CN113954851A - 基于高精度定位的车辆质量估算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于高精度定位的车辆质量估算方法，涉及车辆质量估算技术领域，包括以下步骤：获取车辆ECU数据流；获取车辆的高精度定位数据；根据车辆ECU数据流，确定车辆的车速、刹车状态和油门状态；根据高精度定位数据确定坡度角；检测到坡度角小于坡度角阈值，且车速大于高速阈值，且未检测到刹车信号，则根据车辆力平衡公式计算车重；检测到坡度角小于坡度角阈值，且车速小于低速阈值，且检测到油门打开，则根据车辆力的平衡公式计算车重。本方案选取合适的工况和判断条件，更准确获得整车质量，并考虑车辆行驶坡度角过大引起机油润滑不足对车重计算的影响，并将机油润滑不足信息反馈给驾驶员，提醒驾驶员避免激烈驾驶，保护发动机零部件。

Description

基于高精度定位的车辆质量估算方法
技术领域
本发明涉及车辆质量估算技术领域，具体而言，涉及一种基于高精度定位的车辆质量估算方法。
背景技术
获得道路坡度角和车辆质量的研究方法主要有基于传感器和车辆纵向动力学两种。基于传感器的识别法是通过在车辆上加装传感器，例如利用倾角位移传感器、惯性导航仪和GPS等直接测出坡度角，再进一步计算车辆质量。在常规车辆行驶过程中，受车身纵向加速度、悬架变形和路面颠簸的影响，使用角位移传感器不能得到路面坡度的准确值。使用惯性导航仪测量坡道角度，滞后较为严重，且成本高，不利于推广使用。GPS频率低，且存在定位误差，在特殊区域连续定位时，存在不能接收信号或信号偏差较大的问题，小的速度误差导致大的坡度估计误差。几乎所有的研究都是忽略空气的流阻对车辆的影响，在低速工况空气流阻比较小是可以适当忽略的，但高速工况空气流阻数值比较大，就不能忽略，这也是目前整车质量难以计算准确的原因。另外，如果车辆行驶的路段坡度较大，可能造成机油汲取失败，导致摩擦损失增加，从而引起计算偏差。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一，公开了一种基于高精度定位的车辆质量估算方法，能够考虑车辆低速和高速情况下的整车质量计算方式，对于过去研究常常忽略空气阻力的简化模型，本发明通过选取合适的工况和判断条件，可以准确将车辆迎风风速及风向进行计算，从而通过公式计算准确获得车辆的整车质量，克服过去简化模型造成的车辆质量计算偏差较大的问题；并考虑了因车辆行驶坡度角过大引起的机油润滑不足对车重计算的影响，并且将机油润滑不足的信息反馈给驾驶员，提醒驾驶员避免激烈驾驶，保护发动机零部件。
本发明通过以下方案予以实现：一种基于高精度定位的车辆质量估算方法，包括以下步骤：
S1,获取车辆ECU数据流；
S2,获取车辆的高精度定位数据；
S3,根据车辆ECU数据流，确定车辆的车速、刹车状态以及油门状态；
S4,根据高精度定位数据确定坡度角；
S5,检测到坡度角小于坡度角阈值，且车速大于高速阈值，且未检测到刹车信号，则根据车辆力的平衡公式计算车重；
S6,检测到坡度角小于坡度角阈值，且车速小于低速阈值，且检测到油门打开，则根据车辆力的平衡公式计算车重；
根据车辆动力学方程，建立基于车辆力的平衡公式为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
其中：m为车辆质量；a为车辆加速度，a=dv/dt，v为车速；Ft为车辆轮边扭矩，α为第一坡度角，Ffb为制动力， Fareo为空气阻力，μ为滚动摩擦系数，G为车辆所受重力。
根据本发明公开的基于高精度定位的车辆质量估算方法，优选地，检测到坡度角大于坡度角阈值，则触发坡度角预警系统。
根据本发明公开的基于高精度定位的车辆质量估算方法，优选地，检测到坡度角小于坡度角阈值，且车速大于高速阈值，且检测到刹车信号，则停止计算车重。
根据本发明公开的基于高精度定位的车辆质量估算方法，优选地，检测到坡度角小于坡度角阈值，且车速小于低速阈值，且检测到油门未打开，则停止计算车重。
根据本发明公开的基于高精度定位的车辆质量估算方法，优选地，检测到坡度角小于坡度角阈值，且车速小于高速阈值并大于低速阈值，则停止计算车重。
根据本发明公开的基于高精度定位的车辆质量估算方法，优选地，高精度定位数据包括：车辆运行高度、车辆加速度及车辆速度。
根据本发明公开的基于高精度定位的车辆质量估算方法，优选地，坡度角阈值的取值范围为300~500。
根据本发明公开的基于高精度定位的车辆质量估算方法，优选地，低速阈值为20km/h，高速阈值为60 km/h 。
根据本发明公开的基于高精度定位的车辆质量估算方法，优选地，根据车辆力的平衡公式计算车重包括：
当检测到坡度角小于坡度角阈值，且车速小于低速阈值，且检测到油门打开，且未检测到刹车信号，则由公式（1）求得：
当α=β时
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002
当α≠β时
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE003
当检测到坡度角小于坡度角阈值，且车速大于高速阈值，且未检测到刹车信号，则由公式（1）求得：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE004
其中，m为车辆质量，Ft1为时间t1时车辆轮边扭矩，Ft2为时间t2时车辆轮边扭矩，a1为时间t1时车辆加速度，a2为时间t2时车辆加速度，α为时间t1时车辆行驶的坡度角，β为时间t2时车辆行驶的坡度角，v1为时间t1时车辆行驶的速度，v2为时间t2时车辆行驶的速度，μ为车轮与地面滚动摩擦系数，vareo为车辆前进方向上的风速，G为车辆所受重力，Fareo2为时间t2时的空气阻力。
本发明的有益效果至少包括：
1.充分利用远程车载终端数据及基于高精度定位的车辆高程计算方式，获得的车辆运行高度、车辆加速度及坡度角，从而为车辆动力学计算输入提供足够信息量；
2.基于高精度定位技术可以获得车辆的航向角，根据车辆航向角提出估算风速及风向计算方式，从而为计算整车质量提供参考；
3.考虑车辆低速和高速情况下的整车质量计算方式，对于过去研究常常忽略空气阻力的简化模型，本发明通过选取合适的工况和判断条件，可以准确将车辆迎风风速及风向进行计算，从而通过公式计算准确获得车辆的整车质量，克服过去简化模型造成的车辆质量计算偏差较大的问题；
4．考虑了因车辆行驶坡度角过大引起的机油润滑不足对车重计算的影响，并且将机油润滑不足的信息反馈给驾驶员，提醒驾驶员避免激烈驾驶，保护发动机零部件。
附图说明
图1示出了根据本发明的实施例的基于高精度定位的车辆质量估算方法步骤框图。
图2示出了根据本发明的实施例的基于高精度定位的车辆质量估算方法的流程图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例的限制。
如图1所示，本发明提供了一种基于高精度定位的车辆质量估算方法，包括以下步骤：
步骤S1,获取车辆ECU数据流；
步骤S2,获取车辆的高精度定位数据；
步骤S3,根据车辆ECU数据流，确定车辆的车速、刹车状态以及油门状态；
步骤S4,根据高精度定位数据确定坡度角；
步骤S5,检测到坡度角小于坡度角阈值，且车速大于高速阈值，且未检测到刹车信号，则根据车辆力的平衡公式计算车重；
步骤S6,检测到坡度角小于坡度角阈值，且车速小于低速阈值，且检测到油门打开，则根据车辆力的平衡公式计算车重；
根据车辆动力学方程，建立基于车辆力的平衡公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
其中：m为车辆质量；a为车辆加速度，a=dv/dt，v为车速；Ft为车辆轮边扭矩，α为第一坡度角，Ffb为制动力， Fareo为空气阻力，μ为滚动摩擦系数，G为车辆所受重力。
根据上述实施例，优选地，检测到坡度角大于坡度角阈值，则触发坡度角预警系统。
在该实施例，检测到坡度角大于坡度角阈值，触发坡度角预警系统通过仪表等输出界面提醒驾驶员避免激烈驾驶。
根据上述实施例，优选地，检测到坡度角小于坡度角阈值，且车速大于高速阈值，且检测到刹车信号，则停止计算车重。
根据上述实施例，优选地，检测到坡度角小于坡度角阈值，且车速小于低速阈值，且检测到油门未打开，则停止计算车重。
根据上述实施例，优选地，检测到坡度角小于坡度角阈值，且车速小于高速阈值并大于低速阈值，则停止计算车重。
根据上述实施例，优选地，高精度定位数据包括：车辆运行高度、车辆加速度及车辆速度。
在该实施例中，高精度定位数据是通过高精度定位系统获得，高精度定位系统为北斗导航系统。
根据上述实施例，优选地，坡度角阈值的取值范围为300~500。
根据上述实施例，优选地，低速阈值为20km/h，高速阈值为60 km/h 。
根据上述实施例，优选地，根据车辆力的平衡公式计算车重包括：
当检测到坡度角小于坡度角阈值，且车速小于低速阈值，且检测到油门打开，且未检测到刹车信号，则由公式（1）求得：
当α=β时
Figure 423794DEST_PATH_IMAGE002
当α≠β时
Figure 403251DEST_PATH_IMAGE003
当检测到坡度角小于坡度角阈值，且车速大于高速阈值，且未检测到刹车信号，则由公式（1）求得：
Figure 714147DEST_PATH_IMAGE004
其中，m为车辆质量，Ft1为时间t1时车辆轮边扭矩，Ft2为时间t2时车辆轮边扭矩，a1为时间t1时车辆加速度，a2为时间t2时车辆加速度，α为时间t1时车辆行驶的坡度角，β为时间t2时车辆行驶的坡度角，v1为时间t1时车辆行驶的速度，v2为时间t2时车辆行驶的速度，μ为车轮与地面滚动摩擦系数，vareo为车辆前进方向上的风速，G为车辆所受重力，Fareo2为时间t2时的空气阻力。
在该实施例中，为实现车辆质量准确计算，本项目引入力平衡将车辆运行状态建立动力学模型，通过高精度定位技术（实质为北斗导航系统的高精度定位）获得车辆运行高度、车辆运行方向以及坡度角，从而得到车辆的重力分力数值，通过高精度定位技术中的车辆加速度可以引入力平衡公式，参与计算。
根据车辆动力学方程，建立基于车辆力的平衡公式：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
式(1)中：m为车重，此处车重为车辆的质量；a为车辆加速度，a=dv/dt，v为车速,α为第一坡度角；Ft为车辆轮边扭矩，Ft=Meng*η*ig*i0/r；Meng为发动机输出扭矩；η为传动系传动效率；r为车辆的车轮半径；ig为变速箱传动比；i0为主减传动比；Ffb为制动力；滚动阻力Fgrads= Gcosα*μ；其中，μ为车轮与地面滚动摩擦系数, G为车辆所受重力，α为第一坡度角；空气阻力Fareo=0.5*CdρA(v+vareo)2，当风速很小时，vareo是车辆前进方向上的风速，vareo可忽略；Cd为空气阻力系数；ρ为空气密度；A为车辆迎风面积，v为车辆的速度。
车辆低速整车质量的计算方式：在车辆行驶的过程中，发动机的扭矩、转速、速度可从车辆CAN总线上获取，通过计算可以得到一个车辆轮边驱动力Ft；当重型车低速运行时，空气阻力比较小，可以忽略不计；滚动摩擦系数μ可认为是固定值，由于制动力不易获得且与整车布置关系比较大，为了利于公式计算，选取油门非零工况，保证车辆不存在刹车情况，这样制动力就为零。
车辆无制动力情况下，公式（1）简化为公式（2）所示，当车辆运行坡度为β角度时，公式（2）写成公式（3）；
Figure DEST_PATH_IMAGE007
Figure DEST_PATH_IMAGE008
其中，m为车辆的质量，Ft1为时间t1时车辆轮边扭矩，Ft2为时间t2时车辆轮边扭矩，a1为时间t1时车辆加速度，a2为时间t2时车辆加速度，α为时间t1时车辆行驶的坡度角，β为时间t2时车辆行驶的坡度角，μ为车轮与地面滚动摩擦系数， G为车辆所受重力，Fareo1为时间t1时的空气阻力，Fareo2为时间t2时的空气阻力。
根据高程计算，当时间从t1到t2时，车辆行驶距离为公式（4）得到，高度变化h从高精度定位系统中可以得到。通过h和车辆行驶距离S可以得到t1时刻车辆行驶的坡度角α和t2时刻车辆行驶的坡度角β角度，当α等于β时，通过公式（2）和公式（3）做差，可以得到公式（5），从而计算出车辆的总质量。
其中，公式（4）与公式（5）的表达式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE009
Figure DEST_PATH_IMAGE010
其中，Ft1为时间t1时车辆轮边扭矩，Ft2为时间t2时车辆轮边扭矩，a1为时间t1时车辆加速度，a2为时间t2时车辆加速度，v为车辆的速度。
当α不等于β时，车辆低速时忽略其空气阻力，公式（2）和公式（3）做差，可以得到车轮与地面滚动摩擦系数μ。
Figure DEST_PATH_IMAGE011
其中，m为车辆的质量，Ft1为时间t1时车辆轮边扭矩，Ft2为时间t2时车辆轮边扭矩，a1为时间t1时车辆加速度，a2为时间t2时车辆加速度，α为时间t1时车辆行驶的坡度角，β为时间t2时车辆行驶的坡度角，G为车辆所受重力。
车辆高速整车质量的计算方式：高速工况空气阻力不可忽略，选取合适的工况，进行整车质量计算。当车辆平路行驶（α=β≈0），即时间t1时车辆行驶的坡度角α与时间t2时车辆行驶的坡度角β的值相等且均近似为0，车辆滑行时，无刹车信号，此时sinα=sinβ≈0，此时Ft1= Ft2=0，即时间t1时车辆轮边扭矩Ft1与时间t2时车辆轮边扭矩Ft2的值相等且均为0则公式（2）除以公式（3）可以写成：
Figure DEST_PATH_IMAGE012
其中，v1为时间t1时车辆行驶的速度，v2为时间t2时车辆行驶的速度，a1为时间t1时车辆加速度，a2为时间t2时车辆加速度，μ为车轮与地面滚动摩擦系数，vareo是车辆前进方向上的风速，g为重力加速度。
根据公式（6），因为地面的摩擦系数是不变的，因此可以求解Vareo的数值大小，假设vwind为总的风速，Vareo是车辆前进方向上的风速为公式（8）所示，公式（8）中的Vareo1具体表示为车辆前进方向与总的风向夹角为θ时车辆前进方向上的风速，当车辆行驶角度发生变化时，根据高精度定位中的航向角变化为δ，得到Vareo数值如公式（9）所示，公式（9）中的Vareo2具体表示为车行进方向改变δ角度之后，总的风速在车行进方向上的分速度，根据公式（10）（11）可得车辆前进方向上的风速数值Vareo以及总的风速的风向与车辆前进方向的夹角θ。
其中，公式（8）与公式（9）的表达式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE013
Figure DEST_PATH_IMAGE014
此时选取两种稳态工况进行判断，车速两个值分别为v1和v2，公式（2）（3）可以写成公式（10）（11）形式：
Figure DEST_PATH_IMAGE015
Figure DEST_PATH_IMAGE016
根据前面判断，m，μ可计算得到，公式（10）与公式（11）相除，得到公式（12），根据公式（12）可以得到车辆的总质量。
其中，公式（12）的具体表达式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE017
其中，公式（10）、公式（11）以及公式（12）中的m均为车辆的质量，Ft1为时间t1时车辆轮边扭矩, Ft2为时间t2时车辆轮边扭矩, G为车辆所受重力, α为时间t1时车辆行驶的坡度角，β为时间t2时车辆行驶的坡度角，Cd为空气阻力系数, ρ为空气密度, A为车辆迎风面积, v1为时间t1时车辆行驶的速度，v2为时间t2时车辆行驶的速度，vareo是车辆前进方向上的风速，μ为车轮与地面滚动摩擦系数。
如图2所示，在本发明的另一实施例中，读取（或读入）车辆发动机ECU数据流，获得车重计算用到的参数，比如车速、油门、刹车信号、发动机输出扭矩等信息。利用高精度定位系统计算车辆行驶的坡度角。判断坡度角是否大于或等于预设坡度角阈值，（坡度角阈值通过发动机倾斜试验台架的相关试验获得。），如果坡度角超过坡度角阈值，则车重计算误差偏大，不进行车重计算，同时触发坡度角预警系统，通过仪表等输出界面提醒驾驶员避免激烈驾驶；如果坡度角满足要求（即坡度角小于预设坡度角阈值），则判断车速是否小于等于低速阈值。一般情况下，车速在20km/h以下时，空气阻力较小，可以忽略，因此，车速低于20km/h时可以认为是低速行驶，即车速为20km/h时为低速阈值。如果为低速行驶，则进行判断发动机油门是否为开，如果油门不为开，则缺少发动机输出扭矩，不计算车重；如果油门为开，则开始计算车重。如果不为低速行驶，则进行判断车速是否大于高速阈值。一般情况下，当车速大于60km/h时，空气阻力已经很大，车重计算过程中不能忽略，因此，车速为60km/h认为是高速阈值，如果车速小于高速阈值同时大于低速阈值，则不计算车重，如果车速大于等于高速阈值，则进行判断是否有刹车信号，如果有刹车信号，则不计算车重；如果没有刹车信号，则开始计算车重。
综上所述，本发明的有益效果至少包括：
1.充分利用远程车载终端数据及基于高精度定位的车辆高程计算方式，获得的车辆运行高度、车辆加速度及坡度角，从而为车辆动力学计算输入提供足够信息量；
2.基于高精度定位技术可以获得车辆的航向角，根据车辆航向角提出估算风速及风向计算方式，从而为计算整车质量提供参考；
3.考虑车辆低速和高速情况下的整车质量计算方式，对于过去研究常常忽略空气阻力的简化模型，本发明通过选取合适的工况和判断条件，可以准确将车辆迎风风速及风向进行计算，从而通过公式计算准确获得车辆的整车质量，克服过去简化模型造成的车辆质量计算偏差较大的问题；
4．考虑了因车辆行驶坡度角过大引起的机油润滑不足对车重计算的影响，并且将机油润滑不足的信息反馈给驾驶员，提醒驾驶员避免激烈驾驶，保护发动机零部件。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于高精度定位的车辆质量估算方法，其特征在于，包括以下步骤:
S1,获取车辆ECU数据流；
S2,获取所述车辆的高精度定位数据；
S3,根据所述车辆ECU数据流，确定所述车辆的车速、刹车状态以及油门状态；
S4,根据所述高精度定位数据确定坡度角；
S5,检测到坡度角小于坡度角阈值，且所述车速大于高速阈值，且未检测到刹车信号，则根据车辆力的平衡公式计算车重；
S6,检测到坡度角小于坡度角阈值，且所述车速小于低速阈值，且检测到油门打开，则根据车辆力的平衡公式计算车重；
根据车辆动力学方程，建立基于车辆力的平衡公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中：m为车辆质量；a为车辆加速度，a=dv/dt，v为车速；Ft为车辆轮边扭矩，α为第一坡度角，Ffb为制动力， Fareo为空气阻力，μ为滚动摩擦系数,G为车辆所受重力。
2.根据权利要求1所述的基于高精度定位的车辆质量估算方法，其特征在于，检测到坡度角大于所述坡度角阈值，则触发坡度角预警系统。
3.根据权利要求1所述的基于高精度定位的车辆质量估算方法，其特征在于，检测到坡度角小于坡度角阈值，且所述车速大于高速阈值，且检测到刹车信号，则停止计算车重。
4.根据权利要求1所述的基于高精度定位的车辆质量估算方法，其特征在于，检测到坡度角小于坡度角阈值，且所述车速小于低速阈值，且检测到油门未打开，则停止计算车重。
5.根据权利要求1所述的基于高精度定位的车辆质量估算方法，其特征在于，检测到坡度角小于坡度角阈值，且所述车速小于高速阈值并大于低速阈值，则停止计算车重。
6.根据权利要求1-5中任一所述的基于高精度定位的车辆质量估算方法，其特征在于，所述高精度定位数据包括：车辆运行高度、车辆加速度及车辆速度。
7.根据权利要求1所述的基于高精度定位的车辆质量估算方法，其特征在于，所述坡度角阈值的取值范围为300~500。
8.根据权利要求1所述的基于高精度定位的车辆质量估算方法，其特征在于，所述低速阈值为20km/h，所述高速阈值为60 km/h 。
9.根据权利要求2所述的基于高精度定位的车辆质量估算方法，其特征在于，根据车辆力的平衡公式计算车重包括：
当检测到坡度角小于坡度角阈值，且所述车速小于低速阈值，且检测到油门打开，且未检测到刹车信号，则由公式（1）求得：
当α=β时
Figure DEST_PATH_IMAGE002
当α≠β时
Figure DEST_PATH_IMAGE003
当检测到坡度角小于坡度角阈值，且所述车速大于高速阈值，且未检测到刹车信号，则由公式（1）求得：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
其中，m为车辆质量，Ft1为时间t1时车辆轮边扭矩，Ft2为时间t2时车辆轮边扭矩，a1为时间t1时车辆加速度，a2为时间t2时车辆加速度，α为时间t1时车辆行驶的坡度角，β为时间t2时车辆行驶的坡度角，v1为时间t1时车辆行驶的速度，v2为时间t2时车辆行驶的速度，μ为车轮与地面滚动摩擦系数，vareo为车辆前进方向上的风速，G为车辆所受重力，Fareo2为时间t2时的空气阻力。
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