专利名称：车辆质量辨识方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于车辆、尤其是电机驱动的车辆的质量辨识方法和装置。
背景技术：
对于整车控制系统而言，虽然传感器可以提供一些车辆和环境信息，如轮速，车身加速度、环境温度等，但是还有一些信息，如整车质量、路面附着系数等，它们利用传感器是难以获得的，如果能够对一些未知参数进行有效地估计的话，那么将会使得控制系统的控制效果得到进一步的提高。以ASR和ABS系统为例，各个车轮的垂直载荷信息对于控制车轮滑移(或滑转)有很大的参考作用。决定车轮垂直载荷的一个主要因素就是整车质量，整车质量信息对于获得垂直载荷以及控制车轮滑动率而言都是非常重要的。汽车工程师们在汽车质量辨识方面做了很多的研究，其中的辨识方法多种多样， 归结起来为两大类一是基于传感器的质量辨识；二是基于动力学模型的质量辨识。通过增加相应的传感器可以使质量辨识变得简单。如从悬架动力考虑，汽车质量直接作用于悬架，所以可以安装悬架传感器，进行质量辨识。文献[1]中以此为据在悬架上安装行程传感器对悬架状态进而对参数进行辨识。从传动链动力考虑，文献[2]中通过安装悬架震动传感器获取悬架震动数值对整车质量进行实时的辨识。文献[1]、[2]中都需要在汽车上增加相应的昂贵的传感器，使汽车的成本大大提高。基于动力学模型的质量辨识是利用汽车动力学模型根据已有的或可以直接从CAN 总线中获取的数据，像发动机转矩、汽车速度、发动机速度和传动比等，对汽车质量进行辨识。从侧向/横摆动力学来考虑，汽车的质量直接影响侧向加速度与侧向力(侧倾路面、转向等引起)之间的关系。文献[3]、[4]中以此采用卡尔曼滤波对汽车行驶状况以及参数(包括质量)进行辨识。但是侧向和横摆动力学模型存在一个缺点，那就是计算得到的结果精度不是特别高，参数的获取比较困难。从纵向动力学考虑，汽车质量直接影响汽车纵向力和纵向加速度之间的关系。作为代表，文献[5]、[6]采用递推最小二乘法对汽车质量和坡度进行实时的辨识，但该方法需要通过试验数据拟合求得车辆的滚动阻力系数和空气阻力系数，试验成本比较高。文献[7]使用了两段辨识的方法对坡度以及载荷进行了辨识。该方法未考虑滚动阻力在不同路面上的变化对辨识结果的影响。文献[8]中采用广义卡尔曼滤波的方法结合Model PredictiveControl (MPC)对汽车坡度进行实时的辨识。该方法中假设的前提是车重和坡度维持在一个固定的值，是否在变坡度的情况下能否得到一个快速的估计，以及坡度起步车速很慢的情况下能否达到快速响应还有待研究。上面介绍的现有汽车质量辨识方法要么非常昂贵，要么没有全面的考虑行驶阻力和坡度阻力的影响，因而在实际中并不能完全适应汽车行驶工况的复杂变化。此外，现有技术中，基于动力学模型辨识方法多是将质量和坡度作为两个未知参数来估计，把滚动阻力和空气阻力作为已知输入公式，并未考虑阻力在不同条件下的变化， 而且坡度估计的准确程度直接影响到质量的辨识。

发明内容
本发明的一个目的是提供一种改进的用于车辆、尤其是电机驱动的车辆的质量辨识方法和装置，其能够同时在车辆质量辨识过程中节省成本和提高准确性。为了实现上述目的，本发明提供一种车辆质量辨识方法，包括下述步骤在车辆行驶时获取车轮转速和驱动力矩；获取车辆行驶的纵向加速度值；建立车辆的纵向动力学方程，在该纵向动力学方程的基础上，以车轮转速、驱动力矩和车辆行驶的纵向加速度值为测量输入参数，将滚动阻力和空气阻力之和作为一个变量，设定粗估的车辆质量的初始值，通过带多个遗忘因子的递推最小二乘法，辨识出车辆质量。根据本发明的一个优选实施方式，所述辨识方法优选在车辆起步阶段执行。根据本发明的一个优选实施方式，所述车辆为电机驱动的车辆。在此情况下，所述驱动力矩可基于电机电流信息得到，而所述车轮转速基于得到电机转速传感器得到。根据本发明的一个优选实施方式，所述车辆为各车轮由电机独立驱动的车辆。根据本发明的一个优选实施方式，车辆的纵向动力学方程中至少包括车轮的转动惯量、车轮半径作为固有物理学参数。根据本发明的一个优选实施方式，在所述车辆质量辨识方法中，车辆质量作为一个未知参数来辨识，将滚动阻力和空气阻力之和行驶阻力作为另一个未知参数来辨识。根据本发明的一个优选实施方式，在所述车辆质量辨识方法中，以一定的时间间隔对车辆质量的估计值进行采样，当最近的数个采样点的估计值的方差小于一阈值时，以最后采样的估计值作为辨识方法输出的车辆质量。根据本发明的一个优选实施方式，在所述车辆质量辨识方法中，以提高辨识的准确性为目标，选择多个遗忘因子之间的比例。根据本发明的一个优选实施方式，在所述递推最小二乘法中，输入车辆质量的初始值，所述初始值为接近车辆实际质量变化范围的值即可，例如空载状况下的车辆质量的 1 1. 5倍。本发明还提供了一种车辆质量辨识装置，其包括检测元件，用于获取车辆行驶时的车轮转速和驱动力矩；纵向加速度传感器，其测量车辆的运动加速度；计算模块，其利用前面描述的车辆质量辨识方法计算出车辆质量。所述车辆优选为各车轮由电机独立驱动的车辆，例如四轮轮毂电机驱动的车辆等。根据本发明的一个优选实施方式，所述车辆质量辨识装置安装在电机驱动的车辆中。优选地，所述车辆质量辨识装置安装在各车轮由电机独立驱动的车辆中。本发明提出了一种新的质量辨识方法。与传统的质量辨识方法相比，该辨识方法需要数量更少或价格更低的传感器，获得的信号也可能更准确。本发明也不需要将滚动阻力、空气阻力和车辆纵向速度作为预置条件。因此，计算负荷非常小，并且该辨识方法易于实时应用。


下面将参照附图描述本发明的优选实施方式。图1是车辆的车轮驱动状态动力学示意图。图2是车辆的纵向动力学模型的示意图。图3是本发明的试车试验中的车轮力矩信号的曲线图。图4是本发明的试车试验中的车轮转速信号的曲线图。图5是滤波前后的加速度信号的曲线图。图6是不同遗忘因子比例对辨识结果的影响的曲线图。
图7是工况1的辨识过程的曲线图。图8是工况2的辨识过程的曲线图。图9是工况3的辨识过程的曲线图。
具体实施例方式本发明的研究对象是车辆，尤其是电机驱动的车辆，在本发明的实施例中采用的是各车轮由电机独立驱动的车辆，例如四轮轮毂电机驱动的车辆。对于一般车辆，车轮转速、车辆驱动力矩都需要通过额外的传感器测得。对于电机驱动的车辆，由于车轮直接或间接被电机驱动，驱动力矩可以直接或间接通过电机电信号获得，相比文献[5]中通过发动机特性计算得到的驱动力矩要更加精确；无需额外添加轮速传感器，电机中集成的转速传感器可以提供电机的转速，进而换算出车轮转速。本发明提出一种新的基于动力学模型的辨识方法，不需要单独处理坡度信息，且将滚动阻力和空气阻力合成一项行驶阻力作为一个变量，无需利用公式拟合阻力，无需车速信息，最后以质量和行驶阻力作为两个未知参数来估计，该辨识方法的计算量更小，且辨识速度快，实时性好。本发明的质量辨识方法基于车辆，尤其是电机驱动的车辆，特别是在本发明的实施例中采用的各车轮由电机独立驱动的车辆。通过纵向加速度传感器得到加速度信息；4 个车轮的轮速信息和4个车轮的力矩信息都可以通过传感器或电机得到。起步阶段的车速较低，因此行驶阻力也较低，这样有利于提高质量估计的准确性，辨识方法优选为在车辆起步阶段执行以进行辨识。因为整车质量在车辆行驶后变化很小，可以认为是个常数，因此整车质量辨识一般在车辆起步阶段完成，之后便不再进行辨识而保留原值。当然，本发明车辆的质量辨识也可以在车辆行驶过程中完成。如图1所示，车辆在正常的运行状态下，其车轮的转动平衡方程可以表示为
权利要求
1.一种车辆质量辨识方法，包括下述步骤 在车辆行驶时获取车轮转速和驱动力矩， 获取车辆行驶的纵向加速度值；建立车辆的纵向动力学方程，在该纵向动力学方程的基础上，以车轮转速、驱动力矩和车辆行驶的纵向加速度值为测量输入参数，将滚动阻力和空气阻力之和作为一个变量，设定粗估的车辆质量，通过带多个遗忘因子的递推最小二乘法，辨识出车辆质量。
2.如权利要求1所述的车辆质量辨识方法，其中，所述辨识方法优选在车辆起步阶段执行。
3.如权利要求1或2所述的车辆质量辨识方法，其中，所述车辆为电机驱动的车辆。
4.如权利要求3所述的车辆质量辨识方法，其中，所述驱动力矩基于电机电流信息得到。
5.如权利要求3或4所述的车辆质量辨识方法，其中，所述车轮转速基于得到电机转速传感器得到。
6.如权利要求3至5中任一项所述的车辆质量辨识方法，其中，所述车辆为各车轮由电机独立驱动的车辆。
7.如权利要求1至6中任一项所述的车辆质量辨识方法，其中，车辆的纵向动力学方程中至少包括车轮的转动惯量、车轮半径作为固有物理学参数。
8.如权利要求1至7中任一项所述的车辆质量辨识方法，其中，在所述辨识方法中，车辆质量作为一个未知参数来辨识，将滚动阻力和空气阻力之和行驶阻力作为另一个未知参数来辨识。
9.一种车辆质量辨识装置，包括检测元件，用于获取车辆行驶时的车轮转速和驱动力矩； 纵向加速度传感器，其测量车辆的纵向加速度值；计算模块，其利用如权利要求1至8中任一项所述的车辆质量辨识方法辨识出车辆质量。
10.如权利要求9所述的车辆质量辨识装置，其中，所述车辆质量辨识装置安装在电机驱动的车辆中。
11.如权利要求10所述的车辆质量辨识装置，其中，所述车辆质量辨识装置安装在各车轮由电机独立驱动的车辆中。
全文摘要
提供了一种车辆质量辨识方法和装置，其中，在车辆行驶时获取车轮转速和驱动力矩，获取车辆行驶的纵向加速度值；建立车辆的纵向动力学方程，在该纵向动力学方程的基础上，以车轮转速、驱动力矩和车辆行驶的纵向加速度值为测量输入参数，将滚动阻力和空气阻力之和作为一个变量，设定粗估的车辆质量，通过带多个遗忘因子的递推最小二乘法，辨识出车辆质量。
文档编号G01G19/08GK102486400SQ20101059042
公开日2012年6月6日 申请日期2010年12月6日 优先权日2010年12月6日
发明者余卓平, 冯源, 熊璐, 韩卫军 申请人:罗伯特·博世有限公司