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CN111605559B - 一种整车质量估算方法、扭矩控制方法及装置 - Google Patents

一种整车质量估算方法、扭矩控制方法及装置 Download PDF

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CN111605559B
CN111605559B CN201910138217.1A CN201910138217A CN111605559B CN 111605559 B CN111605559 B CN 111605559B CN 201910138217 A CN201910138217 A CN 201910138217A CN 111605559 B CN111605559 B CN 111605559B
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Abstract

本发明提供一种整车质量估算方法、扭矩控制方法及装置，属于车辆控制技术领域。整车质量估算方法包括：在车辆处于空挡时，采集得到第一加速度；在车辆处于在挡时，采集得到第二加速度和对应的驱动扭矩；以第一加速度和第二加速度的矢量和作为实际加速度，构建整车纵向动力学方程；利用递归最小二乘法对该整车纵向动力学方程进行迭代计算，估算得到整车质量。利用该方法进行整车质量估算时，充分考虑了滚动阻力、空气阻力、加速阻力和坡道阻力等因素对估算整车质量的影响，考虑全面，估算出的整车质量更加准确。

Description

一种整车质量估算方法、扭矩控制方法及装置
技术领域
本发明涉及一种整车质量估算方法、扭矩控制方法及装置，属于车辆控制技术领域。
背景技术
近年来，为应对日益严峻的环境污染和能源危机，各大汽车厂商纷纷开始开发高能源利用率、低排放的新能源汽车。纯电动车作为新能源汽车的一种，采用电机驱动，取消了发动机，同时电机的特性使得电机可被控制作为发动机运行，即车辆在驱动过程中，电机可发出驱动力矩驱动车辆加速；车辆在制动过程中，可通过电机反拖力矩实现制动减速。
虽然纯电动车辆可以利用电机进行驱动和制动来控制车速，但是存在以下问题：无论是驱动还是制动，由于整车质量无法实时监控，故不能通过整车质量和测量到的加速度实时调整扭矩的输出，从而导致驱动或制动扭矩增大或减小的过程中无法满足一致性的要求，影响整车的舒适性和可靠性。
有中国专利授权公告号为CN102627108B的发明专利文件，公开了一种基于高频信息提取的整车质量估算方法，该方法通过整车控制器实时采集加速度传感器和驱动力传感器的数据，根据获得的数据分析车辆的纵向动力学模型，并采用最小二乘法对整车的真实质量进行近似，每间隔一定时间估算一次，直至车辆熄火，其中采用了近似的计算方式，仅仅利用车辆的纵向加速度和纵向驱动力对整车质量进行估算，在估算过程中对纵向动力学模型中的空气阻力、滚动阻力和坡道阻力进行了忽略，从而导致估算出的整车质量不准确，在实际运行过程或者控制过程中带来一定的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种整车质量估算方法，用以解决现有整车质量估算方法进行整车质量估算过程中忽略相关项导致估算结果不准确的问题；本发明还提供一种扭矩控制方法，用以解决目前根据现有整车质量估算方法估算出的整车质量调整扭矩输出时，由于整车质量估算不准确，导致扭矩输出不符合实际需求，影响整车的舒适性和可靠性的问题；本发明还提供一种扭矩控制装置，用以解决目前根据现有整车质量估算方法估算出的整车质量调整扭矩输出时，由于整车质量估算不准确，导致扭矩输出不符合实际需求，影响整车的舒适性和可靠性的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种整车质量估算方法，包括以下步骤：
1)在车辆处于空挡时，采集得到第一加速度；在车辆处于在挡时，采集得到第二加速度和对应的驱动扭矩；
2)以第一加速度和第二加速度的矢量和作为实际加速度az，构建整车纵向动力学方程：
F＝maz
其中，F由驱动扭矩确定，m为整车质量；
3)利用递归最小二乘法对该整车纵向动力学方程进行迭代计算，估算得到整车质量。
该整车质量估算方法的有益效果是：在车辆处于空挡时由于不存在车辆纵向驱动力，此时测得的加速度为滚动阻力、空气阻力和加速阻力作用下的加速度，而车辆处于在挡时测得的加速度为车辆纵向驱动力、滚动阻力、空气阻力、加速阻力和坡道阻力作用下的加速度，因此，构建的整车纵向动力学方程充分考虑了滚动阻力、空气阻力和加速阻力等因素对估算整车质量的影响，避免了对上述各项的忽略，使得估算出的整车质量更加准确。
为了估算出整车质量，作为对上述整车质量估算方法的一种改进，步骤3)中递归最小二乘法采用的目标函数
Figure BDA0001977672400000031
为：
Figure BDA0001977672400000032
其中，y(i)为实际加速度，
Figure BDA0001977672400000033
Figure BDA0001977672400000034
为F，n为迭代次数。
本发明还提供了一种扭矩控制方法，包括以下步骤：
(1)在车辆处于空挡时，采集得到第一加速度；在车辆处于在挡时，采集得到第二加速度和对应的驱动扭矩；
(2)以第一加速度和第二加速度的矢量和作为实际加速度az，构建整车纵向动力学方程：
F＝maz
其中，F由驱动扭矩确定，m为整车质量；
(3)利用递归最小二乘法对该整车纵向动力学方程进行迭代计算，估算得到整车质量；
(4)根据整车质量和地面附着系数确定地面附着力，当整车制动力大于所述地面附着力时降低整车制动力，当整车驱动力大于所述地面附着力时降低整车驱动力。
该扭矩控制方法的有益效果是：在车辆处于空挡时由于不存在车辆纵向驱动力，此时测得的加速度为滚动阻力、空气阻力和加速阻力作用下的加速度，而车辆处于在挡时测得的加速度为车辆纵向驱动力、滚动阻力、空气阻力、加速阻力和坡道阻力作用下的加速度，因此，构建的整车纵向动力学方程充分考虑了滚动阻力、空气阻力和加速阻力等因素对估算整车质量的影响，避免了对上述各项的忽略，使得估算出的整车质量更加准确。因此，在利用估算出的整车质量调整扭矩输出时，扭矩输出更加符合实际需求，提高了整车的舒适性和可靠性。
为了估算出整车质量，作为对上述扭矩控制方法的一种改进，步骤(3)中递归最小二乘法采用的目标函数
Figure BDA0001977672400000035
为：
Figure BDA0001977672400000041
其中，y(i)为实际加速度，
Figure BDA0001977672400000042
Figure BDA0001977672400000043
为F，n为迭代次数。
为了防止因制动力过大导致轮胎抱死，减少滑动摩擦对轮胎磨损的影响，提高轮胎的使用寿命，保证行车安全，作为对上述扭矩控制方法的另一种改进，当整车制动力大于所述地面附着力时降低整车制动力，使其小于或等于所述地面附着力。
为了防止因驱动力过大导致车辆打滑，提高车辆的防打滑能力，减少轮胎磨损，提高轮胎的使用寿命，保证行车安全，作为对上述扭矩控制方法的又一种改进，当整车驱动力大于所述地面附着力时降低整车驱动力，使其小于或等于所述地面附着力。
本发明还提供了一种扭矩控制装置，包括存储器、处理器以及用于运行在所述处理器上的程序，所述处理器执行所述程序实现以下步骤：
(1)在车辆处于空挡时，采集得到第一加速度；在车辆处于在挡时，采集得到第二加速度和对应的驱动扭矩；
(2)以第一加速度和第二加速度的矢量和作为实际加速度即az，构建整车纵向动力学方程：
F＝maz
其中，F由驱动扭矩确定，m为整车质量；
(3)利用递归最小二乘法对该整车纵向动力学方程进行迭代计算，估算得到整车质量；
(4)根据整车质量和地面附着系数确定地面附着力，当整车制动力大于所述地面附着力时降低整车制动力，当整车驱动力大于所述地面附着力时降低整车驱动力。
该扭矩控制装置的有益效果是：在车辆处于空挡时由于不存在车辆纵向驱动力，此时测得的加速度为滚动阻力、空气阻力和加速阻力作用下的加速度，而车辆处于在挡时测得的加速度为车辆纵向驱动力、滚动阻力、空气阻力、加速阻力和坡道阻力作用下的加速度，因此，构建的整车纵向动力学方程充分考虑了滚动阻力、空气阻力和加速阻力等因素对估算整车质量的影响，避免了对上述各项的忽略，使得估算出的整车质量更加准确。因此，在利用估算出的整车质量调整扭矩输出时，扭矩输出更加符合实际需求，提高了整车的舒适性和可靠性。
为了估算出整车质量，作为对上述扭矩控制装置的一种改进，步骤(3)中递归最小二乘法采用的目标函数
Figure BDA0001977672400000051
为：
Figure BDA0001977672400000052
其中，y(i)为实际加速度，
Figure BDA0001977672400000053
Figure BDA0001977672400000054
为F，n为迭代次数。
为了防止因制动力过大导致轮胎抱死，减少滑动摩擦对轮胎磨损的影响，提高轮胎的使用寿命，保证行车安全，作为对上述扭矩控制装置的另一种改进，当整车制动力大于所述地面附着力时降低整车制动力，使其小于或等于所述地面附着力。
为了防止因驱动力过大导致车辆打滑，提高车辆的防打滑能力，减少轮胎磨损，提高轮胎的使用寿命，保证行车安全，作为对上述扭矩控制装置的又一种改进，当整车驱动力大于所述地面附着力时降低整车驱动力，使其小于或等于所述地面附着力。
附图说明
图1是本发明的整车质量估算方法流程图；
图2是本发明的扭矩控制方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
整车质量估算方法实施例：
如图1所示，在车辆处于行驶状态时，利用本实施例的整车质量估算方法对车辆的整车质量进行估算的过程如下：
1)在车辆处于空挡时，采集得到第一加速度an；在车辆处于在挡时，采集得到第二加速度ag和对应的驱动扭矩Ttq。
具体地，利用车辆上的加速度传感器采集车辆处于空挡时的加速度，作为第一加速度an；利用车辆上的加速度传感器采集车辆处于在挡时的加速度，作为第二加速度ag，并利用车辆上的扭矩传感器采集与第二加速度ag对应的电机扭矩，作为驱动扭矩Ttq。
2)以第一加速度an和第二加速度ag的矢量和作为实际加速度az(即az＝an+ag)，构建整车纵向动力学方程：F＝maz，其中，F为车辆的纵向驱动力，m为整车质量。
车辆的纵向驱动力F由驱动扭矩Ttq确定，公式如下：
Figure BDA0001977672400000061
式中，Ttq是电机扭矩(即驱动扭矩)，ig是变速器的传动比，io是主减速器的传动比，ηT是传动系的机械效率，r是车轮半径。
下面详细介绍整车纵向动力学方程F＝maz的构建过程：
首先，对下式所示的车辆纵向动力学模型进行分析：
Figure BDA0001977672400000062
式中，F为车辆的纵向驱动力，m为整车质量，a为车辆纵向加速度，g为重力加速度，θ为道路坡度角，δ为汽车旋转质量换算系数，
Figure BDA0001977672400000063
为车辆行驶加速度(单位是m/s2)，CD为空气阻力系数，A为迎风面积，ua为车辆行驶速度(单位是km/h)，f为滚动阻力系数。
其中，Ff＝fmgcosθ为滚动阻力，
Figure BDA0001977672400000071
为空气阻力，
Figure BDA0001977672400000072
为加速阻力，Fp＝mgsinθ为坡道阻力。
对车辆纵向动力学模型进行分析可以看出：车辆行驶过程中，整车所受的力等于车辆的纵向驱动力、坡道阻力、加速阻力、空气阻力以及滚动阻力之和，而车辆处于在挡时，通过加速度传感器采集得到的加速度仅等于车辆纵向加速度与重力加速度在车辆纵向行驶方向上的分量的矢量和，因此若仅根据车辆在挡时测得的加速度和车辆的纵向驱动力对整车质量进行估算，而对车辆纵向动力学模型中的加速阻力、空气阻力以及滚动阻力进行忽略，就会导致估算出的整车质量不准确。
对车辆处于空挡时整车所受的力进行分析可知：车辆处于空挡时，作用在车辆上的力仅有滚动阻力、空气阻力以及加速阻力，即此时整车所受的力等于滚动阻力、空气阻力以及加速阻力之和，那么在车辆处于空挡时，加速度传感器采集得到的第一加速度an就等于整车所受的力与整车质量的比值，即存在如下关系：
Figure BDA0001977672400000073
由于滚动阻力、空气阻力以及加速阻力与车辆的挡位状态无关，那么在车辆处于在挡的情况下，当车辆的纵向驱动力较小时，即可直接认为此时车辆所受的滚动阻力、空气阻力以及加速阻力之和与车辆处于空挡时一致；当车辆的纵向驱动力变化较大时，由于此时滚动阻力、空气阻力以及加速阻力对整车受力影响较小，也可直接认为此时车辆所受的滚动阻力、空气阻力以及加速阻力之和与车辆处于空挡时一致。
因此，利用车辆处于空挡时测得的第一加速度an，就能够反映出滚动阻力、空气阻力以及加速阻力对整车受力的影响。
又由于，车辆处于在挡时测得的第二加速度ag等于车辆纵向加速度a与重力加速度g在车辆纵向行驶方向上的分量gsinθ的矢量和，即ag＝a+gsinθ。
那么，车辆纵向动力学模型就可以简化为：
F＝ma+mgsinθ+man＝mag+man＝maz
综上所述，本发明结合车辆处于空挡时测得的第一加速度an和车辆处于在挡时的第二加速度ag，构建出的整车纵向动力学方程F＝maz，充分考虑了坡道阻力、加速阻力、空气阻力以及滚动阻力等因素对估算整车质量的影响，考虑全面，利用该整车纵向动力学方程估算出的整车质量更加准确。
3)利用递归最小二乘法对整车纵向动力学方程F＝maz进行迭代计算，估算得到整车质量。
其中，递归最小二乘法采用的目标函数
Figure BDA0001977672400000081
为：
Figure BDA0001977672400000082
式中，y(i)为实际加速度，
Figure BDA0001977672400000083
Figure BDA0001977672400000084
为F，
Figure BDA0001977672400000085
为实际加速度的估计值，n为迭代次数。
通过求解
Figure BDA0001977672400000086
使得目标函数能够取得极小值，当目标函数取得极小值时，利用此时的
Figure BDA0001977672400000087
即可估算出整车质量m。
从目标函数的表达式可以看出，随着n的增加，
Figure BDA0001977672400000088
的计算量将不断增加，由于对整车质量的估算是实时进行的，因此采用递推最小二乘法求解
Figure BDA0001977672400000089
利用当前估算时刻的测量值对上一估算时刻的估计值进行修正，递推最小二乘法的表达式如下：
Figure BDA00019776724000000810
Figure BDA00019776724000000811
Figure BDA00019776724000000812
其中，k表示当前估算时刻，k-1表示上一估算时刻，y(k)＝az(k)，
Figure BDA00019776724000000813
通过
Figure BDA00019776724000000814
可以计算得到车辆每个估算时刻的整车质量估计值，L(k)计算的是最小二乘增益L，P(k)是对误差协方差P的更新。
车辆行驶过程中，采集并记录车辆处于空挡时的第一加速度和车辆处于在挡时的第二加速度以及对应的驱动扭矩，令这三个数据均采集并记录完成时的时刻作为整车质量的初始估算时刻，此时将相应的第一加速度、第二加速度和驱动扭矩代入整车纵向动力学方程，并利用递归最小二乘法对整车纵向动力学方程进行迭代计算，得到初始估算时刻的整车质量。在完成初始估算时刻的整车质量估算后，对车辆处于空挡时的第一加速度和车辆处于在挡时的第二加速度以及对应的驱动扭矩进行更新，令这三个数据均更新完成时的时刻作为整车质量的当前估算时刻，此时利用相应的数据重新估算整车质量，以此类推，可实现对整车质量的实时估算。作为其他实施方式，由于车辆行驶过程中处于空挡时的情况比较少，在确定当前估算时刻时，除了令三个数据均更新完成时的时刻作为整车质量的当前估算时刻之外，还可以在第一加速度未完成更新的时间段里，令第二加速度以及对应的驱动扭矩更新完成时的时刻作为当前估算时刻。
对目标函数
Figure BDA0001977672400000091
进行分析可以看出：目标函数中y(i)为实际加速度，
Figure BDA0001977672400000092
Figure BDA0001977672400000093
为F，使得在估算整车质量m时，先估算出
Figure BDA0001977672400000094
再利用
Figure BDA0001977672400000095
估算出整车质量m，这样做的效果是：由于车辆的整车质量m必定是大于0的，若直接采用背景技术引用文件中目标函数的构建方式，即令目标函数中y(i)为F，
Figure BDA0001977672400000096
Figure BDA0001977672400000097
为实际加速度，则在算法中当车辆的纵向驱动力为0或纵向加速度为0时，将发出整车质量为0的结果，显然这种估算结果是错误的，因此本发明将整车质量m作为分母，先估算出
Figure BDA0001977672400000098
能够避免出现整车质量为0的估算结果。
作为其他实施方式，构建目标函数时，如果采用背景技术引用文件中的构建方式，那么若在整车质量估算过程中出现整车质量为0的估算结果，就报错并舍弃该估算结果。
扭矩控制方法实施例：
如图2所示，本发明的扭矩控制方法包括以下步骤：
首先，利用本发明的整车质量估算方法(具体方法见整车质量估算方法实施例)，估算出整车质量m；
其次，根据估算出的整车质量m和地面附着系数
Figure BDA0001977672400000101
(该值能够通过检测得到)确定地面附着力
Figure BDA0001977672400000102
Figure BDA0001977672400000103
然后，判断整车制动力与地面附着力的大小关系，以及判断整车驱动力与地面附着力的大小关系，并根据判断结果执行相应的操作。
具体如下：当整车制动力大于地面附着力时降低整车制动力，使其小于或等于地面附着力，采取这种操作，能够防止因制动力过大导致轮胎抱死，减少滑动摩擦对轮胎磨损的影响，提高轮胎的使用寿命，保证行车安全；当整车驱动力大于地面附着力时降低整车驱动力，使其小于或等于地面附着力，采取这种操作，能够防止因驱动力过大导致车辆打滑，提高车辆的防打滑能力，减少轮胎磨损，提高轮胎的使用寿命，保证行车安全。
作为其他实施方式，根据判断结果执行相应的操作，还包括：当整车制动力小于地面附着力时增大整车制动力，使其大于或等于地面附着力；当整车驱动力小于地面附着力时增大整车驱动力，使其大于或等于地面附着力。采取这种操作能够充分发挥整车动力性，例如：地面附着力大时，增加制动力能够减小制动距离或增加制动减速度；地面附着力大时，增加驱动力能够增大爬坡度或爬坡车速。
扭矩控制装置实施例：
本发明的扭矩控制装置，包括存储器、处理器以及用于运行在处理器上的程序，处理器执行该程序以实现本发明的扭矩控制方法，具体方法参见扭矩控制方法实施例，此处不再赘述。

Claims (7)

1.一种整车质量估算方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在车辆处于空挡时，采集得到第一加速度；在车辆处于在挡时，采集得到第二加速度和对应的驱动扭矩；
2)以第一加速度和第二加速度的矢量和作为实际加速度az，构建整车纵向动力学方程：
F＝maz
其中，F由驱动扭矩确定，m为整车质量；
3)利用递归最小二乘法对该整车纵向动力学方程进行迭代计算，估算得到整车质量；
步骤3)中递归最小二乘法采用的目标函数
Figure FDA0003293542070000011
为：
Figure FDA0003293542070000012
其中，y(i)为实际加速度，
Figure FDA0003293542070000013
Figure FDA0003293542070000014
为F，n为迭代次数；
使得在估算整车质量m时，先估算出
Figure FDA0003293542070000015
再利用
Figure FDA0003293542070000016
估算出整车质量m。
2.一种扭矩控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在车辆处于空挡时，采集得到第一加速度；在车辆处于在挡时，采集得到第二加速度和对应的驱动扭矩；
(2)以第一加速度和第二加速度的矢量和作为实际加速度az，构建整车纵向动力学方程：
F＝maz
其中，F由驱动扭矩确定，m为整车质量；
(3)利用递归最小二乘法对该整车纵向动力学方程进行迭代计算，估算得到整车质量；
(4)根据整车质量和地面附着系数确定地面附着力，当整车制动力大于所述地面附着力时降低整车制动力，当整车驱动力大于所述地面附着力时降低整车驱动力；
步骤(3)中递归最小二乘法采用的目标函数
Figure FDA0003293542070000017
为：
Figure FDA0003293542070000018
其中，y(i)为实际加速度，
Figure FDA0003293542070000019
Figure FDA00032935420700000110
为F，n为迭代次数；
使得在估算整车质量m时，先估算出
Figure FDA00032935420700000111
再利用
Figure FDA00032935420700000112
估算出整车质量m。
3.根据权利要求2所述的扭矩控制方法，其特征在于，当整车制动力大于所述地面附着力时降低整车制动力，使其小于或等于所述地面附着力。
4.根据权利要求2所述的扭矩控制方法，其特征在于，当整车驱动力大于所述地面附着力时降低整车驱动力，使其小于或等于所述地面附着力。
5.一种扭矩控制装置，包括存储器、处理器以及用于运行在所述处理器上的程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序实现以下步骤：
(1)在车辆处于空挡时，采集得到第一加速度；在车辆处于在挡时，采集得到第二加速度和对应的驱动扭矩；
(2)以第一加速度和第二加速度的矢量和作为实际加速度即az，构建整车纵向动力学方程：
F＝maz
其中，F由驱动扭矩确定，m为整车质量；
(3)利用递归最小二乘法对该整车纵向动力学方程进行迭代计算，估算得到整车质量；
(4)根据整车质量和地面附着系数确定地面附着力，当整车制动力大于所述地面附着力时降低整车制动力，当整车驱动力大于所述地面附着力时降低整车驱动力；
步骤(3)中递归最小二乘法采用的目标函数
Figure FDA0003293542070000021
为：
Figure FDA0003293542070000022
其中，y(i)为实际加速度，
Figure FDA0003293542070000023
Figure FDA0003293542070000024
为F，n为迭代次数；
使得在估算整车质量m时，先估算出
Figure FDA0003293542070000025
再利用
Figure FDA0003293542070000026
估算出整车质量m。
6.根据权利要求5所述的扭矩控制装置，其特征在于，当整车制动力大于所述地面附着力时降低整车制动力，使其小于或等于所述地面附着力。
7.根据权利要求5所述的扭矩控制装置，其特征在于，当整车驱动力大于所述地面附着力时降低整车驱动力，使其小于或等于所述地面附着力。
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