基于最小二乘法的商用車(chē)整車(chē)質(zhì)量估計(jì)研究

【摘" 要】整車(chē)質(zhì)量對(duì)換擋決策與換擋性能方面有著重要影響。針對(duì)商用車(chē)整車(chē)質(zhì)量變化較大的特性，基于車(chē)輛縱向動(dòng)力學(xué)特性和遞歸最小二乘法對(duì)整車(chē)質(zhì)量進(jìn)行估計(jì)研究。基于MATLAB建立整車(chē)質(zhì)量估計(jì)算法，利用TCU自帶的坡度信號(hào)增加整車(chē)質(zhì)量估計(jì)的準(zhǔn)確性。經(jīng)過(guò)整車(chē)試驗(yàn)，驗(yàn)證該算法的有效性。

【關(guān)鍵詞】遞歸最小二乘法；動(dòng)力學(xué)方法；質(zhì)量估計(jì)；商用車(chē)；整車(chē)質(zhì)量

中圖分類(lèi)號(hào)：U463.212" " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " 文章編號(hào)：1003-8639（ 2023 ）11-0048-03

Research on Weight Estimation of Commercial Vehicle Based on Least Squares Method

LI Chuanyou，REN Xianfeng，SUN Xiaopeng，ZHAO Zhen，LIU Yubo，ZHEN Dawei

（Weichai Power Co.，Ltd.，Weifang 261061，China）

【Abstract】The weight of the vehicle has an important impact on the shift decision and shift performance. Aiming at the characteristics of the weight variation of commercial vehicle，the weight estimation of the vehicle is studied based on the longitudinal dynamic characteristics and recursive least square method. The vehicle weight estimation algorithm is established based on MATLAB，and the accuracy of the vehicle weight estimation is increased by using the slope signal of TCU. The effectiveness of the algorithm is verified by vehicle test.

【Key words】recursive least squares；dynamic method；weight estimation；commercial vehicle；vehicle weight

1" 引言

近幾年，隨著中國(guó)交通運(yùn)輸行業(yè)及電子控制行業(yè)的迅速發(fā)展，國(guó)內(nèi)AMT變速器在商用車(chē)領(lǐng)域配套率呈爆發(fā)增長(zhǎng)趨勢(shì)。因商用車(chē)工作場(chǎng)景的特殊性與復(fù)雜性，整車(chē)質(zhì)量變化范圍非常大，從空載到滿(mǎn)載相差能超過(guò)500%，整車(chē)質(zhì)量對(duì)AMT換擋決策與換擋執(zhí)行有著重要的影響，在制定換擋規(guī)律時(shí)不能忽視整車(chē)質(zhì)量的影響[1]。雷玉龍以車(chē)輛縱向動(dòng)力性模型為基礎(chǔ)，基于卡爾曼濾波對(duì)整車(chē)質(zhì)量進(jìn)行估計(jì)[2]。王建忠提出了一種基于加速度信號(hào)車(chē)重估計(jì)，并將車(chē)重信號(hào)用于改善AMT變速器換擋性能[3]。黃昆通過(guò)卡爾曼濾波算法設(shè)計(jì)整車(chē)質(zhì)量估計(jì)器，對(duì)CCPC狀態(tài)下載貨汽車(chē)進(jìn)行質(zhì)量估計(jì)，并驗(yàn)證了平路和上下坡工況的有效性[4]。

本文通過(guò)分析車(chē)輛縱向動(dòng)力學(xué)特性提出一種基于遞歸最小二乘法的整車(chē)質(zhì)量估計(jì)算法。利用變速器控制器中坡度傳感器獲取車(chē)輛實(shí)時(shí)坡度，建立遞歸最小二乘法觀測(cè)模型進(jìn)行在線(xiàn)估計(jì)整車(chē)質(zhì)量，并進(jìn)行整車(chē)載重試驗(yàn)，驗(yàn)證了該算法的有效性。

2" 整車(chē)縱向動(dòng)力學(xué)分析

當(dāng)車(chē)輛處于動(dòng)力傳遞非中斷狀態(tài)，即變速器擋位非空擋，離合器處于完全結(jié)合且無(wú)滑磨時(shí)，沿汽車(chē)行駛方向，車(chē)輛所受外力包括驅(qū)動(dòng)力Ft、行駛阻力∑F。其中發(fā)動(dòng)機(jī)提供驅(qū)動(dòng)力，行駛阻力主要包括滾動(dòng)阻力Ff、空氣阻力Fw、坡度阻力Fi與加速阻力Fj，汽車(chē)縱向動(dòng)力學(xué)方程可表示為：

式中：Te——發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩；ig——當(dāng)前擋位速比；i0——后橋速比；η ——當(dāng)前擋位傳動(dòng)系統(tǒng)效率；r ——輪胎半徑；m——整車(chē)質(zhì)量；f ——滾動(dòng)阻力系數(shù)；α——道路坡度；CD——空氣阻力系數(shù)；A——整車(chē)迎風(fēng)面積；v——車(chē)速；δ——整車(chē)旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)。

發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩可以通過(guò)變速器接收?qǐng)?bào)文獲取，當(dāng)前擋位速比和傳動(dòng)系統(tǒng)效率可以根據(jù)實(shí)際擋位獲取，風(fēng)阻系數(shù)為固定值，迎風(fēng)面積和輪胎半徑為整車(chē)參數(shù)可獲取，滾動(dòng)阻力系數(shù)在良好路面上為0.01～0.02之間，本文取0.02。目前僅有道路坡度信號(hào)是未知的，目前大多數(shù)TCU控制器中已內(nèi)置坡度傳感器，可以實(shí)時(shí)獲取道路坡度。從采集的實(shí)地一條道路的坡度信號(hào)（圖1）中可以看出坡度信號(hào)基本穩(wěn)定，但有部分信號(hào)存在波動(dòng)，其為車(chē)身加速階段時(shí)車(chē)身抖動(dòng)造成，整體信號(hào)可信。

3" 基于遞歸最小二乘法的車(chē)重估計(jì)

遞歸最小二乘估計(jì)是通過(guò)最小二乘估計(jì)的結(jié)果推導(dǎo)出遞歸最小二乘的遞歸公式，其本質(zhì)思想還是減小k次采樣結(jié)果估計(jì)值與真實(shí)值偏差的平方和，使估計(jì)值更接近真實(shí)值。在實(shí)現(xiàn)上采用遞歸的形式進(jìn)行更新，其原理如圖2所示。

設(shè)計(jì)基于遞歸最小二乘的車(chē)重估計(jì)算法，模型見(jiàn)圖3。

4" 實(shí)車(chē)驗(yàn)證

為驗(yàn)證基于遞歸最小二乘法估計(jì)整車(chē)質(zhì)量的有效性與準(zhǔn)確性，以重汽豪沃TH7為實(shí)車(chē)平臺(tái)對(duì)算法進(jìn)行驗(yàn)證，分別以中載、滿(mǎn)載進(jìn)行試驗(yàn)并對(duì)整車(chē)進(jìn)行稱(chēng)重。圖4為試驗(yàn)車(chē)輛，帶有坡度傳感器的TCU控制器固定在車(chē)架上，x軸與行駛方向相同。分別進(jìn)行中載27t和滿(mǎn)載47t的整車(chē)試驗(yàn)，試驗(yàn)路線(xiàn)選取坡道路段。

中載試驗(yàn)車(chē)速如圖5所示，道路坡度如圖6所示，稱(chēng)重測(cè)量整車(chē)質(zhì)量27t，基于遞歸最小二乘法計(jì)算出的整車(chē)質(zhì)量最終收斂至25.4t，誤差5.93%，如圖7所示。

滿(mǎn)載試驗(yàn)整車(chē)質(zhì)量實(shí)際稱(chēng)重47t，試驗(yàn)車(chē)速如圖8所示，道路坡度如圖9所示，基于遞歸最小二乘法計(jì)算的滿(mǎn)載整車(chē)質(zhì)量收斂在45.1t左右，誤差4.04%，如圖10所示。

5" 總結(jié)

本文通過(guò)對(duì)車(chē)輛縱向動(dòng)力學(xué)進(jìn)行分析，建立了車(chē)輛縱向動(dòng)力學(xué)方程，基于遞歸最小二乘法對(duì)縱向動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行變形，通過(guò)獲取TCU采集的坡度信號(hào)使整車(chē)質(zhì)量的估計(jì)更加準(zhǔn)確，經(jīng)過(guò)整車(chē)中載和滿(mǎn)載的實(shí)車(chē)驗(yàn)證，誤差精度在4%～6%之間，驗(yàn)證了該整車(chē)質(zhì)量估計(jì)算法的有效性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙璐. 商用車(chē)AMT控制策略及試驗(yàn)研究[D]. 長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2012.

[2] 雷雨龍，付堯，劉科，等. 基于擴(kuò)展卡爾曼濾波的車(chē)輛質(zhì)量與道路坡度估計(jì)[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2014，45（11）：9-13，8.

[3] 王建忠. 商用車(chē)機(jī)械式自動(dòng)變速器控制策略關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2014.

[4] 黃昆. 基于卡爾曼濾波的CPCC整車(chē)質(zhì)量估計(jì)研究[J]. 汽車(chē)文摘，2021（8）：52-57.

（編輯" 楊凱麟）

作者簡(jiǎn)介

李傳友（1993—），男，控制策略開(kāi)發(fā)工程師，碩士，主要從事變速器、動(dòng)力總成控制策略開(kāi)發(fā)工作。