CN108896149A - 车辆称重方法及车辆 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种车辆称重方法及车辆。该方法包括：在该车辆行驶过程中，检测到该车辆的当前状态为预设状态时，载重控制器通过车载CAN总线，获取该车辆的受力情况，同时，根据该车辆的车速信息，确定该车辆的加速度，进而根据该车辆的受力情况以及该车辆的加速度，确定出该车辆的质量，因此，采用该方法，在车辆行驶过程中，根据车辆的受力情况和加速度即可确定出该车辆的质量，无需额外的传感器，实施成本低廉，也能用于牵引车的称重，同时，也可以避免非车载式称重的车辆倒车现象，降低了人力和物力成本。
Description
技术领域
本公开涉及车辆技术领域，具体地，涉及一种车辆称重方法及车辆。
背景技术
车辆超限、超载和超速行为严重破坏公路和桥涵，给交通运输带来很大安全隐患。尤其是车辆超载，是造成公路和桥涵损坏的主要原因，同时也会造成车辆损坏而引起交通事故，因此，在车辆行驶过程中对车辆进行称重是限制车辆超载的必要手段。
目前车辆称重主要有非车载式和车载式两种方式，其中，最为常用的非车载式称重方式为：将待称重的车辆行驶至地磅上或者铺设有轴载传感器的地面上，或者通过牵引车的牵引将待称重的车辆放置在地磅上或者铺设有轴载传感器的地面上，利用地磅或者轴载传感器对该待称重的车辆进行称重，然而，对于较长的车辆需要分多次分别测量前轴和后轴进行求和来获得车辆的重量。车载式称重方式多采用在车辆的前桥和后轴上安装应变式传感器，当车辆的前桥和后轴受到压力变形时，该应变式传感器根据该变形输出相应的电压，进而根据电压与质量之间的一一对应关系，确定出该车辆的质量。
发明内容
本公开的目的是提供一种车辆称重方法及车辆，以克服相关技术中存在的问题。
为了实现上述目的，根据本公开实施例的第一方面，提供一种车辆称重方法，所述方法包括：
在检测到所述车辆的当前状态为预设状态时，通过车载CAN总线，获取所述车辆的受力情况，其中，所述预设状态包括减速、加速以及类匀速；
根据所述车辆的车速信息，确定所述车辆的加速度；
根据所述受力情况以及所述车辆的加速度，确定所述车辆的质量。
可选地，所述受力情况包括所述车辆的阻力和驱动力；根据所述受力情况以及所述车辆的加速度，确定所述车辆的质量，包括：
按照以下公式，得到所述车辆所受合外力差：
ΔFall＝(F1-Fz1)-(F2-Fz2)
其中，ΔFall表示所述车辆在nT时刻和(n+1)T时刻的所受合外力差，F1表示在nT时刻所述车辆的驱动力，Fz1表示在nT时刻所述车辆的阻力，F2表示在(n+1)T时刻所述车辆的驱动力，Fz2表示在(n+1)T时刻所述车辆的阻力，T为任意相邻两个时刻相隔的预设时长；
按照以下公式，得到所述车辆的加速度差：
Δa＝a1-a2
其中，Δa表示所述车辆在nT时刻和(n+1)T时刻的加速度差，a1表示在nT时刻所述车辆的加速度，a2表示在(n+1)T时刻所述车辆的加速度；
按照以下公式，确定所述车辆的质量：
其中，m表示在(n+1)T时刻所述车辆的质量。
可选地，通过车载CAN总线，获取所述车辆的受力情况，包括：
通过车载CAN总线，获取所述车辆的发动机扭矩；
根据所述车辆的发动机扭矩，按照以下公式，确定所述车辆的驱动力；
Fq表示所述车辆在(n+1)T时刻的驱动力，ΔTtq表示所述车辆的发动机在nT时刻和(n+1)T时刻的扭矩差，单位为N.m，ig表示所述车辆的变速器传动比，i0表示所述车辆的主减速器传动比，ηT表示所述车辆的传动系统的机械效率，r表示所述车辆的车轮滚动半径，单位为m。
可选地，通过车载CAN总线，获取所述车辆的受力情况，包括：
按照以下公式，获取所述车辆在行驶过程中的空气阻力：
Fz表示所述车辆在(n+1)T时刻的空气阻力，CD表示所述车辆行驶过程中的空气阻力系数，A表示所述车辆行驶过程中迎风面积，单位为m2，Δu表示所述车辆在nT时刻和(n+1)T时刻的车速信息所对应的速度差，单位为m/s，∑u表示所述车辆在nT时刻和(n+1)T时刻的车速信息所对应的速度和，单位为m/s。
可选地，所述方法还包括：
通过车载CAN总线，获取所述车辆的发动机油门踏板信息以及档位信息；
根据获取到的所述车辆的发动机油门踏板的变化率以及档位信息，确定所述车辆的当前状态，所述车辆的当前状态为急加速、紧急制动、空挡滑行、减速、加速以及类匀速、匀速中的任一种。
可选地，根据所述车辆的车速信息，确定所述车辆的加速度，包括：
针对每一个时刻的车速信息，进行滤波处理，以得到滤波后的车速信息；
根据滤波后的(n+1)T时刻的车速信息所对应的速度、nT时刻的车速信息所对应的速度、(n+1)T时刻和nT时刻的时间差以及以下公式，确定所述车辆的第一加速度：
其中，a[(n+1)T]表示所述车辆在(n+1)T时刻的第一加速度，u[(n+1)T]表示所述车辆在(n+1)T时刻的车速信息所对应的速度，u(nT)表示所述车辆在nT时刻的车速信息所对应的速度，T表示(n+1)T时刻和nT时刻的时间差；
对确定出的所述第一加速度进行滤波处理，以得到滤波后的加速度；
将所述滤波后的加速度确定为所述车辆的加速度。
可选地，所述方法还包括：
控制所述车辆的质量显示在车载显示屏中；或者
将所述车辆的质量发送给用户的终端设备。
根据本公开实施例的第二方面提供一种车辆，包括：
车载CAN总线；
载重控制器，用于在检测到所述车辆的当前状态为预设状态时，通过所述车载CAN总线，获取所述车辆的受力情况，其中，所述预设状态包括减速、加速以及类匀速，以及，根据所述车辆的车速信息，确定所述车辆的加速度，并根据所述受力情况以及所述车辆的加速度，确定所述车辆的质量。
可选地，所述受力情况包括所述车辆的阻力和驱动力，所述载重控制器，用于按照以下公式，得到所述车辆所受合外力差：
ΔFall＝(F1-Fz1)-(F2-Fz2)
其中，ΔFall表示所述车辆在nT时刻和(n+1)T时刻的所受合外力差，F1表示在nT时刻所述车辆的驱动力，Fz1表示在nT时刻所述车辆的阻力，F2表示在(n+1)T时刻所述车辆的驱动力，Fz2表示在(n+1)T时刻所述车辆的阻力，T为任意相邻两个时刻相隔的预设时长，并按照以下公式，得到所述车辆的加速度差：
Δa＝a1-a2
其中，Δa表示所述车辆在nT时刻和(n+1)T时刻的加速度差，a1表示在nT时刻所述车辆的加速度，a2表示在(n+1)T时刻所述车辆的加速度，
以及，按照以下公式，确定所述车辆的质量：
其中，m表示在(n+1)T时刻所述车辆的质量。
可选地，所述车辆还包括：
发动机ECU，与所述载重控制器相连，用于确定发动机扭矩，并通过所述CAN总线将所述发动机扭矩发送给所述载重控制器；
所述载重控制器用于根据所述车辆的发动机扭矩，按照以下公式，确定所述车辆的驱动力；
Fq表示所述车辆在(n+1)T时刻的驱动力，ΔTtq表示所述车辆的发动机在nT时刻和(n+1)T时刻的扭矩差，单位为N.m，ig表示所述车辆的变速器传动比，i0表示所述车辆的主减速器传动比，ηT表示所述车辆的传动系统的机械效率，r表示所述车辆的车轮滚动半径，单位为m。
可选地，所述载重控制器用于按照以下公式，获取所述车辆在行驶过程中的空气阻力：
Fz表示所述车辆在(n+1)T时刻的空气阻力，CD表示所述车辆行驶过程中的空气阻力系数，A表示所述车辆行驶过程中迎风面积，单位为m2，Δu表示所述车辆在nT时刻和(n+1)T时刻的车速信息所对应的速度差，单位为m/s，∑u表示所述车辆在nT时刻和(n+1)T时刻的车速信息所对应的速度和，单位为m/s。
可选地，所述车辆还包括：
变速箱通讯组件，通过所述车载CAN总线与所述载重控制器相连，用于将变速箱报文发送给所述载重控制器，所述变速箱报文中包含有发动机油门踏板信息；
车载仪表，通过所述车载CAN总线与所述载重控制器相连，用于显示所述车辆的档位信息；
所述载重控制器，用于根据获取到的所述车辆的发动机油门踏板的变化率以及档位信息，确定所述车辆的当前状态，所述车辆的当前状态为急加速、紧急制动、空挡滑行、减速、加速以及类匀速、匀速中的任一种。
可选地，所述载重控制器，用于针对每一个时刻的车速信息，进行滤波处理，以得到滤波后的车速信息，
根据滤波后的(n+1)T时刻的车速信息所对应的速度、nT时刻的车速信息所对应的速度、(n+1)T时刻和nT时刻的时间差以及以下公式，确定所述车辆的第一加速度：
其中，a[(n+1)T]表示所述车辆在(n+1)T时刻的第一加速度，u[(n+1)T]表示所述车辆在(n+1)T时刻的车速信息所对应的速度，u(nT)表示所述车辆在nT时刻的车速信息所对应的速度，T表示(n+1)T时刻和nT时刻的时间差，
对确定出的所述第一加速度进行滤波处理，以得到滤波后的加速度，并
将所述滤波后的加速度确定为所述车辆的加速度。
可选地，所述车辆还包括：
行车记录仪，通过所述CAN总线与所述载重控制器相连，在所述载重控制器确定出所述车辆的质量之后，用于显示所述车辆的质量；或者
通讯模组，通过所述CAN总线与所述载重控制器、用户终端设备分别相连，用于将所述车辆的质量发送给用户的终端设备。
通过上述技术方案，在该车辆行驶过程中，检测到该车辆的当前状态为预设状态时，载重控制器通过车载CAN总线，获取该车辆的受力情况，同时，根据该车辆的车速信息，确定该车辆的加速度，进而根据该车辆的受力情况以及加速度确定出该车辆的质量，因此，采用本公开实施例提供的车辆，在该车辆行驶过程中，根据车辆的受力情况和加速度即可确定出该车辆的质量，无需额外的传感器，实施成本低廉，也能用于牵引车的称重，同时，也可以避免非车载式称重的车辆倒车现象，降低了人力和物力成本。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是本公开实施例提供的一种车辆的框图。
图2是本公开实施例提供的一种车辆的另一框图。
图3A是本公开实施例提供的一种利用凯塞窗函数法滤波之前的车速信息波形图。
图3B是本公开实施例提供的一种利用凯塞窗函数法滤波之后的车速信息波形图。
图4是本公开实施例提供的一种车辆在行驶过程中计算的车辆质量的示意图。
图5是本公开实施例提供的一种车辆称重方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
通常情况下，非车载式称重的方法存在效率低、占地面积大、移动不方便等缺点，而且需要司机准确把车辆行驶到地磅上，对于比较长的车辆需要分多次测量才能获得车辆的重量，导致对车辆进行称重的时间成本较高。车载式称重的方法由于需要在车辆的前桥和后轴安装传感器，由于该传感器价格成本较高，易破坏，以及该传感器的精度会随着使用次数的增多会明显降低，此外该传感器是安装在车辆的前桥和后轴后，因此，该车载式称重方法不能用于测量牵引车的质量。
为了解决上述问题，在车辆行驶过程中避免使用车载传感器测量该车辆的质量，本公开实施例提供一种车辆称重方法及车辆。在该车辆称重方法中载重控制器通过车载CAN总线(Controller Area Network；控制器局域网络)，获取整个车辆的受力情况，同时，根据该车辆的车速信息，确定出该车辆的加速度，以及根据牛顿第二定律确定出该车辆的质量，进而解决了现有的非车载称重方法中通过地磅或在地面铺设轴载传感器对车辆进行称重等传统称重方法效率低、占地面积大、移动不方便等缺点，消除了车辆的倒车现象，降低了人力和物力成本，以及解决了车载称重方法中需要借助传感器的弊端。
请参考图1，图1是本公开实施例提供的一种车辆的框图。如图1所示，该车辆100可以包括：车载CAN总线101以及载重控制器102，其中载重控制器102通过车载CAN总线101与所述车辆的发动机200相连。
首先，该载重控制器102根据当前时刻驾驶员操作车辆踏板的状态，获得该车辆的当前状态，该车辆的当前状态为车辆实时的行驶状态，接着，在该车辆的当前状态为预设状态时，通过该车载CAN总线101获取该车辆的受力情况，其中，该预设状态包括减速、加速以及类匀速，此外，该载重控制器102根据所获取到的车速信息确定出该车辆的加速度，进而根据该受力情况、加速度以及牛顿第二定律，确定出该车辆的质量。
首先，对车辆的当前状态的确定进行说明。
可选地，请参考图2，图2是本公开实施例提供的一种车辆的另一框图。如图2所示，该车辆100还包括：
变速箱通讯组件103，通过CAN总线101与载重控制器102相连，用于将变速箱报文发送给载重控制器102，该变速箱报文中包含有发动机油门踏板信息；
车载仪表104，通过CAN总线101与载重控制器102相连，用于显示该车辆100的档位信息；
相应地，载重控制器102，用于根据获取到的该车辆的发动机油门踏板的变化率以及档位信息，确定该车辆的当前状态，该车辆的当前状态为急加速、紧急制动、空挡滑行、减速、加速以及类匀速、匀速中的任一种。
在本公开实施例中，车辆实时的行驶状态可以为急加速、紧急制动、空挡滑行、减速、加速以及类匀速、匀速中的任一种，此六种状态在同一时刻互相排斥。在车辆处于不同状态时，发动机提供的力的大小不同，且该发动机提供的力的作用也不同，具体地，在车辆处于紧急制动时，发动机提供的力主要是用于车辆的制动，此时，载重控制器102确定的车辆的受力情况不准确。同样地，在车辆处于急加速时，由于发动机的转动惯量不稳定，导致载重控制器102确定的车辆的受力情况也不准确，从而使得载重控制器102确定的驱动力不准确。在车辆处于空挡滑行时，发动机与驱动轮的离合器分离开，此时，发动机处于非工作状态，载重控制器102确定的车辆的受力情况为0，该车辆利用其自身的惯性进行滑动，在此情况下为了减少载重控制器102的计算量，可以不对该车辆的驱动力和加速度进行计算。在车辆处于匀速行驶时，该车辆的加速度为0，不符合使用牛顿第二定律的条件，因此，在车辆匀速行驶时，不对该车辆的质量进行计算。
具体来说，在车辆行驶过程中，设置在该车辆内的变速箱通讯组件103，可将该变速箱报文通过车载CAN总线101，实时发送给载重控制器102，载重控制器102根据所获取到的变速箱报文，确定出该车辆当前的发动机油门踏板信息，此外，该载重控制器102通过车载CAN总线101与车辆内的车载仪表104相连，实时获取该车载仪表104中显示的档位信息，并根据该车辆的发动机油门踏板信息以及档位信息，确定车辆的当前状态，进而，在该车辆的当前状态满足预设状态时，载重控制器102通过车载CAN总线101，获取到该车辆的受力情况，以及根据该车辆的车速信息，确定该车辆的加速度，并根据该受力情况、加速度以及牛顿第二定律，计算出该车辆的质量。
在本公开实施例中，该预设状态用于表征在车辆处于该状态时，载重控制器102确定的该车辆的受力情况以及加速度较为准确，进而保证根据该驱动力以及加速度，确定出的车辆的质量较为准确。在车辆的当前状态满足预设状态时，载重控制器102通过车载CAN总线101，获取该车辆的受力情况，以及根据该车辆的车速信息，确定该车辆的加速度，进而确定出该车辆的质量。也即是说，在车辆的当前状态不满足预设状态时，该载重控制器102所确定出的受力情况以及加速度不准确，从而导致确定出的车辆的质量也不准确，因此，在本公开实施例中，在车辆的当前状态不满足预设状态时，不对该车辆的受力情况、加速度以及车辆的质量进行计算，不仅保证所确定的车辆的质量较为准确，也减少了载重控制器的工作负荷。
接着，对车辆的加速度的确定进行说明。
该载重控制器102在利用前文所述的方法检测出该车辆的当前状态为预设状态时，获取到该车辆的车速信息，并根据所获取到的车速信息确定出该车辆的加速度，具体包括：载重控制器102针对每一个时刻的车速信息，进行滤波处理，以得到滤波后的车速信息，根据滤波后的(n+1)T时刻的车速信息所对应的速度、nT时刻的车速信息所对应的速度、(n+1)T时刻和nT时刻的时间差以及以下公式，确定所述车辆的第一加速度：
其中，a[(n+1)T]表示所述车辆在(n+1)T时刻的第一加速度，u[(n+1)T]表示所述车辆在(n+1)T时刻的车速信息所对应的速度，u(nT)表示所述车辆在nT时刻的车速信息所对应的速度，T表示(n+1)T时刻和nT时刻的时间差；
对确定出的所述第一加速度进行滤波处理，以得到滤波后的加速度；
将所述滤波后的加速度确定为所述车辆的加速度。
通常情况下，根据车辆上轮速传感器，可以获取到该车辆的轮胎转速信息，进而将该转速信息转换为车速信息，如果对相邻两个时刻的车速信息所对应的车速进行直接差分，也可以得到该车辆的加速度，但是采用此种方法得到的加速度的噪声较大，很难应用于对车辆质量的计算中。
因此，在本公开实施例中，在载重控制器102在确定出车辆的车速信息后，可首先对该车速信息进行滤波处理，以去除该车速信息中的噪声影响，得到滤波后的车速信息，接着，对滤波后的车速信息中包括的任意(n+1)T时刻的车速信息所对应的速度u[(n+1)T]、nT时刻的车速信息所对应的速度u(nT)、(n+1)T时刻和nT时刻的时间差T以及公式确定出该车辆的(n+1)T时刻的第一加速度，然后，对确定出的(n+1)T时刻的第一加速度再次进行滤波处理，进一步去除该第一加速度中的噪声影响，得到滤波后的加速度，最后，将该滤波后的加速度确定为该车辆的加速度。
示例地，可以采用凯塞窗函数法进行滤波，以图3A和图3B为例，其中，图3A是本公开实施例提供的一种利用凯塞窗函数法滤波之前的车速信息波形图。图中横坐标为时间，单位为s，纵坐标为速度，单位为m/s，如图3A所示，在滤波之前车辆的速度波形中有“毛刺”，该“毛刺”即代表该车辆的速度的噪声，图3B是本公开实施例提供的一种利用凯塞窗函数法滤波之后的车速信息波形图。图中横坐标为时间，单位为s，纵坐标为速度，单位为m/s，如图3B所示，在经过凯塞窗函数法滤波之后，该车辆的速度波形中的“毛刺”被去除，整个速度波形曲线较为光滑。利用滤波后的速度波形曲线中的速度，进行差分，求得该车辆的第一加速度，并对该第一加速度再次进行滤波，得到滤波后的加速度，并将该滤波后的加速度确定为车辆的加速度。
采用上述滤波、差分、再滤波的方法确定车辆的加速度，提高了确定的加速度的准确性，以及提高了对后续计算的车辆质量的准确性，此外，该方法具有良好的实时性和精度。
接着，对车辆的受力情况的确定进行说明。
在车辆的实际行驶过程中，通常会受到车辆空气阻力、车辆滚动阻力，在车辆行驶的道路为坡道时，该车辆还会受到车辆坡度阻力，相应地，载重控制器102确定的车辆的受力情况包括：在车辆行驶过程中发动机提供的驱动力以及车辆空气阻力、车辆滚动阻力以及车辆坡度阻力(以下简称为阻力)，因此，在本公开实施例中，载重控制器102在车辆行驶的过程中不仅需要确定发动机提供的驱动力还需要实时确定该车辆的阻力，利用发动机提供的驱动力减去该车辆的阻力，以得到该车辆的合力，进而根据该车辆的合力、加速度以及牛顿第二定律，计算出该车辆的质量。
可选地，所述受力情况包括所述车辆的阻力和驱动力；所述载重控制器，用于按照以下公式，得到所述车辆所受合外力差：
ΔFall＝(F1-Fz1)-(F2-Fz2)
其中，ΔFall表示所述车辆在nT时刻和(n+1)T时刻的所受合外力差，F1表示在nT时刻所述车辆的驱动力，Fz1表示在nT时刻所述车辆的阻力，F2表示在(n+1)T时刻所述车辆的驱动力，Fz2表示在(n+1)T时刻所述车辆的阻力，T为任意相邻两个时刻相隔的预设时长，并根据以下公式，得到所述车辆的加速度差：
Δa＝a1-a2
其中，Δa表示所述车辆在nT时刻和(n+1)T时刻的加速度差，a1表示在nT时刻所述车辆的加速度，a2表示在(n+1)T时刻所述车辆的加速度，
以及，根据以下公式，确定所述车辆的质量：
其中，m表示在(n+1)T时刻所述车辆的质量。
上述载重控制器102在车辆行驶的过程中确定该车辆的阻力时，需要从车载CAN总线101中获取确定该车辆的阻力的参数，但是车载CAN总线101是难于准确估算这些参数的，而且该参数也随着车辆所行驶的地理环境的变化而变化。为了排除上述阻力的干扰，在本公开实施例中可以利用微积分原理进行处理，对相邻的连续两个时刻，该车辆发动机提供的驱动力以及该车辆所受到的阻力，计算合力，并对该合力求取差分运算，尽量弱化上述因素的影响，有效消除车载CAN总线101难于估算的车辆空气阻力、车辆滚动阻力以及车辆坡度阻力。同样地，由于是对该车辆相邻连续两个时刻的合力进行差分运算的，也需要对该车辆的相邻的连续两个时刻的加速度进行差分运算，最后，根据差分后的车辆所受到的合力以及差分后的加速度，确定该车辆的质量。
具体地，车载控制器103分别计算车辆在nT时刻和(n+1)T时刻发动机的驱动力为F1和F2，车辆在nT时刻和(n+1)T时刻所受的阻力分别记为Fz1和Fz2，因此，该车辆在nT时刻所受到的合力为F1-Fz1，在(n+1)T时刻所受到的合力为F2-Fz2，则在nT时刻和(n+1)T时刻，该车辆所受到合力的差分为ΔFall＝(F1-Fz1)-(F2-Fz2)。类似地，车辆在nT时刻的加速度为a1，在(n+1)T时刻的加速度为a2，则在nT时刻和(n+1)T时刻，该车辆的加速度的差分为Δa＝a1-a2，进而根据公式计算出车辆的质量。其中，T为任意相邻两个时刻相隔的预设时长。
可选地，在T值较小时，也即是nT时刻和(n+1)T时刻较为接近时，可认为车辆在上述两个时刻所受到的阻力的大小较为接近，在T值足够小时，可认为上述两个时刻所受到的阻力的差值为0，因此，可消除计算阻力时的误差。
下面分别对车辆的驱动力以及车辆空气阻力的确定进行说明。首先对车辆的驱动力的确定进行说明。
可选地，如图2所示，车辆100还包括：发动机ECU105，发动机ECU(ElectronicControl Unit；电子控制单元)105通过车载CAN总线101分别与车辆的发动机200和载重控制器102相连，用于通过车载CAN总线，获取车辆的发动机扭矩，并将该发动机扭矩发送给与之相连的载重控制器102，载重控制器102根据该车辆的发动机扭矩，按照以下公式，确定该车辆的驱动力：
Fq表示车辆在(n+1)T时刻的驱动力，ΔTtq表示车辆的发动机在nT时刻和(n+1)T时刻的扭矩差，单位为N.m，ig表示车辆的变速器传动比，i0表示车辆的主减速器传动比，ηT表示车辆的传动系统的机械效率，r表示车辆的车轮滚动半径，单位为m。
具体地，发动机扭矩是驱动发动机转动的力，发动机在转动时为车辆的行驶提供动力，因此，在确定该车辆行驶过程的驱动力之前，需首先确定该车辆的发动机的扭矩。在本公开实施例中，采用发动机ECU105在车辆行驶过程中实时确定该发动机扭矩，并将该发动机ECU105与载重控制器102之间通过车载CAN总线101相连，在发动机ECU105确定出发动机扭矩后，将该发动机扭矩发送给载重控制器102。
发动机ECU105所确定发动机扭矩中至少包含nT时刻和(n+1)T时刻的发动机扭矩，并将nT时刻和(n+1)T时刻的发动机扭矩，通过车载CAN总线101将上述发动机扭矩发送给载重控制器102，进而载重控制器102计算出在上述两个相邻时刻的扭矩差ΔTtq，该扭矩差的单位为N.m，同时，该载重控制器102根据从车载仪表104中获取到的车辆的档位信息，确定出该车辆在nT时刻或者(n+1)T时刻的档位信息，由于车辆的变速器传动比与车辆的档位具有一一对应的关系，因此，载重控制器102可以根据该档位信息确定出该车辆在nT时刻或者(n+1)T时刻的变速器传动比ig，此外，该车辆的主减速器传动比与该车辆行驶的道路情况以及该车辆行驶的工况均无关系，也即是，该车辆的主减速器传动比i0是一个固定数值，针对一个固定的车辆，均有一个固定的i0。同样地，该车辆的轮胎半径r也是一个固定的数值，车辆的传动系统的机械效率ηT则需要在计算该车辆的质量之前进行标定。最后，根据公式确定出该车辆的驱动力。
接着，对车辆的空气阻力的确定进行说明。
如图2所示，所述车辆100还包括：ABS轮速传感器106，通过车载CAN总线101与载重控制器102相连，用于检测该车辆至少在nT时刻和(n+1)T时刻的轮胎转速，并将所检测到的nT时刻和(n+1)T时刻的轮胎转速，通过车载CAN总线101发送给载重控制器102，车载CAN总线101根据所接收到的nT时刻和(n+1)T时刻的轮胎转速以及该车辆轮胎的半径，确定出该车辆在nT时刻和(n+1)T时刻的车速信息，按照以下公式，获取该车辆在行驶过程中的空气阻力：
Fz表示所述车辆在(n+1)T时刻的空气阻力，CD表示所述车辆行驶过程中的空气阻力系数，A表示所述车辆行驶过程中迎风面积，单位为m2，Δu表示所述车辆在nT时刻和(n+1)T时刻的车速信息所对应的速度差，单位为m/s，∑u表示所述车辆在nT时刻和(n+1)T时刻的车速信息所对应的速度和，单位为m/s。
具体地，载重控制器102根据nT时刻和(n+1)T时刻的车速信息所对应的车速，计算出上述两个相邻时刻的车速差Δu以及上述两个相邻时刻的车速和∑u，单位均为m/s，车辆行驶过程中迎风面积A与该车辆的车型有关，针对一个固定的车辆均有一个固定的迎风面积A，车辆行驶过程中的空气阻力系数CD则需要在计算该车辆的质量之前进行标定。最后，根据公式确定出该车辆的空气阻力。
其中，需要说明的是对车辆的驱动力以及车辆空气阻力的计算方法，并不局限于上述一种方法。
最后，对车辆质量的确定进行说明。
根据动力学地形定律推导出公式确定出该车辆的质量，其中，δ表示该车辆的旋转质量换算系数，需要在计算该车辆的质量之前进行标定，其数值范围为1.1～1.4之间，m表示所述车辆在(n+1)T时刻的质量，单位为Kg，Δa表示所述车辆在nT时刻和(n+1)T时刻的加速度差，单位为m/s2。
如前文所述，在对该车辆进行计算质量之前，需要对车辆的传动系统的机械效率ηT、车辆行驶过程中的空气阻力系数CD以及车辆的旋转质量换算系数δ进行标定，具体的标定方法为：至少分别在车辆处于空载、满载和半满载三种状态时，利用上述方法确定出ΔTtq、ig、Δu、∑u以及车辆的加速度差Δa，主减速器传动比i0、轮胎半径r、迎风面积A以及车辆的质量m为已知的固定数值，利用分别确定出ηT、CD以及δ数值，并在下次计算车辆的质量时，利用所确定的ηT、CD以及δ数值。
其中，车辆处于空载状态是指车辆内仅有驾驶员而无其他乘客或者货物，此时车辆的质量为车辆本身的质量和驾驶员的质量，车辆处于满载状态是指车辆装载的乘客或者货物达到该车辆所能承受的最大重量，车辆处于半满载状态是指车辆装载的乘客或者货物达到该车辆所能承受的最大重量的一半，在该上述三种状态下，该车辆的质量均是已知的。
可选地，在所述车辆的当前状态为类匀速时，所述载重控制器102，用于根据所述驱动力、所述阻力、所述车辆的加速度以及以下动力学地形定律，确定所述车辆的质量：
在车辆处于类匀速状态时，车辆在相邻两个时刻的速度变化不明显，相邻两个时刻的速度差Δu接近为0，则根据上述计算车辆空气阻力的公式，可认为该车辆的空气阻力也即是，该车辆所受到的合力为根据动力学地形定律，推导出车辆质量的公式为
在载重控制器102确定出该车辆的质量之后，还可以对该车辆的质量进行滤波处理，示例地，以卡尔曼滤波为例，该滤波操作可以分成两步，第一步是通过状态空间实时更新状态，这个过程被称为实时更新或预测；第二步测度更新或修正。把车辆的驱动力、空气阻力、滚动阻力、重力代入到汽车纵向系统中得到：得出状态空间模型如下：其中，βr＝cos(arctan(fr))，上述公式中，m表示在车辆行驶过程中，利用上述方法确定出的车辆质量，mr表示车辆转动惯量，表示车辆加速度，Te表示发动机的扭矩，ug表示车辆的传动系数，ηtf表示车辆的传动效率，ρair表示空气密度，cd表示车辆行驶过程中的空气阻力系数，Af表示车辆行驶过程中迎风面积，v表示车辆的速度，g表示重力加速度，θ表示该车辆行驶道路的坡度值，fr表示车辆在行驶过程中的摩擦系数。
该状态空间模型用于估计汽车质量和道路等级。它由确定分量和随机分量两部分组成。确定部分描述状态估计是如何随时间变化的。随机部分描述状态估计在置信区间的变化。
如图4所示，图4是本公开实施例提供的一种车辆在行驶过程中计算的车辆质量的示意图。图中横坐标用于表征车辆行驶的时间，单位为s，纵坐标用于表征在行驶过程中所确定的车辆的质量，单位为Kg，图中的横线a是实际车辆质量，灰色的竖线c是在可计算载重的区间内，系统计算出来的车辆的质量。从图中可以看出每个点计算的载重不一样，是有误差的，个别点甚至出现较大的误差。黑色的曲线b是将计算的各点的质量数据进行卡尔曼滤波后的质量数值，该经过卡尔曼滤波后的车辆的质量数值与实际车辆质量较为接近，因此，将利用上述方法确定出的车辆质量进行卡尔曼滤波后的质量数值与实际车辆的质量误差较小，提高了确定出的车辆质量的准确度。此外，在图4中，灰色的竖线之间的空白部分用于表征在该时间段内车辆的当前状态不符合预设状态，因此，在该时间段内不对该车辆进行质量的计算。
采用本公开实施例提供的车辆，在该车辆行驶过程中，检测到该车辆的当前状态为预设状态时，载重控制器通过车载CAN总线，获取该车辆的受力情况，同时，根据该车辆的车速信息，确定该车辆的加速度，进而根据该车辆的受力情况、加速度以及牛顿第二定律确定出该车辆的质量，因此，采用本公开实施例提供的车辆，在该车辆行驶过程中，根据车辆的驱动力和加速度即可确定出该车辆的质量，无需额外的传感器，实施成本低廉，也能用于牵引车的称重，同时，也可以避免非车载式称重的车辆倒车现象，降低了人力和物力成本。
可选地，如图2所示，该车辆100还包括：行车记录仪107，通过车载CAN总线101与载重控制器102相连，在载重控制器102利用上述方法确定出车辆的质量之后，可通过车载CAN总线101将该车辆的质量数值发送给行车记录仪107，行车记录仪107在接收到该车辆的质量数值后，将该质量数值显示在该行车记录仪107的显示屏中，以便于用户实时获得该车辆的质量，避免超载，进而可以保证该车辆安全行驶。
或者，该车辆100还包括通讯模组，通过车载CAN总线分别与载重控制器、用户终端设备相连，在载重控制器利用上述方法确定出车辆的质量之后，可通过车载CAN总线101将该车辆的质量数值发送给通讯模组，该通讯模组接收到该车辆的质量数值后，将该质量数值发送给用户终端设备，便于用户远程获知该车辆的载重情况。其中，该用户终端设备需预先与该通讯模组建立绑定关系，在车辆行驶过程中，该用户终端设备和该通讯模组之间可以通过4G网络或者无线网络进行通讯。
请参考图5，图5是本公开实施例提供的一种车辆称重方法的流程图。如图5所示，所述方法包括以下步骤：
步骤S51：在检测到所述车辆的当前状态为预设状态时，通过车载CAN总线，获取所述车辆的受力情况，其中，所述预设状态包括减速、加速以及类匀速；
步骤S52：根据所述车辆的车速信息，确定所述车辆的加速度；
步骤S53：根据所述受力情况以及所述车辆的加速度，确定所述车辆的质量。
可选地，所述方法还包括：
通过车载CAN总线，获取所述车辆的发动机油门踏板信息以及档位信息；
根据获取到的所述车辆的发动机油门踏板的变化率以及档位信息，确定所述车辆的当前状态，所述车辆的当前状态为急加速、紧急制动、空挡滑行、减速、加速以及类匀速、匀速中的任一种。
可选地，通过车载CAN总线，获取所述车辆的受力情况，包括：
通过车载CAN总线，获取所述车辆的发动机扭矩；
根据所述车辆的发动机扭矩，按照以下公式，确定所述车辆的驱动力；
Fq表示所述车辆在(n+1)T时刻的驱动力，ΔTtq表示所述车辆的发动机在nT时刻和(n+1)T时刻的扭矩差，单位为N.m，ig表示所述车辆的变速器传动比，i0表示所述车辆的主减速器传动比，ηT表示所述车辆的传动系统的机械效率，r表示所述车辆的车轮滚动半径，单位为m。
可选地，通过车载CAN总线，获取所述车辆的受力情况，包括：
按照以下公式，获取所述车辆在行驶过程中的空气阻力：
Fz表示所述车辆在(n+1)T时刻的空气阻力，CD表示所述车辆行驶过程中的空气阻力系数，A表示所述车辆行驶过程中迎风面积，单位为m2，Δu表示所述车辆在nT时刻和(n+1)T时刻的车速信息所对应的速度差，单位为m/s，∑u表示所述车辆在nT时刻和(n+1)T时刻的车速信息所对应的速度和，单位为m/s。
可选地所述受力情况包括所述车辆的阻力和驱动力；根据所述受力情况以及所述车辆的加速度，确定所述车辆的质量，包括：
按照以下公式，得到所述车辆所受合外力差：
ΔFall＝(F1-Fz1)-(F2-Fz2)
其中，ΔFall表示所述车辆在nT时刻和(n+1)T时刻的所受合外力差，F1表示在nT时刻所述车辆的驱动力，Fz1表示在nT时刻所述车辆的阻力，F2表示在(n+1)T时刻所述车辆的驱动力，Fz2表示在(n+1)T时刻所述车辆的阻力，T为任意相邻两个时刻相隔的预设时长；
根据以下公式，得到所述车辆的加速度差：
Δa＝a1-a2
其中，Δa表示所述车辆在nT时刻和(n+1)T时刻的加速度差，a1表示在nT时刻所述车辆的加速度，a2表示在(n+1)T时刻所述车辆的加速度；
按照以下公式，确定所述车辆的质量：
其中，m表示在(n+1)T时刻所述车辆的质量。
可选地，根据所述车辆的车速信息，确定所述车辆的加速度，包括：
针对每一个时刻的车速信息，进行滤波处理，以得到滤波后的车速信息；
根据滤波后的(n+1)T时刻的车速信息所对应的速度、nT时刻的车速信息所对应的速度、(n+1)T时刻和nT时刻的时间差以及以下公式，确定所述车辆的第一加速度：
其中，a[(n+1)T]表示所述车辆在(n+1)T时刻的第一加速度，u[(n+1)T]表示所述车辆在(n+1)T时刻的车速信息所对应的速度，u(nT)表示所述车辆在nT时刻的车速信息所对应的速度，T表示(n+1)T时刻和nT时刻的时间差；
对确定出的所述第一加速度进行滤波处理，以得到滤波后的加速度；
将所述滤波后的加速度确定为所述车辆的加速度。
可选地，所述方法还包括：
控制所述车辆的质量显示在车载显示屏中；或者
将所述车辆的质量发送给用户的终端设备。
关于上述实施例中的方法，其中各个步骤执行操作的具体方式已经在上述车辆的实施例中进行了详细描述，此处将不作详细阐述说明。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。
Claims (11)
1.一种车辆称重方法，其特征在于，所述方法包括：
在检测到所述车辆的当前状态为预设状态时，通过车载CAN总线，获取所述车辆的受力情况，其中，所述预设状态包括减速、加速以及类匀速；
根据所述车辆的车速信息，确定所述车辆的加速度；
根据所述受力情况以及所述车辆的加速度，确定所述车辆的质量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述受力情况包括所述车辆的阻力和驱动力；根据所述受力情况以及所述车辆的加速度，确定所述车辆的质量，包括：
按照以下公式，得到所述车辆所受合外力差：
ΔFall＝(F1-Fz1)-(F2-Fz2)
其中，ΔFall表示所述车辆在nT时刻和(n+1)T时刻的所受合外力差，F1表示在nT时刻所述车辆的驱动力，Fz1表示在nT时刻所述车辆的阻力，F2表示在(n+1)T时刻所述车辆的驱动力，Fz2表示在(n+1)T时刻所述车辆的阻力，T为任意相邻两个时刻相隔的预设时长；
按照以下公式，得到所述车辆的加速度差：
Δa＝a1-a2
其中，Δa表示所述车辆在nT时刻和(n+1)T时刻的加速度差，a1表示在nT时刻所述车辆的加速度，a2表示在(n+1)T时刻所述车辆的加速度；
按照以下公式，确定所述车辆的质量：
其中，m表示在(n+1)T时刻所述车辆的质量。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过车载CAN总线，获取所述车辆的受力情况，包括：
通过车载CAN总线，获取所述车辆的发动机扭矩；
根据所述车辆的发动机扭矩，按照以下公式，确定所述车辆的驱动力；
Fq表示所述车辆在(n+1)T时刻的驱动力，ΔTtq表示所述车辆的发动机在nT时刻和(n+1)T时刻的扭矩差，单位为N.m，ig表示所述车辆的变速器传动比，i0表示所述车辆的主减速器传动比，ηT表示所述车辆的传动系统的机械效率，r表示所述车辆的车轮滚动半径，单位为m。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过车载CAN总线，获取所述车辆的受力情况，包括：
按照以下公式，获取所述车辆在行驶过程中的空气阻力：
Fz表示所述车辆在(n+1)T时刻的空气阻力，CD表示所述车辆行驶过程中的空气阻力系数，A表示所述车辆行驶过程中迎风面积，单位为m2，Δu表示所述车辆在nT时刻和(n+1)T时刻的车速信息所对应的速度差，单位为m/s，∑u表示所述车辆在nT时刻和(n+1)T时刻的车速信息所对应的速度和，单位为m/s。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过车载CAN总线，获取所述车辆的发动机油门踏板信息以及档位信息；
根据获取到的所述车辆的发动机油门踏板的变化率以及档位信息，确定所述车辆的当前状态，所述车辆的当前状态为急加速、紧急制动、空挡滑行、减速、加速以及类匀速、匀速中的任一种。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述车辆的车速信息，确定所述车辆的加速度，包括：
针对每一个时刻的车速信息，进行滤波处理，以得到滤波后的车速信息；
根据滤波后的(n+1)T时刻的车速信息所对应的速度、nT时刻的车速信息所对应的速度、(n+1)T时刻和nT时刻的时间差以及以下公式，确定所述车辆的第一加速度：
其中，a[(n+1)T]表示所述车辆在(n+1)T时刻的第一加速度，u[(n+1)T]表示所述车辆在(n+1)T时刻的车速信息所对应的速度，u(nT)表示所述车辆在nT时刻的车速信息所对应的速度，T表示(n+1)T时刻和nT时刻的时间差；
对确定出的所述第一加速度进行滤波处理，以得到滤波后的加速度；
将所述滤波后的加速度确定为所述车辆的加速度。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
控制所述车辆的质量显示在车载显示屏中；或者
将所述车辆的质量发送给用户的终端设备。
8.一种车辆，其特征在于，包括：
车载CAN总线；
载重控制器，用于在检测到所述车辆的当前状态为预设状态时，通过所述车载CAN总线，获取所述车辆的受力情况，其中，所述预设状态包括减速、加速以及类匀速，以及，根据所述车辆的车速信息，确定所述车辆的加速度，并根据所述受力情况以及所述车辆的加速度，确定所述车辆的质量。
9.根据权利要求8所述的车辆，其特征在于，所述车辆还包括：
发动机ECU，与所述载重控制器相连，用于确定发动机扭矩，并通过所述CAN总线将所述发动机扭矩发送给所述载重控制器；
所述载重控制器，用于根据所述车辆的发动机扭矩，按照以下公式，确定所述车辆的驱动力；
Fq表示所述车辆在(n+1)T时刻的驱动力，ΔTtq表示所述车辆的发动机在nT时刻和(n+1)T时刻的扭矩差，单位为N.m，ig表示所述车辆的变速器传动比，i0表示所述车辆的主减速器传动比，ηT表示所述车辆的传动系统的机械效率，r表示所述车辆的车轮滚动半径，单位为m。
10.根据权利要求8所述的车辆，其特征在于，所述车辆还包括：
变速箱通讯组件，通过所述车载CAN总线与所述载重控制器相连，用于将变速箱报文发送给所述载重控制器，所述变速箱报文中包含有发动机油门踏板信息；
车载仪表，通过所述车载CAN总线与所述载重控制器相连，用于显示所述车辆的档位信息；
所述载重控制器，用于根据获取到的所述车辆的发动机油门踏板的变化率以及档位信息，确定所述车辆的当前状态，所述车辆的当前状态为急加速、紧急制动、空挡滑行、减速、加速以及类匀速、匀速中的任一种。
11.根据权利要求8所述的车辆，其特征在于，所述车辆还包括：
行车记录仪，通过所述车载CAN总线与所述载重控制器相连，在所述载重控制器确定出所述车辆的质量之后，用于显示所述车辆的质量；或者
通讯模组，通过所述车载CAN总线与所述载重控制器、用户终端设备分别相连，用于将所述车辆的质量发送给用户的终端设备。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 102206 Beijing Changping District Shahe town Shayang Road, Niu Niu Wan Village North Applicant after: Beiqi Futian Automobile Co., Ltd. Address before: 102206, Beijing, Shahe Town, Changping District Road, sand Yang Applicant before: Beiqi Futian Automobile Co., Ltd. |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20181127 |