重型車空氣阻力合成系數(shù)和質(zhì)量的在線同步辨識方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及汽車自動控制技術(shù)中的空氣阻力和整車質(zhì)量在線辨識方法，特別是一 種重型車空氣阻力合成系數(shù)和質(zhì)量的聯(lián)合在線辨識方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 空氣阻力和整車質(zhì)量是車輛運行經(jīng)濟性、動力性控制的重要參數(shù)，對換擋規(guī)律，發(fā) 動機控制都有重要的影響。隨著自動控制技術(shù)的發(fā)展，部分高端車輛部分整車控制參數(shù)已 經(jīng)能夠做到在線辨識。然而在重型車領(lǐng)域內(nèi)，目前尚無能實現(xiàn)多個重要參數(shù)同時在線辨識 的技術(shù)?，F(xiàn)有重型車控制系統(tǒng)中使用的空氣阻力系數(shù)都是要通過離線實驗測定的方法獲取 (滑行試驗或風(fēng)洞試驗），并不能適應(yīng)該參數(shù)在不同裝載類型下可變的特性。質(zhì)量辨識問題 已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)在線辨識，解決方案多是基于整車縱向動力學(xué)。較為典型的技術(shù)路線是將整 車縱向動力學(xué)公式做適當?shù)淖冃位蚝喕?，再結(jié)合遞歸最小二乘算法對質(zhì)量進行在線求解。
[0003] 建立面向整車控制的空氣阻力和質(zhì)量估計算法的關(guān)鍵就是要擺脫掉試驗場嚴苛 的環(huán)境限制，選取的辨識參數(shù)之間能夠相互自適應(yīng)，能夠在載貨形式和質(zhì)量不同，以及風(fēng)速 變化等各種復(fù)雜工況環(huán)境下得到穩(wěn)定可靠的辨識結(jié)果。故而建立在線辨識算法對空氣阻力 系數(shù)和整車質(zhì)量進行在線同步辨識是非常有意義的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于，為克服現(xiàn)有汽車尤其是重型車控制系統(tǒng)中對空氣阻力和整車 質(zhì)量的在線辨識方法存在的缺陷，提出一種重型車空氣阻力合成系數(shù)和質(zhì)量的在線同步辨 識方法，以提高辨識精度，提高整車動力性和經(jīng)濟性控制系統(tǒng)的性能。
[0005] 本發(fā)明重型車空氣阻力合成系數(shù)和質(zhì)量的在線同步辨識方法，是基于CAN總線信 息和車載縱向加速度信息所建立的空氣阻力合成系數(shù)和整車質(zhì)量辨識模型，包括以下步 驟：
[0006] 步驟Sl :同步采集整車行駛時CAN總線提供的整車速度V、發(fā)動機驅(qū)動力矩Ttq、發(fā) 動機轉(zhuǎn)速n、離合器踏板信號、制動踏板信號、整車傳動效率η、輪胎滾動半徑r、車輛行駛 加速度a v、飛輪轉(zhuǎn)動慣量If、車輪轉(zhuǎn)動慣量Iw、空氣阻力系數(shù)CD、整車迎風(fēng)面積A、空氣密度 P、整車質(zhì)量m和縱向加速度傳感器提供的加速度asm等行車數(shù)據(jù)和整車參數(shù)；
[0007] 步驟S2 :根據(jù)整車縱向受力平衡方程，計算輪邊驅(qū)動力，即，F(xiàn)_= F t-Fjw-FJf
[0008] 式中：Fms為輪邊直接用于驅(qū)動整車前進的輪邊驅(qū)動力；Ft為汽車驅(qū)動力
Fjw為車輪加速阻力
為飛輪加速阻力
；為變 速器傳動比與主減速器傳動比的乘積
[0009] 以上各式中：Ttq-發(fā)動機驅(qū)動力矩；η-發(fā)動機轉(zhuǎn)速；V-整車速度；Π -整車傳動 效率；r一輪胎滾動半徑；av-車輛行駛加速度；If一飛輪轉(zhuǎn)動慣量；I w-車輪轉(zhuǎn)動慣量；
[0010] 步驟S3 :計算輪邊驅(qū)動力的差分量AFms，加速度傳感器的差分量Aasen和車速平 方值的差分量Δν2,建立差分的空氣阻力合成系數(shù)和整車質(zhì)量的最小二乘辨識模型為：
[0012] 式中：k為空氣阻力合成系數(shù)
-空氣阻力系數(shù)，A-整車迎風(fēng)面積， P -空氣密度，m-整車質(zhì)量；
[0013] 步驟S4 :根據(jù)差分的空氣阻力合成系數(shù)和整車質(zhì)量最小二乘辨識模型，構(gòu)造最小 二乘算法的觀測量，輸出量和待辨識參數(shù)；
[0014] 構(gòu)造的最小二乘算法觀測量
，輸出量：Z = AFras，待辨識參數(shù)： Θ = [m k]T，
[0015] 步驟S5 :判別數(shù)據(jù)有效性，輸出用來表示該時刻數(shù)據(jù)是否有效的有效性判別指針 S，
[0016]

[0017] 步驟S6. 1 :在有效數(shù)據(jù)時刻，即S = 1時，按下式計算最小二乘算法所需的遺忘因 子λ，
[0018] 式中，T是遺忘因子收斂時長，優(yōu)選值為50s，
[0019] 接下來執(zhí)行步驟S7.1;
[0020] 步驟S6. 2 :在無效數(shù)據(jù)時刻，即S = 0時，按下式計算最小二乘算法所需的遺忘因 子λ，
[0021] λ (t) = λ (t-1)，接下來執(zhí)行步驟 S7. 2 ;
[0022] 步驟S7. 1 :在有效數(shù)據(jù)時刻，即S = 1時，按下述最小二乘的遞推算法進行整車空 氣阻力合成系數(shù)和質(zhì)量的在線辨識：
[0023]
[0024]
[0025]
[0026] 其中P(t)為協(xié)方差矩陣，初始的協(xié)方差矩陣推薦值
[0027] 步驟S7. 2 :在無效數(shù)據(jù)時刻，即S = 0時，按下述數(shù)據(jù)保持算法計算空氣阻力合成 系數(shù)和質(zhì)量：
[0028]
[0030] 步驟S8 :判斷辨識過程是否終止，當質(zhì)量辨識結(jié)果誤差的遞歸平均值滿足設(shè)定的 閾值條件時，判別算法終止，辨識過程結(jié)束，將空氣阻力合成系數(shù)和整車質(zhì)量的辨識結(jié)果輸 送至CAN總線；當質(zhì)量辨識結(jié)果誤差的遞歸平均值不滿足設(shè)定的閾值條件時，從步驟Sl開 始重新執(zhí)行算法。
[0031] 所述步驟S3可按以下兩種方式之一實現(xiàn)差分運算：
[0032] 1)首先對數(shù)據(jù)進行平滑處理，然后將每一時刻的數(shù)據(jù)和之前某一時刻的數(shù)據(jù)取差 分值，優(yōu)選的平滑步長和差分步長分別是3s和I. 5s ;
[0033] 2)運用微分模塊對數(shù)據(jù)取微分值，再對微分值進行低通濾波，優(yōu)選的低通濾波截 止頻率為〇.66Hz。
[0034] 本發(fā)明建立了一種基于重型車CAN總線信息和縱向加速度傳感器信息的空氣阻 力合成系數(shù)和整車質(zhì)量辨識模型。分別將整車質(zhì)量m和表征空氣阻力的合成系數(shù)k作為待 辨識的參數(shù)，運用差分的縱向動力學(xué)公式，建立了兩參數(shù)遞歸最小二乘算法。建立的模型具 有適應(yīng)復(fù)雜工況的優(yōu)點，試驗結(jié)果表明，該算法能夠得到空氣阻力合成系數(shù)和整車質(zhì)量。
[0035] 本發(fā)明空氣阻力合成系數(shù)和質(zhì)量的在線同步辨識方法，能夠在載貨形式和重量不 同，以及空氣阻力變化等各種復(fù)雜工況環(huán)境下得到穩(wěn)定可靠的空氣阻力合成系數(shù)和汽車質(zhì) 量，空氣阻力合成系數(shù)和整車質(zhì)量同步辨識能夠起到互相自適應(yīng)的效果。有助于提高整車 動力性和經(jīng)濟性控制系統(tǒng)的性能。
【附圖說明】
[0036] 圖1為本發(fā)明重型車空氣阻力合成系數(shù)和質(zhì)量辨識方法流程示意圖；
[0037] 圖2為重型車滿載工況質(zhì)量和空氣阻力合成系數(shù)辨識結(jié)果時間序列圖；
[0038] 圖3為重型車不帶掛車時的質(zhì)量和空氣阻力合成系數(shù)辨識結(jié)果時間序列圖。
【具體實施方式】
[0039] 通過以下實施例的進一步具體描述，以便對本
【發(fā)明內(nèi)容】
的作進一步理解，但并不 是對本發(fā)明的具體限定。
[0040] 實施例1
[0041] 參照圖1，一種重型車空氣阻力合成系數(shù)和質(zhì)量的在線同步辨識方法，是基于CAN 總線信息和車載縱向加速度信息所建立的空氣阻力合成系數(shù)和整車質(zhì)量辨識模型，包括以 下步驟：
[0042] 步驟Sl :同步采集整車行駛時CAN總線提供的車速、發(fā)動機驅(qū)動力矩、發(fā)動機轉(zhuǎn)速 和縱向加速度傳感器提供的加速度asm等行車數(shù)據(jù)和整車參數(shù)；
[0043] 步驟S2 :根據(jù)整車縱向受力平衡方程，計算輪邊驅(qū)動力，即，F(xiàn)_= F t-Fjw_FJf
[0044] 式中：Fms為輪邊直接用于驅(qū)動整車前進的輪邊驅(qū)動力；Ft為汽車驅(qū)動力
Fjw為車輪加速阻力
F#為飛輪加速阻力
i〇ig為變速器傳動比與主減速器傳動比的乘積
[0045] 以上各式中：Ttq-發(fā)動機驅(qū)動力矩；η-發(fā)動機轉(zhuǎn)速；V-整車速度；Π -整車傳動 效率；r 一輪胎滾動半徑；av-車輛行駛加速度；If 一飛輪轉(zhuǎn)動慣量；車輪轉(zhuǎn)動慣量，這 些信息均由CAN總線提供；
[0046] 為了得到輪邊驅(qū)動力，整車縱向受力平衡方程被運用于驅(qū)動力表達式的推導(dǎo)。 整車縱向受力平衡方程為：
[0047] Ft= Ff+F.+Fi+Fj (1)
[0048] 其中，汽車驅(qū)動力：
：滾動阻力：Ff= mgf ;空氣阻力 坡道阻力：Fi=Iiigi;加速阻力：Fj= Smav。各符號表達的物理量如下：Ttq-發(fā)動機驅(qū)動 力矩；變速器傳動比與主減速器傳動比的乘積；η-整車傳動效率；r一輪胎滾動半 徑；m -整車質(zhì)量；f一輪胎滾動阻力系數(shù)；Cd -空氣阻力系數(shù)；A-迎風(fēng)面積；P -空氣密 度；i一道路坡度；av-車輛行駛加速度；g-重力加速度；V-整車車速；δ -旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算 系數(shù)；
[0049] 接下來改寫加速阻力，將加速阻力改寫為平動加速阻力，飛輪轉(zhuǎn)動加速阻力和車 輪轉(zhuǎn)動加速阻力加和的形式。加速阻力計算式：Fj= Smav，其中旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)的具體 的表達式為
，其中的1￥和I f分別是車輪轉(zhuǎn)動慣量和飛輪轉(zhuǎn)動慣 量，將加速阻力改寫為：
[0050] Fj= F Ja+FJw+FJf (2)
[0051] 其中，F(xiàn)ja為整車平動加速阻力（F ja= ma v) ;Fjw為車輪轉(zhuǎn)動加速阻力
Fjf為飛輪轉(zhuǎn)動加速阻力
[0052] 將⑵式的表達帶入⑴整理為：
[0053] Ft= Ff+Fw+Fi+Fja+Fjw+Fjf ⑶
[0054] 將與質(zhì)量和空氣阻力有關(guān)的行駛阻力保留至方程右側(cè)，將與質(zhì)量無關(guān)的加速阻力 (飛輪和車輪的加速阻力）移至方程左側(cè)，則有：
[0055] Ft-Fjw-Fjf = F f+Fw+Fi+FJa (4)記 Fres= F t_FJW_FJf，在驅(qū)動工況下，F(xiàn)re$輪邊直 接用于驅(qū)動整車前進的輪邊驅(qū)動力，在換擋時刻或是空擋滑行階段，發(fā)動機無動力輸出（F t =0)，發(fā)動機飛輪加速阻力也不會被輸送至輪邊（Fjf = 0)，而車輪的慣性運動所產(chǎn)生的加 速阻力依