一种整车质量和道路坡度估算方法技术

本发明专利技术涉及一种整车质量和道路坡度估算方法，其包括以下步骤：当车速小于预设车速时：采用预设比例车辆满载值作为车辆质量估算值，并根据车辆纵向加速度传感器测量值和车辆加速度计算值计算道路坡度；当车速大于或者等于预设车速时：将车速、车辆质量和道路坡度的变形作为状态量，车速、纵向加速度作为观测量，建立扩展卡尔曼状态转移和观测方程，根据扩展卡尔曼滤波公式估算车辆质量和道路坡度。本发明专利技术涉及的一种整车质量和道路坡度估算方法，在估算车辆质量和道路坡度时，不需要设定坡度间隔，且对工况要求较低，适用于重型车辆和各种工况。工况。工况。

【技术实现步骤摘要】
一种整车质量和道路坡度估算方法


[0001]本专利技术涉及车辆控制领域，特别涉及一种整车质量和道路坡度估算方法。

技术介绍

[0002]目前，整车质量和道路坡度是车辆动力学模型中的重要参数，精确估算质量和坡度可以有效提高车辆的动力性和经济性。
[0003]相关技术中，一种车辆质量估算方法，其是先构建由车辆质量、路面坡度组成的矩阵，再根据车辆动力学模型和车辆质量、路面坡度矩阵计算车辆纵向加速度的多个理论值，最后将实测的加速度值与计算值进行比对，根据比对结果确定车辆质量和道路坡度估算值，但是此种估算方法需提前构建整车质量和道路坡度矩阵，对于吨位较大的重型车辆或坡度起伏较大的山路，会很难设定合适的整车质量和坡度间隔，若间隔较小，将导致计算量过大，若间隔较大，将会大大降低估算结果的准确性，该方法不适用于重型车辆和部分工况；还有一种整车质量估算和扭矩控制方法，其是通过在车辆空挡时采集第一加速度，车辆在挡时采集第二加速度，以第一和第二加速度的矢量和作为实际加速度，构建整车动力学方程，利用最小二乘法迭代进行整车质量的估算，但是，由于此种方法在进行车辆质量估算时，需采集车辆空挡和在挡的加速度；当车辆运行之后出现空挡的时机较少，该方法对工况要求较高。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提供一种整车质量和道路坡度估算方法，以解决相关技术中提前构建整车质量和道路坡度矩阵，对于吨位较大的重型车辆或坡度起伏较大的山路，较难设定合适的整车质量和坡度间隔，不适用于重型车辆和部分工况；且采集车辆空挡加速度发热方法也对工况要求较高的问题。
[0005]第一方面，提供了一种整车质量和道路坡度估算方法，其包括以下步骤：当车速小于预设车速时：采用预设比例车辆满载值作为车辆质量估算值，并根据车辆纵向加速度测量值和车辆加速度计算值计算道路坡度；当车速大于或者等于预设车速时：根据车速，车辆质量和道路坡度变化规律建立扩展卡尔曼滤波状态转移方程；将车速和车辆纵向加速度作为观测量，建立扩展卡尔曼滤波观测方程；根据所述状态转移方程和所述观测方程构建扩展卡尔曼滤波公式估算车辆质量和道路坡度。
[0006]一些实施例中，所述当车速小于预设车速时：采用预设比例车辆满载值作为车辆质量估算值，并根据车辆纵向加速度测量值和车辆加速度计算值计算道路坡度，包括以下步骤：
[0007]采集车辆在Δt时间内的两个车速v1和v2，并计算车辆加速度a
Veh
：采集所述车辆纵向加速度传感器测量值a
Long
；根据所述车辆加速度a
Veh
和所述车辆纵向加
速度测量值a
Long
计算道路坡度θ：其中，g为重力加速度。
[0008]一些实施例中，所述当车速小于预设车速时：采用预设比例车辆满载值作为车辆质量估算值，并根据车辆纵向加速度测量值和车辆加速度计算值计算道路坡度，还包括以下步骤：当车辆进行换挡和转弯时，对计算的道路坡度进行滤波处理。
[0009]一些实施例中，所述对计算的道路坡度进行滤波处理，包括：根据车辆横向加速度和车辆纵向加速度的微分值标定得到滤波速率。
[0010]一些实施例中，所述根据车速，车辆质量和道路坡度变化规律建立状态转移方程包括：
[0011]将v、1/m、sin(θ+β)作为状态量输入扩展卡尔曼滤波器，构建状态转移方程：其中，v为车速，m为车辆质量，θ为道路坡度，β＝tan-1
μ，μ为滚动阻力系数，T
s
代表时间步长，为车辆加速度，x
1,k
为k时刻的车速v，x
2,k
为k时刻的1/m，x
3,k
为k时刻的 sin(θ+β)，为k+1时刻的先验估计值，为k+1时刻车速v的先验估计值，为k+1时刻1/m的先验估计值，为k+1时刻sin(θ+β)的先验估计值。
[0012]一些实施例中，所述根据车速，车辆质量和道路坡度变化规律建立状态转移方程，还包括以下步骤：
[0013]建立车辆动力学方程：其中，v为车速，为车辆加速度，T
wheel
为车辆轮端驱动扭矩，r
wheel
为车轮半径，C
d
为风阻系数，A
f
为迎风面积，ρ
air
为空气密度，μ为滚动阻力系数，Δm为因部件转动引起的质量附加值，m为车辆质量，θ为道路坡度，g为重力加速度；定义β＝tan-1
μ，并忽略部件转动引起的附加质量Δm，将车辆动力学方程改写为：将代入状态转移方程：状态转移方程可表述如下：
[0014]一些实施例中，所述将车速和车辆纵向加速度作为观测量，建立观测方程，包括：
[0015]根据道路坡度和车辆动力学方程得到车辆纵向加速度a
Long
，并将车辆纵向加速度a
Long
和车速作为观测量，建立观测方程如下：
[0016][0017]，其中，为车辆加速度计算值，v为车速，T
wheel
为车辆轮端驱动扭矩，r
wheel
为车轮半径，C
d
为风阻系数，A
f
为迎风面积，ρ
air
为空气密度，m为车辆质量，θ为道路坡度，g为重力加速度，β＝tan-1
μ，μ为滚动阻力系数；z
k+1
为k+1时刻的观测量矩阵，z
1,k+1
为k+1时刻的车速， z
2,k+1
为k+1时刻的车辆纵向加速度，x
1,k+1
为k+1时刻的车速，x
2,k+1
为k+1时刻的1/m，x
3,k+1
为k+1时刻的sin(θ+β)。
[0018]一些实施例中，所述根据所述状态转移方程和所述观测方程构建扩展卡尔曼滤波公式估算车辆质量和道路坡度，包括：
[0019]根据所述状态转移方程确定状态转移矩阵A和噪声矩阵W；根据所述观测方程确定观测矩阵H；定义过程激励噪声协方差矩阵其中δ1、δ2、δ3为矩阵Q的元素，测量噪声协方差矩阵R1、R2为矩阵R的元素；将状态转移矩阵A、噪声矩阵 W、观测矩阵H、噪声协方差矩阵Q和R代入扩展卡尔曼滤波器公式：
[0020]对车辆质量和道路坡度进行估算，其中，为k+1时刻的先验估计值，为k时刻的最终估计值，P
k+1-为k+1 时刻的先验误差协方差，P
k-为k时刻的先验误差协方差，K
k+1
为k+1时刻的卡尔曼增益，为k+1时刻的最终估计值，z
k+1
为k+1时刻的观测量， P
k+1
为k+1时刻的误差协方差。
[0021]一些实施例中，所述根据所述状态转移方程和所述观测方程构建扩展卡尔曼滤波公式估算车辆质量和道路坡度，还包括以下步骤：计算车辆质量和道路坡度的变化率，当车辆质量和道路坡度的变化率满足预设阈值时，则认定估算值收敛，输出车辆质量m和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种整车质量和道路坡度估算方法，其特征在于，其包括以下步骤：当车速小于预设车速时：采用预设比例车辆满载值作为车辆质量估算值，并根据车辆纵向加速度测量值和车辆加速度计算值计算道路坡度；当车速大于或者等于预设车速时：根据车速，车辆质量和道路坡度变化规律建立扩展卡尔曼滤波状态转移方程；将车速和车辆纵向加速度作为观测量，建立扩展卡尔曼滤波观测方程；根据所述状态转移方程和所述观测方程构建扩展卡尔曼滤波公式估算车辆质量和道路坡度。2.如权利要求1所述的整车质量和道路坡度估算方法，其特征在于，所述当车速小于预设车速时：采用预设比例车辆满载值作为车辆质量估算值，并根据车辆纵向加速度测量值和车辆加速度计算值计算道路坡度，包括以下步骤：采集车辆在Δt时间内的两个车速v1和v2，并计算车辆加速度a
Veh
：采集所述车辆纵向加速度传感器测量值a
Long
；根据所述车辆加速度a
Veh
和所述车辆纵向加速度测量值a
Long
计算道路坡度θ：其中，g为重力加速度。3.如权利要求1所述的整车质量和道路坡度估算方法，其特征在于，所述当车速小于预设车速时：采用预设比例车辆满载值作为车辆质量估算值，并根据车辆纵向加速度测量值和车辆加速度计算值计算道路坡度，还包括以下步骤：当车辆进行换挡和转弯时，对计算的道路坡度进行滤波处理。4.如权利要求3所述的整车质量和道路坡度估算方法，其特征在于，所述对计算的道路坡度进行滤波处理，包括：根据车辆横向加速度和车辆纵向加速度的微分值标定得到滤波速率。5.如权利要求1所述的整车质量和道路坡度估算方法，其特征在于，所述根据车速，车辆质量和道路坡度变化规律建立状态转移方程包括：将v、1/m、sin(θ+β)作为状态量输入扩展卡尔曼滤波器，构建状态转移方程：其中，v为车速，m为车辆质量，θ为道路坡度，β＝tan-1
μ，μ为滚动阻力系数，T
s
代表时间步长，为车辆加速度，x
1,k
为k时刻的车速v，x
2,k
为k时刻的1/m，x
3,k
为k时刻的sin(θ+β)，为k+1时刻的先验估计值，为k+1时刻车速v的先验估计值，为k+1时刻1/m的先验估计值，为k+1时刻sin(θ+β)的先验估计值。6.如权利要求5所述的整车质量和道路坡度估算方法，其特征在于，所述根据车速，车
辆质量和道路坡度变化规律建立状态转移方程，还包括以下步骤：建立车辆动力学方程：其中，v为车速，为车辆加速度，T
wheel
为车辆轮端驱动扭矩，r
wheel
为车轮半径，C
d
为风阻系数，A
f
为迎风面积，ρ
air
为空气密度，μ为滚动阻力系数，Δm为因部件转动引起的质量附加值，m为车辆质量...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯永杰，张彦康，王华武，万四禧，鲁新月，徐世杰，
申请(专利权)人：东风商用车有限公司，
类型：发明
国别省市：