一种车辆重量估算方法及系统与流程

本发明涉及车辆领域，特别是涉及一种车辆重量估算方法及系统。

背景技术：

载货车辆随载货质量的多寡，整车重量变化范围较大，其重量是影响车辆性能的一项关键参数，影响车辆加速、制动及能量管理等控制功能，若准确估算实时车辆重量，则可利用估算质量，提高车辆性能表现。

现有质量估算方案中，有利用车辆速度估算加速度进而估算重量，精度无法保证；有利用专用的称重系统进行称重，通过对车辆悬架系统形变，根据悬架刚度计算重量，成本高，局限性大。

技术实现要素：

本发明第一方面的一个目的是提供一种车辆重量估算方法，受限条件少并且能够保证所估算的车辆重量的准确性。

本发明的另一个目的是要提供所估算的重量的稳定性。

本发明第二方面的一个目的是提供一种能够保证所估算的车辆重量的准确性的车辆重量估算系统。

特别地，本发明提供了一种车辆重量估算方法，包括：

通过六轴传感器采集车辆的纵向加速度、侧向加速度和垂向加速度；

采集所述车辆分别处于匀速状态和加速状态时的驱动扭矩和车速；

根据所述车辆处于匀速状态时的驱动扭矩和车速计算第一驱动力；

根据所述车辆在坡度固定的道路行驶且处于加速状态时的驱动扭矩和车速计算第二驱动力，同时根据车辆动力学公式计算风阻增量；

根据所述第一驱动力、所述第二驱动力和所述风阻增量计算所述车辆处于加速状态时的外力合力；

根据所述纵向加速度、所述侧向加速度、所述垂向加速度和所述车辆处于加速状态时的外力合力计算所述车辆的纵向分力；

根据所述纵向分力和所述纵向加速度估算所述车辆的质量。

可选地，根据所述纵向加速度、所述侧向加速度、所述垂向加速度和所述车辆处于加速状态时的外力合力计算所述车辆的纵向分力的步骤之前，还包括：

通过所述六轴传感器采集所述车辆绕纵轴的第一角加速度、绕横轴的第二角加速度、绕竖轴的第三角加速度；

对所述纵向加速度、所述侧向加速度、所述垂向加速度、所述第一角加速度、所述第二角加速度和所述第三角加速度进行滤波处理。

可选地，对所述纵向加速度、所述侧向加速度、所述垂向加速度、所述第一角加速度、所述第二角加速度和所述第三角加速度进行滤波处理的步骤之后，还包括：

在所述第一角加速度、所述第二角加速度和所述第三角加速度均在各自的角速度阈值范围内，且所述侧向加速度小于第一阈值时，输出所述纵向加速度、所述侧向加速度和所述垂向加速度。

可选地，在所述第一角加速度、所述第二角加速度和所述第三角加速度均在各自的角速度阈值范围内，且所述侧向加速度小于侧向加速度阈值时，输出所述纵向加速度、所述侧向加速度和所述垂向加速度的步骤，包括：

在所述纵向加速度的绝对值持续大于第二阈值的时间不超过时间阈值时，将所述纵向加速度为输出为0。

可选地，根据所述第一驱动力、所述第二驱动力和所述风阻增量计算所述车辆处于加速状态时的外力合力的步骤包括：

根据以下公式计算所述车辆处于加速状态时的外力合力fv：

fv＝ft1-ft0-fw_va，

其中，ft1为第二驱动力，ft0为第一驱动力，fw_va为风阻增量。

可选地，根据所述纵向加速度、所述侧向加速度、所述垂向加速度和所述车辆处于加速状态时的外力合力计算所述车辆的纵向分力的步骤，包括：

根据所述纵向加速度、所述侧向加速度、所述垂向加速度的比值计算所述外力合力的纵向分力、侧向分力、垂向分力的比值；

根据所述纵向分力、所述侧向分力、所述垂向分力的比值以及所述外力合力计算所述纵向分力。

特别地，本发明还提供了一种车辆重量估算系统，包括：

六轴传感器，用于采集车辆的纵向加速度、侧向加速度和垂向加速度；

动力系统，用于采集所述车辆分别处于匀速状态和加速状态时的驱动扭矩和车速；

控制器，与所述六轴传感器和所述动力系统均信号连接，所述控制器包括存储器和执行器，所述存储器内存储有控制程序，所述控制程序被所述执行器执行时用于实现上述任一项所述的车辆重量估算方法。

可选地，所述六轴传感器设置于所述控制器内，且与所述控制器处于同一水平状态。

本发明提供了一种基于六轴传感器的车辆重量估算方法，将六轴传感器测得的车辆三个方向上的加速度，并结合动力系统提供的驱动数据计算车辆处于加速状态时的外力合力。根据六轴传感器三个方向的加速度可将车辆所受外力合力解析为各个方向上的分力，利用纵向分力和纵向加速度可以估算整车的质量。采用六轴传感器结合信号处理可以满足车辆对加速度信号稳定性与精度的需求，也保证了车辆质量的准确性。并且这种估算方法只需要在车辆上加装六轴传感器并设计相应的计算策略，因此受限制条件较少，且功能实现成本较单独的称重系统更低。

进一步地，通过对加速度的处理，有效屏蔽了某些极端工况，使车重测量更稳定。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的车辆重量估算方法的流程图；

图2是根据本发明另一个实施例的车辆重量估算方法的流程图；

图3是根据本发明一个实施例的车辆重量估算系统的原理图。

具体实施方式

图1是根据本发明一个实施例的车辆重量估算方法的流程图。如图1所示，本发明的一个实施例中，该车辆重量估算方法包括以下步骤：

步骤s10：通过六轴传感器10采集车辆的纵向加速度、侧向加速度和垂向加速度；

步骤s20：采集车辆分别处于匀速状态和加速状态时的驱动扭矩和车速；

步骤s30：根据车辆处于匀速状态时的驱动扭矩和车速计算第一驱动力；

步骤s40：根据车辆在坡度固定的道路行驶且处于加速状态时的驱动扭矩和车速计算第二驱动力，同时根据车辆动力学公式计算风阻增量。坡度固定可以是平直路面或是坡度不为0但是坡度一定的坡道。

步骤s50：根据第一驱动力、第二驱动力和风阻增量计算车辆处于加速状态时的外力合力；

步骤s60：根据纵向加速度、侧向加速度、垂向加速度和车辆处于加速状态时的外力合力计算车辆的纵向分力；

步骤s70：根据纵向分力和纵向加速度估算车辆的质量。

本实施例提供了一种基于六轴传感器10的车辆重量估算方法，将六轴传感器10测得的车辆三个方向上的加速度，并结合动力系统20提供的驱动数据计算车辆处于加速状态时的外力合力。根据六轴传感器10三个方向的加速度可将车辆所受外力合力解析为各个方向上的分力，利用纵向分力和纵向加速度可以估算整车的质量。采用六轴传感器10结合信号处理可以满足车辆对加速度信号稳定性与精度的需求，也保证了车辆质量的准确性。并且这种估算方法只需要在车辆上加装六轴传感器10并设计相应的计算策略，因此受限制条件较少，且功能实现成本较单独的称重系统更低。

可选地，步骤s40中可以利用六轴传感器10采集的垂向加速度和纵向加速度的比值来计算当前道路的坡度，从而判断坡度值是否固定。当然这里的固定不是绝对的保持不变，可以是数据在一定幅值内的小幅波动。

图2是根据本发明另一个实施例的车辆重量估算方法的流程图。如图2所示，在本发明的另一个实施例中，步骤s60之前，还包括：

步骤s12：通过六轴传感器10采集车辆绕纵轴的第一角加速度、绕横轴的第二角加速度、绕竖轴的第三角加速度；

步骤s14：对纵向加速度、侧向加速度、垂向加速度、第一角加速度、第二角加速度和第三角加速度进行滤波处理。

通过对六轴传感器10所采集的数据进行滤波处理，可以将其中的干扰数据去除，保证数据的有效性，可以保证后续的计算分析的准确性。

另一个实施例中，如图2所示，步骤s14之后，还包括：

步骤s16：在第一角加速度、第二角加速度和第三角加速度均在各自的角速度阈值范围内，且侧向加速度小于第一阈值时，输出纵向加速度、侧向加速度和垂向加速度。

步骤s16可以通过车辆控制器30的加速度处理模块32实现，设置标志位，在标志位有效时输出三个方向的加速度，而在标志位无效时，不输出数据，保持上一时刻值。具体地，在第一角加速度、第二角加速度和第三角加速度的三个绝对值中任一个大于设定的各自的阈值时，输出标志位无效。由于车辆在颠簸路面时，六轴传感器10获取的各个加速度参数也会随之频繁变化，从而影响质量估算的精确性，因此需要将这种情况剔除。在侧向加速度大于第一阈值时，输出标志位无效，这样可以剔除侧向力影响，在侧向力过大时，即侧向加速度超过一定值时，不输出加速度，即不进行后续的重量估算。例如当测得侧向加速度大于0.2m/s^2时，认为车辆转向幅度较大，不进行重量估算，此时，估算重量保持原值。通过对加速度的处理，有效屏蔽了某些极端工况，使车重测量更稳定。

在本发明的一些实施例中，步骤s16包括：

在纵向加速度的绝对值持续大于第二阈值的时间不超过时间阈值时，将纵向加速度为输出为0。

车辆在行驶过程中由于道路与悬架的影响，纵向加速度变化频率较高，幅值变化也较大，为屏蔽此影响，对纵向加速度做阈值与加速度持续时间做判断。

车辆行驶时所受的合力由驱动力ft、道路阻力fr、风阻fw和坡道阻力fi共同决定，即ft-fr-fw-fi＝fv。当车辆在坡度固定的道路处于匀速行驶状态时，车辆所受的合力为0，则ft0＝fr+fw+fi，ft0为车辆在坡度固定的道路处于匀速行驶状态的驱动力，即第一驱动力，可以根据步骤s30计算获得。当车辆处于在上述坡度固定的道路处于加速行驶状态时，由于道路坡度没有变化，因此所受的坡道阻力一定，而滚动阻力的值随速度变化较小，因此可以忽略，也就是说车辆在上述坡度固定的道路处于加速行驶状态时，只有风阻发生了变化，加速状态对应的风阻增量fw_va可以根据以下公式(1)计算：

其中，a车辆迎风面积参数，cd为车辆风阻系数参数，ρ为空气密度，v为加速后车辆相对于风速的相对车速，v0加速前车辆相对于风速的相对车速。

因此加速过程中车辆所受的阻力ft_v可以根据以下公式(2)计算：

进一步地，步骤s50中车辆处于加速状态时的外力合力fv可以根据以下公式(3)计算：

fv＝ft1-ft_v(3)

其中，ft1为第二驱动力。

本实施例巧妙地利用了车辆在匀速状态时的第一驱动力和处于坡度固定的道路加速状态的第二驱动力和风阻增量，可以计算该加速阶段的外力，以便于后续根据加速度分量来计算各个方向的分力。

然后根据纵向加速度、侧向加速度、垂向加速度的比值计算外力合力的纵向分力、侧向分力、垂向分力的比值。再根据纵向分力、侧向分力、垂向分力的比值以及外力合力计算纵向分力。

具体地，当|az|＞0时，三个方向向量相互垂直，且

fx:fy:fz＝ax:ay:az(4)

fx+fy+fz＝fv(5)

其中，fx为纵向分力，fy为侧向分力，fz为垂向分力，ax为纵向加速度，ay为侧向加速度，az为垂向加速度。根据公式(4)和(5)中则可求得各个方向上的分力。

当|az|＝0时，纵向和侧向向量相互垂直，且

fx:fy＝ax:ay(6)

fx+fy＝fv(7)

根据公式(6)和(7)则可求得各个方向上的分力。

然后根据以下公式(8)估算车辆的质量m：

m＝fx/ax(8)

可选地，在得到车辆的质量后，经过预设时间段内采样平均后再输出，能够确保整车重量计算值稳定，且更加趋近于实际值。

图3是根据本发明一个实施例的车辆重量估算系统的原理图。如图3所示，一个实施例中，本发明的车辆重量估算系统包括六轴传感器10、动力系统20和控制器30。六轴传感器10用于采集车辆的纵向加速度、侧向加速度和垂向加速度。动力系统20用于采集车辆处于匀速状态和加速状态时的驱动扭矩和车速。控制器30与六轴传感器10和动力系统20均信号连接，控制器30包括存储器和执行器，存储器内存储有控制程序，控制程序被执行器执行时用于实现根据上述任一项的车辆重量估算方法。

本实施例通过六轴传感器10反馈相应的电信号，通过外围处理电路将处理后的电信号输出至控制器30的控制芯片，控制器30接收到电信号后进行软件处理。

另一个实施例中，六轴传感器10设置于控制器30内，且与控制器30处于同一水平状态。例如将六轴传感器10焊接至控制器30时尽量与控制器30硬件保持水平，以方便进行六轴传感器10的标定。

控制器30芯片得到传感器电信号以后，控制器30底层软件将实时的电信号转换为数值信号，传递至应用层软件进行数值信号的逻辑处理。

控制器30软件策略分几个子模块进行逻辑运算处理，信号预处理模块31，加速度处理模块32，道路坡度估算模块33，力矩处理模块34以及重量估算模块35。整车控制器30通过引入六轴传感器10的信号值，通过计算获取纵向加速度和纵向分力，进而通过整车的质量与纵向分力和纵向加速度之间的关系，计算得到整车质量。

具体地，信号预处理模块31的功能有两部分：其一，设计标定参数，在控制器30完成生产后，在控制器30测试台进行六轴传感器10零位校准，保证控制器30获取信号的精度；其二，主要对传递至应用层的传感器信号进行滤波处理。即信号预处理模块31可以用于实现步骤s14。

加速度处理模块32用于输出标志位与处理后的加速度大小。若标志位为有效，则各个加速度大小可用；若无效，则保持上一时刻值。设置标志位主要为了避免某些工况下六轴传感器10对质量估算精度的不利影响。如车辆在颠簸路面时，六轴传感器10获取的各个加速度参数也会随之频繁变化，从而影响质量估算的精确性。即加速度处理模块32可以用于实现步骤s16。

道路坡度估算模块33用于在车辆加速时，通过六轴传感器10获取沿垂向与沿纵向的加速度值，进而估算此时的道路坡度。

力矩计算模块34用于实现步骤s30至步骤s60，算出各个方向上的分力，得到纵向分力。

重量估算模块35用于根据上述处理过程获取车辆加速时的纵向分力与纵向加速度，再计算整车重量。即重量估算模块35可以用于实现步骤s70。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。