专利名称：汽车底盘测功机阻力模拟的高精度快速自补偿法的制作方法
汽车底盘测功机阻力模拟的高精度快速自补偿法
技术领域：
本发明涉及自动控制技术领域，特别是涉及汽车底盘测功机多工况排 放测试的台架高精度阻力控制技术。
背景技术：
汽车底盘测功机是整体测试汽车动力特性参数的重要装置，通常它包 括转鼓与机械系统、数据采集与转化系统、工控机实时控制系统、数据库支持系统以及人 机交互接口。而多工况排放测试的台架试验过程是指通过在室内台架上模拟道路行驶工 况，从而检测汽车动力特性、耗油和多工况排放指标的过程。此外，利用汽车底盘测功机 还可以方便地进行汽车的加载调式、诊断汽车在负荷条件下出现的故障等。
采用测功机台架试验代替道路试验的关键在于解决台架阻力模拟技术的效率和精度 控制问题。即在进行汽车多工况排放测试时，要使测功机台架试验能够取代实际道路试验， 就必须满足两个条件，其一是能够快速的实现道路模拟阻力的加载，以适应测试试验的实 时性要求；其二是能较快地达到预期的模拟阻力控制精度，确保台架模拟过程对道路标准 阻力的精确加载。
目前，国内的汽车底盘测功机测控系统尚停留在对单个控制器的优化设计阶段，而实 际测试中较大程度的依赖于测试设备的灵敏度。信息数据的采集分析也仅仅局限于简单存 储和曲线显示等功能，尚未进行更深入的信息综合处理与分析能力，以至于当测试条件发 生变化时，系统仍然采用原有参数进行控制，其结果导致了测试精度和效率的低下；传统 的汽车底盘测功机阻力模拟试验中，没有考虑到系统本身在不同的转速工况下的测量精度 及其对模拟误差的影响，同时过程中没有检测并及时补偿，而是在整个滑行试验结束后再
作调整，这样就会产生由于局部误差因素导致的系统偏差较大、试验效率低下等问题。此 外，对于测试系统输入空间存在的非线性，其对试验精度产生的影响过去一直被忽略。
发明内容本发明的目的是解决在汽车底盘测功机阻力模拟试验中，由于测试数 据非线性波动而引起的阻力模拟精度低以及试验效率低下的问题，提供一种汽车底盘测功 机阻力模拟的高精度快速自补偿法。
本发明提供的汽车底盘测功机阻力模拟的高精度快速自补偿法包括-
第1、确定非线性输入空间贡献率
第1.1、首先根据标定点进行测量阻力的试验数据采集，生成样本空间，然后对采集 的试验数据样本进行标准化处理，处理后的数据称作标准化数据样本；
第1.2、计算上步得到的标准化数据样本的相关性，并进行特征空间分析，算出特征
值与特征向量，提取最大特征值;i,所对应的特征向量p^ ，将其与标准化数据样本相乘，
得到非线性输入空间的贡献度，记作G,.， G-i^Jtan^r《.，其均值用g表示；
第1.3、由第1.2步得到的贡献度能够获得贡献率ctj的值，当汽车底盘测功机阻力模 拟系统进行首次阻力模拟时，即i等于1时，贡献率A取值为1;当i不等于1时，第i次试验贡献率a,的值用非线性输入空间的贡献度《与其均值5的商表示； 第2、确定补偿精度修正因子
第2.1、用e表示经过i次迭代后的阻力模拟精度误差，其值由第1.1中对标定点进行 数据采集得到的测量阻力与第i次模拟阻力之差同测量阻力之比计算得出，并设定预期控 制精度为5 (可根据具体实验条件和精度要求设置， 一般可取5=0.01);
第2.2、当e的绝对值小于等于预期控制精度时，认为已经达到目的，此时，补偿精 度修正因子A为零，迭代终止；当e的绝对值大于预期控制精度时，进入第3步，且补偿 精度修正因子A的值取e;
第3、确定并输出底盘测功机上的模拟阻力值
i^Fc+a,.AF + A.(l-iO才1)
式中，F:、 Fj —D分别表示经过k次和k-1次迭代计算后的汽车底盘测功机模拟阻力，
单位N; K表示车辆台架试验设定的标准阻力，单位N;用F,表示车辆台架试验中测功
机的测量阻力，单位N; AF =《-《，表示标准阻力与测量阻力之差；<^表示第1.3中
得到的进行第i次模拟试验时非线性输入空间的贡献率大小，其作用是描述测试数据的非 线性波动特性；A表示第2.2步得到的补偿精度修正因子，它反映了第i次试验的阻力模
拟精度；^是工况适应度因子，用来表示不同工况条件下试验精度的许可值，当速度小 于30km/h时，^取值为0.1，当速度大于等于30km/h且小于等于50km/h时，w,取值为 0.03,当速度大于50km/h时，H^取值为0.02。
以上第1.1步中所述的试验数据样本标准化处理方法是
" S乂. ，，，，_/,，， 式中，m表示试验数据样本采集的次数；w表示试验中采样标志点的数目； 据样本X中相应的数值；^表示试验数据样本的行均值，可以表示为5 =
表示试验数lX ， s乂表
示输入数据样本的行均方差，可以表示为& =
w 一 i
以上第1.2步中所述的标准化数据样本的相关性的计算方法是
=丄J] (S tan c/o(r《,—5 )(5 tan ifar《乂 一 &)
其中，5和&分别表示数据样本行、列均方差的均值，具体可表示如下:
5 =丄、-3f,) & 二s,=丄 一仏.、■
以上第1.2步中所述的非线性输入空间的贡献度的计算方法是G,=尸 ; 'Stant/aA^'其中，尸。孤为最大特征值A鹏所对应的特征向量，Stand^《.表示试 验数据样本标准化结果。
本发明的优点和积极效果本发明提供的方法考虑了在汽车底盘测功机阻力模拟台架 试验中，由于测量数据非线性波动引起的测量精度和测试效率低下的问题，通过确定输入 非线性空间的贡献率影响因子、工况补偿精度因子，^现了台架阻力的快速高精度模拟， 可以在很大程度上降低汽车底盘测功机的安装调试以及阻力模拟试验的人为主观影响，减 少试验次数，提高阻力模拟精度。
具体实施方式
实施例1
以天津天波科达科技有限公司的MCG1000型汽车底盘测功机为例，进行道路台架模 拟滑行试验，实验车辆选用哈飞赛马，滑行试验初始速度为90km/h，标准阻力由
F二a + 6.v + c-y2来确定，其中a = 6.4，6 = O，c = 0.0433 。
实测中选取IO、 20、 30、 40、 50、 60、 70km/h作为速度采样标志点如表1所示: 表l
7020州50仰70
10.32130.239.95160.0969.6
9.9720.6830.0840.0950.160.0970.1
10.220.330.140.250.960.370.2
10.120.129.939.8948.7860.570.1
a)标准化数据样本，定义数据样本标准化矩阵Stancfe/Y/,具有如下形式:
Standa^ ——^， z' = l，2，...，w;_/ = l，2，."，w
在本实施例中，附表示试验数据样本采集的次数，取值为5; W表示试验中采样标志点的 数目，取值为7; ^为表1所示的输入数据样本X中相应的数值；
、表示输入数据样本的行均值，可以表示为如下形式
S,表示输入数据样本的行均方差，可以表示为如下形式:
将数据样本进行标准化后可得到:巧=
1.051 1.015 1.088 1.094 1.082 1.083 1.095—
1.165 1.203 1.114 1.084 1.158 1.089 1.073
1.040 1.143 1.098 1.102 1.089 1.089 1.101
1.127 1.071 1.101 1.113 1.151 1.102 1.106
1.089 1.034 1.075 1.083 0.989 1.115 1.101
b)非线性输入空间数据的相关性^计算如下
^ =丄t (S tan ofcw《,-5 tan cfor/Y^ — g)
其中，S和&分别表示数据样本行、列均方差的均值，具体可表示如下
1
w V附
/w 附V w
一1 ,=1
—1 ;=i
利用上述公式，进行相关性计算，结果如下:
0.0030.002000.200
0.0020扁0扁0o扁00
00.001000.00100
0000000
0.0020扁o扁00.00500
0000000
0000000
进一步利用雅可比方法可求得数据样本协方差阵特征值特征向量为:
A =
尸=
0.87一0.08—0.07一0.19一0.4400
0.370.710.1400.5800
0.01—0.110.99-0.01一O.ll00
0.110.1000.97一0.200
0.3一0.6800.170.6400
000001.000
0000001.00
选取A鹏=0.00993537931560429，尸鹏=
非线性输入空间的贡献度G可表示如下
Gt =[1.894 2.117 1.986 2.004 1.865f ， k=l,2,...，5
^=1.9732
根据非线性输入空间贡献度的大小计算贡献率C^ ，其大小可以由下式确定
①当输入空间的秩为1时a,l，表示仅有一次试验输入数据; ②当输入空间的秩不为1时
a =
汽车底盘测功机台架滑行试验测量阻力值如表2所示， 表2
702040506070
Fsi10.7323.7245.3775.68114.65162.28218.57
Fs210.993725.495345.8913375.33403119.0233162.748216.1521
Fs310.7040624.9177845.5781275.99211115.0834162.748219.1766
Fs410.9049324.243545.6302376.37453118.5821163.8427219.7841
Fs510.8170323.8936345.1106375.29948109.4318164.8888219.1766
根据汽车底盘测功机阻力模拟的高精度快速自补偿法，进行两次迭代计算后，阻力模
拟值计算结果见表3 ，可以看出模拟误差经过两次迭代计算后己经控制在预期值0.01以内， 体现了方法的快速和高精度的特点
表3
203050(5070
Fra10.647723.555945.615176.0397114.744162.1933217.9967
0.007670.00692-0.00540-0.004750細820細530.00638
0000-0.041710.015190
0.94516权利要求
1、一种汽车底盘测功机阻力模拟的高精度快速自补偿法，其特征是该方法包括第1、确定非线性输入空间贡献率第1.1、首先根据标定点进行测量阻力的试验数据采集，生成样本空间，然后对采集的试验数据样本进行标准化处理，处理后的数据称作标准化数据样本；第1.2、计算上步得到的标准化数据样本的相关性，并进行特征空间分析，算出特征值与特征向量，提取最大特征值λmax所对应的特征向量Pmax，将其与标准化数据样本相乘，得到非线性输入空间的贡献度，记作Gi，Gi＝Pmax·S tan dardij，其均值用<overscore>G</overscore>i表示；第1.3、由第1.2步得到的贡献度能够获得贡献率αi的值，当汽车底盘测功机阻力模拟系统进行首次阻力模拟时，即i等于1时，贡献率αi取值为1；当i不等于1时，第i次试验贡献率αi的值用非线性输入空间的贡献度Gi与其均值<overscore>G</overscore>i的商表示；第2、确定补偿精度修正因子第2.1、用e表示经过i次迭代后的阻力模拟精度误差，其值由第1.1中对标定点进行数据采集得到的测量阻力与第i次模拟阻力之差同测量阻力之比计算得出，并设定预期控制精度为δ；第2.2、当e的绝对值小于等于预期控制精度时，认为已经达到目的，此时，补偿精度修正因子βi为零，迭代终止；当e的绝对值大于预期控制精度时，进入第3步，且补偿精度修正因子βi的值取e；第3、确定并输出底盘测功机上的模拟阻力值<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><msubsup> <mi>F</mi> <mi>m</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo> </mrow></msubsup><mo>=</mo><msub> <mi>F</mi> <mi>c</mi></msub><mo>+</mo><msub> <mi>α</mi> <mi>i</mi></msub><mo>·</mo><mi>ΔF</mi><mo>+</mo><msub> <mi>β</mi> <mi>i</mi></msub><mo>·</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <msub><mi>w</mi><mi>v</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>·</mo><msubsup> <mi>F</mi> <mi>m</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo> </mrow></msubsup> </mrow>]]></math></maths>式中，Fmk、Fm(k-1)分别表示经过k次和k-1次迭代计算后的汽车底盘测功机模拟阻力，单位N；Fc表示车辆台架试验设定的标准阻力，单位N；用Fs表示车辆台架试验中测功机测量阻力，单位N；ΔF＝Fc-Fs，表示标准阻力与测量阻力之差；αi表示第1.3中得到的进行第i次模拟试验时非线性输入空间的贡献率大小，其作用是描述测试数据的非线性波动特性；βi表示第2.2步得到的补偿精度修正因子，它反映了第i次试验的阻力模拟精度；wv是工况适应度因子，用来表示不同工况条件下试验精度的许可值，当速度小于30km/h时，wv取值为0.1，当速度大于等于30km/h且小于等于50km/h时，wv取值为0.03，当速度大于50km/h时，wv取值为0.02。
2、根据权利要求1所述的汽车底盘测功机阻力模拟的高精度快速自补偿法，其特征 在于第1.1步中所述的试验数据样本标准化处理方法是Stanc/a/"《-^， f = l,2,."，/w;_/ = l，2，...，w式中，m表示试验数据样本采集的次数；"表示试验中采样标志点的数目；^表示试验数 据样本X中相应的数值；^表示试验数据样本的行均值，表示为3f,^丄t .，A表示输入数据样本的行均方差，表示为5;-、~^￡(、-。
3、根据权利要求1所述的汽车底盘测功机阻力模拟的高精度快速自补偿法，其特征 在于第1.2中所述的标准化数据样本的相关性的计算方法是丄^其中，S和^分别表示数据样本行、列均方差的均值，具体表示如下-<formula>formula see original document page 3</formula>
4、根据权利要求1所述的汽车底盘测功机阻力模拟的高精度快速自补偿法，其特征在于第1.2中所述的非线性输入空间的贡献度的计算方法是G,^尸皿Jtanc/m^，其中，尸，为最大特征值A,所对应的特征向量，Stan^/^表示试 验数据样本标准化结果。
全文摘要
一种汽车底盘测功机阻力模拟的高精度快速自补偿法。该方法首先根据标定点进行试验数据采集并进行标准化处理，再进行特征空间分析，算出特征值与特征向量，提取最大特征值所对应的特征向量，将其与标准化数据样本相乘得出非线性输入空间的贡献度，记作G<sub>i</sub>，其均值用G<sub>i</sub>表示，在此基础上得出贡献率α<sub>i</sub>的值。然后由测量阻力与第i次模拟阻力之差同测量阻力之比算出精度误差e，当e的绝对值大于预期控制精度时，取补偿精度修正因子β<sub>i</sub>为e，反之终止迭代。最后根据公式确定并输出底盘测功机上的模拟阻力值，实现台架阻力的高精度快速自补偿。该法可在很大程度上降低汽车底盘测功机的安装调试及阻力模拟试验的人为主观影响，减少试验次数，提高阻力模拟精度。
文档编号G01M17/007GK101587020SQ20091006930
公开日2009年11月25日 申请日期2009年6月18日 优先权日2009年6月18日
发明者任立环, 李志宏, 王洪礼, 龙 郭, 陶俊卫, 强 高 申请人:天津市天波科达科技有限公司;天津大学