轮力矩平衡关系式以及整车力矩平衡关系式；所述后轮力矩平衡关系式是以后轮与地面接触点为分析点建立的；所述前轮力矩平衡关系式是以前轮与地面接触点为分析点建立的；所述整车力矩平衡关系式是以所述支撑点为分析点建立的；车辆空载质心位置确定模块，用于当所述车辆为空载状态时，根据所述整车力矩平衡关系式确定车辆空载质心位置；车辆空载质心垂向位置确定模块，用于根据所述车辆空载质心位置确定车辆空载质心垂向位置；称重线性模型确定模块，用于根据所述车辆空载质心位置、所述车辆空载质心垂向位置、后轮力矩平衡关系式、前轮力矩平衡关系式以及整车力矩平衡关系式确定称重线性模型；整车质量确定模块，用于利用最小二乘法对所述称重线性模型进行参数辨识，确定整车质量。可选的，所述力矩平衡关系式建立模块具体包括：后轮力矩平衡关系式建立单元，用于根据公式NQ·E＝(Wk·a+W·b)·cosθ-(Wk·d+W·e)·sinθ建立后轮力矩平衡关系式；前轮力矩平衡关系式建立单元，用于根据公式NQ＝(P1+P2)·A1·cosφ1+CQ·cosθ建立前轮力矩平衡关系式；整车力矩平衡关系式建立单元，用于根据公式建立整车力矩平衡关系式；其中，NQ为地面对前轮胎总的作用力；E前轮中心到后轮中心的距离；Wk为车辆空载质量；a为车辆空载质心位置；W为物料装载量；b为物料质心到后轮胎中心的横向距离；θ为坡度角；d为车辆空载质心垂向位置；e为物料质心到地面的垂向距离；P1为左前缸压力值本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种车辆在线称重方法，其特征在于，所述车辆前桥与车身之间的前悬缸与垂直方向的夹角从空载到满载的过程中，所述前悬缸与垂直方向的夹角的角度变化范围为13.8°～15.1°，后悬缸与车身和车轴之间的连接为铰链连接，车辆后悬缸与后轴支撑处形成A型架，支撑点处对车身的支撑力随着后悬缸不同的压缩程度以及所述后悬缸与垂直方向的角度变化，所述称重方法包括：当车辆静止于具有坡度的道路上时，对车辆进行受力分析，建立后轮力矩平衡关系式、前轮力矩平衡关系式以及整车力矩平衡关系式；所述后轮力矩平衡关系式是以后轮与地面接触点为分析点建立的；所述前轮力矩平衡关系式是以前轮与地面接触点为分析点建立的；所述整车力矩平衡关系式是以所述支撑点为分析点建立的；当所述车辆为空载状态时，根据所述整车力矩平衡关系式确定车辆空载质心位置；根据所述车辆空载质心位置确定车辆空载质心垂向位置；根据所述车辆空载质心位置、所述车辆空载质心垂向位置、后轮力矩平衡关系式、前轮力矩平衡关系式以及整车力矩平衡关系式确定称重线性模型；利用最小二乘法对所述称重线性模型进行参数辨识，确定整车质量。

【技术特征摘要】
1.一种车辆在线称重方法，其特征在于，所述车辆前桥与车身之间的前悬缸与垂直方向的夹角从空载到满载的过程中，所述前悬缸与垂直方向的夹角的角度变化范围为13.8°～15.1°，后悬缸与车身和车轴之间的连接为铰链连接，车辆后悬缸与后轴支撑处形成A型架，支撑点处对车身的支撑力随着后悬缸不同的压缩程度以及所述后悬缸与垂直方向的角度变化，所述称重方法包括：当车辆静止于具有坡度的道路上时，对车辆进行受力分析，建立后轮力矩平衡关系式、前轮力矩平衡关系式以及整车力矩平衡关系式；所述后轮力矩平衡关系式是以后轮与地面接触点为分析点建立的；所述前轮力矩平衡关系式是以前轮与地面接触点为分析点建立的；所述整车力矩平衡关系式是以所述支撑点为分析点建立的；当所述车辆为空载状态时，根据所述整车力矩平衡关系式确定车辆空载质心位置；根据所述车辆空载质心位置确定车辆空载质心垂向位置；根据所述车辆空载质心位置、所述车辆空载质心垂向位置、后轮力矩平衡关系式、前轮力矩平衡关系式以及整车力矩平衡关系式确定称重线性模型；利用最小二乘法对所述称重线性模型进行参数辨识，确定整车质量。2.根据权利要求1所述的车辆在线称重方法，其特征在于，所述当车辆静止于具有坡度的道路上时，对车辆进行受力分析，建立后轮力矩平衡关系式、前轮力矩平衡关系式以及整车力矩平衡关系式，具体包括：根据公式NQ·E＝(Wk·a+W·b)·cosθ-(Wk·d+W·e)·sinθ建立后轮力矩平衡关系式；根据公式NQ＝(P1+P2)·A1·cosφ1+CQ·cosθ建立前轮力矩平衡关系式；根据公式建立整车力矩平衡关系式；其中，NQ为地面对前轮胎总的作用力；E前轮中心到后轮中心的距离；Wk为车辆空载质量；a为车辆空载质心位置；W为物料装载量；b为物料质心到后轮胎中心的横向距离；θ为坡度角；d为车辆空载质心垂向位置；e为物料质心到地面的垂向距离；P1为左前缸压力值；P2为右前缸压力值；P3为左后缸压力值；P4为右后缸压力值；A1为前缸活塞杆横截面积；φ1为前悬缸倾斜角度；CQ为前桥与前轮胎质量；D为A型架支点O距后轮中心的距离；L为上铰链点距离车轮中心距离；K为支点距离车轮中心距离；G为后铰接点与前轮中心的距离；A3为后悬缸活塞缸截面积；φ2为后悬缸倾斜角度。3.根据权利要求2所述的车辆在线称重方法，其特征在于，所述当所述车辆为空载状态时，根据所述整车力矩平衡关系式确定车辆空载质心位置，具体包括：当所述车辆为空载状态时，根据公式将所述整车力矩平衡关系式转换为空载时的整车力矩平衡关系式；其中，P10为空载时左前缸压力值；P20为空载时右前缸压力值；P30为空载时左后缸压力值；P40为空载时右后缸压力值；根据所述空载时的整车力矩平衡关系式，利用公式a＝((P10+P20)·A1·cosφ1·(E-D)-(P30+P40)·A3·(cosφ2·(G-E+D)+sinφ2·(L-K)))/(Wk·cosθ)+D确定车辆空载质心位置。4.根据权利要求3所述的车辆在线称重方法，其特征在于，所述根据所述车辆空载质心位置确定车辆空载质心垂向位置，具体包括：当所述道路的坡度角为0时，根据公式CQ＝Wk·a/E-(P10+P20)·A1cosφ1/cosθ确定所述车身前桥和所述前轮的前轮胎总质量；当所述道路的坡度角不为0时，根据所述车身前桥和所述前轮的前轮胎总质量确定车辆空载质心垂向位置。5.根据权利要求4所述的车辆在线称重方法，其特征在于，所述根据所述车辆空载质心位置、所述车辆空载质心垂向位置、后轮力矩平衡关系式、前轮力矩平衡关系式以及整车力矩平衡关系式确定称重线性模型，具体包括：根据公式cosθ·l1+sinθ·l2+W·sinθ·l3+W·cosθ·l4+(P3+P4)·l5＝(P1+P2)确定称重线性模型；其中，li为设定的第i个待求的辨识参数，i＝1,2,3,4,5。6.一种车辆在线称重系统，其特征在于，车辆前桥与车身之间的前悬缸与垂...

【专利技术属性】
技术研发人员：王向周，郑戍华，赵莎莎，张宁宁，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11