CN113468653A - 一种车辆纵向动力学系统辨识方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车辆纵向动力学系统辨识方法，属于车辆动力学领域，本发明的目的是解决车辆的纵向动力学状态估计，对车辆的输入和输出数据进行采集并进行系统辨识。其特点是将所采集的车辆数据进行收集，通过分析车速与发动机转速关系，确定车辆在某一时刻驾驶员所选用的具体档位；通过数据筛选，利用频域响应分析法估算该档位节气门开度与车速幅频特性曲线，获得该车在各档位加速特性和对应数学模型。本发明旨在在分析纵向动力学特性使驾驶人在面对各种复杂道路情况下做出迅速而准确的判断，进而保证车辆行驶的安全性和动力性。
Description
技术领域
本发明属于车辆动力学领域，涉及一种车辆纵向动力学系统辨识方法
背景技术
车辆动力学是研究所有与车辆系统运动有关的学科，其中车辆纵向动力学模型是研究智能车辆控制的关键。纵向动力学主要是研究车辆直线运动及其控制的问题。通过对车辆的输入和输出数据进行系统辨识，不仅可以实现对车辆的状态估计，也可以应用于对智能车辆的研究。
近年来，系统辨识在车辆模型中也得到了广泛应用。游峰等人通过对车辆转向和驱动系统进行了系统辨识，实现了对目标路径的稳定控制(参见《游峰,王荣本,张荣辉.智能车辆系统辨识与控制算法研究[J]》中国公路学报,2008(04):111-116)；王慧丽等人运用系统辨识考虑了不同工况下的车辆动力学模型(参见《王慧丽,杨海忠.基于系统辨识的车辆动力学建模方法[J]》仪器仪表学报,2015,36(06):1275-1282)。本文将车辆动力学理论建模与系统辨识方法相结合，主要研究车辆的加速性能幅频特性、各档位和车速的关系。汽车档位就是靠变速箱齿轮的相互调换而产生不同的扭力和速度,而油门只是控制在一定范围内速度和扭力的加减。通过对不同车速进行分析，建立各档位节气门开度与车速幅频特性曲线，能够确定某一时刻汽车的具体档位，从而帮助驾驶人采用最佳档位进行行驶。兼顾了汽车的动力性和经济性，同时也有益于汽车长时间保持良好状态。
发明方法
现阶段车辆建模往往是理论建模，通过简化假设,建立描述车辆动力学的微分方程组,实现对车辆行驶过程的机理分析。简化的理论模型常常需要对参数进行简化调整，费力而效果不好，增加了建模难度。而作为另一种更精确的正向建模手段，多体动力学模型虽然正在得到广泛的应用，但建模所需的零部件的机械和力学特性参数也非常多。这些特性参数大多数都需要通过实验获得，增加建模成本。而且，模型自由度的增加也会大幅提高人工成本，在调试上花费更多的人力和时间。这就与工程应用的实际要求发生了冲突和矛盾。本发明以输入和输出数据为基础的系统辨识建模方法,利用多次测量得到的系统输入、输出数据建立较为完整准确的系统模型,实现对实际系统的近似描述。以系统辨识这种方法来分析营运车辆的纵向动力学性能。
本发明利用随车CAN总线通讯设备采集车辆的节气门绝对开度、发动机转速、车速信息，将所采集的车辆数据进行收集，利用所述车速信息和所述发动机转速信息对应关系，计算获得各时刻车速与发动机转速比，获得各档位对应车速信息和发动机转速信息。通过频域响应估计方法，获得各档位下车速对节气门开度响应特性，获得各档位下“节气门开度—车速”传递函数。
从上述方法可以看出，本发明具有以下优点：
1.本发明以输入和输出数据为基础的系统辨识建模方法,减少了人力和物力并能更精确的描述实际系统。
2.本发明中辨识建模方法可以帮助工程师和研究者从测试数据出发，以较低的成本获得简练的数学模型。
3.本发明以频域估计方法，为系统参数和结构的调整提供了更方便的实用手段，对难以列写微分方程式的系统来说具有重要意义。
附图说明
图1是本发明中的传动比曲线图。
图2是本发明中的各档位幅频特性曲线图。
图3是本发明中的加速性能频率响应曲线图。
具体实施方式
本实施方式的具体步骤包括：
1)利用CAN转USB接口硬件数据采集系统采集所需车辆运行数据，所述运行数据包括：车速信息，发动机转速信息，节气门开度信息。
2)利用所述车速信息和所述发动机转速信息对应关系，近似绘制图1所示的传动比曲线，通过传动比曲线可以筛选出各档位的对应数据。由传动比图像分析可看出从下往上，密集区域数据即为对应一到六档数据：
一档档位选取数据：0.006*(1-0.2)≤x1≤0.006*(1+0.2)
二档档位选取数据：0.01*(1-0.2)≤x2≤0.01*(1+0.2)
三档档位选取数据：0.016*(1-0.2)≤x3≤0.016*(1+0.2)
四档档位选取数据：0.026*(1-0.2)≤x4≤0.026*(1+0.2)
五档档位选取数据：0.04*(1-0.2)≤x5≤0.04*(1+0.2)
六档档位选取数据：0.06*(1-0.2)≤x6≤0.06*(1+0.2)
以此筛选出各档位对应车速信息和发动机转速信息。通过频域响应估计方法，获得各档位下关于节气门开度信息和车速信息的图2的各档位幅频特性曲线图，利用图3加速性能频率响应曲线图辨识得到所需加速特性的传递函数模型。由各档位幅频特性曲线可得到各档传递函数如下：
一档传递函数为：
二档传递函数为：
三档传递函数为：
四档传递函数为:
五档传递函数为：
由于所采取数据有限，并不能够做出第六档的幅频特性曲线并得到对应的传递函数模型，但应用本发明方法在第六档数据较完整的情况下也可得到对应数学模型。
Claims (4)
1.一种车辆纵向动力学系统辨识方法，其特征在于，包括：
利用CAN转USB口的硬件数据采集系统采集所需车辆运行数据，所述运行数据包括：车速信息，发动机转速信息，节气门开度信息。
利用所述车速信息和所述发动机转速信息对应关系，计算获得各时刻车速与发动机转速比，获得各档位对应车速信息和发动机转速信息。通过频域响应估计方法，获得各档位下车速对节气门开度响应特性，获得各档位下“节气门开度-车速”传递函数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用硬件采集获得实验数据的步骤包括：
根据CAN转USB口硬件的库文件和CAN网络交互联系，进行CAN信息帧数据的收发。并将采集到的数据码进行解析，得到车辆的各项运行状态参数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将车速信息和转速信息二者的比值近似看成传动比信息，通过如下公式进行考虑：
其中u是车速、n是转速、r是车轮滚动半径、ig是变速箱所挂档位速比、i0是总减速比。在进行分析过程中可将车轮滚动半径，总减速比以及式中系数看成定值k，计算获得各时刻车速与发动机转速比。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，先利用车速信息和节气门开度信息获得频域响应曲线，在进行考虑对应数学模型，进行加速特性辨识。
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