CN110361081A - 一种基于递归最小二乘法的车辆总质量动态测量方法 - Google Patents

一种基于递归最小二乘法的车辆总质量动态测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于递归最小二乘法的车辆总质量动态测量方法,该方法首先根据车辆驱动机构的扭矩和转速数据,判断车辆是否处于加速状态;若车辆处于加速状态,则进行迭代计算;而且,在迭代计算过程中,利用不同时刻的加速度数据,计算出相应时刻车辆总质量的观测值,再基于递归最小二乘法,计算出相应时刻的修正参数,并利用修正参数对车辆总质量的观测值进行修正,得到相应时刻的车辆总质量的修正值,最后通过对各个时刻的车辆总质量的修正值进行平均,得到最终的车辆总质量的计算结果。因此,本发明无需加装任何传感器,成本低,且比通过单点数据计算车辆总质量的方式,计算结果更准确更稳定。

Description

一种基于递归最小二乘法的车辆总质量动态测量方法
技术领域
本发明涉及车辆检测技术领域,尤其涉及一种基于递归最小二乘法的车辆总质量动态测量方法。
背景技术
由于车辆总质量是控制期望输出动力与车辆加速度之间的惯性连接参数,其估计精度直接影响着车辆相关控制***的稳定工作,尤其作为车辆在能耗、安全控制等方面的重要参数。例如,在获得准确的车辆总质量后,减去车辆的整车整备质量即可得到车辆载重质量。在应用时,可通过监控车辆载重的状态,可以更好地管理运输业务,有利于车辆的维护保养;也可根据车辆载重的状态,合理地控制动力机构的能源消耗,避免能源的浪费。
目前,现有技术中获取车辆总质量的方式主要是:利用车辆总线读取到车辆实时运行数据,比如传动比、车速等,同时配合其他传感器如加速度传感器、角度传感器获取车辆的加速或者倾角,并通过汽车行驶动力学公式,来计算得到当前时刻车辆总质量。
如中国专利CN104457937B公开的一种计算车辆总质量的方法,其利用安装于车辆上的重力加速度传感器、控制器以及车辆原有的发动机ECU,控制器通过获取发动机信息、车辆信息和重力加速度传感器输出的倾角和加速度信息,运用车辆行驶动力学方程计算出车辆当前总质量,并向外输出当前车辆总质量信息。不过,当前质量计算的精度会受汽车加速度和倾角动态测量误差的影响,从而导致汽车质量计算值的波动。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于:提供一种基于最小二乘法的汽车总质量的动态测量方法,能够快速、准确、稳定地得到汽车的总质量数值。
为实现上述发明目的,本发明提供以下技术方案:
一种基于递归最小二乘法的车辆总质量动态测量方法,其包括以下步骤:
S1:根据车辆驱动机构的一个连续时间序列的扭矩和转速数据,判断车辆是否处于加速状态;若所述车辆处于加速状态,则进入S2,否则继续根据下一个连续时间序列的扭矩和转速数据,判断车辆是否处于加速状态;
S2:读取步骤S1中获取的扭矩和转速数据,并利用车辆动力学方程和车辆信息参数,计算出各个时刻车辆的车速Vk、驱动力Fkq和迎风阻力Fkw
S3:根据tk-1时刻和tk时刻的车速,计算出tk时刻的加速度ak
S4:计算tk时刻的车辆总质量的观测值Zk;其中,
Zk=Fkq-Fkw-mr×ak
S5:基于递归最小二乘法,计算tk时刻的修正参数Kk和Pk;其中,
Kk=Pk-1×Hk/(1+Hk×Pk-1×Hk)
Pk=(1-Hk×Kk)×Pk-1
Hk=g×f+ak
而且,Hk为tk时刻的中间计算参数;
S6:计算tk时刻的车辆总质量的修正值mk;其中,
mk=mk-1+Kk×(Zk-Hk×mk-1)
S7:判断计算出的车辆总质量的修正值的个数是否达到一定数量,若未达到,则将k值加一,并进入S1;若达到,则进入S8;
S8:计算所述一定数量的车辆总质量的修正值的平均值,得到车辆总质量的计算结果。
根据一种具体的实施方式,本发明基于递归最小二乘法的车辆总质量动态计算方法中,当需要判断车辆是否处于加速状态时,通过所述车辆数据总线获取车辆驱动机构的扭矩和转速数据。
根据一种具体的实施方式,本发明基于递归最小二乘法的车辆总质量动态计算方法中,计算出车辆总质量的计算结果后,根据所述车辆数据总线的通信协议,将车辆总质量的计算结果转换成能够在所述车辆数据总线上传输的数据,并将转换后得到的数据传输到所述车辆数据总线上。
本发明还提供一种计算机可读存储介质,该计算机可读存储介质上存储有一个或多个计算机程序,所述一个或多个计算机程序被一个或多个处理器执行时实现本发明的车辆总质量动态测量方法。
本发明还提供一种车辆总质量动态测量装置,其包括:
一个或多个处理器;
计算机可读存储介质,其存储有一个或多个计算机程序;所述一个或多个所述计算机程序被所述一个或多个处理器执行时实现本发明的车辆总质量动态测量方法。
本发明还提供一种车辆总质量动态测量***,其包括:云计算服务器,以及每辆车辆上具有的数据采集模块和无线通信模块;其中,
所述数据采集模块用于获取车辆驱动机构的连续时间序列的扭矩和转速数据,并通过所述无线通信模块将其采集的数据发送给所述云计算服务器;
所述云计算服务器存储有一个或多个计算机程序,所述一个或多个所述计算机程序被其具有的一个或多个处理器执行时实现本发明的车辆总质量动态测量方法。
进一步地,所述数据采集模块具有与车辆数据总线的通信协议相适配的通信接口,用于从所述车辆数据总线上获取车辆驱动机构的扭矩和转速数据,以及将所述无线通信模块接收到的所述云计算服务器的车辆总质量的计算结果转换成能够在所述车辆数据总线上传输的数据,并将转换后得到的数据传输到所述车辆数据总线上。
与现有技术相比,本发明的有益效果:
本发明基于递归最小二乘法的车辆总质量动态测量方法,首先根据车辆驱动机构的扭矩和转速数据,判断车辆是否处于加速状态;若车辆处于加速状态,则进行迭代计算;而且,在迭代计算过程中,利用不同时刻的加速度数据,计算出相应时刻车辆总质量的观测值,再基于递归最小二乘法,计算出相应时刻的修正参数,并利用修正参数对车辆总质量的观测值进行修正,得到相应时刻的车辆总质量的修正值,最后通过对各个时刻的车辆总质量的修正值进行平均,得到最终的车辆总质量的计算结果。因此,本发明无需加装任何传感器,成本低,且比通过单点数据计算车辆总质量的方式,计算结果更准确更稳定。
附图说明
图1为本发明的流程图;
图2为本发明装置的结构示意图;
图3为本发明***的结构示意图。
附图标记列表
100-车辆总质量动态测量装置,200-CAN总线,300-云计算服务器,400-车辆。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
如图1所示,本发明基于递归最小二乘法的车辆总质量动态测量方法,其包括以下步骤:
S1:根据车辆驱动机构的一个连续时间序列的扭矩和转速数据,判断车辆是否处于加速状态;若所述车辆处于加速状态,则进入S2,否则继续根据下一个连续时间序列的扭矩和转速数据,判断车辆是否处于加速状态。
S2:读取步骤S1中获取的扭矩和转速数据,并利用车辆动力学方程和车辆信息参数,计算出各个时刻车辆的车速Vk、驱动力Fkq和迎风阻力Fkw
其中,车辆信息参数包括传动***传动比,传动***效率,车轮滚动半径,滚动阻力系数,风阻系数,车辆迎风截面积等,这些车辆信息参数均储于存储器中,在计算过程中能够被调用。车辆信息参数由车辆车型确定,具体可从车辆制造企业处直接获取。
S3:根据tk-1时刻和tk时刻的车速,计算出tk时刻的加速度ak
S4:计算tk时刻的车辆总质量的观测值Zk;其中,
Zk=Fkq-Fkw-mr×ak
S5:基于递归最小二乘法,计算tk时刻的修正参数Kk和Pk;其中,
Kk=Pk-1×Hk/(1+Hk×Pk-1×Hk)
Pk=(1-Hk×Kk)×Pk-1
Hk=g×f+ak
而且,Hk为tk时刻的中间计算参数;
S6:计算tk时刻的车辆总质量的修正值mk;其中,
mk=mk-1+Kk×(Zk-Hk×mk-1)
S7:判断计算出的车辆总质量的修正值的个数是否达到一定数量,若未达到,则将k值加一,并进入S1;若达到,则进入S8;
S8:计算所述一定数量的车辆总质量的修正值的平均值,得到车辆总质量的计算结果。
具体的,当需要判断车辆是否处于加速状态时,则通过车辆数据总线获取车辆驱动机构的扭矩和转速数据。只需按照车辆数据总线的通信协议,即可从车辆数据总线所传输的数据中解析并获取到车辆驱动机构的扭矩和转速数据。车辆数据总线可采用CAN总线或者车载以太网总线。
同时,由于采用本发明的车辆总质量动态测量方法计算出的车辆总质量,不仅成本低,计算结果也更准确更稳定。所以,为了充分利用计算结果,将其用于车辆能耗控制、车辆安全控制等用途,在计算出车辆总质量的计算结果后,根据车辆数据总线的通信协议,将车辆总质量的计算结果转换成能够在车辆数据总线上传输的数据,并将转换后得到的数据传输到车辆数据总线上,并能够通过车辆数据总线传输,使相关的应用模块从车辆数据总线上获取车辆总质量数据。
本发明的车辆总质量动态测量装置包括:处理器和计算机可读存储介质,该计算机可读存储介质存储有计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现能够本发明的车辆总质量动态测量方法。其中,由于各个步骤的程序逻辑不同,可采用专用处理器或通用芯片来执行相应的步骤,以提高整个程序的处理效率,并合理地控制成本。因此,本领域技术人员可根据具体应用情况,对本发明的车辆总质量动态测量装置中的处理器和计算机程序的数量进行适应性地设计与调整。
如图2所示,本发明的车辆总质量动态测量装置100直接应用在车辆上,车辆总质量动态测量装置100可以利用车辆原有的电控单元ECU的硬件基础,在电控单元ECU的存储介质中加载一个或多个计算机程序,并由电控单元ECU从CAN总线200上获取车辆驱动机构的扭矩和转速数据,同时,当这一个或多个计算机程序被电控单元ECU中的一个或多个处理器执行时,能够实现本发明车辆总质量动态测量方法,进而得到车辆总质量的计算结果。
在实际应用时,通过如ROM存储设备、移动硬盘、U盘或者光盘等存储器,将一个或多个计算机程序写入存储器中,并配置电控单元ECU来执行存储器中的一个或多个计算机程序,从而执行本发明车辆总质量动态测量方法,进而得到车辆总质量的计算结果。
本发明中,除利用车辆原有的电控单元ECU单元的硬件来执行相应的计算机程序,还用T-BOX硬件或者车辆其它原有的具有处理功能的硬件来执行相应的计算机程序。因此,本发明无需加装任何传感器,成本低,且比通过单点数据计算车辆总质量的方式,计算结果更准确更稳定。
如图3所示,本发明的车辆总质量动态测量***包括:云计算服务器300,以及车辆400上具有的数据采集模块和无线通信模块。本发明的车辆总质量动态测量***适用于需要对大量车辆的总质量监控的应用场景。
其中,数据采集模块通过与车辆数据总线连接,以从车辆数据总线上获取车辆驱动机构的连续时间序列的扭矩和转速数据,并通过无线通信模块将其采集的数据发送给云计算服务器。云计算服务器300存储有一个或多个计算机程序,当这一个或多个计算机程序被其具有的一个或多个处理器执行时实现的本发明的车辆总质量动态测量方法。
具体的,数据采集模块具有与车辆数据总线的通信协议相适配的通信接口,例如CAN总线接口或车载以太网接口,能够从车辆数据总线上获取车辆驱动机构的扭矩和转速数据,以及将无线通信模块接收到的云计算服务器的车辆总质量的计算结果转换成能够在车辆数据总线上传输的数据,并将转换后得到的数据传输到车辆数据总线上。
而且,由于车辆总质量是控制期望输出动力与车辆加速度之间的惯性连接参数,其估计精度直接影响着车辆相关控制***的稳定工作,尤其作为车辆在能耗、安全控制等方面的重要参数。将本发明的方法或装置应用在车辆能耗控制、车辆安全控制时,能够降低相应控制***的复杂度和成本,同时,还能够提高控制或调节的精确性。

Claims (8)

1.一种基于递归最小二乘法的车辆总质量动态测量方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:根据车辆驱动机构的一个连续时间序列的扭矩和转速数据,判断车辆是否处于加速状态;若所述车辆处于加速状态,则进入S2,否则继续根据下一个连续时间序列的扭矩和转速数据,判断车辆是否处于加速状态;
S2:读取步骤S1中用于判断车辆是否处于加速状态的扭矩和转速数据,并利用车辆动力学方程和车辆信息参数,计算出各个时刻车辆的车速Vk、驱动力Fkq和迎风阻力Fkw
S3:根据tk-1时刻和tk时刻的车速,计算出tk时刻的加速度ak
S4:计算tk时刻的车辆总质量的观测值Zk;其中,
Zk=Fkq-Fkw-mr×ak
S5:基于递归最小二乘法,计算tk时刻的修正参数Kk和Pk;其中,
Kk=Pk-1×Hk/(1+Hk×Pk-1×Hk)
Pk=(1-Hk×Kk)×Pk-1
Hk=g×f+ak
而且,Hk为tk时刻的中间计算参数;
S6:计算tk时刻的车辆总质量的修正值mk;其中,
mk=mk-1+Kk×(Zk-Hk×mk-1)
S7:判断计算出的车辆总质量的修正值的个数是否达到一定数量,若未达到,则将k值加一,并进入S1;若达到,则进入S8;
S8:计算所述一定数量的车辆总质量的修正值的平均值,得到车辆总质量的计算结果。
2.如权利要求1所述的基于递归最小二乘法的车辆总质量动态测量方法,其特征在于,当需要判断车辆是否处于加速状态时,通过所述车辆数据总线获取车辆驱动机构的扭矩和转速数据。
3.如权利要求2所述的基于递归最小二乘法的车辆总质量动态测量方法,其特征在于,计算出车辆总质量的计算结果后,根据所述车辆数据总线的通信协议,将车辆总质量的计算结果转换成能够在所述车辆数据总线上传输的数据,并将转换后得到的数据传输到所述车辆数据总线上。
4.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质上存储有一个或多个计算机程序,所述一个或多个计算机程序被一个或多个处理器执行时实现如权利要求1~3任一项所述的车辆总质量动态测量方法。
5.一种车辆总质量动态测量装置,其特征在于,包括:
一个或多个处理器;
计算机可读存储介质,其存储有一个或多个计算机程序;所述一个或多个所述计算机程序被所述一个或多个处理器执行时实现如权利要求1~3任一项所述的车辆总质量动态测量方法。
6.一种车辆总质量动态测量***,其特征在于,包括:云计算服务器,以及每辆车辆上具有的数据采集模块和无线通信模块;其中,
所述数据采集模块用于获取车辆驱动机构的连续时间序列的扭矩和转速数据,并通过所述无线通信模块将其采集的数据发送给所述云计算服务器;
所述云计算服务器存储有一个或多个计算机程序,所述一个或多个所述计算机程序被其具有的一个或多个处理器执行时实现如权利要求1所述的车辆总质量动态测量方法。
7.如权利要求6所述的车辆总质量动态测量***,其特征在于,所述数据采集模块具有与车辆数据总线的通信协议相适配的通信接口,用于从所述车辆数据总线上获取车辆驱动机构的扭矩和转速数据,以及将所述无线通信模块接收到的所述云计算服务器的车辆总质量的计算结果转换成能够在所述车辆数据总线上传输的数据,并将转换后得到的数据传输到所述车辆数据总线上。
8.如权利要求1~3任一项所述的基于递归最小二乘法的车辆总质量动态测量方法用于车辆能耗控制、车辆安全控制的用途。
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