CN113335290B - 一种车辆滚动阻力获取方法、获取模块及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车辆状态量估计技术领域，公开一种车辆滚动阻力获取方法、获取模块及存储介质。其中车辆滚动阻力获取方法包括如下步骤：通过拉力传感器获得挂钩牵引力；计算车辆纵向行驶净驱动力、空气阻力，获得滚动阻力、坡度阻力、加速阻力与车辆质量、重力加速度、滚动阻力系数、道路坡度的关系；获取车辆自身纵向加速度，通过反三角函数计算获得道路坡度；通过微分处理获得当道路坡度不变时的车辆质量，进而获得滚动阻力系数。本发明通过考虑挂钩牵引力使得车辆纵向行驶动力学方程更加完整，使得计算获得的车辆质量更加接近实际车辆质量，进而使通过车辆质量计算的其他参数以及最终获得的滚动阻力系数的准确性；同时，通过微分计算更加简洁。

Description

一种车辆滚动阻力获取方法、获取模块及存储介质

技术领域

本发明涉及车辆状态量估计技术领域，尤其涉及一种车辆滚动阻力获取方法、获取模块及存储介质。

背景技术

随着汽车电子控制技术的发展，人们对汽车性能的追求越来越高，故而越来越多的控制器以及控制算法被应用到汽车之中。这些控制算法对车辆运行状态量依赖较大，需要自身或者外部提供完备的状态量信息，包括但不限于坡度阻力、滚动阻力(或系数)、路面坡度、汽车质量等纵向行驶状态量。准确且能够实时计算的汽车状态量是保证算法性能的必备条件，也是汽车电控过程中的核心环节。

现有的滚动阻力估计方法是基于汽车纵向行驶受力方程式进行分析，但大多数都基于某些假设条件进行，如汽车总质量等于整车加设备质量等；个别算法对方程式不进行假设，而是在计算过程中引入坡度、质量甚至滚动阻力系数的耦合影响，导致迭代计算过程较复杂，甚至结果发散不收敛。

所以，亟需一种车辆滚动阻力获取方法，以解决上述问题。

发明内容

基于以上所述，本发明的目的在于提供一种车辆滚动阻力获取方法，参数考虑全面，计算过程简单，获取结果可靠性更好。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种车辆滚动阻力获取方法，包括如下步骤：

通过拉力传感器获得挂钩牵引力F_p；

计算车辆纵向行驶净驱动力F_t-F_b、空气阻力F_w，根据车辆纵向行驶动力学方程F_t-F_b＝F_f+F_i+F_j+F_w+F_p获得滚动阻力F_f、坡度阻力F_i、加速阻力F_j与车辆质量m、重力加速度g、滚动阻力系数f、道路坡度α的关系：F_t-F_b-F_w-F_p＝F_f+F_i+F_j＝mgf cosα+mg sinα+mdV_x；

获取车辆自身纵向加速度a_x＝g sinα+dV_x，通过反三角函数计算获得道路坡度α＝arcsin[(a_x-dV_x)/g]，并获得车辆纵向驱动力F_t、车辆制动力F_b、空气阻力F_w和挂钩牵引力F_p与车辆质量m、重力加速度g、滚动阻力系数f、道路坡度α、车辆自身纵向加速度a_x的关系：F_t-F_b-F_w-F_p＝mgf cosα+ma_x；

通过微分处理获得ΔF＝mgΔf cosα+mΔa_x，其中F＝F_t-F_b-F_w-F_p，当道路坡度α不变时，得到车辆质量m＝ΔF/Δa_x，并带入F_t-F_b-F_w-F_p＝mgf cosα+ma_x，获得滚动阻力系数f。

作为一种车辆滚动阻力获取方法的优选方案，滚动阻力F_f＝mgf cosα，坡度阻力F_i＝mg sinα，加速阻力F_j＝mdV_x，其中dV_x表示车辆运行速度微分；将获得的道路坡度α、车辆质量m和滚动阻力系数f带入上式计算，获得滚动阻力F_f、坡度阻力F_i和加速阻力F_j。

作为一种车辆滚动阻力获取方法的优选方案，所述车辆纵向净驱动力为车辆驱动力F_t和车辆制动力F_b的差。

作为一种车辆滚动阻力获取方法的优选方案，车辆驱动力

其中T_t表示发动机或电动机驱动力矩，i_g表示变速器传动比，i₀表示主减速器传动比，η表示传动效率，r表示轮胎半径；车辆制动力

其中P_b表示制动压力，S表示制动轮缸活塞面积，μ表示制动盘摩擦系数，R表示制动盘平均作用半径。

作为一种车辆滚动阻力获取方法的优选方案，空气阻力

其中C表示空气阻力系数，A表示车辆迎风面积，V_x为车辆运行速度。

作为一种车辆滚动阻力获取方法的优选方案，当道路坡度α改变时，将上一次经过所述车辆滚动阻力获取方法获取的车辆质量m作为本次车辆滚动阻力获取方法中的车辆质量m。

一种车辆滚动阻力获取模块，包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序；

拉力传感器，用于获取挂钩牵引力F_p；

纵向加速度传感器，用于获取车辆自身纵向加速度a_x；

底盘CAN总线，用于获取发动机驱动力矩T_t、变速器传动比i_g、主减速器传动比i₀、传动效率η、轮胎半径r、制动压力P_b、制动轮缸活塞面积S、制动盘摩擦系数μ、制动盘平均作用半径R、空气阻力系数C、车辆迎风面积A，车辆运行速度V_x；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上任一方案所述的车辆滚动阻力获取方法。

作为一种车辆滚动阻力获取模块的优选方案，所述拉力传感器设置于车辆后保险杠支架上。

作为一种车辆滚动阻力获取模块的优选方案，所述拉力传感器包括应变片、电源电路和检测电路，所述应变片设置于所述车辆后保险杠支架上，所述电源电路和所述检测电路均与所述应变片和所述底盘CAN总线通讯连接。

一种存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上中任一方案所述的车辆滚动阻力获取方法。

本发明的有益效果为：

本发明该车辆滚动阻力获取方法考虑了挂钩牵引力F_p，通过考虑挂钩牵引力F_p使得车辆纵向行驶动力学方程更加完整，进而使得通过该车辆纵向行驶获取的参数更加可靠；通过反三角函数获得道路坡度α，进而通过微分处理获得在道路坡度α不变时的车辆质量m，相较于现有技术中的假设汽车质量等于整车加设备质量，通过计算获得的车辆质量m更加接近实际车辆质量，进而使通过车辆质量m计算的其他参数以及最终获得的滚动阻力系数的准确性；同时，通过微分计算获得车辆质量m，避免了多次迭代过程，计算更加简洁，有效地避免了结果发散不收敛的情况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的车辆滚动阻力获取方法的流程图；

图2是本发明实施例二提供的车辆滚动阻力获取模块的示意图。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1所示，本实施方式提供一种用于车辆状态量估计的车辆滚动阻力获取方法，该车辆滚动阻力获取方法包括如下步骤：通过拉力传感器获得挂钩牵引力F_p；计算车辆纵向行驶净驱动力F_t-F_b、空气阻力F_w，根据车辆纵向行驶动力学方程F_t-F_b＝F_f+F_i+F_j+F_w+F_p获得滚动阻力F_f、坡度阻力F_i、加速阻力F_j与车辆质量m、重力加速度g、滚动阻力系数f、道路坡度α的关系：F_t-F_b-F_w-F_p＝F_f+F_i+F_j＝mgf cosα+mg sinα+mdV_x；获取车辆自身纵向加速度a_x＝gsinα+dV_x，通过反三角函数计算获得道路坡度α＝arcsin[(a_x-dV_x)/g]，并获得车辆纵向驱动力F_t、车辆制动力F_b、空气阻力F_w和挂钩牵引力F_p与车辆质量m、重力加速度g、滚动阻力系数f、道路坡度α、车辆自身纵向加速度a_x的关系：F_t-F_b-F_w-F_p＝mgf cosα+ma_x；通过微分处理获得ΔF＝mgΔf cosα+mΔa_x，其中F＝F_t-F_b-F_w-F_p，当道路坡度α不变时，得到车辆质量m＝ΔF/Δa_x，并带入F_t-F_b-F_w-F_p＝mgf cosα+ma_x，获得滚动阻力系数f。

该车辆滚动阻力获取方法考虑了挂钩牵引力F_p，通过考虑挂钩牵引力F_p使得车辆纵向行驶动力学方程更加完整，进而使得通过该车辆纵向行驶获取的参数更加可靠；通过反三角函数获得道路坡度α，进而通过微分处理获得在道路坡度α不变时的车辆质量m，相较于现有技术中的假设汽车质量等于整车加设备质量，通过计算获得的车辆质量m更加接近实际车辆质量，进而使通过车辆质量m计算的其他参数以及最终获得的滚动阻力系数的准确性；同时，通过微分计算获得车辆质量m，避免了多次迭代过程，计算更加简洁，有效地避免了结果发散不收敛的情况。

具体地，在车辆纵向行驶动力学方程F_t-F_b＝F_f+F_i+F_j+F_w+F_p中，车辆纵向净驱动力F_t-F_b为车辆驱动力F_t和车辆制动力F_b的差。其中，车辆驱动力

其中T_t表示发动机或电动机驱动力矩，i_g表示变速器传动比，i₀表示主减速器传动比，η表示传动效率，r表示轮胎半径；车辆制动力

其中P_b表示制动压力，S表示制动轮缸活塞面积，μ表示制动盘摩擦系数，R表示制动盘平均作用半径；空气阻力

其中C表示空气阻力系数，A表示车辆迎风面积，V_x为车辆运行速度。

值得说明的是，上述发动机驱动力矩T_t、变速器传动比i_g、主减速器传动比i₀、传动效率η、轮胎半径r、制动压力P_b、制动轮缸活塞面积S、制动盘摩擦系数μ、制动盘平均作用半径R、空气阻力系数C、车辆迎风面积A，车辆运行速度V_x均可以通过车辆参数以及车辆上现有传感器进行获取。

进一步地，在获取道路坡度α、车辆质量m和滚动阻力系数f后，可进一步计算滚动阻力F_f、坡度阻力F_i、加速阻力F_j。其中，滚动阻力F_f＝mgf cosα，坡度阻力F_i＝mg sinα，加速阻力F_j＝mdV_x，dV_x表示车辆运行速度微分；将获得的道路坡度α、车辆质量m和滚动阻力系数f带入上式计算，进而获得滚动阻力F_f、坡度阻力F_i、加速阻力F_j。

值得说明的是，上述车辆滚动阻力获取方法中是基于道路坡度α不改变时的计算，因为仅有道路坡度α不改变时，cosα为常数，而常数的微分为零，进而才可以获得车辆质量m＝ΔF/Δa_x。

进一步地，当道路坡度α改变时，由于无法通过微分计算获得车辆质量m，所以将上一次经过车辆滚动阻力获取方法获取的车辆质量m作为本次车辆滚动阻力获取方法中的车辆质量m。

实施例二

本实施例公开一种车辆滚动阻力获取模块，车辆滚动阻力获取模块包括一个或多个处理器、用于存储一个或多个程序的存储装置、用于获取挂钩牵引力F_p的拉力传感器、用于获取车辆自身纵向加速度a_x的纵向加速度传感器和底盘CAN总线，其中底盘CAN总线可以获取发动机驱动力矩T_t、变速器传动比i_g、主减速器传动比i₀、传动效率η、轮胎半径r、制动压力P_b、制动轮缸活塞面积S、制动盘摩擦系数μ、制动盘平均作用半径R、空气阻力系数C、车辆迎风面积A，车辆运行速度V_x。当一个或多个程序被一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现实施例一中所述的车辆滚动阻力获取方法。

具体地，车辆滚动阻力获取模块为获取上述参数，还包括用于获取发动机驱动力矩T_t的力矩传感器、用于获取制动压力P_b的压力传感器，以及获取运行速度V_x的速度传感器等。力矩传感器、压力传感器和速度传感器均与底盘CAN总线通讯连接。

本实施例中，为准确获取挂钩牵引力F_p，拉力传感器设置于车辆后保险杠支架上。进一步地，拉力传感器包括应变片、电源电路和检测电路，应变片设置于车辆后保险杠支架上，电源电路和检测电路均与应变片和底盘CAN总线通讯连接，应变片用于检测车辆后保险杠支架的变形量，通过电源电路和检测电路转化为可以计算挂钩牵引力F_p的参数后输入至底盘CAN总线，最终获得挂钩牵引力F_p。

图2为本发明实施例二提供的一种车辆滚动阻力获取模块的示意图，如图2所示，该车辆滚动阻力获取模块包括处理器、存储器、拉力传感器和纵向加速度传感器；车辆滚动阻力获取模块中处理器的数量可以是一个或多个，图2中以一个处理器为例；车辆滚动阻力获取模块的处理器、存储器、拉力传感器和纵向加速度传感器可以通过底盘CAN总线连接。

存储器作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例一中的车辆滚动阻力获取方法对应的程序指令/模块(例如，通过反三角函数计算获得道路坡度α＝arcsin[(a_x-dV_x)/g]；通过微分处理获得ΔF＝mgΔfcosα+mΔa_x等)。处理器通过运行存储在存储器中的软件程序、指令以及模块，从而执行车辆滚动阻力获取模块的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的车辆滚动阻力获取方法。

存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作***、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器可进一步包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过底盘CAN总线连接至车辆滚动阻力获取模块。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

车辆滚动阻力获取模块还包括与底盘CAN总线通讯连接的输入装置和输出装置。输入装置可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与车辆滚动阻力获取模块的用户设置以及功能控制有关的键信号输入，例如轮胎半径r、制动轮缸活塞面积S、制动盘摩擦系数μ、制动盘平均作用半径R等。输出装置可包括显示屏等显示设备，用于显示滚动阻力系数f、滚动阻力F_f、坡度阻力F_i、加速阻力F_j等。

实施例三

本实施例公开一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如实施例一所述的车辆滚动阻力获取方法。

该存储介质包含计算机可执行指令，计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行一种车辆滚动阻力获取方法，该方法包括如下步骤：通过拉力传感器获得挂钩牵引力F_p；计算车辆纵向行驶净驱动力F_t-F_b和空气阻力F_w，根据车辆纵向行驶动力学方程F_t-F_b＝F_f+F_i+F_j+F_w+F_p获得滚动阻力F_f、坡度阻力F_i、加速阻力F_j与车辆质量m、重力加速度g、滚动阻力系数f、道路坡度α的关系F_t-F_b-F_w-F_p＝F_f+F_i+F_j＝mgf cosα+mg sinα+mdV_x；获取车辆自身纵向加速度a_x＝gsinα+dV_x，通过反三角函数计算获得道路坡度α＝arcsin[(a_x-dV_x)/g]，并获得车辆纵向驱动力F_t、车辆制动力F_b、空气阻力F_w和挂钩牵引力F_p与车辆质量m、重力加速度g、滚动阻力系数f、道路坡度α、车辆自身纵向加速度a_x的关系F_t-F_b-F_w-F_p＝mgfcosα+ma_x；通过微分处理获得ΔF＝mgΔf cosα+mΔa_x，其中F＝F_t-F_b-F_w-F_p，当道路坡度α不变时，得到车辆质量m＝ΔF/Δa_x，并带入F_t-F_b-F_w-F_p＝mgf cosα+ma_x获得滚动阻力系数f。

当然,本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质,其计算机可执行指令不限于如上所述的方法操作,还可以执行本发明任意实施例所提供的获取方法中的相关操作。

通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory,RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

值得注意的是，上述车辆滚动阻力获取模块的实施例中，所包括的各个装置只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各装置的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

Claims (9)

1.一种车辆滚动阻力获取方法，其特征在于，包括如下步骤：

通过拉力传感器获得挂钩牵引力F_p；

计算车辆纵向行驶净驱动力F_t-F_b、空气阻力F_w，根据车辆纵向行驶动力学方程F_t-F_b＝F_f+F_i+F_j+F_w+F_p获得滚动阻力F_f、坡度阻力F_i、加速阻力F_j与车辆质量m、重力加速度g、滚动阻力系数f、道路坡度α的关系：F_t-F_b-F_w-F_p＝F_f+F_i+F_j＝mgfcosα+mgsinα+mdV_x；

获取车辆自身纵向加速度a_x＝gsinα+dV_x，通过反三角函数计算获得道路坡度α＝arcsin[(a_x-dV_x)/g]，并获得车辆纵向驱动力F_t、车辆制动力F_b、空气阻力F_w和挂钩牵引力F_p与车辆质量m、重力加速度g、滚动阻力系数f、道路坡度α、车辆自身纵向加速度a_x的关系：F_t-F_b-F_w-F_p＝mgfcosα+ma_x；

通过微分处理获得ΔF＝mgΔfcosα+mΔa_x，其中F＝F_t-F_b-F_w-F_p，当道路坡度α不变时，得到车辆质量m＝ΔF/Δa_x，并带入F_t-F_b-F_w-F_p＝mgfcosα+ma_x，获得滚动阻力系数f；

当道路坡度α改变时，将上一次经过所述车辆滚动阻力获取方法获取的车辆质量m作为本次车辆滚动阻力获取方法中的车辆质量m。

2.根据权利要求1所述的车辆滚动阻力获取方法，其特征在于，滚动阻力F_f＝mgfcosα，坡度阻力F_i＝mgsinα，加速阻力F_j＝mdV_x，其中dV_x表示车辆运行速度微分；将获得的道路坡度α、车辆质量m和滚动阻力系数f带入上式计算，获得滚动阻力F_f、坡度阻力F_i和加速阻力F_j。

3.根据权利要求1所述的车辆滚动阻力获取方法，其特征在于，所述车辆纵向净驱动力为车辆驱动力F_t和车辆制动力F_b的差。

4.根据权利要求3所述的车辆滚动阻力获取方法，其特征在于，车辆驱动力

其中T_t表示发动机或电动机驱动力矩，i_g表示变速器传动比，i₀表示主减速器传动比，η表示传动效率，r表示轮胎半径；车辆制动力

其中P_b表示制动压力，S表示制动轮缸活塞面积，μ表示制动盘摩擦系数，R表示制动盘平均作用半径。

5.根据权利要求1所述的车辆滚动阻力获取方法，其特征在于，空气阻力

其中C表示空气阻力系数，A表示车辆迎风面积，V_x为车辆运行速度。

6.一种车辆滚动阻力获取模块，其特征在于，包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序；

拉力传感器，用于获取挂钩牵引力F_p；

纵向加速度传感器，用于获取车辆自身纵向加速度a_x；

底盘CAN总线，用于获取发动机驱动力矩T_t、变速器传动比i_g、主减速器传动比i₀、传动效率η、轮胎半径r、制动压力P_b、制动轮缸活塞面积S、制动盘摩擦系数μ、制动盘平均作用半径R、空气阻力系数C、车辆迎风面积A，车辆运行速度V_x；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-5中任一项所述的车辆滚动阻力获取方法。

7.根据权利要求6所述的车辆滚动阻力获取模块，其特征在于，所述拉力传感器设置于车辆后保险杠支架上。

8.根据权利要求7所述的车辆滚动阻力获取模块，其特征在于，所述拉力传感器包括应变片、电源电路和检测电路，所述应变片设置于所述车辆后保险杠支架上，所述电源电路和所述检测电路均与所述应变片和所述底盘CAN总线通讯连接。

9.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-5中任一项所述的车辆滚动阻力获取方法。

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