基于最小二乘法的商用車整車質(zhì)量估計研究

【摘" 要】整車質(zhì)量對換擋決策與換擋性能方面有著重要影響。針對商用車整車質(zhì)量變化較大的特性，基于車輛縱向動力學特性和遞歸最小二乘法對整車質(zhì)量進行估計研究?；贛ATLAB建立整車質(zhì)量估計算法，利用TCU自帶的坡度信號增加整車質(zhì)量估計的準確性。經(jīng)過整車試驗，驗證該算法的有效性。

【關(guān)鍵詞】遞歸最小二乘法；動力學方法；質(zhì)量估計；商用車；整車質(zhì)量

中圖分類號：U463.212" " 文獻標識碼：A" " 文章編號：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，隨著中國交通運輸行業(yè)及電子控制行業(yè)的迅速發(fā)展，國內(nèi)AMT變速器在商用車領(lǐng)域配套率呈爆發(fā)增長趨勢。因商用車工作場景的特殊性與復雜性，整車質(zhì)量變化范圍非常大，從空載到滿載相差能超過500%，整車質(zhì)量對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)律時不能忽視整車質(zhì)量的影響[1]。雷玉龍以車輛縱向動力性模型為基礎(chǔ)，基于卡爾曼濾波對整車質(zhì)量進行估計[2]。王建忠提出了一種基于加速度信號車重估計，并將車重信號用于改善AMT變速器換擋性能[3]。黃昆通過卡爾曼濾波算法設(shè)計整車質(zhì)量估計器，對CCPC狀態(tài)下載貨汽車進行質(zhì)量估計，并驗證了平路和上下坡工況的有效性[4]。

本文通過分析車輛縱向動力學特性提出一種基于遞歸最小二乘法的整車質(zhì)量估計算法。利用變速器控制器中坡度傳感器獲取車輛實時坡度，建立遞歸最小二乘法觀測模型進行在線估計整車質(zhì)量，并進行整車載重試驗，驗證了該算法的有效性。

2" 整車縱向動力學分析

當車輛處于動力傳遞非中斷狀態(tài)，即變速器擋位非空擋，離合器處于完全結(jié)合且無滑磨時，沿汽車行駛方向，車輛所受外力包括驅(qū)動力Ft、行駛阻力∑F。其中發(fā)動機提供驅(qū)動力，行駛阻力主要包括滾動阻力Ff、空氣阻力Fw、坡度阻力Fi與加速阻力Fj，汽車縱向動力學方程可表示為：

式中：Te——發(fā)動機輸出扭矩；ig——當前擋位速比；i0——后橋速比；η ——當前擋位傳動系統(tǒng)效率；r ——輪胎半徑；m——整車質(zhì)量；f ——滾動阻力系數(shù)；α——道路坡度；CD——空氣阻力系數(shù)；A——整車迎風面積；v——車速；δ——整車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)。

發(fā)動機輸出扭矩可以通過變速器接收報文獲取，當前擋位速比和傳動系統(tǒng)效率可以根據(jù)實際擋位獲取，風阻系數(shù)為固定值，迎風面積和輪胎半徑為整車參數(shù)可獲取，滾動阻力系數(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，可以實時獲取道路坡度。從采集的實地一條道路的坡度信號（圖1）中可以看出坡度信號基本穩(wěn)定，但有部分信號存在波動，其為車身加速階段時車身抖動造成，整體信號可信。

3" 基于遞歸最小二乘法的車重估計

遞歸最小二乘估計是通過最小二乘估計的結(jié)果推導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)果估計值與真實值偏差的平方和，使估計值更接近真實值。在實現(xiàn)上采用遞歸的形式進行更新，其原理如圖2所示。

設(shè)計基于遞歸最小二乘的車重估計算法，模型見圖3。

4" 實車驗證

為驗證基于遞歸最小二乘法估計整車質(zhì)量的有效性與準確性，以重汽豪沃TH7為實車平臺對算法進行驗證，分別以中載、滿載進行試驗并對整車進行稱重。圖4為試驗車輛，帶有坡度傳感器的TCU控制器固定在車架上，x軸與行駛方向相同。分別進行中載27t和滿載47t的整車試驗，試驗路線選取坡道路段。

中載試驗車速如圖5所示，道路坡度如圖6所示，稱重測量整車質(zhì)量27t，基于遞歸最小二乘法計算出的整車質(zhì)量最終收斂至25.4t，誤差5.93%，如圖7所示。

滿載試驗整車質(zhì)量實際稱重47t，試驗車速如圖8所示，道路坡度如圖9所示，基于遞歸最小二乘法計算的滿載整車質(zhì)量收斂在45.1t左右，誤差4.04%，如圖10所示。

5" 總結(jié)

本文通過對車輛縱向動力學進行分析，建立了車輛縱向動力學方程，基于遞歸最小二乘法對縱向動力學方程進行變形，通過獲取TCU采集的坡度信號使整車質(zhì)量的估計更加準確，經(jīng)過整車中載和滿載的實車驗證，誤差精度在4%～6%之間，驗證了該整車質(zhì)量估計算法的有效性。

參考文獻：

[1] 趙璐. 商用車AMT控制策略及試驗研究[D]. 長春：吉林大學，2012.

[2] 雷雨龍，付堯，劉科，等. 基于擴展卡爾曼濾波的車輛質(zhì)量與道路坡度估計[J]. 農(nóng)業(yè)機械學報，2014，45（11）：9-13，8.

[3] 王建忠. 商用車機械式自動變速器控制策略關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 長春：吉林大學，2014.

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

（編輯" 楊凱麟）

作者簡介

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