一种基于振动测试信息的车辆物理参数估计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于振动测试信息的车辆物理参数估计方法。获取汽车物理参数的方法通常是利用复杂的在线估计系统估计整车质量，涉及需要测量的物理量较多，导致操作复杂且结果不够精准。本发明专利技术为获取目标车辆的质量以及目标车辆在原地振动过程中产生的加速度，建立车辆振动的动力公式，将车辆振动的动力公式与通过改进的无迹卡尔曼方法相结合计算得出目标车辆的振动物理参数。本发明专利技术通过设置少量测点并结合公式计算，实现车辆物理参数的估计工作。

A Vehicle Physical Parameter Estimation Method Based on Vibration Test Information

【技术实现步骤摘要】
一种基于振动测试信息的车辆物理参数估计方法
本专利技术具体涉及一种基于振动测试信息的车辆物理参数估计方法。
技术介绍
随着汽车工业的飞速发展，汽车已经成为人们日常出行的主要交通工具之一。我国汽车销量从1990年开始已经实现了近三十年的连续增长，尽管如此，目前我国汽车的千人保有量不足150辆，相比欧美日等发达国家仍有较大差距，因此，汽车产业仍将处于相对稳健的增长之中。与此同时，车辆增多所导致的公路、桥梁的疲劳、破损、超载等一系列问题，已经成为研究人员及工程师的重点研究内容。而上述研究工作，都是在车路、车桥耦合模型的基础上开展的，因此，建立精确的车辆振动模型，对路面平整度的评估、车路作用力评估、公路和桥梁的损伤评估及车辆舒适性评估等工作具有重要意义。目前，在公路路面、路基损伤研究、公路桥梁损伤研究中，为了获得更为精细化的损伤评估结果，研究人员均采用汽车与路及汽车与桥梁的耦合模型进行数值仿真模拟，并在数值模拟过程中将汽车模型简化成多自由度振动模型，因此，汽车振动模型的准确估计是车路耦合模拟分析及车桥耦合模拟分析的重要前提。现阶段，针对汽车振动模型物理参数确定方法的研究并未引起足够重视，多数研究人员还是基于汽车中各部件的原始参数及配置位置近似估计汽车振动的物理参数，因此，这种简单估计的方法精细度较低。首先，不同型号车型的部件配置差别较大，简单估计方法难以推广应用，其次，悬架刚度和悬架阻尼系数并不是一个常不变量，跟车辆的损耗程度有一定的关联性，其出厂参数仅能提供参考作用而并非其真实值。尽管汽车的配置是固定的，但与悬挂系统相连接的部件，其对整车的刚度贡献很难用直接估算的方法获得。如独立悬挂系统中的连杆、四驱系统中的传动轴等部件，都是一端直接或间接与车身相连，呈现相对静止的状态，另一端与车轮相连，呈现上下跳动的运动状态，类似部件在车体振动过程中的刚度估计，仅通过静态方法确定是不可靠的。此外，轮胎刚度系数不仅与轮胎型号相关，还与轮胎充气量相关。基于上述原因，对车辆振动参数的估计问题仍需进一步细化研究。至今还存在评估汽车物理参数的过程中还是需要测量较多的相关物理量，操作复杂且结果不够精准的问题。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术公开了一种基于振动测试信息的车辆物理参数估计方法。本专利技术所采用的技术方案为：一种基于振动测试信息的车辆物理参数估计方法，获取目标车辆的质量以及目标车辆在原地振动过程中产生的加速度，建立车辆振动的动力公式，将车辆振动的动力公式与通过改进的无迹卡尔曼方法相结合计算得出目标车辆的振动物理参数。作为优选方案：目标车辆为四分之一车辆模型。作为优选方案：获取目标车辆的悬架簧上质量ms和悬架簧下质量mu：悬架簧上质量ms与悬架簧下质量mu之和为整车质量m，其中，悬架簧上质量ms与悬架簧下质量mu通过车辆配置设计分别计算获得。一种基于振动测试信息的车辆物理参数估计方法，目标车辆在原地振动过程中产生的加速度是指使目标车辆产生竖向自由振动并测得响应的过程，具体内容如下：首先，将目标车辆的车轮停靠在预先设置好的停车块上，在目标车辆的车厢底部设置第一加速度传感器，在目标车辆的底盘处设置第二加速度传感器，第一加速度传感器用于测试并确定目标车辆振动过程中的悬架簧上质量ms的竖向加速度第二加速度传感器用于测试并确定目标车辆振动过程中悬架簧下质量mu的竖向加速度驱动目标车辆，使目标车辆的四个车轮同时从停车块脱离，以此获得目标车辆在跌落过程中自由振动所产生的加速度和建立车辆竖向振动的动力方程：公式(1)和(2)中，ms为目标车辆的悬架簧上质量；mu为目标车辆的悬架簧下质量；cs为悬架阻尼系数；ks为悬架簧刚度系数；zs、分别为悬架簧以上部分竖向运动的位移、速度和加速度；zu、分别为悬架簧以下部分竖向运动的位移、速度和加速度；kt为车轮的刚度系数；δ(0)为车轮与地面之间的瞬时冲击荷载；然后，通过改进的无迹卡尔曼方法获得目标车辆的振动物理参数cs、ks和kt，过程如下：基于卡尔曼的离散时间系统的状态方程与观测方程如下：xk＝f(xk-1,uk-1)+vk-1(3)yk＝h(xk,uk)+wk(4)公式(3)和(4)中，k为离散时间步；xk为n维随机状态向量；yk为m维观测向量；状态方程和观测方程在状态量xk处连续且可微，vk为均值且为0、协方差为Qk的过程噪声；wk为均值为0、协方差为Rk的观测噪声；uk为外界输入向量，自由振动时，该项为0；在无迹卡尔曼滤波器中，第tk+1时刻的观测量能够由已知、未知的车辆振动加速度向量、模型参数用以公式(5)表达：公式(5)中，为四分之一车辆模型的预测响应；为从t1到tk+1时刻车辆竖向振动加速度的已知时程；为从t1到tk+1时刻车辆竖向振动加速度的未知时程；θ为模型参数向量；z0、为模型初始时刻的位移和速度向量；此时，系统的观测量的预测值可表为：公式(6)中，yk+1为目标车辆加速度响应向量，vk+1为测量噪声；因此，在第k+1步时，估算目标车辆的振动物理参数的数学表达式为：公式(7)中，为tk时刻未知增广状态量；根据公式(1)～(7)，计算得到目标车辆的振动物理参数cs、ks和kt。作为优选方案：根据公式(3)和(4)可知，随着时间步数k的增加，状态方程和观测方程维数也随之增加，导致识别过程计算负担加重，因此，在无迹卡尔曼递推过程中，为保证测量数据被及时应用且有效改善精度的前提下，基于递推窗的无迹卡尔曼方法被提出并得到有效的验证，即在递推过程中，仅考虑k+1步之前的L个时间步长，以此形成连续的滚动窗口并在此基础上完成整个估计过程，此时，公式(7)写成下面形式：此时xk+1为在tk+1时刻缩减长度之后的未知增广状态向量。作为优选方案：悬架簧上质量ms与悬架簧下质量mu根据整车质量m及悬架簧上质量ms与悬架簧下质量mu的比值确定即可。本专利技术的有益效果为：一、本专利技术提出的是一种基于振动测试信息的车辆物理参数估计方法，该方法在获取目标车辆的物理参数时，不依赖目标车辆的车型及其配置，而是直接在目标车辆的振动状态下获取竖向运动的位移、速度和加速度，测得数据结合公式推导得出目标车辆的车辆悬架阻尼系数、悬架刚度系数以及轮胎刚度系数，结果更加准确可靠，获取数据的操作难度降低且简化，计算准确，适合在实际应用中推广。二、本专利技术从汽车自身结构和振动特点出发，以悬架簧为准，分为两部分并分别测量，一部分为静态部件，一部分为动态部件，静态部件是将独立悬挂系统中的连杆、四驱系统中的传动轴的部件，都是一端直接或间接与车身相连，呈现相对静止的状态的部件。动态部件是独立悬挂系统中的连杆、四驱系统中的传动轴等部件的另一端与车轮相连，呈现上下跳动的运动状态的部件，将动态部件处于振动状态下的测量数据更加准确，避免了动态部件在静态方法中确定其刚度估计的过程。三、本专利技术所涉及的车辆振动参数估计方法，原理明确，操作简单，该过程只需要测定车辆原地自由振动时，车体悬架上下两部分的竖向加速度即可。相比角加速度、位移等观测量而言，加速度的获取更为方便，且加速度数据可直接带入系统动力方程，无需求导、积分处理，避免了测量数据在处理过程中的失真问题。四、本专利技术中所使用的非线性系统参数在线估计方法，是基于改进后的无迹卡尔曼实现的。该方法是在传统无迹本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于振动测试信息的车辆物理参数估计方法，其特征在于：获取目标车辆的质量以及目标车辆在原地振动过程中产生的加速度，建立车辆振动的动力公式，将车辆振动的动力公式与通过改进的无迹卡尔曼方法相结合计算得出目标车辆的振动物理参数。

【技术特征摘要】
2019.05.13 CN 20191039364251.一种基于振动测试信息的车辆物理参数估计方法，其特征在于：获取目标车辆的质量以及目标车辆在原地振动过程中产生的加速度，建立车辆振动的动力公式，将车辆振动的动力公式与通过改进的无迹卡尔曼方法相结合计算得出目标车辆的振动物理参数。2.根据权利要求1所述的一种基于振动测试信息的车辆物理参数估计方法，其特征在于：目标车辆为四分之一车辆模型，振动物理参数包括车辆模型的质量、刚度、和阻尼。3.根据权利要求1或2所述的一种基于振动测试信息的车辆物理参数估计方法，其特征在于：目标车辆的质量包括悬架簧上质量ms和悬架簧下质量mu：悬架簧上质量ms与悬架簧下质量mu之和为整车质量m，其中，悬架簧上质量ms与悬架簧下质量mu通过车辆配置设计分别计算获得。4.根据权利要求3所述的一种基于振动测试信息的车辆物理参数估计方法，其特征在于：目标车辆在原地振动过程中产生的加速度是指使目标车辆产生竖向自由振动并测得响应的过程，具体内容如下：首先，将目标车辆的车轮停靠在预先设置好的停车块上，在目标车辆的车厢底部设置第一加速度传感器，在目标车辆的底盘处设置第二加速度传感器，第一加速度传感器用于测试并确定目标车辆振动过程中的悬架簧上质量ms的竖向加速度第二加速度传感器用于测试并确定目标车辆振动过程中悬架簧下质量mu的竖向加速度驱动目标车辆，使目标车辆的四个车轮同时从停车块脱离，以此获得目标车辆在跌落过程中自由振动所产生的加速度和建立车辆竖向振动的动力方程：公式(1)和(2)中，ms为目标车辆的悬架簧上质量；mu为目标车辆的悬架簧下质量；cs为悬架阻尼系数；ks为悬架簧刚度系数；zs、分别为悬架簧以上部分竖向运动的位移、速度和加速度；zu、分别为悬架簧以下部分竖向运动的位移、速度和加速度；kt为车轮的刚度系数；δ(0)为车轮与地面之间的瞬时冲击荷载；然后，通过改进的无迹卡尔曼方法获得目标车辆的振动物...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁勇，郭丽娜，张志强，刘爱辉，赵国光，吴波，郑瑞海，
申请(专利权)人：中冀施玛特科技河北有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13