CN110095174A - 一种车辆在线称重方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆在线称重方法及系统。所述称重方法包括：当车辆静止于具有坡度的道路上时，对车辆进行受力分析，建立后轮力矩平衡关系式、前轮力矩平衡关系式以及整车力矩平衡关系式；当所述车辆为空载状态时，根据所述整车力矩平衡关系式确定车辆空载质心位置；根据所述车辆空载质心位置确定车辆空载质心垂向位置；根据所述车辆空载质心位置、所述车辆空载质心垂向位置、后轮力矩平衡关系式、前轮力矩平衡关系式以及整车力矩平衡关系式确定称重线性模型；利用最小二乘法对所述称重线性模型进行参数辨识，确定整车质量。采用本发明所提供的称重方法及系统能够提高车辆称重系统的评估效率，并使得该称重系统能够广泛适用于不同型号的车辆。

Description

一种车辆在线称重方法及系统

技术领域

本发明涉及车辆在线称重领域，特别是涉及一种车辆在线称重方法及系统。

背景技术

车辆物料装载在0到236吨之间变化，不论是智能驾驶运动控制技术研究还是实际工程需要，整车质量都是必不可少的物理量，工程中一般要求质量估计的精度在5％内。对于整车质量的估计有静态估计法和动态估计法；动态估计法通常是建立纵向动力学模型或者垂向动力学模型，通过获取车辆发动机转速和扭矩的情况下，建立纵向动力学模型，使用最小二乘法实时估计整车质量和道路坡度角。也可以通过建立垂向动力学模型，在获取车辆垂向加速度和道路坡度角的情况下，实时估计出车辆簧载质量。动态估计整车质量的优势在于即便车辆在运行过程中存在漏料问题，都能够实时监测，这就要求整个质量估计系统的精度很高，所以要求纵向或者垂向动力学模型较为准确，传感器精度要求也高，因此采用动态估计法估计整车质量的估计精度低。而对于矿用车，整车质量达到百吨级，工程要求质量估计精度控制在5％内，所以只要不存在较大事故，其运行过程中泄漏量达到几吨的概率较小，因此采用静态估计法对整车质量进行评估可以有效提高评估精度，而传统的静态评估法针对不同的车辆进行称重实验时，需要获取车辆的结构参数，再进行多次试验得出整车质量，面对不同型号的车辆时需要重新获取车辆的结构参数，大大降低了评估效率，通用性差。

发明内容

本发明的目的是提供一种车辆在线称重方法及系统，以解决传统的称重系统评估效率低、通用性差的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种车辆在线称重方法，车辆前桥与车身之间的前悬缸与垂直方向的夹角从空载到满载的过程中，所述前悬缸与垂直方向的夹角的角度变化范围为13.8°～15.1°，后悬缸与车身和车轴之间的连接为铰链连接，车辆后悬缸与后轴支撑处形成A型架，支撑点处对车身的支撑力随着后悬缸不同的压缩程度以及所述后悬缸与垂直方向的角度变化，所述称重方法包括：

当车辆静止于具有坡度的道路上时，对车辆进行受力分析，建立后轮力矩平衡关系式、前轮力矩平衡关系式以及整车力矩平衡关系式；所述后轮力矩平衡关系式是以后轮与地面接触点为分析点建立的；所述前轮力矩平衡关系式是以前轮与地面接触点为分析点建立的；所述整车力矩平衡关系式是以所述支撑点为分析点建立的；

当所述车辆为空载状态时，根据所述整车力矩平衡关系式确定车辆空载质心位置；

根据所述车辆空载质心位置确定车辆空载质心垂向位置；

根据所述车辆空载质心位置、所述车辆空载质心垂向位置、后轮力矩平衡关系式、前轮力矩平衡关系式以及整车力矩平衡关系式确定称重线性模型；

利用最小二乘法对所述称重线性模型进行参数辨识，确定整车质量。

可选的，所述当车辆静止于具有坡度的道路上时，对车辆进行受力分析，建立后轮力矩平衡关系式、前轮力矩平衡关系式以及整车力矩平衡关系式，具体包括：

根据公式N_Q·E＝(W_k·a+W·b)·cosθ-(W_k·d+W·e)·sinθ建立后轮力矩平衡关系式；

根据公式N_Q＝(P₁+P₂)·A₁·cosφ₁+C_Q·cosθ建立前轮力矩平衡关系式；

根据公式建立整车力矩平衡关系式；其中，N_Q为地面对前轮胎总的作用力；E前轮中心到后轮中心的距离；W_k为车辆空载质量；a为车辆空载质心位置；W为物料装载量；b为物料质心到后轮胎中心的横向距离；θ为坡度角；d为车辆空载质心垂向位置；e为物料质心到地面的垂向距离；P₁为左前缸压力值；P₂为右前缸压力值；P₃为左后缸压力值；P₄为右后缸压力值；A₁为左前缸活塞杆横截面积；φ₁为前悬缸倾斜角度；C_Q为前桥与前轮胎质量；E为前轮中心到后轮中心的距离；D为A型架支点O距后轮中心的距离；L为上铰链点距离车轮中心距离；K为支点距离车轮中心距离；G为后铰接点与前轮中心的距离；A₃为后悬缸活塞缸截面积；φ₂为后悬缸倾斜角度。

可选的，所述当所述车辆为空载状态时，根据所述整车力矩平衡关系式确定车辆空载质心位置，具体包括：

当所述车辆为空载状态时，根据公式将所述整车力矩平衡关系式转换为空载时的整车力矩平衡关系式；其中，P₁₀为空载时左前缸压力值；P₂₀为空载时右前缸压力值；P₃₀为空载时左后缸压力值；P₄₀为空载时右后缸压力值；

根据所述空载时的整车力矩平衡关系式，利用公式a＝((P₁₀+P₂₀)·A₁·cosφ₁·(E-D)-(P₃₀+P₄₀)·A₃·(cosφ₂·(G-E+D)+sinφ₂·(L-K)))/(W_k·cosθ)+D确定车辆空载质心位置。

可选的，所述根据所述车辆空载质心位置确定车辆空载质心垂向位置，具体包括：

当所述道路的坡度角为0时，根据公式C_Q＝W_k·a/E-(P₁₀+P₂₀)·A₁cosφ₁/cosθ确定所述车身前桥和所述前轮的前轮胎总质量；

当所述道路的坡度角不为0时，根据所述车身前桥和所述前轮的前轮胎总质量确定车辆空载质心垂向位置。

可选的，所述根据所述车辆空载质心位置、所述车辆空载质心垂向位置、后轮力矩平衡关系式、前轮力矩平衡关系式以及整车力矩平衡关系式确定称重线性模型，具体包括：

根据公式cosθ·l₁+sinθ·l₂+W·sinθ·l₃+W·cosθ·l₄+(P₃+P₄)·l₅＝(P₁+P₂)确定称重线性模型；其中，l_i为设定的第i个待求的辨识参数，i＝1,2,3,4,5。

一种车辆在线称重系统，车辆前桥与车身之间的前悬缸与垂直方向的夹角从空载到满载的过程中，所述前悬缸与垂直方向的夹角的角度变化范围为13.8°～15.1°，后悬缸与车身和车轴之间的连接为铰链连接，车辆后悬缸与后轴支撑处形成A型架，支撑点处对车身的支撑力随着后悬缸不同的压缩程度以及所述后悬缸与垂直方向的角度变化，所述称重方法包括：

力矩平衡关系式建立模块，用于当车辆静止于具有坡度的道路上时，对车辆进行受力分析，建立后轮力矩平衡关系式、前轮力矩平衡关系式以及整车力矩平衡关系式；所述后轮力矩平衡关系式是以后轮与地面接触点为分析点建立的；所述前轮力矩平衡关系式是以前轮与地面接触点为分析点建立的；所述整车力矩平衡关系式是以所述支撑点为分析点建立的；

车辆空载质心位置确定模块，用于当所述车辆为空载状态时，根据所述整车力矩平衡关系式确定车辆空载质心位置；

车辆空载质心垂向位置确定模块，用于根据所述车辆空载质心位置确定车辆空载质心垂向位置；

称重线性模型确定模块，用于根据所述车辆空载质心位置、所述车辆空载质心垂向位置、后轮力矩平衡关系式、前轮力矩平衡关系式以及整车力矩平衡关系式确定称重线性模型；

整车质量确定模块，用于利用最小二乘法对所述称重线性模型进行参数辨识，确定整车质量。

可选的，所述力矩平衡关系式建立模块具体包括：

后轮力矩平衡关系式建立单元，用于根据公式N_Q·E＝(W_k·a+W·b)·cosθ-(W_k·d+W·e)·sinθ建立后轮力矩平衡关系式；

前轮力矩平衡关系式建立单元，用于根据公式N_Q＝(P₁+P₂)·A₁·cosφ₁+C_Q·cosθ建立前轮力矩平衡关系式；

整车力矩平衡关系式建立单元，用于根据公式建立整车力矩平衡关系式；其中，N_Q为地面对前轮胎总的作用力；E前轮中心到后轮中心的距离；W_k为车辆空载质量；a为车辆空载质心位置；W为物料装载量；b为物料质心到后轮胎中心的横向距离；θ为坡度角；d为车辆空载质心垂向位置；e为物料质心到地面的垂向距离；P₁为左前缸压力值；P₂为右前缸压力值；P₃为左后缸压力值；P₄为右后缸压力值；A₁为左前缸活塞杆横截面积；φ₁为前悬缸倾斜角度；C_Q为前桥与前轮胎质量；E为前轮中心到后轮中心的距离；D为A型架支点O距后轮中心的距离；L为上铰链点距离车轮中心距离；K为支点距离车轮中心距离；G为后铰接点与前轮中心的距离；A₃为后悬缸活塞缸截面积；φ₂为后悬缸倾斜角度。

可选的，所述车辆空载质心位置确定模块具体包括：

转换单元，用于当所述车辆为空载状态时，根据公式将所述整车力矩平衡关系式转换为空载时的整车力矩平衡关系式；其中，P₁₀为空载时左前缸压力值；P₂₀为空载时右前缸压力值；P₃₀为空载时左后缸压力值；P₄₀为空载时右后缸压力值；

车辆空载质心位置确定单元，用于根据所述空载时的整车力矩平衡关系式，利用公式a＝((P₁₀+P₂₀)·A₁·cosφ₁·(E-D)-(P₃₀+P₄₀)·A₃·(cosφ₂·(G-E+D)+sinφ₂·(L-K)))/(W_k·cosθ)+D确定车辆空载质心位置。

可选的，所述车辆空载质心垂向位置确定模块具体包括：

车身前桥和前轮的前轮胎总质量确定单元，用于当所述道路的坡度角为0时，根据公式C_Q＝W_k·a/E-(P₁₀+P₂₀)·A₁cosφ₁/cosθ确定所述车身前桥和所述前轮的前轮胎总质量；

车辆空载质心垂向位置确定单元，用于当所述道路的坡度角不为0时，根据所述车身前桥和所述前轮的前轮胎总质量确定车辆空载质心垂向位置。

可选的，所述称重线性模型确定模块具体包括：

称重线性模型确定单元，用于根据公式cosθ·l₁+sinθ·l₂+W·sinθ·l₃+W·cosθ·l₄+(P₃+P₄)·l₅＝(P₁+P₂)确定称重线性模型；其中，l_i为设定的第i个待求的辨识参数，i＝1,2,3,4,5。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供了一种车辆在线称重方法及系统，通过建立后轮力矩平衡关系式、前轮力矩平衡关系式以及整车力矩平衡关系式，根据车辆的空载状态确定车辆空载质心位置以及车辆空载质心垂向位置，再通过上述力矩平衡关系式、车辆空载质心位置以及车辆空载质心垂向位置确定称重线性模型，利用最小二乘法对所述称重线性模型进行参数辨识，确定整车质量。本发明通过对称重线性模型进行参数辨识，针对不同型号的车辆，无需获取车辆结构参数，直接利用辨识后的称重线性模型就能够准确估计出整车质量，提高了车辆称重系统的评估效率，并使得该称重系统能够广泛适用于不同型号的车辆。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的车辆在线称重方法流程图；

图2为本发明所提供的车辆受力分析结构侧视图；

图3为本发明所提供的车辆正视图；

图4为本发明所提供的车辆在线称重系统结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种车辆在线称重方法及系统，能够提高车辆称重系统的评估效率，并使得该称重系统能够广泛适用于不同型号的车辆。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明所提供的车辆在线称重方法流程图，如图1所示，一种车辆在线称重方法，包括：

步骤101：当车辆静止于具有坡度的道路上时，对车辆进行受力分析，建立后轮力矩平衡关系式、前轮力矩平衡关系式以及整车力矩平衡关系式；所述后轮力矩平衡关系式是以后轮与地面接触点为分析点建立的；所述前轮力矩平衡关系式是以前轮与地面接触点为分析点建立的；所述整车力矩平衡关系式是以所述支撑点为分析点建立的。

图2为本发明所提供的车辆受力分析结构侧视图，图3为本发明所提供的车辆正视图，如图2-图3所示，安装于车辆前桥与车身之间的前悬缸与垂直方向的夹角φ₁，车辆从空载到满载的过程中，所述前悬缸与垂直方向的夹角的角度变化范围为13.8°～15.1°；后悬缸与车身和车轴之间的连接为铰链连接，车辆后悬缸与后轴支撑处形成A型架，支撑点O处对车身的支撑力随着后悬缸不同的压缩程度以及所述后悬缸与垂直方向的角度变化；该矿用车前悬架为独立悬架，后悬架为非独立悬架；前悬架系统由油气悬缸和横向拉杆共同组成，横拉杆对车辆起横向导向的作用；后悬架系统由后油气悬缸和A型架组成，A型架对车辆起到纵向导向的作用。

当车辆静止处于坡度角为θ的道路上时，对车辆进行受力分析。

以后轮与地面接触点为分析点建立后轮力矩平衡关系式：

N_Q·E＝(W_k·a+W·b)·cosθ-(W_k·d+W·e)·sinθ

前轮力矩平衡关系式：

N_Q＝(P₁+P₂)·A₁·cosφ₁+C_Q·cosθ

以A型架支点O处为分析点建立整车力矩平衡关系式：

(P₁+P₂)·A₁·cosφ₁·(E-D)-W_k·(a-D)·cosθ-W_k·(K+R-d)·sinθ

-W·(b-D)·cosθ+W·sinθ·(e-K-R)

＝(P₃+P₄)·A₃·cosφ₂·(G-E+D)+(P₃+P₄)·A₃·sinφ₂·(L-K)

当车辆处于静止状态时，车辆载重在水平方向上对作用点O产生的力矩很小，所以忽略掉W_k·(K+R-d)·sinθ和W·sinθ·(e-K-R)两项。因此得到以O点为分析点建立的力矩平衡关系式为：

(P₁+P₂)·A₁·cosφ₁·(E-D)-W_k·(a-D)·cosθ-W·(b-D)·cosθ

＝(P₃+P₄)·A₃·cosφ₂·(G-E+D)+(P₃+P₄)·A₃·sinφ₂·(L-K)

步骤102：当所述车辆为空载状态时，根据所述整车力矩平衡关系式确定车辆空载质心位置。

当W＝0时，即车辆为空载状态时，为：

(P₁₀+P₂₀)·A₁·cosφ₁·(E-D)-W_k·(a-D)·cosθ

＝(P₃₀+P₄₀)·A₃·cosφ₂·(G-E+D)+(P₃₀+P₄₀)·A₃·sinφ₂·(L-K)

所以车辆空载质心位置a为：

a＝((P₁₀+P₂₀)·A₁·cosφ₁·(E-D)-(P₃₀+P₄₀)·A₃·(cosφ₂·(G-E+D)

+sinφ₂·(L-K)))/(W_k·cosθ)+D

步骤103：根据所述车辆空载质心位置确定车辆空载质心垂向位置。

当道路坡度角θ≈0时，可得：((P₁₀+P₂₀)·A₁·cosφ₁+C_Q·cosθ)·E＝W_k·a·cosθ

所以前桥和前轮胎总质量C_Q为：

C_Q＝W_k·a/E-(P₁₀+P₂₀)·A₁cosφ₁/cosθ

当θ≠0时，求解空载质心垂向位置d：

((P₁₀+P₂₀)·A₁·cosφ₁+C_Q·cosθ)·E＝W_k·a·cosθ-W_k·d·sinθ

d＝(W_k·a·cosθ-((P₁₀+P₂₀)·A₁·cosφ₁

因此， +C_Q·cosθ)·E)/(W_k·sinθ)

②当W≠0时，

(P₁+P₂)·A₁·cosφ₁·(E-D)-W_k·(a·cosθ-d·sinθ)-W_k·((K+R)·sinθ

-D·cosθ)+W·(e·sinθ-b·cosθ)+W·(D·cosθ-(K+R)·sinθ)

＝(P₃+P₄)·A₃·(cosφ₂·(G-E+D)+sinφ₂·(L-K))

因此，物料装载量W为：

W＝((P₁+P₂)·A₁·cosφ₁·D+(P₃+P₄)·A₃·(cosφ₂·(G-E+D)+sinφ₂·(L-K))+

C_Q·cosθ·E+W_k·((K+R)·sinθ-D·cosθ))/(D·cosθ-(K+R)·sinθ)

整车质量为：W_z＝W_k+W

表1

表2

表1为本发明所提供的质量估计已知参数含义表；表2为本发明所提供的质量估计未知参数含义表，当车辆处于空载状态时，通过压力传感器测得油气悬缸气室压力平均值为：

P₁₀＝4.293MPa，P₂₀＝3.212MPa，P₃₀＝0.422MPa，P₄₀＝2.558MPa。

因此，此时的物料装载值W＝-2.08吨。

表3

表4

将车辆空载时求得的W值作为校正值，每次求得的装载量减去空载时求得的装载量W，即为装载量估计值。根据以上表格分析可得，校正后得出的物料装载值与实际装载值误差较小，误差最大值为2.7％，优于5％的要求，超过1/3额定载重量时误差均小于0.5％，远高于5％的要求。可见，所研制的称重系统具有很高的准确性。

步骤104：根据所述车辆空载质心位置、所述车辆空载质心垂向位置、后轮力矩平衡关系式、前轮力矩平衡关系式以及整车力矩平衡关系式确定称重线性模型。

步骤105：利用最小二乘法对所述称重线性模型进行参数辨识，确定整车质量。

为了保证整个称重系统的通用性，即对于不同型号的车辆也能够保证进行准确的质量估计。因此在此次实验的基础上运用了最小二乘法，对车辆结构参数进行有效的辨识。

(1)最小二乘法

最小二乘法是按照最小误差原则对回归模型进行系统辨识和参数估计。使目标对象和拟合对象的误差平方和达到最小，从而使得拟合对象无限接近于目标对象得出待估计值。最小二乘法是较为简单的运用于直线拟合的方法，假设待拟合的直线方程为：

y＝kx+η

为了估计出k和η的值，我们定义使该直线的输出值y_i和期望值y_d的误差平方和最小，即目标函数为：

现在Q分别对k和η进行求导使结果为0，就可以推导出k和η的值。

将最小二乘法推广到矩阵形式，假设系统有更多的模型变量，表示函数如下所示：

y(x¹,x²,···,xⁿ)＝β₀+β₁x¹+···+β_nxⁿ

表示成线性方程：

即：Aβ＝Y

最终求得的最优解为：

β＝(A^TA)^-1A^TY

根据式将所有常量积定义为一个常数，得到：

(P₁+P₂)·k₁-k₂·cosθ-k₃·sinθ-W·(b-D)·cosθ+W·(e-K-R)·sinθ

＝(P₃+P₄)·k₄+(P₃+P₄)·k₅

其中参数b和e为物料质心的垂向位置和水平位置，随着装载位置的不同，其发生改变。

根据后轮力矩平衡关系式和前轮力矩平衡关系式可推导出：

W·b·cosθ-W·e·sinθ＝(P₁+P₂)·k₆+k₇·cosθ+k₈·sinθ

因此根据公式和公式W·b·cosθ-W·e·sinθ＝(P₁+P₂)·k₆+k₇·cosθ+k₈·sinθ可得出整个系统的线性模型：

cosθ·l₁+sinθ·l₂+W·sinθ·l₃+W·cosθ·l₄+(P₃+P₄)·l₅＝(P₁+P₂)

表示成y＝Ax，其中：

x＝[l₁ l₂ l₃ l₄ l₅]^T

y＝[y₁ y₂ ... y_m]^T

其中y_i＝(P₁+P₂)_i，m代表给定的拟合数据的组数，n＝5代表待估计的未知数的个数。

为了能够较为精确的求得x，要求m≥n。

根据获取的不同载重量W下对应的P_i和θ值，根据公式β＝(A^TA)^-1A^TY可求得：

根据公式cosθ·l₁+sinθ·l₂+W·sinθ·l₃+W·cosθ·l₄+(P₃+P₄)·l₅＝(P₁+P₂)，可求得质量估计为：

W＝((P₁+P₂)-cosθ·l₁-sinθ·l₂-(P₃+P₄)·l₅)/(cosθ·l₄+sinθ·l₃)

在实验过程中将多组数据加载，可实现系统参数的辨识。

表5为本发明所提供的NTE260车型加载数据表，如表5所示：

表5

根据上表中的数据可将系统线性回归模型很好的实现拟合，求得：

将实验结果进行验证，装载量为72.832吨和80.032吨时，最终计算值如表6所示。

表6为本发明所提供的NTE260质量估计结果对比表，如表6所示：

表6

表6表明针对NTE260车型提出的最小二乘法具有可适用性。为了进一步对该算法进行验证，在TR100矿用车上进行了称重实验。在未获得TR100车型的结构参数的情况下，获取的多组称重实验数据如表7所示。然后根据拟合的系统回归模型在装载82.161吨和87.131吨物料情况下，估计值与实际值之间的误差均小于2％，进一步验证了算法的可行性。

表7

表8为本发明所提供的TR100质量估计结果对比表，如表8所示：

表8

通过在NTE260和TR100矿用车现场实验结果可以得出，根据系统辨识得到的参数用于质量估计具有较高的准确性。因此，针对不同的车辆进行称重实验时，无需获取车辆结构参数，多次试验后也能准确估计出整车质量。

图4为本发明所提供的车辆在线称重系统结构图，如图4所示，一种车辆在线称重系统，车辆前桥与车身之间的前悬缸与垂直方向的夹角从空载到满载的过程中，所述前悬缸与垂直方向的夹角的角度变化范围为13.8°～15.1°，后悬缸与车身和车轴之间的连接为铰链连接，车辆后悬缸与后轴支撑处形成A型架，支撑点处对车身的支撑力随着后悬缸不同的压缩程度以及所述后悬缸与垂直方向的角度变化，所述称重方法包括：

力矩平衡关系式建立模块401，用于当车辆静止于具有坡度的道路上时，对车辆进行受力分析，建立后轮力矩平衡关系式、前轮力矩平衡关系式以及整车力矩平衡关系式；所述后轮力矩平衡关系式是以后轮与地面接触点为分析点建立的；所述前轮力矩平衡关系式是以前轮与地面接触点为分析点建立的；所述整车力矩平衡关系式是以所述支撑点为分析点建立的。

所述力矩平衡关系式建立模块401具体包括：后轮力矩平衡关系式建立单元，用于根据公式N_Q·E＝(W_k·a+W·b)·cosθ-(W_k·d+W·e)·sinθ建立后轮力矩平衡关系式；前轮力矩平衡关系式建立单元，用于根据公式N_Q＝(P₁+P₂)·A₁·cosφ₁+C_Q·cosθ建立前轮力矩平衡关系式；整车力矩平衡关系式建立单元，用于根据公式建立整车力矩平衡关系式；其中，N_Q为地面对前轮胎总的作用力；E前轮中心到后轮中心的距离；W_k为车辆空载质量；a为车辆空载质心位置；W为物料装载量；b为物料质心到后轮胎中心的横向距离；θ为坡度角；d为车辆空载质心垂向位置；e为物料质心到地面的垂向距离；P₁为左前缸压力值；P₂为右前缸压力值；P₃为左后缸压力值；P₄为右后缸压力值；A₁为左前缸活塞杆横截面积；φ₁为前悬缸倾斜角度；C_Q为前桥与前轮胎质量；E为前轮中心到后轮中心的距离；D为A型架支点O距后轮中心的距离；L为上铰链点距离车轮中心距离；K为支点距离车轮中心距离；G为后铰接点与前轮中心的距离；A₃为后悬缸活塞缸截面积；φ₂为后悬缸倾斜角度。

车辆空载质心位置确定模块402，用于当所述车辆为空载状态时，根据所述整车力矩平衡关系式确定车辆空载质心位置。

所述车辆空载质心位置确定模块402具体包括：转换单元，用于当所述车辆为空载状态时，根据公式将所述整车力矩平衡关系式转换为空载时的整车力矩平衡关系式；其中，P₁₀为空载时左前缸压力值；P₂₀为空载时右前缸压力值；P₃₀为空载时左后缸压力值；P₄₀为空载时右后缸压力值；车辆空载质心位置确定单元，用于根据所述空载时的整车力矩平衡关系式，利用公式a＝((P₁₀+P₂₀)·A₁·cosφ₁·(E-D)-(P₃₀+P₄₀)·A₃·(cosφ₂·(G-E+D)+sinφ₂·(L-K)))/(W_k·cosθ)+D确定车辆空载质心位置。

车辆空载质心垂向位置确定模块403，用于根据所述车辆空载质心位置确定车辆空载质心垂向位置。

所述车辆空载质心垂向位置确定模块403具体包括：车身前桥和前轮的前轮胎总质量确定单元，用于当所述道路的坡度角为0时，根据公式C_Q＝W_k·a/E-(P₁₀+P₂₀)·A₁cosφ₁/cosθ确定所述车身前桥和所述前轮的前轮胎总质量；车辆空载质心垂向位置确定单元，用于当所述道路的坡度角不为0时，根据所述车身前桥和所述前轮的前轮胎总质量确定车辆空载质心垂向位置。

称重线性模型确定模块404，用于根据所述车辆空载质心位置、所述车辆空载质心垂向位置、后轮力矩平衡关系式、前轮力矩平衡关系式以及整车力矩平衡关系式确定称重线性模型。

整车质量确定模块405，用于利用最小二乘法对所述称重线性模型进行参数辨识，确定整车质量。

所述称重线性模型确定模块405具体包括：称重线性模型确定单元，用于根据公式cosθ·l₁+sinθ·l₂+W·sinθ·l₃+W·cosθ·l₄+(P₃+P₄)·l₅＝(P₁+P₂)确定称重线性模型；其中，l_i为设定的第i个待求的辨识参数，i＝1,2,3,4,5。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种车辆在线称重方法，其特征在于，所述车辆前桥与车身之间的前悬缸与垂直方向的夹角从空载到满载的过程中，所述前悬缸与垂直方向的夹角的角度变化范围为13.8°～15.1°，后悬缸与车身和车轴之间的连接为铰链连接，车辆后悬缸与后轴支撑处形成A型架，支撑点处对车身的支撑力随着后悬缸不同的压缩程度以及所述后悬缸与垂直方向的角度变化，所述称重方法包括：

当车辆静止于具有坡度的道路上时，对车辆进行受力分析，建立后轮力矩平衡关系式、前轮力矩平衡关系式以及整车力矩平衡关系式；所述后轮力矩平衡关系式是以后轮与地面接触点为分析点建立的；所述前轮力矩平衡关系式是以前轮与地面接触点为分析点建立的；所述整车力矩平衡关系式是以所述支撑点为分析点建立的；

当所述车辆为空载状态时，根据所述整车力矩平衡关系式确定车辆空载质心位置；

根据所述车辆空载质心位置确定车辆空载质心垂向位置；

根据所述车辆空载质心位置、所述车辆空载质心垂向位置、后轮力矩平衡关系式、前轮力矩平衡关系式以及整车力矩平衡关系式确定称重线性模型；

利用最小二乘法对所述称重线性模型进行参数辨识，确定整车质量。

2.根据权利要求1所述的车辆在线称重方法，其特征在于，所述当车辆静止于具有坡度的道路上时，对车辆进行受力分析，建立后轮力矩平衡关系式、前轮力矩平衡关系式以及整车力矩平衡关系式，具体包括：

根据公式N_Q·E＝(W_k·a+W·b)·cosθ-(W_k·d+W·e)·sinθ建立后轮力矩平衡关系式；

根据公式N_Q＝(P₁+P₂)·A₁·cosφ₁+C_Q·cosθ建立前轮力矩平衡关系式；

根据公式建立整车力矩平衡关系式；其中，N_Q为地面对前轮胎总的作用力；E前轮中心到后轮中心的距离；W_k为车辆空载质量；a为车辆空载质心位置；W为物料装载量；b为物料质心到后轮胎中心的横向距离；θ为坡度角；d为车辆空载质心垂向位置；e为物料质心到地面的垂向距离；P₁为左前缸压力值；P₂为右前缸压力值；P₃为左后缸压力值；P₄为右后缸压力值；A₁为前缸活塞杆横截面积；φ₁为前悬缸倾斜角度；C_Q为前桥与前轮胎质量；D为A型架支点O距后轮中心的距离；L为上铰链点距离车轮中心距离；K为支点距离车轮中心距离；G为后铰接点与前轮中心的距离；A₃为后悬缸活塞缸截面积；φ₂为后悬缸倾斜角度。

3.根据权利要求2所述的车辆在线称重方法，其特征在于，所述当所述车辆为空载状态时，根据所述整车力矩平衡关系式确定车辆空载质心位置，具体包括：

当所述车辆为空载状态时，根据公式将所述整车力矩平衡关系式转换为空载时的整车力矩平衡关系式；其中，P₁₀为空载时左前缸压力值；P₂₀为空载时右前缸压力值；P₃₀为空载时左后缸压力值；P₄₀为空载时右后缸压力值；

根据所述空载时的整车力矩平衡关系式，利用公式a＝((P₁₀+P₂₀)·A₁·cosφ₁·(E-D)-(P₃₀+P₄₀)·A₃·(cosφ₂·(G-E+D)+sinφ₂·(L-K)))/(W_k·cosθ)+D确定车辆空载质心位置。

4.根据权利要求3所述的车辆在线称重方法，其特征在于，所述根据所述车辆空载质心位置确定车辆空载质心垂向位置，具体包括：

当所述道路的坡度角为0时，根据公式C_Q＝W_k·a/E-(P₁₀+P₂₀)·A₁cosφ₁/cosθ确定所述车身前桥和所述前轮的前轮胎总质量；

当所述道路的坡度角不为0时，根据所述车身前桥和所述前轮的前轮胎总质量确定车辆空载质心垂向位置。

5.根据权利要求4所述的车辆在线称重方法，其特征在于，所述根据所述车辆空载质心位置、所述车辆空载质心垂向位置、后轮力矩平衡关系式、前轮力矩平衡关系式以及整车力矩平衡关系式确定称重线性模型，具体包括：

根据公式cosθ·l₁+sinθ·l₂+W·sinθ·l₃+W·cosθ·l₄+(P₃+P₄)·l₅＝(P₁+P₂)确定称重线性模型；其中，l_i为设定的第i个待求的辨识参数，i＝1,2,3,4,5。

6.一种车辆在线称重系统，其特征在于，车辆前桥与车身之间的前悬缸与垂直方向的夹角从空载到满载的过程中，所述前悬缸与垂直方向的夹角的角度变化范围为13.8°～15.1°，后悬缸与车身和车轴之间的连接为铰链连接，车辆后悬缸与后轴支撑处形成A型架，支撑点处对车身的支撑力随着后悬缸不同的压缩程度以及所述后悬缸与垂直方向的角度变化，所述称重方法包括：

力矩平衡关系式建立模块，用于当车辆静止于具有坡度的道路上时，对车辆进行受力分析，建立后轮力矩平衡关系式、前轮力矩平衡关系式以及整车力矩平衡关系式；所述后轮力矩平衡关系式是以后轮与地面接触点为分析点建立的；所述前轮力矩平衡关系式是以前轮与地面接触点为分析点建立的；所述整车力矩平衡关系式是以所述支撑点为分析点建立的；

车辆空载质心位置确定模块，用于当所述车辆为空载状态时，根据所述整车力矩平衡关系式确定车辆空载质心位置；

车辆空载质心垂向位置确定模块，用于根据所述车辆空载质心位置确定车辆空载质心垂向位置；

称重线性模型确定模块，用于根据所述车辆空载质心位置、所述车辆空载质心垂向位置、后轮力矩平衡关系式、前轮力矩平衡关系式以及整车力矩平衡关系式确定称重线性模型；

整车质量确定模块，用于利用最小二乘法对所述称重线性模型进行参数辨识，确定整车质量。

7.根据权利要求6所述的车辆在线称重系统，其特征在于，所述力矩平衡关系式建立模块具体包括：

后轮力矩平衡关系式建立单元，用于根据公式N_Q·E＝(W_k·a+W·b)·cosθ-(W_k·d+W·e)·sinθ建立后轮力矩平衡关系式；

前轮力矩平衡关系式建立单元，用于根据公式N_Q＝(P₁+P₂)·A₁·cosφ₁+C_Q·cosθ建立前轮力矩平衡关系式；

整车力矩平衡关系式建立单元，用于根据公式建立整车力矩平衡关系式；其中，N_Q为地面对前轮胎总的作用力；E前轮中心到后轮中心的距离；W_k为车辆空载质量；a为车辆空载质心位置；W为物料装载量；b为物料质心到后轮胎中心的横向距离；θ为坡度角；d为车辆空载质心垂向位置；e为物料质心到地面的垂向距离；P₁为左前缸压力值；P₂为右前缸压力值；P₃为左后缸压力值；P₄为右后缸压力值；A₁为左前缸活塞杆横截面积；φ₁为前悬缸倾斜角度；C_Q为前桥与前轮胎质量；E为前轮中心到后轮中心的距离；D为A型架支点O距后轮中心的距离；L为上铰链点距离车轮中心距离；K为支点距离车轮中心距离；G为后铰接点与前轮中心的距离；A₃为后悬缸活塞缸截面积；φ₂为后悬缸倾斜角度。

8.根据权利要求7所述的车辆在线称重系统，其特征在于，所述车辆空载质心位置确定模块具体包括：

转换单元，用于当所述车辆为空载状态时，根据公式将所述整车力矩平衡关系式转换为空载时的整车力矩平衡关系式；其中，P₁₀为空载时左前缸压力值；P₂₀为空载时右前缸压力值；P₃₀为空载时左后缸压力值；P₄₀为空载时右后缸压力值；

车辆空载质心位置确定单元，用于根据所述空载时的整车力矩平衡关系式，利用公式a＝((P₁₀+P₂₀)·A₁·cosφ₁·(E-D)-(P₃₀+P₄₀)·A₃·(cosφ₂·(G-E+D)+sinφ₂·(L-K)))/(W_k·cosθ)+D确定车辆空载质心位置。

9.根据权利要求8所述的车辆在线称重系统，其特征在于，所述车辆空载质心垂向位置确定模块具体包括：

车身前桥和前轮的前轮胎总质量确定单元，用于当所述道路的坡度角为0时，根据公式C_Q＝W_k·a/E-(P₁₀+P₂₀)·A₁cosφ₁/cosθ确定所述车身前桥和所述前轮的前轮胎总质量；

车辆空载质心垂向位置确定单元，用于当所述道路的坡度角不为0时，根据所述车身前桥和所述前轮的前轮胎总质量确定车辆空载质心垂向位置。

10.根据权利要求9所述的车辆在线称重系统，其特征在于，所述称重线性模型确定模块具体包括：

称重线性模型确定单元，用于根据公式cosθ·l₁+sinθ·l₂+W·sinθ·l₃+W·cosθ·l₄+(P₃+P₄)·l₅＝(P₁+P₂)确定称重线性模型；其中，l_i为设定的第i个待求的辨识参数，i＝1,2,3,4,5。