一种重型汽车列车参数估计方法
【技术领域】
[0001] 本发明设计用于车辆，尤其是重型汽车列车的参数估计方法和系统。
【背景技术】
[0002] 随着电子技术的发展，汽车电控系统集成控制大大提高汽车电子化、智能化水平， 在汽车主动安全和驾驶舒适性方面发挥着越来越重要的作用。电控系统通过车辆参数信息 判断车辆运行状态进而进行控制决策。因此，准确车辆参数信息对于电控系统尤为重要。尽 管传感器可以给电控系统提供车辆和环境信息，如车速、轮速、加速度和制动压力等；但道 路坡度、整车质量及质心位置等难以通过传感器测量。在建立车辆模型的基础上，利用控制 算法估计传感器无法测量参数逐渐成为研究焦点。
[0003] 重型汽车列车具有运动强烈非线性，牵引车和挂车之间制动协调性差等特点。此 外，重型汽车列车在运输过程中装载质量变化大、驾驶员对装载状态认识不足的情况下制 动时，容易出现制动不足或者制动过度，降低制动安全性和舒适性；制动过程中质心位置变 化，轴荷转移，影响制动力分配控制效果。
[0004] 文南犬 "Simultaneous Mass and Time-Varying Grade Estimation for Heavy-Duty Vehicles"， "Experiments for Online Estimation of Heavy Vehicle' s Mass and Time-Varying Road Grade'，,"Recursive Least Squares with Forgetting for Online Estimation of Vehicle Mass and Road Grade:Theory and Experiments"提出分 别采用最小二乘法和状态观测器进行道路坡度和重型车辆整车质量估计达到用较少的仪 器同时估计车辆质量、行驶阻力与道路坡度的目的。
[0005] 文南犬"On-board payload identification for commercial vehicles'，设计了一 种基于空气悬架系统的商用车质心高度在线估计装置。电子载荷监测系统通过空气悬架左 右两侧空气压力差值估计商用车载重，利用带外源输入自动回归模型最小二乘法估计质 心高度。由于路面激励，空气弹簧囊内压力处于紊乱变化过程，利用压力传感器得到的压力 值不准确。
[0006] 文南犬 "Parameter Identification of a Vehicle for Automatic Platooning Control"通过载荷与悬架变形之间的关系估计四轴卡车载重及质心位置。在轮胎和地面之 间的压力传感器测量轴荷，线性解码器测量卡车前两轴钢板弹簧变形，通过对实验数据分 析得到卡车质心位置。但是，传感器的使用大大增加了估计成本。
[0007] 现有的重型车辆参数辨识方法一类基于模型，一类基于传感器。基于模型的方法 由于模型和算法的复杂性实时性较差；而基于传感器的方法则由于传感器的高成本大大降 低了实用性。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是提供一种用于重型汽车列车的车辆参数辨识方法和系统，同时满 足精度和实时性要求。汽车列车是由汽车或牵引车和挂车组成的车列，主要分为全挂汽车 列车、半挂汽车列车、双挂汽车列车和长货汽车列车四种。本文的研究对象为重型半挂汽车 列车。
[0009] 为此，本发明提供了一种重型汽车列车参数辨识方法，包括以下步骤：
[0010] 1)建立重型车辆传动系统动力学模型、制动时纵向动力学模型；
[0011] 2)由所述的重型车辆动力学模型建立参数辨识方程，所述的参数辨识方程以空气 弹簧高度、制动压力、重型车辆位置信息等作为输入，道路坡度、重型车辆质量及质心位置 作为未知量；
[0012] 3)在重型车辆正常行驶时，获取车辆状态信息，如车速、纵向加速度、制动压力；
[0013] 4)根据电控空气弹簧系统的空气弹簧高度信息计算牵引车俯仰角；
[0014] 5)根据定位系统位置信息计算当前坡度值；
[0015] 6)计算坡度值减去牵引车俯仰角即为实际道路坡度；
[0016] 7)估计整车质量；
[0017] 8)当制动减速度大于最低阈值时，对质心位置进行估计。
[0018] 其中，在步骤8)中，为降低制动减速度变化对质心位置估计精度的影响，在制动 减速度大于最低阈值时，每间隔〇. 5m/s 2估次质心位置。
[0019] 根据本发明的一种优选实施方案，重型车辆的空气阻力作为未知量进行估计，从 而提尚参数估计精度。
[0020] 根据本发明的一种优选实施方案，重型车辆运行过程中实时估计道路实际坡度。
[0021] 根据本发明的一种优选实施方案，重型车辆的质量估计在加速过程中进行。
[0022] 根据本发明的一种优选实施方案，重型车辆的质心位置估计在制动过程中进行。
[0023] 根据本发明的一种优选实施方案，重型车辆装配电控空气悬架系统。
[0024] 根据本发明的一种优选实施方案，重型车辆装配电控气压制动系统。
[0025] 根据本发明的一种优选实施方案，重型车辆装配全球定位系统。
[0026] 根据本发明的一种优选实施方案，重型车辆的空气弹簧高度信息由电控空气悬架 系统给的高度传感器测得。
[0027] 根据本发明的一种优选实施方案，重型车辆的制动压力由电控气压制动系统的压 力传感器测得。
[0028] 根据本发明的一种优选实施方案，重型车辆的运行位置信息由定位系统提供。
[0029] 根据本发明的一种优选实施方案，加速过程中估计整车质量，将粗估质量作为质 心位置模块的输入量，质心位置估计模块估计整车质量和质心位置。
[0030] 本发明还提供了一种重型车辆参数辨识系统，包括：环境感知模块、车辆状态信息 采集模块、道路坡度估计模块、质量估计模块和质心位置估计模块，其构成利用上述本发明 的重型车辆参数估计方法估计道路坡度、质量和质心位置。
[0031] 本发明的优势在于：1)利用电控空气悬架系统空气弹簧高度信息估计车辆俯仰 角；2)道路坡度估计算法充分考虑车辆俯仰角影响；2)在加速过程中估计整车质量时，将 空气阻力作为未知量估计，提高估计精度；3)利用电控气压制动系统压力传感器，在制动 过程中估计质心位置；4)基于信息融合技术的车辆参数估计方法提高计算速度，实现实时 估计。
【附图说明】
[0032] 下面将参照附图描述本发明的一些优选实施方案，在附图中：
[0033] 图1是车辆参数估计系统结构图。
[0034] 图2是空气弹簧悬架系统示意图。
[0035] 图3是道路坡度估计模块结构图。
[0036] 图4是质心位置估计模块结构图。
【具体实施方式】
[0037] 本发明的研究对象是重型汽车列车，尤其是装备电控气压制动系统和电控空气悬 架系统的车辆。通过加速度传感器测得纵向加速度；通过高度传感器测得弹簧高度；通过 压力传感器测得制动压力。车辆起步阶段，加速度较小时，波动较大，因而估计方法优选在 加速度大于最低阈值时进行质量估计。由于重型车辆在运行过程中质量变化小，因此将整 车质量视为常数；而制动减速度变化导致质心位置变化，因此本估