基于預(yù)見(jiàn)性巡航的重型卡車質(zhì)量估計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

曹學(xué)自， 李軍偉*， 姜世騰， 闞輝玉， 聶林同， 李連強(qiáng)

(1.山東理工大學(xué)交通與車輛工程, 淄博 255049; 2.一汽解放青島汽車有限公司, 青島 266200)

PCC系統(tǒng)是重型卡車在高速公路行駛的一種新型的卡車巡航控制系統(tǒng),與傳統(tǒng)的定速巡航控制系統(tǒng)不同,預(yù)見(jiàn)性巡航控制系統(tǒng)根據(jù)T-box存儲(chǔ)的地圖數(shù)據(jù)獲取前方的道路信息,結(jié)合車輛自身動(dòng)力學(xué)模型,計(jì)算出適合前方道路行駛的經(jīng)濟(jì)扭矩和檔位來(lái)達(dá)到節(jié)約燃油的目的,是一種變速巡航控制系統(tǒng)。重型卡車的質(zhì)量作為卡車預(yù)見(jiàn)性巡航控制系統(tǒng)的一個(gè)重要輸入計(jì)算參數(shù),影響著卡車預(yù)見(jiàn)性巡航控制系統(tǒng)的性能。

目前中外眾多學(xué)者對(duì)于道路車輛的質(zhì)量估計(jì)算法進(jìn)行了較為詳細(xì)的研究。文獻(xiàn)[1]采用帶遺忘因子的遞推最小二乘(recursive least squares, RLS)算法結(jié)合車輛縱向動(dòng)力學(xué)模型對(duì)半掛車輛的質(zhì)量和道路坡度進(jìn)行聯(lián)合估計(jì),通過(guò)TruckSim建立的路面模型進(jìn)行仿真分析。雖然有較好的估計(jì)效果,但是在仿真時(shí)將車輛模型和道路模型進(jìn)行了理想化處理,無(wú)法適應(yīng)復(fù)雜的天氣和道路狀況。文獻(xiàn)[2]和文獻(xiàn)[3]基于卡爾曼濾波和車輛縱向動(dòng)力學(xué)模型對(duì)轎車的質(zhì)量和道路坡度進(jìn)行聯(lián)合估計(jì)。其中,在忽略空氣阻力和滾動(dòng)阻力的前提下,文獻(xiàn)[2]對(duì)于車輛的質(zhì)量估計(jì)算法,通過(guò)MATLAB進(jìn)行了軟件仿真,沒(méi)有充分考慮實(shí)車的實(shí)際行駛狀況。文獻(xiàn)[3]通過(guò)實(shí)車測(cè)試來(lái)分析水平路段和綜合路段的算法可靠性,試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示在估算前期有較大誤差,誤差在10%左右,并且估算結(jié)果收斂速度較慢。文獻(xiàn)[4]基于遞推最小二乘法和車輛縱向動(dòng)力學(xué)模型研究道路車輛的質(zhì)量估計(jì)算法,并針對(duì)某款SUV車輛進(jìn)行實(shí)車驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)結(jié)果在預(yù)測(cè)前期有較大的實(shí)驗(yàn)誤差,并且收斂速度較慢。文獻(xiàn)[5]利用GPS定位獲取道路坡度來(lái)估計(jì)車輛質(zhì)量,實(shí)車實(shí)驗(yàn)的結(jié)果誤差較小,估計(jì)的精度較高,但是由于過(guò)于依賴GPS定位,當(dāng)遇到定位不準(zhǔn)確或者定位失效的狀況會(huì)使質(zhì)量估計(jì)算法失效。重型卡車的加速度是估計(jì)卡車質(zhì)量的一個(gè)重要參數(shù),傳統(tǒng)的質(zhì)量估計(jì)算法依賴于加速度傳感器的精度,當(dāng)傳感器位置擺放不合理或者在嚴(yán)重顛簸路況下將影響加速度傳感器的精度甚至將導(dǎo)致加速度傳感器失效,嚴(yán)重影響車輛質(zhì)量的估算精度。為了滿足預(yù)見(jiàn)性巡航控制系統(tǒng)對(duì)重型卡車質(zhì)量的估算精確,保證卡車在高速道路上安全經(jīng)濟(jì)行駛,設(shè)計(jì)了基于卡車動(dòng)力學(xué)模型的質(zhì)量估算系統(tǒng)和基于高精地圖的卡車質(zhì)量估算系統(tǒng),兩種方法互為補(bǔ)充,進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的可靠性和卡車質(zhì)量的估算精度。

1 質(zhì)量估計(jì)算法

1.1 重型卡車受力分析及動(dòng)力學(xué)方程

在對(duì)重型卡車進(jìn)行質(zhì)量估計(jì)時(shí),將卡車看作一個(gè)整體,當(dāng)卡車在坡道上行駛時(shí),在行駛方向上對(duì)其進(jìn)行受力分析,如圖1所示。根據(jù)受力分析得到卡車的動(dòng)力學(xué)公式為

Fe-Fz=ma

(1)

式(1)中:Fe為卡車的驅(qū)動(dòng)力,N；Fz為卡車在坡道上行駛的阻力,N；m為卡車的質(zhì)量,kg；a為卡車的加速度,m/s2。

重型卡車在道路上行駛的阻力有風(fēng)阻、坡道阻力、滾動(dòng)阻力等,其中坡道阻力在下坡時(shí)為驅(qū)動(dòng)力,并且高速公路的道路坡度值較小,坡度的余弦值近似為1,進(jìn)而得到重型卡車在高速公路上行駛的動(dòng)力學(xué)方程為

Fe-Ff-Fi-Fw=ma

(2)

式(2)中,Ff為卡車受到的滾動(dòng)阻力,N；Fi為坡道阻力,N；Fw為風(fēng)阻,N。

根據(jù)圖1,在平均坡度相等的一段高速道路上,假設(shè)卡車司機(jī)未踩油門和剎車,由于重型卡車在較短的時(shí)間段內(nèi)的速度變化不大,并且卡車的風(fēng)阻與其他阻力相比數(shù)量級(jí)較小,可得：

(3)

Fez=λv2

(4)

式(2)可寫(xiě)為

(5)

式(5)中：Ttq為卡車的需求扭矩,Nm；α為道路坡度；v為卡車的當(dāng)前車速,km/h；r為卡車的車輪半徑,m；g為重力加速度,m/s2；ig、i0、η、λ、μ為常數(shù),分別為變速器的傳動(dòng)比、主減速器的傳動(dòng)比、傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械效率、總的風(fēng)阻系數(shù)及輪胎與地面的摩擦系數(shù)。

圖1 重型卡車坡道方向上的受力分析

1.2 基于加速度的卡車質(zhì)量估計(jì)

該方法的前提是卡車完全由預(yù)見(jiàn)性巡航控制系統(tǒng)操作控制,駕駛員不進(jìn)行制動(dòng)踏板或者油門踏板的動(dòng)作?？ㄜ嚨募铀俣韧ㄟ^(guò)加速度傳感器MXP7205VF獲取,其測(cè)量原理如圖2所示。重型卡車在坡道上行駛時(shí),x軸和y軸分別為卡車的速度方向以及垂直于坡道的方向,加速度傳感器獲取的實(shí)際值為

aVF=a+gsinα

(6)

式(6)中：aVF加速度傳感器獲取的加速度,m/s2。由于加速度傳感器輸出信號(hào)中混雜的尖峰噪聲以及隨機(jī)噪聲會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)的分析產(chǎn)生影響,因此需要對(duì)加速度傳感器信號(hào)進(jìn)行低通濾波處理,以獲得準(zhǔn)確的加速度。

根據(jù)從加速度計(jì)獲取的加速度,由式(2)、式(5)和式(6)可以得到卡車的估計(jì)質(zhì)量m1為

(7)

圖2 加速度傳感器測(cè)量原理

1.3 基于高精度地圖的卡車質(zhì)量估計(jì)

T-box內(nèi)部存儲(chǔ)著中國(guó)高速道路的高精度地圖數(shù)據(jù),根據(jù)GPS定位系統(tǒng)可以獲取當(dāng)前卡車位置的道路坡度。重型卡車的預(yù)見(jiàn)性巡航的原理為恒扭變速,并且重型卡車風(fēng)阻對(duì)卡車的影響較小,因此在卡車司機(jī)未踩油門和剎車的前提下可以近似地將重型卡車看作在高速道路上勻加速或者勻減速行駛。設(shè)定某個(gè)時(shí)間間隔t,取t時(shí)刻前后的兩個(gè)車速值v0和v,可以得到：

a=(v-v0)/t

(8)

根據(jù)式(2)、式(3)、式(6)可以得到卡車的估計(jì)質(zhì)量m2為

(9)

式(9)中道路坡度通過(guò)GPS定位系統(tǒng)獲取。

1.4 卡車質(zhì)量估計(jì)算法流程

在PCC系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提下,將兩種質(zhì)量估算方法相互配合使用,可提高重型卡車的質(zhì)量估計(jì)精度,減小質(zhì)量估計(jì)的誤差。當(dāng)加速度傳感器失效時(shí),高精度地圖可以準(zhǔn)確地提供道路坡度數(shù)據(jù),此時(shí)采用高精度地圖數(shù)據(jù)估算卡車質(zhì)量。采用高精度地圖數(shù)據(jù)估算卡車質(zhì)量時(shí),可能會(huì)出現(xiàn)卡車不能定位或者坡度更新不及時(shí)的狀況,因此可利用加速度傳感器對(duì)卡車質(zhì)量進(jìn)行精確估算。重型卡車質(zhì)量估計(jì)算法流程如圖3所示。

圖3 質(zhì)量估計(jì)算法流程

1.5 質(zhì)量估計(jì)的歸一化最小均方算法

對(duì)卡車進(jìn)行質(zhì)量估算時(shí),風(fēng)阻的變化、發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩的波動(dòng)以及加速度本身等因素將使得質(zhì)量估計(jì)值的結(jié)果產(chǎn)生波動(dòng)和噪聲,因此需要對(duì)質(zhì)量估計(jì)的結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步處理,通過(guò)NLMS濾波算法,使重型卡車的質(zhì)量估計(jì)結(jié)果達(dá)到最佳。

在NLMS算法中,權(quán)向量迭代公式為

R(n)=FT(n)W(n)

(10)

W(n)=[w0(n),w1(n),…,wN-1(n)]Τ

(11)

F(n)=[f(n),f(n-1),…,f(n-N+1)]Τ

(12)

E(n)=D(n)-R(n)

(13)

(14)

式中：W(n)表示n時(shí)刻自適應(yīng)濾波器的權(quán)系數(shù)；N為自適應(yīng)濾波器的長(zhǎng)度；F(n)、R(n)和E(n)分別為濾波器的輸入量、輸出量和誤差量；D(n)為期望值；u為NLMS算法的步長(zhǎng)因子,控制著算法的穩(wěn)定性和收斂性,φ的取值范圍為[0,1],是防止因FT(n)F(n)過(guò)小而導(dǎo)致步長(zhǎng)值過(guò)小設(shè)置的特殊值。

取步長(zhǎng)因子u=1,取濾波器訓(xùn)練序列長(zhǎng)度值N=1 000,然后從未采用NLMS算法的質(zhì)量估計(jì)系統(tǒng)中選取一部分實(shí)際質(zhì)量數(shù)據(jù),通過(guò)NLMS算法進(jìn)行濾波,得到的結(jié)果如圖4所示。圖4(a)為NLMS算法得到的誤差平方的均值曲線,可以看出NLMS算法收斂速度較快,在迭代100次左右時(shí)開(kāi)始收斂,并且穩(wěn)態(tài)誤差也較小,適用于質(zhì)量估計(jì)系統(tǒng)；圖4(b)為實(shí)車的質(zhì)量值與經(jīng)過(guò)NLMS算法后的質(zhì)量估計(jì)值的比較曲線,可以看出NLMS算法能夠?qū)ㄜ囐|(zhì)量值進(jìn)行有效的濾波,可以消除質(zhì)量數(shù)據(jù)值的尖峰噪聲,提高了質(zhì)量估計(jì)數(shù)據(jù)的平穩(wěn)性。

圖4 NLMS算法仿真曲線

2 重型卡車質(zhì)量估計(jì)系統(tǒng)

2.1 質(zhì)量估計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架

重型卡車質(zhì)量估計(jì)系統(tǒng)的核心為MXP7205加速度傳感器和恩智浦(NXP)的S32K144單片機(jī)。單片機(jī)通過(guò)SPI總線實(shí)時(shí)獲取加速度傳感器測(cè)得的加速度,并從CAN總線上獲取發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、車速及道路坡度等數(shù)值,經(jīng)過(guò)質(zhì)量估算算法獲取重型卡車的質(zhì)量。質(zhì)量估計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。

圖5 質(zhì)量估計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

重型卡車的電池電壓為24 V,而單片和加速度傳感器需要的供電電壓為5 V,因此需要將24 V電源轉(zhuǎn)化為5 V穩(wěn)壓電源給質(zhì)量估計(jì)系統(tǒng)供電。加速度傳感器用于測(cè)算重型卡車的加速度,并通過(guò)SPI總線將加速度數(shù)據(jù)發(fā)送到單片機(jī)。T-box用于車輛的定位,并且T-box內(nèi)部存儲(chǔ)了高精度地圖信息,可以通過(guò)CAN總線向單片機(jī)傳輸?shù)缆菲露?。ECU為發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元,用于提供卡車發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、扭矩及卡車車速等信息。

2.2 系統(tǒng)硬件電路

2.2.1 S32 k144及周圍電路

S32 k144是NXP推出的一款32位高精度超低功耗單片機(jī),采用Cortex-M4F內(nèi)核,帶有FPU和DSP功能,適用于通用汽車和高可靠性工業(yè)應(yīng)用,其外圍電路主要包括復(fù)位電路,外部時(shí)鐘電路以及JTAG仿真接口電路[6]。單片機(jī)及周圍電路圖如圖6所示。

2.2.2 CAN總線接口電路

圖7所示為CAN總線接口電路,包括CAN總線收發(fā)器(TLE6250G)以及CAN共模抑制器(ZJYS81)。在CAN_H和CAN_L與地之間并聯(lián)了一個(gè)47 PF的電容C64,可以過(guò)濾掉CAN總線上的高頻干擾信號(hào),同時(shí)在CAN_H和CAN_L與地之間加了一個(gè)雙向瞬態(tài)抑制二極管D42,可以抑制總線上的瞬變電壓[7-8]。R63和R59構(gòu)成CAN總線的終端電阻。

圖6 單片機(jī)及周圍電路

圖7 CAN總線通信硬件接口電路

2.2.3 電源電路

在質(zhì)量估計(jì)系統(tǒng)中,S32K144所需的供電電壓為5 V,重型卡車蓄電池能夠提供24 V電壓,所以需要一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換電路將24 V電壓轉(zhuǎn)換成5 V電壓給單片機(jī)供電。圖8所示為質(zhì)量估計(jì)系統(tǒng)供電電路圖。電路左端為起始端,端口處連接一個(gè)整流二極管D9,可以阻擋電流中混雜的交流電。SM8S33AHE為瞬態(tài)抑制二極管D2,簡(jiǎn)稱TVS,它是一種二極管形式的高效能保護(hù)器件,可以吸收二極管兩極間的瞬態(tài)高能量,將兩極電壓箝穩(wěn)定在一個(gè)安全值,可以有效保護(hù)電路中的精密元器件[9]。電感L1和電容C9并聯(lián)成LC濾波電路,其作用是隔離負(fù)載與電源的噪聲。TPS5430是電壓轉(zhuǎn)換芯片,其輸出電壓由R11和R12決定,將R11設(shè)計(jì)為10 kΩ,R12設(shè)計(jì)為3.24 kΩ,可以將12 V電壓轉(zhuǎn)換成5 V電壓輸出。

圖8 供電電路圖

2.2.4 加速度傳感器電路

選用的加速度傳感器為兩軸傳感器,型號(hào)為MXP7205VF。傳感器與單片機(jī)的通信方式為SPI總線通信,工作電壓范圍為4.5～5.25 V。MXP7205內(nèi)部已經(jīng)配置好SPI接口,只需要設(shè)計(jì)供電及電源濾波電路,并將加速度傳感器的SPI接口與單片機(jī)SPI接口相對(duì)應(yīng)。電路圖如圖9所示。

圖9 加速度傳感器電路

2.3 質(zhì)量估計(jì)系統(tǒng)建模及代碼集成

為了提高質(zhì)量估計(jì)系統(tǒng)的代碼質(zhì)量,避免人工手寫(xiě)代碼造成的失誤,并減少質(zhì)量估計(jì)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周期,方便系統(tǒng)后期的調(diào)試和維護(hù),在對(duì)重型卡車的質(zhì)量估計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)通過(guò)Simulink搭建策略模型,并通過(guò)自動(dòng)代碼生成技術(shù)生成嵌入式代碼寫(xiě)入到系統(tǒng)控制器當(dāng)中[10-11]。利用Simulink的代碼自動(dòng)生成技術(shù)生成嵌入式代碼并且與系統(tǒng)單片機(jī)的底層驅(qū)動(dòng)結(jié)合,用于質(zhì)量估計(jì)系統(tǒng)實(shí)車測(cè)試。模型的輸入量為發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩、重型卡車的實(shí)時(shí)車速、發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、加速度傳感器測(cè)量的加速度、從T-box獲取的道路坡度、油門踏板開(kāi)度及GPS標(biāo)志位等。因?yàn)橘|(zhì)量估計(jì)系統(tǒng)要放在預(yù)見(jiàn)性巡航控制系統(tǒng)中運(yùn)行,所以在油門踏板開(kāi)度為0并且卡車在PCC系統(tǒng)控制下時(shí),質(zhì)量估算策略才會(huì)執(zhí)行?？刂破鲝腟PI總線獲取卡車加速度,從CAN總線獲取發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、車速、發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩及道路坡度信息等,經(jīng)過(guò)算法處理獲得重型卡車的估計(jì)質(zhì)量。質(zhì)量估計(jì)系統(tǒng)策略模型如圖10所示。

圖10 質(zhì)量估計(jì)算法模型

圖10中,模型的輸入量為nmEngTrq、kmperhVspd、rpmEngSpd、Tbox_slope、SPI_mperssVehSpd、GPS_Flag、brake_Flag、percentAccPed_Flag,分別為卡車的發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩、卡車實(shí)時(shí)車速、卡車發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、高精度地圖道路坡度、加速度傳感器測(cè)得的加速度數(shù)據(jù)、GPS標(biāo)志位、制動(dòng)踏板標(biāo)志位和油門踏板標(biāo)志位,tireCoff和windCoff分別為試驗(yàn)卡車的滾阻和風(fēng)阻系數(shù)。當(dāng)重型卡車在高速公路上成功定位時(shí),GPS_Flag為1。重型卡車質(zhì)量估計(jì)系統(tǒng)正常工作的前提是卡車受PCC系統(tǒng)控制行駛,因此需要駕駛司機(jī)松開(kāi)制動(dòng)踏板和油門踏板,即制動(dòng)踏板標(biāo)志位和油門踏板標(biāo)志位為1。由于加速度傳感器測(cè)得的加速度(SPI_ acceleration)數(shù)據(jù)值有很多尖峰噪聲并且不穩(wěn)定,因此需要在“加速度低通濾波”模塊對(duì)加速度值進(jìn)行低通濾波處理,得到穩(wěn)定的加速度數(shù)據(jù)(acce-leration)后輸入到模型中的“基于傳感器的質(zhì)量估計(jì)”模塊用來(lái)得到重型卡車的估計(jì)質(zhì)量(mass_MXP7205)。“基于T-box的質(zhì)量估計(jì)”模塊能夠根據(jù)T-box傳輸?shù)牡缆菲露葦?shù)據(jù)來(lái)估算重型卡車的質(zhì)量(mass_Tbox)。然后“質(zhì)量處理”模塊根據(jù)卡車的定位情況以及加速度傳感器的異常情況來(lái)估算重型卡車的質(zhì)量。為了進(jìn)一步得到穩(wěn)定準(zhǔn)確的質(zhì)量估計(jì)值,需要對(duì)“質(zhì)量處理”模塊輸出的卡車質(zhì)量值進(jìn)行NLMS算法濾波,將卡車質(zhì)量值作為“NLMS濾波”模塊的輸入信號(hào),將延時(shí)7個(gè)抽樣的卡車質(zhì)量值作為“NLMS濾波”模塊的期望信號(hào),將質(zhì)量值信號(hào)濾波后得到質(zhì)量估計(jì)系統(tǒng)的輸出質(zhì)量(VehMdl_mass)[12]。

3 質(zhì)量估計(jì)系統(tǒng)實(shí)車測(cè)試

為了進(jìn)一步檢驗(yàn)重型卡車質(zhì)量估計(jì)系統(tǒng)的可行性以及質(zhì)量估計(jì)算法的合理性與準(zhǔn)確性,以一汽解放青島汽車有限公司的某款重型卡車為載體對(duì)質(zhì)量估計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行高速道路上的實(shí)車試驗(yàn)。測(cè)試時(shí)將帶有加速度傳感器的系統(tǒng)控制器固定在駕駛室后方車梁桁架上,安裝時(shí)控制器縱向與車的方向是平行的,而且控制器最大限度地保證緊貼在車架上,保證控制器與桁架在水平面平行,減少加速度值測(cè)量的誤差,保證系統(tǒng)測(cè)量的準(zhǔn)確性。系統(tǒng)控制器安裝如圖11所示。

圖11 系統(tǒng)控制器安裝示意圖

對(duì)重型卡車的載重測(cè)試分為空載測(cè)試、半載測(cè)試以及滿載測(cè)試。試驗(yàn)車的車頭質(zhì)量為8 400 kg,拖帶的空掛質(zhì)量為6 000 kg,試驗(yàn)車車頭允許的拖掛總質(zhì)量為40 000 kg。在進(jìn)行空載測(cè)試時(shí),重型卡車只加空掛,沒(méi)有另外的負(fù)載。進(jìn)行半載以及滿載測(cè)試時(shí),需要配重若干個(gè)質(zhì)量為3 500 kg的載重塊。

圖12所示為質(zhì)量估計(jì)系統(tǒng)的實(shí)車測(cè)試結(jié)果。圖12(a)所示為重型卡車進(jìn)行空載試驗(yàn)時(shí)的測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果?？ㄜ嚨目蛰d質(zhì)量為14 400 kg,測(cè)試結(jié)果的最小值13 600 kg,最大值為15 700 kg,測(cè)試載重的最大誤差為8.33%。圖12(b)所示為重型卡車進(jìn)行半載試驗(yàn)時(shí)的測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果。給重型卡車配重5個(gè)質(zhì)量塊,實(shí)際半載載重為31 400 kg,測(cè)試時(shí)得到的載重最小值為29 600 kg,最大值為32 900 kg,測(cè)試載重的最大誤差為5.73%。圖12(c)所示為重型卡車進(jìn)行滿載試驗(yàn)時(shí)的測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果。測(cè)試時(shí)給重型卡車配重9個(gè)質(zhì)量塊,測(cè)試滿載的卡車實(shí)際載重為45 900 kg,根據(jù)測(cè)試得到的數(shù)據(jù)結(jié)果,質(zhì)量估計(jì)系統(tǒng)得到的試驗(yàn)載重最大值為49 500 kg,載重最小值為42 300 kg,測(cè)試載重的最大誤差為7.84%。

圖12 質(zhì)量估計(jì)系統(tǒng)實(shí)車測(cè)試

根據(jù)實(shí)車測(cè)試結(jié)果分析可以看到,由于被測(cè)車輛行駛道路狀況的不同以及車身振動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響,試驗(yàn)得到的卡車質(zhì)量會(huì)隨著時(shí)間產(chǎn)生波動(dòng)變化,與實(shí)際的卡車質(zhì)量比較會(huì)產(chǎn)生一定的誤差,隨著卡車質(zhì)量的增加,質(zhì)量估計(jì)系統(tǒng)計(jì)算出的質(zhì)量波動(dòng)越平緩。相比傳統(tǒng)的質(zhì)量估計(jì)算法,采用設(shè)計(jì)的質(zhì)量估計(jì)系統(tǒng)估算的卡車質(zhì)量有較好的收斂性,通過(guò)加速度傳感器和高精度地圖的結(jié)合能夠較好地克服復(fù)雜的道路和天氣狀況對(duì)質(zhì)量估算系統(tǒng)的影響,保證了質(zhì)量估計(jì)系統(tǒng)的時(shí)效性和準(zhǔn)確性。本文設(shè)計(jì)方法能夠?qū)ㄜ囐|(zhì)量進(jìn)行精確估計(jì),估計(jì)的誤差控制在9%以內(nèi),符合PCC對(duì)卡車質(zhì)量精度的設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)論

(1)設(shè)計(jì)的重型卡車質(zhì)量估計(jì)系統(tǒng)能夠與重型卡車整車系統(tǒng)匹配。高精度地圖與加速度傳感器相互配合,進(jìn)一步提升了系統(tǒng)的可靠性,提高了質(zhì)量估計(jì)精度,減小了估計(jì)誤差。

(2)以車輛縱向動(dòng)力學(xué)模型為基礎(chǔ)制定的質(zhì)量估計(jì)算法,在估算重型卡車的質(zhì)量時(shí),有合理的理論基礎(chǔ)。采用的NLMS算法能夠?qū)ㄜ囐|(zhì)量進(jìn)行有效的濾波,進(jìn)一步穩(wěn)定了卡車的質(zhì)量估計(jì)值,增加了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。質(zhì)量估計(jì)算法通過(guò)Simulink建模,并利用代碼自動(dòng)生成技術(shù)集成嵌入式代碼,避免了人工手寫(xiě)代碼造成的失誤,并減少質(zhì)量估計(jì)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周期,方便系統(tǒng)后期的調(diào)試和維護(hù),提高了質(zhì)量估計(jì)算法的代碼質(zhì)量。

(3)對(duì)質(zhì)量估計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)車測(cè)試,根據(jù)得到的數(shù)據(jù)結(jié)果可以看出質(zhì)量估計(jì)系統(tǒng)所估算的卡車自重誤差能夠控制在9%以內(nèi),設(shè)計(jì)的計(jì)算策略符合要求,設(shè)計(jì)的重型卡車質(zhì)量估計(jì)系統(tǒng)滿足預(yù)見(jiàn)性巡航控制系統(tǒng)的要求,可以將質(zhì)量估計(jì)系統(tǒng)加裝在重型卡車的預(yù)見(jiàn)性巡航控制系統(tǒng)中。