CN104457937B - 计算车辆总质量的方法及节油控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种计算车辆总质量的方法：利用安装于车辆上的重力加速度传感器、控制器以及车辆原有的发动机ECU，控制器通过获取发动机信息、车辆信息和重力加速度传感器输出的倾角和加速度信息，运用车辆行驶动力学方程计算出车辆当前总质量,并向外输出当前车辆总质量信息。车辆信息包括当前变速箱档位速比、主减速比、轮胎滚动半径、滚动阻力系数、风阻系数、汽车旋转质量换算系数、传动系机械效率，离合器开关状态等。本发明还附带提出了一种节油控制方法，计算得到当前车辆总质量，而后将当前车辆总质量与车辆满载总质量之比换算成载重状态，ECU根据接收到的载重状态信息选择相应的发动机功率输出档位。本发明所使用的传感器少，计算结果准确。

Description

计算车辆总质量的方法及节油控制方法

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，特别涉及一种计算载重车辆总质量的方法。

背景技术

车辆总质量在汽车节油、安全控制等方面是一个不可或缺的重要输入参数，准确获得车辆总质量有利于相关控制系统获得更好的应用,也有利于驾驶员控制其驾驶行为以及行驶过程中的风险。需要说明的是，车辆总质量等于车辆空载质量与车辆载重质量之和，而车辆空载质量是已知的固定值，因此车辆总质量与车辆载重质量可相互换算，即获取车辆总质量与车辆载重质量的技术在效果上是相同的。

当前车辆总质量与车辆满载总质量之比，或当前车辆载重质量与满载载重质量之比为车辆载重状态。根据车辆载重状态，通过选择相应的发动机功率输出档位，使发动机运行在经济油耗区，从而降低车辆燃油耗的技术已开始运用于载重汽车中，其节油效果已得到普遍肯定。

现有技术中获取车辆总质量，主要是使用外部检测装置，如中国专利申请201210042513.X中采用的通过车架和车桥之间的位移传感器测量车架与车桥之间的压缩量换算得到当前车辆的载重质量。

采用车架与车桥的之间的压缩量来计算载重质量的方法需在前后桥上各布置两个位移检测装置，装置成本较高，安装较复杂，并且当车辆处于斜坡时或处于横向倾斜的地面时，在斜坡方向或横向方向会有重力的分力，导致测量结果误差较大；另外，车辆长期使用后板簧会变形，也会导致车辆误差的增大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种计算车辆总质量的方法，所使用的传感器少，计算结果准确，成本低，能够为其它智能应用提供较准确的车辆质量信息输入。本发明采用的技术方案是：

本发明提出一种计算车辆总质量的方法，其主要思想在于：利用安装于车辆上的重力加速度传感器、控制器以及车辆原有的发动机ECU，控制器通过获取发动机信息、车辆信息和重力加速度传感器输出的倾角和加速度信息，运用车辆行驶动力学方程计算出车辆当前总质量,并向外输出当前车辆总质量信息。

本发明所提出的计算车辆总质量的方法，其硬件支持需包括重力加速度传感器和控制器，发动机ECU（Electronic Control Unit）。其中发动机ECU是车辆上已有的，重力加速度传感器和控制器是加装的。重力加速度传感器与控制器相连，控制器与发动机ECU相连。计算过程中需要的一些参数如下：

主减速比、变速箱各档速比预存于发动机ECU中；

传动系机械效率、汽车旋转质量换算系数、轮胎滚动半径、滚动阻力系数、风阻系数、迎风面积、车辆空载质量、车辆满载总质量预存于控制器的存储器中；

重力加速度传感器安装在车辆上，实时测量车辆在前进方向与水平面的倾角，即纵向倾角；车辆前进方向的加速度，即纵向加速度；以及车辆横向倾角、横向加速度、竖直于车架平面的竖直加速度，并将这些信息传给控制器；

发动机ECU实时监测发动机转速、发动机输出扭矩、变速箱档位、离合器开关状态；控制器结合从发动机ECU中获取的当前发动机转速和输出扭矩、当前变速箱档位速比（由当前变速箱档位即可得到对应的变速箱档位速比）、主减速比、当前离合器开关状态，在满足一定的计算条件下,通过控制器内部预设的计算程序，利用下述的公式(1)求出车辆总质量，并向外输出当前车辆总质量和/或车辆载重质量信息。

车辆行驶动力学方程即公式(1)为：

Ft=ΣF=Ff+Fi+Fw+Fj （1）；其中，

Ft---驱动力；

Ff---滚动阻力；

Fi---坡度阻力；

Fw---空气阻力；

Fj---加速阻力；

Ft=当前发动机输出扭矩×当前变速箱档位速比×主减速比×传动系机械效率/轮胎滚动半径；

Ff=当前车辆总质量×重力加速度×滚动阻力系数×纵向倾角的余弦值；

Fi=当前车辆总质量×重力加速度×纵向倾角的正弦值；

Fw=风阻系数×迎风面积×车速平方/21.15；

其中车速=0.377×当前发动机转速/当前变速箱档位速比/主减速比×轮胎滚动半径；

Fj=当前车辆总质量×汽车旋转质量换算系数×纵向加速度；

利用公式(1)，求出当前车辆总质量，而

当前车辆载重质量=当前车辆总质量-车辆空载质量。

公式(1)中的一些说明：当发动机处于倒拖状态时，发动机输出扭矩为负值，绝对值等于倒拖扭矩；当车辆处于减速状态时，纵向加速度为负值；当车辆在纵向方向（前进方向）的重力分力促使车辆加速时（比如车辆下坡时），其重力分力（也就是此时的Fi坡度阻力)取负值。

所述满足一定的计算条件是指：发动机转速大于0；当前离合器开关状态为闭合且档位为非空档；横向倾角小于控制器内预设的横向倾角阀值,横向加速度为小于控制器内预设的横向加速度阀值，竖直加速度小于控制器预设的竖直加速度阀值；车速大于0。

优选的，轮胎滚动半径、滚动阻力系数和传动系机械效率为车辆半载状态时测试得到的数值。

优选的，重力加速度传感器选用三轴加速度传感器。

优选的，重力加速度传感器安装在车架正中间位置，即在车架纵向和横向的中间位置。

本发明还附带提出了一种节油控制方法，控制器按照上述的方法计算得到当前车辆总质量和/或当前车辆载重质量，而后控制器将当前车辆总质量与车辆满载总质量之比或当前车辆载重质量与核定最大载重质量之比根据就近原则换算成载重状态，控制器将载重状态信息发送给发动机ECU，发动机ECU根据接收到的载重状态信息选择相应的发动机功率输出档位，并迫使驾驶者改变档位，使发动机更经常地处于最佳经济区域运转，以此达到节约燃油的目的。

本发明所需传感器少，成本低，在车辆提速阶段就能自动判断出当前车辆总质量和/或当前车辆载重质量，为其它智能应用提供较准确的车辆质量信息输入，这类智能应用包括节油控制、安全控制、辅助驾驶、刹车制动控制等。

附图说明

图1为本发明中用于计算车辆总质量的硬件架构的示意图。

图2为本发明的计算车辆总质量方法流程图。

图3为本发明的节油控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，为本发明用来计算车辆总质量的硬件架构的示意图，其包括：重力加速度传感器、控制器、发动机ECU。重力加速度传感器安装在车架的正中间，控制器与重力加速度传感器、控制器与发动机ECU以CAN总线相连。控制器主要包含单片机、存储器和接口电路等。

重力加速度传感器选用三轴加速度传感器，实时监测车辆的纵向加速度、纵向倾角、横向倾角、横向加速度、竖直加速度；发动机ECU实时监测当前发动机转速、当前发动机输出扭矩、当前变速箱档位、当前离合器开关状态。

传动系机械效率、汽车旋转质量换算系数、轮胎滚动半径、滚动阻力系数、风阻系数、迎风面积、车辆空载质量、车辆满载总质量预存于控制器存储器中。

主减速比、变速箱各档速比预存于发动机ECU中。

控制器从重力加速度传感器中获取车辆的纵向加速度、纵向倾角、横向倾角、横向加速度、竖直加速度信号；从发动机ECU中获取当前发动机转速、当前发动机输出扭矩、当前变速箱档位速比、主减速比、当前离合器开关状态。

如图2计算车辆总质量的方法的控制流程图，当钥匙开关处于”on”时，控制器开始工作，并输出预存在控制器存储器中的车辆满载总质量信息，同时控制器通过ECU获取发动机转速、发动机输出扭矩、离合器开关状态、当前变速箱档位速比、主减速比等；当控制器检测到发动机转速大于0，且离合器开关闭合，且为非空档时，控制器进行下一步的判断；当控制器检测到车速大于0，且横向倾角小于阀值，且横向加速度小于阀值，且竖直加速度小于阀值时，通过计算程序计算出当前车辆总质量；当获得车辆总质量的计算值时，控制器中止输出预存的车辆满载总质量信息并输出计算得到的车辆总质量信息。还可以进一步计算得到当前车辆载重质量，当前车辆载重质量=当前车辆总质量-车辆空载质量。

计算程序为根据车辆行驶动力学方程编制的计算程序。该车辆行驶动力学方程如公式(1)所示：

Ft=ΣF=Ff+Fi+Fw+Fj （1）；其中，

Ft---驱动力；

Ff---滚动阻力；

Fi---坡度阻力；

Fw---空气阻力；

Fj---加速阻力；

Ft=当前发动机输出扭矩×当前变速箱档位速比×主减速比×传动系机械效率/轮胎滚动半径；

Ff=当前车辆总质量×重力加速度×滚动阻力系数×纵向倾角的余弦值；

Fi=当前车辆总质量×重力加速度×纵向倾角的正弦值；

Fw=风阻系数×迎风面积×车速平方/21.15；

其中车速=0.377×当前发动机转速/当前变速箱档位速比/主减速比×轮胎滚动半径；

Fj=当前车辆总质量×汽车旋转质量换算系数×纵向加速度；

在一种更优的实施方式中，传动系机械效率为车辆半载状态时对变速箱档位、发动机转速和发动机输出扭矩的函数，其函数关系由试验或计算仿真确定；控制器通过当前变速箱档位和当前发动机转速、当前发动机输出扭矩计算出当前传动系机械效率。

在这种更为优选的实施例中，当钥匙开关处于”on”时，控制器开始工作，当控制器检测到发动机转速大于0，且离合器开关闭合，且为非空档时，控制器进行下一步的判断，当车速大于0，横向倾角小于阀值，且横向加速度小于阀值，且竖直加速度小于阀值时，控制器根据当前发动机转速、当前变速箱档位、当前发动机输出扭矩计算出当前传动系机械效率，而后通过汽车行驶动力学计算程序计算并输出当前车辆总质量信息。

如图3所示，在上述计算车辆总质量的方法的基础上，本发明还提供了一种节油控制方法。

控制器的存储器中存有车辆满载总质量,当发动机钥匙开关处于“on”,且节油开关闭合时，控制器按照上述的方法计算得到当前车辆总质量和/或当前车辆载重质量，而后控制器将当前车辆总质量与车辆满载总质量之比或当前车辆载重质量与核定最大载重质量之比根据就近原则换算成载重状态，控制器将载重状态信息发送给发动机ECU，发动机ECU根据接收到的载重状态信息选择相应的发动机功率输出档位，从而输出相应的发动机外特性扭矩与转速，并迫使驾驶者改变档位，使发动机更经常地处于最佳经济区域运转，以此达到节约燃油的目的。

所述的“载重状态”是指：空载、1/3 载重、2/3 载重、满载；

所述的载重状态信息可以是电压信号或者数字信号；

以上实施例是本发明较优选的具体实施方式，本领域技术人员在本技术方案范围内进行的通常变化和替换应包含在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种计算车辆总质量的方法，其特征在于：利用安装于车辆上的重力加速度传感器、控制器以及车辆原有的发动机ECU，控制器通过获取发动机信息、车辆信息和重力加速度传感器输出的倾角和加速度信息，运用车辆行驶动力学方程计算出车辆当前总质量,并向外输出当前车辆总质量信息；

所述车辆行驶动力学方程为:Ft=ΣF=Ff+Fi+Fw+Fj （1）；其中，

Ft---驱动力；

Ff---滚动阻力；

Fi---坡度阻力；

Fw---空气阻力；

Fj---加速阻力；

Ft=当前发动机输出扭矩×当前变速箱档位速比×主减速比×传动系机械效率/轮胎滚动半径；

Ff=当前车辆总质量×重力加速度×滚动阻力系数×纵向倾角的余弦值；

Fi=当前车辆总质量×重力加速度×纵向倾角的正弦值；

Fw=风阻系数×迎风面积×车速平方/21.15；

其中车速=0.377×当前发动机转速/当前变速箱档位速比/主减速比×轮胎滚动半径；

Fj=当前车辆总质量×汽车旋转质量换算系数×纵向加速度；

利用公式(1)，求出当前车辆总质量，进而求出当前车辆载重质量：

当前车辆载重质量=当前车辆总质量-车辆空载质量；

公式(1)中的各参数如下所述：

主减速比、变速箱各档速比预存于发动机ECU中；

传动系机械效率、汽车旋转质量换算系数、轮胎滚动半径、滚动阻力系数、风阻系数、迎风面积、车辆空载质量、车辆满载总质量预存于控制器的存储器中；

重力加速度传感器实时测量车辆在前进方向与水平面的倾角，即纵向倾角；车辆前进方向的加速度，即纵向加速度，以及车辆横向倾角、横向加速度、竖直于车架平面的竖直加速度，并将这些信息传给控制器；

发动机ECU实时监测发动机转速、发动机输出扭矩、变速箱档位、离合器开关状态；

控制器结合从发动机ECU中获取的当前发动机转速和输出扭矩、当前变速箱档位速比、主减速比、当前离合器开关状态，以及从重力加速度传感器获取的倾角和加速度信息，在满足一定的计算条件下,通过控制器内部预设的计算程序，利用上述公式(1)求出当前车辆总质量，并向外输出当前车辆总质量和/或车辆载重质量信息；

所述满足一定的计算条件是指：发动机转速大于0；当前离合器开关状态为闭合且档位为非空档；横向倾角小于控制器内预设的横向倾角阀值,横向加速度为小于控制器内预设的横向加速度阀值，竖直加速度小于控制器预设的竖直加速度阀值；车速大于0；

轮胎滚动半径、滚动阻力系数和传动系机械效率为车辆半载状态时测试得到的数值；

重力加速度传感器选用三轴加速度传感器；

重力加速度传感器安装在车架正中间位置，即在车架纵向和横向的中间位置；

传动系机械效率为车辆半载状态时对变速箱档位和发动机转速、发动机输出扭矩的函数，其函数关系由试验或计算仿真确定。