CN114889618A - 一种商用车amt变速箱坡度及车重解耦方法、系统、设备和可读存储介质 - Google Patents

一种商用车amt变速箱坡度及车重解耦方法、系统、设备和可读存储介质 Download PDF

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CN114889618A CN202210423170.5A CN202210423170A CN114889618A CN 114889618 A CN114889618 A CN 114889618A CN 202210423170 A CN202210423170 A CN 202210423170A CN 114889618 A CN114889618 A CN 114889618A
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Abstract

本发明公开了一种商用车AMT变速箱坡度及车重解耦方法、系统、设备和可读存储介质，包括以下步骤，步骤1，在车辆正常行驶时，获取整车行驶数据；步骤2，设定第一时刻延迟值；步骤3，通过卡尔曼算法获得坡度信号；步骤4，通过步骤3的坡度信号采用最小二乘法算法获得车重信号；步骤5，将车重信号进行加权计算，得到最终车重信息。通过建立一种基于卡尔曼‑最小二乘法组合算法，完全脱离加速度传感器，进行道路坡度和车辆重量的计算；采用使能触发和中断的算法设计，严格限制动力学等式成立条件，提高数据可靠性和数据收敛速度；从而实现了在脱离加速度传感器的情况下获取到坡度及车重信息，确保在加速度传感器恢复功能前的车辆行驶安全。

Description

一种商用车AMT变速箱坡度及车重解耦方法、系统、设备和可 读存储介质
技术领域
本发明属于车辆工程技术领域，具体属于一种商用车AMT变速箱坡度及车重解耦方法、系统、设备和可读存储介质。
背景技术
随着商用车AMT自动变速箱的发展，对于AMT变速箱软件算法技术的研究也逐渐成熟。其中，关于道路坡度和整车重量的算法也一直处于研究中目前国内外商用车AMT控制器单元主要分模块化及集成化两类为主，对于行车数据中的坡度及车重信息获取方式，主要通过两轴(三轴)传感器获取车辆X、Y(Z轴)两(三)个方向的加速度，再通过计算获得当前车重。
而对于无传感器获取坡度及车重的研究，由于限制条件多、难度大，目前均处于研究阶段。同时研究中成立的限制情况单一，无法适用于实际复杂的行车实况中。
综上所述，现有技术的产品多依赖于加速度传感器，严重增加了产品成本；并且加速度传感器本身受硬件寿命(硬件故障)、工作环境(强磁等)、共振等不利因素影响，会严重干扰加速度传感器的计算精度，甚至直接得出错误的坡度信息和车重。进而严重影响换挡质量，导致换挡策略错误，存在车辆严重溜坡的风险，对驾驶员行车造车巨大安全隐患。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种商用车AMT变速箱坡度及车重解耦方法、系统、设备和可读存储介质，提高行车安全性，在加速度传感器出现故障时可以提供备用数据，保证车辆的基本行驶功能。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种商用车AMT变速箱坡度及车重解耦方法，包括以下步骤，
步骤1，在车辆正常行驶时，获取整车行驶数据；
步骤2，依据车辆参数设定第一时刻延迟值；
步骤3，依据步骤1的整车行驶数据和步骤2的第一时刻延迟值，通过卡尔曼算法获得坡度信号；
步骤4，通过步骤3的坡度信号采用最小二乘法算法获得车重信号；
步骤5，将车重信号进行加权计算，得到最终车重信息。
优选的，步骤1中，所述行驶数据包括车速信息、挡位信息、传扭信息、速比信息和轮胎半径。
优选的，步骤1中，通过整车CAN线获取整车行驶数据。
优选的，步骤2中，第一时刻延迟值为预设的坡度值和车重值；坡度值范围为-10～10度，车重值范围为5～100吨。
优选的，步骤3中，坡度信号的坡度θK通过以下公式计算：
Figure BDA0003608774970000021
式中，XK为关于车速VK、车重MK和道路坡度θK的运动学方程式，VK-1为k-1时刻的车速，MK-1为k-1时刻的车重，θK-1为k-1时刻的坡度，Ttq为发动机扭矩(N·M)，ig为变速箱速比，i0为主减速器速比，ηT为传动系的机械效率，r为轮胎半径，θ为路面与水平方向的夹角，f为滚动阻力系数；M为整车质量(kg)，g为重力加速度9.8m/s2，CD为空气阻力系数，A为车辆迎风面积(m2)，ρ为空气密度1.2258N·s2·m-4，ur为无风时的汽车行驶速度(m/s)，E为自定义量。
优选的，步骤4中，车重信号通过以下公式计算：
Figure BDA0003608774970000022
式中，
Figure BDA0003608774970000023
为k时刻计算的车重，
Figure BDA0003608774970000024
为k-1时刻计算的车重，KK、PK、
Figure BDA0003608774970000025
均为中间变量，即增益系数，ZK为观测方程。
优选的，步骤5中，最终车重信息通过以下公式计算：
MK＝a·MK1+b·MK2
式中：MK1为K1时刻计算的车重，MK2为K2时刻计算的车重，a和b为权重系数，MK为计算得到的最终车重。
一种商用车AMT变速箱坡度及车重解耦系统，包括数据获取模块、输入模块、卡尔曼算法模块、最小二乘法模块和加权模块；
所述数据获取模块用于在车辆正常行驶时，获取整车行驶数据；
所述输入模块用于依据车辆参数输入第一时刻延迟值；
所述卡尔曼算法模块用于依据数据获取模块获取的整车行驶数据和输入模块的第一时刻延迟值计算输出坡度信号；
所述最小二乘法模块用于依据卡尔曼算法模块输出的坡度信号计算输出车重信号；
所述加权模块用于依据最小二乘法模块输出的车重信号进行加权计算输出车重信息。
一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任意一项所述的一种商用车AMT变速箱坡度及车重解耦方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任意一项所述的一种商用车AMT变速箱坡度及车重解耦方法的步骤。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供一种商用车AMT变速箱坡度及车重解耦方法，通过建立一种基于卡尔曼-最小二乘法组合算法，完全脱离加速度传感器，进行道路坡度和车辆重量的计算；采用使能触发和中断的算法设计，严格限制动力学等式成立条件，提高数据可靠性和数据收敛速度；采用数据冻结的算法解决使能中断导致的数据链中断，减少使能中断对数据连续计算的影响。从而实现了在脱离加速度传感器的情况下获取到坡度及车重信息，可以保证在加速度传感器受干扰或失效的情况下，保证车辆的基本行驶功能，确保在加速度传感器恢复功能前的车辆行驶安全。
附图说明
图1为本发明一种商用车AMT变速箱坡度及车重解耦方法流程图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
如图1所示，本发明提供一种商用车AMT变速箱坡度及车重解耦方法，包括以下步骤，
步骤1，在车辆正常行驶时，获取整车行驶数据；
步骤2，依据车辆参数设定第一时刻延迟值；
步骤3，依据步骤1的整车行驶数据和步骤2的第一时刻延迟值，通过卡尔曼算法获得坡度信号；
步骤4，通过步骤3的坡度信号采用最小二乘法算法获得车重信号；
步骤5，将车重信号进行加权计算，得到最终车重信息。
实施例
本发明中卡尔曼-最小二乘法组合算法过程如下：
驱动力Ft：
Figure BDA0003608774970000041
式中：Ttq为发动机扭矩(N·M)，ig为变速箱速比，i0为主减速器速比，ηT为传动系的机械效率，r为轮胎半径。
行驶阻力F：
∑F＝Ff+Fw+Fi+Fj (2)
式中，Ff为滚动阻力；Fw为空气阻力；Fi为坡度阻力；Fj为加速阻力。
滚动阻力Ff：
Ff＝M·g·cosθ·f (3)
式中，M为整车质量(kg)，g为重力加速度9.8m/s2，θ为路面与水平方向的夹角，f为滚动阻力系数。
空气阻力Fw：
Figure BDA0003608774970000051
式中，CD为空气阻力系数，A为车辆迎风面积(m2)，ρ为空气密度1.2258N·s2·m-4，ur为无风时的汽车行驶速度(m/s)。
坡度阻力Fi：
Fi＝M·g·sinθ (5)
式中，M为整车质量(kg)，g为重力加速度9.8m/s2，θ为路面与水平方向的夹角。
加速阻力Fj：
Figure BDA0003608774970000052
式中，δ为汽车旋转质量换算系数，δ>1，
Figure BDA0003608774970000053
为形式加速度(m/s2)，M为整车质量(kg)。
综上，根据车辆正常行驶的运动学分析，建立运动学方程式：
Ft＝Ff+Fw+Fi+Fj (7)
或
Figure BDA0003608774970000054
公式8初始动力学公式，公式9从公式8变换而来
卡尔曼算法建立：
根据式(8)获得基本车辆加速度方程式：
Figure BDA0003608774970000055
Figure BDA0003608774970000056
其中，A为车辆加速度(m/s2)，E为自定义量；J为发动机到车轮的综合转动惯量(kg/m2)。
根据式(9)、(10)建立扩展卡尔曼方程式：
Figure BDA0003608774970000061
ZK＝(1 0 0)XK (12)
其中，XK为关于车速VK、车重MK和道路坡度θK的运动学方程式，ZK为观测方程。
Figure BDA0003608774970000062
Figure BDA0003608774970000063
Figure BDA0003608774970000064
Figure BDA0003608774970000065
Figure BDA0003608774970000066
Figure BDA0003608774970000067
Figure BDA0003608774970000068
式(13)-(19)为扩展卡尔曼主要算法。其中
Figure BDA0003608774970000069
为k时刻的车速、车重及坡度的复合矩阵，KK、
Figure BDA00036087749700000610
均为中间变量，即增益系数，Jf为雅可比矩阵。式(13)为K-1、K时刻的预测运动学方程式，式(14)为预测增益矩阵，式(15)为卡尔曼增益，式(16)为卡尔曼输出矩阵计算方程式，式(17)为增益矩阵，式(18)、(19)为雅可比矩阵。
最小二乘法算法建立：
Figure BDA00036087749700000611
Figure BDA0003608774970000071
Figure BDA0003608774970000072
Figure BDA0003608774970000073
式(20)-(22)为二乘法的主要算法，其中
Figure BDA0003608774970000074
为k时刻的计算的车重，KK、PK、hK均为中间变量，即增益系数。通过式(11)计算得到的坡度θK带入式(23)中，并通过式(20)与式(11)计算获得MK进行加权，最终求的坡度θK与车重MK。
本发明一种商用车AMT变速箱坡度及车重解耦方法，包括以下步骤：
步骤1：车辆正常行驶，通过整车CAN线采取整车信号；
步骤2：设定第一时刻延迟值：坡度范围-10～10度，车重5～100吨，延迟值为根据实际车重和计算车重计算对比，实际坡度与计算坡度对比进行设定，本实施例中设定为坡度为0度，车重为50000kg；
步骤3：通过式(9)-(19)获得坡度计算信号及车重信号，并将坡度信号输入给式(20)-(23)；
步骤4：通过式(20)-(23)获得车重信号；
步骤5：将式(9)-(19)、式(20)-(23)获得车重进行加权计算，得到最终车重信息。
MK＝a·MK1+b·MK2
MK1为K1时刻计算的车重，MK2为K2时刻计算的车重，K1和K2是连续时刻，a和b为权重系数，MK为计算得到的最终车重，最终车重为当前计算周期车的重量。
本发明的一种商用车AMT变速箱坡度及车重解耦方法，不需要安装加速度传感器，能够降低产品成本；对于安装有加速度传感器的产品，本发明可作为数据校验和融合数据提供源，提高系统鲁棒性；完全脱离加速度传感器，进行道路坡度和车辆重量的计算。
本发明能够提高行车安全性，在加速度传感器出现故障时本算法可以提供备用数据，保证车辆的基本行驶功能。采用使能触发和中断的算法设计，严格限制动力学等式成立条件，提高数据可靠性和数据收敛速度；采用数据冻结的算法解决使能中断导致的数据链中断，减少使能中断对数据连续计算的影响。
本发明的一种商用车AMT变速箱坡度及车重解耦方法基于MatLab/Simulink进行算法设计，搭建卡尔曼—最小二乘法组合算法模块。本软件专利算法以车辆运动学为依据，通过整车CAN通道获取车辆基本行驶数据，通过改进卡尔曼—最小二乘法组合的算法，并在使能触发的前提下对道路坡度和车重数据进行解耦计算，最终获得坡度及车重信息。
计算中如果不区分运动学等式成立的条件，会导致计算数据难以收敛或收敛时间过长。因此，本专利在考虑到这种情况化，对卡尔曼算法和最小二乘法进行算法改进。在使能关闭时，算法可以冻结前期的大量数据，在下次使能触发时可以依据已获得数据，加快了数据收敛、稳定的时间，提高了数据的准确性。
车辆在上述前提下进行正常行驶，变速箱控制器(TCU)通过整车CAN线获取信息。根据行驶中车重信息基本稳定和道路坡度变化率大的数据特点，在通过整车CAN线通道获得车速信息、挡位信息、传扭信息、速比信息、轮胎半径等基本信息。根据使能的触发、关闭情况，改进两种算法。并对使能触发模块的计算数据进行冻结，使得每次模块触发时的计算数据连续，提高运算速度。主要包括通过整车CAN线通道获得的车速信息、挡位信息、传扭信息、速比信息、轮胎半径等基本信息。
然后通过式(9)-(19)、(20)-(23)获取到θK、MK1、MK2，然后通过加权MK＝a·MK1+b·MK2获得车重MK。最终，获得道路坡度θK及整车重量MK信息。
本发明的一种商用车AMT变速箱坡度及车重解耦系统，包括数据获取模块、输入模块、卡尔曼算法模块、最小二乘法模块和加权模块；
所述数据获取模块用于在车辆正常行驶时，获取整车行驶数据；
所述输入模块用于依据车辆参数输入第一时刻延迟值；
所述卡尔曼算法模块用于依据数据获取模块获取的整车行驶数据和输入模块的第一时刻延迟值计算输出坡度信号；
所述最小二乘法模块用于依据卡尔曼算法模块输出的坡度信号计算输出车重信号；
所述加权模块用于依据最小二乘法模块输出的车重信号进行加权计算输出车重信息。
下述为本发明的装置实施例，可以用于执行本发明方法实施例。对于装置实施例中未纰漏的细节，请参照本发明方法实施例。
本发明再一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital SignalProcessor、DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，其是终端的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或一条以上指令，具体适于加载并执行一条或一条以上指令从而实现相应方法流程或相应功能；本发明实施例所述的处理器可以用于一种商用车AMT变速箱坡度及车重解耦方法的操作。
本发明再一个实施例中，本发明还提供了一种存储介质，具体为计算机可读存储介质(Memory)，所述计算机可读存储介质是计算机设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的计算机可读存储介质既可以包括计算机设备中的内置存储介质，当然也可以包括计算机设备所支持的扩展存储介质。计算机可读存储介质提供存储空间，该存储空间存储了终端的操作系统。并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序(包括程序代码)。需要说明的是，此处的计算机可读存储介质可以是高速RAM存储器，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。可由处理器加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或一条以上指令，以实现上述实施例中有关一种商用车AMT变速箱坡度及车重解耦方法的相应步骤。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种商用车AMT变速箱坡度及车重解耦方法，其特征在于，包括以下步骤，
步骤1，在车辆正常行驶时，获取整车行驶数据；
步骤2，依据车辆参数设定第一时刻延迟值；
步骤3，依据步骤1的整车行驶数据和步骤2的第一时刻延迟值，通过卡尔曼算法获得坡度信号；
步骤4，通过步骤3的坡度信号采用最小二乘法算法获得车重信号；
步骤5，将车重信号进行加权计算，得到最终车重信息。
2.根据权利要求1所述的一种商用车AMT变速箱坡度及车重解耦方法，其特征在于，步骤1中，所述行驶数据包括车速信息、挡位信息、传扭信息、速比信息和轮胎半径。
3.根据权利要求1所述的一种商用车AMT变速箱坡度及车重解耦方法，其特征在于，步骤1中，通过整车CAN线获取整车行驶数据。
4.根据权利要求1所述的一种商用车AMT变速箱坡度及车重解耦方法，其特征在于，步骤2中，第一时刻延迟值为预设的坡度值和车重值；坡度值范围为-10～10度，车重值范围为5～100吨。
5.根据权利要求1所述的一种商用车AMT变速箱坡度及车重解耦方法，其特征在于，步骤3中，坡度信号中的坡度θK通过以下公式计算：
Figure FDA0003608774960000011
式中，XK为关于车速VK、车重MK和坡度θK的运动学方程式，VK-1为k-1时刻的车速，MK-1为k-1时刻的车重，θK-1为k-1时刻的坡度，Ttq为发动机扭矩(N·M)，ig为变速箱速比，i0为主减速器速比，ηT为传动系的机械效率，r为轮胎半径，θ为路面与水平方向的夹角，f为滚动阻力系数；M为整车质量(kg)，g为重力加速度9.8m/s2，CD为空气阻力系数，A为车辆迎风面积(m2)，ρ为空气密度1.2258N·s2·m-4，ur为无风时的汽车行驶速度(m/s)，E为自定义量。
6.根据权利要求1所述的一种商用车AMT变速箱坡度及车重解耦方法，其特征在于，步骤4中，车重信号通过以下公式计算：
Figure FDA0003608774960000021
式中，
Figure FDA0003608774960000022
为k时刻计算的车重，
Figure FDA0003608774960000023
为k-1时刻计算的车重，KK、PK、
Figure FDA0003608774960000024
均为中间变量，即增益系数，ZK为观测方程。
7.根据权利要求1所述的一种商用车AMT变速箱坡度及车重解耦方法，其特征在于，步骤5中，最终车重信息通过以下公式计算：
MK＝a·MK1+b·MK2
式中：MK1为K1时刻计算的车重，MK2为K2时刻计算的车重，a和b为权重系数，MK为计算得到的最终车重。
8.一种商用车AMT变速箱坡度及车重解耦系统，其特征在于，包括数据获取模块、输入模块、卡尔曼算法模块、最小二乘法模块和加权模块；
所述数据获取模块用于在车辆正常行驶时，获取整车行驶数据；
所述输入模块用于依据车辆参数输入第一时刻延迟值；
所述卡尔曼算法模块用于依据数据获取模块获取的整车行驶数据和输入模块的第一时刻延迟值计算输出坡度信号；
所述最小二乘法模块用于依据卡尔曼算法模块输出的坡度信号计算输出车重信号；
所述加权模块用于依据最小二乘法模块输出的车重信号进行加权计算输出车重信息。
9.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-7任意一项所述的一种商用车AMT变速箱坡度及车重解耦方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任意一项所述的一种商用车AMT变速箱坡度及车重解耦方法的步骤。
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