CN103630298A - 汽车质量及质心位置动态辨识系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种汽车质量及质心位置动态辨识系统，各个车轮上装有对应的空气弹簧，空气弹簧气囊中设有测量压力的气压传感器，车身质心附近装有车速传感器、车身位置传感器和加速度传感器，车门上装有车门开合传感器，气压传感器、车速传感器、车身位置传感器、加速度传感器和车门开合传感器通过数据传输装置与数据处理单元连接，测量汽车实时质量及质心动态位置。本发明的优点是能为汽车控制提供动态参数，使汽车的防侧倾控制、制动控制、启动加速控制等主动控制效果得到明显提高。
Description
技术领域
本发明设计一种针对带有空气弹簧的汽车悬架，能对车内不同乘员以及不同载荷下的汽车质量以及质心位置进行动态辨识的系统。
背景技术
汽车质量会随着乘员或者货物的不同而发生变化，这些变化对汽车的性能，如抗侧倾性能、制动性能等，有着很大的影响。所以确定汽车行驶过程中整车质量以及质心位置，可以使汽车控制时对整车运动状态判断更准确，从而优化控制效果，提高汽车的安全性、舒适性等各方面的性能。
现有的汽车质量质心实时辨识方法，根据发动机输出扭矩与汽车加速度关系确定。但是，这些方法难以精确考虑汽车空气阻力以及路面的轮胎阻力，同时发动机扭矩输出本来就是动态过程，精确度难以保障。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是要提供一种汽车质量及质心位置动态辨识系统，方便快捷精确地确定车辆在不同情况下的质量以及质心位置，通过反馈给控制单元以达到对车辆状态更好的控制，提高汽车的综合性能。
为了解决以上的技术问题，本发明提供了一种汽车质量及质心位置动态辨识系统，各个车轮上装有对应的空气弹簧，空气弹簧气囊中设有测量压力的气压传感器，车身质心附近装有车速传感器、车身位置传感器和加速度传感器，车门上装有车门开合传感器，气压传感器、车速传感器、车身位置传感器、加速度传感器和车门开合传感器通过数据传输装置与数据处理单元连接，测量汽车实时质量及质心动态位置。
所述数据处理单元，包括A/D转换器、单片机、通讯接口，与上述各传感器相连接。
所述的每一个的空气弹簧内部都设有气压传感器，根据预先完成的空气囊内部压力与对应车轮承受载荷试验，确定所测得气压下对应车轮所承受的载荷大小。
所述车身上设有的加速度传感器，测得汽车行驶过程中的车身垂向加速度。
所述车身位置传感器监测到车身在不同位置状态时，对汽车质心位置进行辨识，同时对汽车质量进行修正。
所述系统在每次汽车启动时候执行一次，同时车速传感器监测汽车停止，且车门开合传感器监测到车门有开合时候重新执行。
本发明根据实际车辆受载试验预先得到车轮承受载荷与空气弹簧内部压力变化关系，然后根据本发明测得的各车轮空气弹簧内部压力，结合试验及测得的车辆空气弹簧的气压反求得到各车轮承受载荷。
一种汽车质量及质心位置动态辨识系统，其控制方法是利用空气囊内的压力传感器确定汽车实时质量，根据车轮载荷分布特点，结合汽车位置传感器，进而计算确定汽车质心位置，最后根据汽车行驶时车身垂向加速度确定车身质心高度变化，进而确定汽车质心动态高度位置。
具体如下所示：
⑴ 当汽车启动时，系统开始工作来确定汽车质量以及质心位置；当汽车停止且车门开合传感器检测到车门有开合时，系统数据重新更新检测汽车质量以及质心位置；当汽车熄火停止工作时，系统停止工作，待下一次启动时系统重新工作；
⑵ 车身位置传感器检测汽车处于水平位置时，首先四个气压传感器测得空气弹簧内部压力，得到汽车整车质量；通过测量前轴轮荷与后轴轮荷，结合汽车轴距数据，计算得到质心在纵向上的位置；通过测量左侧轮荷与右侧轮荷，结合汽车轮距数据，得到质心在侧向上的位置；
⑶ 车身位置传感器检测汽车处于坡度时，根据上述检测得到整车重量以及质心纵向及侧向位置，根据车辆载荷水平位置和坡度位置变化得到质心垂向位置；
⑷ 汽车行驶过程中，加速度传感器得到汽车空载质心位置垂向加速度，结合车辆实际质心位置，得到车辆质心高度动态变化特性；
⑸ 位置传感器检测到汽车处于非水平位置，或者辨识质心高度时处于非理想坡度时，修正后得到最终汽车的质量和质心位置；
⑹ 汽车的质量和质心位置数据储存在数据处理单元中，并为汽车主动控制提供动态数据。
与现有技术相比，本发明方案的有益效果是：
1、传感器布置简单，且能对汽车状态进行准确评估，这些数据对汽车主动控制意义明显；
2、 能为汽车控制提供动态参数，使汽车的防侧倾控制、制动控制、启动加速控制等主动控制效果得到明显提高；
3、 随着空气悬架在汽车上应用得到普及，该技术也将有广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2、图3和图4是本发明的应用示意图；
图5是本发明的控制流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细描述。
本发明根据实际车辆受载试验预先得到车轮承受载荷与空气弹簧内部压力的变化关系，车轮承受载荷与空气弹簧内部压力的变化关系的具体试验方法如下：以四轮车辆为例，将空载车辆四个车轮下安放四个载荷测量传感器，读取此时各车轮受载数据大小。向车辆添加不同质量载荷，此时根据载荷测量传感器读取四个车轮载荷变化量，同时记录项对应四个空气弹簧压力特性变化量，进而得到车轮载荷变化量与空气弹簧压力变化量关系。
如图1，本发明提供了一种汽车质量及质心位置动态辨识系统，包括各个车轮上的空气弹簧1_1、1_2、1_3、1_4，空气弹簧内部的测量气囊的气压传感器2_1、2_2、2_3、2_4，车身上装有车速传感器3，车身位置传感器4和加速度传感器7，车门上装有车门开合传感器5、6，气压传感器、车速传感器3、车身位置传感器4、加速度传感器7和车门开合传感器5、6通过数据传输装置与数据处理单元8连接，测量汽车实时质量及质心动态位置。
所述数据处理单元8，包括A/D转换器、单片机、通讯接口，与上述各传感器相连接。
所述的每一个的空气弹簧内部都设有气压传感器，根据预先完成的空气囊内部压力与对应车轮承受载荷试验，进而确定所测得气压下对应车轮所承受的载荷大小。
所述车身上设有的加速度传感器7，测得汽车行驶过程中的车身垂向加速度。
所述车身位置传感器4监测到车身在不同位置状态时，对汽车质心位置进行辨识，同时对汽车质量进行修正。
所述系统在每次汽车启动时候执行一次，同时车速传感器3监测汽车停止，且车门开合传感器5、6监测到车门有开合时候重新执行。
本发明是利用空气囊内的压力传感器确定汽车实时质量，根据车轮载荷分布特点，结合汽车位置传感器，进而计算确定汽车质心位置，最后根据汽车行驶时车身垂向加速度确定车身质心高度变化，进而确定汽车质心动态高度位置。
1）确定汽车质量：
当汽车处于水平位置时，以四轮汽车为例，当汽车启动时，本系统启动，此时车速传感器3检测到汽车速度为0，开始检测。空气弹簧内部的气压传感器测得数据分别为p 1、p 2、p 3、p 4，则根据载荷与压力试验数据，得到四个车轮的载荷F 1、F 2、F 3、F 4。则最后可得到汽车的总质量M：
其中，g为重力加速度。
2）确定汽车车身质心的纵向位置：
如图2得知，根据四个空气弹簧气压传感器2_1、2_2、2_3、2_4可以分别得到汽车前轴与后轴载荷。在已知汽车轴距l的情况下。可得到汽车质心纵向上位置，以汽车质心到前轴距离l 1为例。
3）确定汽车车身质心的侧向位置：
如图3可知，根据四个空气弹簧气压传感器2_1、2_2、2_3、2_4可以分别得到汽车左侧车轮（左前轮、左后轮）与右侧车轮（右前轮、右后轮）载荷。在已知车轮轮距（这里暂时不考虑前后轮距不一致的情况，以后轮轮距为基准）d的情况下。可得到汽车质心侧向上位置，以汽车质心到左后轮侧向心水平距离d 1为例。
4）确定汽车质心的垂向高度：
当汽车处于如图4所示位置时，车身位置传感器4可以测得汽车倾斜角度
，根据空气囊内气压，重新得到四个车轮载荷大小
、
、
、
，结合汽车在水平位置得到质心纵向侧向位置，换算得到可以得到汽车质心到接地平面高度h。
当车身位置传感器4检测汽车并非处于水平位置时候，或者辨识质心高度时候处于非理想坡度时，以上测得的汽车的质量，质心位置均会根据汽车在路面状况乘以一定修正系数，修正后获得汽车准确的质量大小以及质心位置。
车辆在行驶过程中，汽车加速度传感器7检测到车身垂向加速度a，再结合车身位置传感器4得到车辆当前状态下俯仰、侧倾角度
、
，即可估算出汽车质心在垂向位置变化特性，因此可得，汽车质心动态高度
。
系统检测到的汽车质量以及质心位置会反馈给数据处理单元8，供汽车其他系统使用。以上检测流程在遇到汽车车速传感器车速变为0且车门开合传感器检测到汽车有车门开合时，该实时检测系统数据进行更新，重新检测系统质量以及质心位置，以上整个工作流程如图5所示。
Claims (6)
1.一种汽车质量及质心位置动态辨识系统，其特征在于：各个车轮上装有对应的空气弹簧，空气弹簧气囊中设有测量压力的气压传感器，车身质心附近装有车速传感器、车身位置传感器和加速度传感器，车门上装有车门开合传感器，气压传感器、车速传感器、车身位置传感器、加速度传感器和车门开合传感器通过数据传输装置与数据处理单元连接，测量汽车实时质量及质心动态位置。
2.根据权利要求1所述的汽车质量及质心位置动态辨识系统，其特征在于：所述的每一个的空气弹簧内部都设有气压传感器，根据预先完成的空气囊内部压力与对应车轮承受载荷试验，进而确定所测得气压下对应车轮所承受的载荷大小。
3.根据权利要求1所述的汽车质量及质心位置动态辨识系统，其特征在于：所述车身上设有的加速度传感器，测得汽车行驶过程中的车身垂向加速度。
4.根据权利要求1所述的汽车质量及质心位置动态辨识系统，其特征在于：所述车身位置传感器监测到车身在不同位置状态时，对汽车质心位置进行辨识，同时对汽车质量进行修正。
5.根据权利要求1所述的汽车质量及质心位置动态辨识系统，其特征在于：所述系统在每次汽车启动时候执行一次，同时车速传感器监测汽车停止，且车门开合传感器监测到车门有开合时候重新执行。
6.根据权利要求1所述的汽车质量及质心位置动态辨识系统，其控制方法是利用空气囊内的压力传感器确定汽车实时质量，根据车轮载荷分布特点，结合汽车位置传感器，进而计算确定汽车质心位置，最后根据汽车行驶时车身垂向加速度确定车身质心高度变化，进而确定汽车质心动态高度位置。
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