(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810641589.1
(22)申请日 2018.06.20
(71)申请人 吉林大学
地址 130000 吉林省长春市前进大街2699
号
(72)发明人 管欣　金号　卢萍萍　段春光　
王博　雍文亮　詹军　李力　
(74)专利代理机构 吉林长春新纪元专利代理有
限责任公司 22100
代理人 魏征骥
(51)Int.Cl.
G01M  17/007(2006.01)
G06K  9/62(2006.01)
(54)发明名称
一种汽车质量的在线估计方法
(57)摘要
本发明公开了一种汽车质量的在线估计方
法，属于车载估计技术领域。通过从车辆CAN总线
上获取加速踏板开度、纵向加速度、车速、档位信
号并进行数据滤波，选取起步时的信号曲线段，
依靠任意时刻质量估计算法模块计算选取的曲
线段上所有时刻的汽车质量估计值，考虑到采用
单一时刻的车辆响应进行质量估计受噪声干扰
较大，有可能存在异常估计值，本发明通过
kmeans聚类将所有时刻质量估计值进行聚类，剔
除异常估计值，得到汽车质量的最终估计值。本
发明不需要知道额外的车辆参数，离线标定工作
量少，估计精度较高，为提升汽车安全以及驾驶
舒适性创造了条件。权利要求书2页  说明书9页  附图8页CN 109030019 A 2018.12.18
C N  109030019
A
1.一种汽车质量的在线估计方法，其特征在于，包括下列步骤：
(1)从车辆CAN总线上获取加速踏板开度信号、车速信号、纵向加速度信号ax、档位信号；
(2)通过档位信号选取出有效时间信号曲线段；
(3)在离线数据准备阶段、获取不同质量下的车辆响应数据表的基础上，通过任意时刻质量估计算法估计出选取的曲线段上所有时刻的汽车质量估计值；
(4)对所有汽车质量估计值进行kmeans聚类，得到汽车质量估计值。
2.根据权利要求1所述的一种汽车质量的在线估计方法，其特征在于：步骤(2)中通过档位信号选择有效时间信号曲线段，选取处于起步档位的加速踏板开度、车速、纵向加速度ax时间信号曲线段进行估计。
3.根据权利要求1所述的一种汽车质量的在线估计方法，其特征在于：步骤(3)中在离线数据准备阶段，通过选取不同汽车质量，考虑不同加速踏板变化快慢的情况下建立加速踏板开度、车速、纵向加速度map表，每一种汽车质量下，考虑3种及以上的加速踏板变化快慢的情况。
4.根据权利要求3所述的一种汽车质量的在线估计方法，其特征在于：在建立map表的基础上，通过任意时刻质量估计算法估计出选取的曲线段上所有时刻的汽车质量估计值，具体步骤如下：
根据所选取的加速踏板开度、车辆纵向加速度、车速时间历程曲线段上同一时刻上的加速踏板开度值、车辆纵向加速度值、车速值，根据加速踏板开度、车速，进行插值计算获取最小汽车总体质量下所对应的纵向加速度值ax1，常用汽车总体质量下的纵向加速度值ax2，最大汽车总体质量下的纵向加速度值ax3；将从CAN总线获取的纵向加速度a与ax1,ax2,ax3进行对比，并通过任意时刻的质量估计算法计算得到每一时刻的汽车质量估计值，按照同样的方法，根据所选取的曲线段其他时刻的车速值、加速踏板开度值、加速度值计算汽车质量估计值，该任意时刻质量估计算法具体步骤如下：
选取曲线段上任意时刻的加速踏板开度acc_pedal、车速Vx、加速度ax信号，根据加速踏板开度acc_pedal以及车速Vx、按照离线数据准备的map表进行插值计算求出汽车最小总体质量m1下的ax1，
常用汽车总体质量m2下的加速度值ax2，最大质量下的加速度值ax3；
ax1＝f1(acc_pedal,Vx)
ax2＝f2(acc_pedal,Vx)
ax3＝f3(acc_pedal,Vx)
F滚阻1是汽车行驶滚动阻力；
由于汽车加速行驶时，需要克服其质量加速运动时产生的惯性力，且汽车质量分为平移质量和旋转质量，记旋转质量转化为平移质量时的等效质量记做m e；
通过ax分别与ax1，ax2，ax3作差并取绝对值进行比较，判断ax与哪个更加接近；
若ax与ax1的差值的绝对值最小则利用下面的式子估计汽车质量m；
腾讯汽车报价若ax与ax2的差值的绝对值最小则利用下面的式子估计汽车质量m；
若ax与ax3的差值的绝对值最小则利用下面的式子估计汽车质量m；
通过上述公式估计得到选取的曲线段上某一时刻点的汽车质量估计值，通过相同的方法可以求得选取的曲线段上任意时刻的汽车质量估计值。
5.根据权利要求1所述的一种汽车质量的在线估计方法，其特征在于：步骤(4)中利用kmeans聚类算法进行异常估计值的剔除，并求解出最终的汽车质量估计值。
一种汽车质量的在线估计方法
技术领域
[0001]本发明属于车载估计技术领域，尤其是指一种汽车质量的在线估计方法。
背景技术
[0002]随着汽车工业的发展，消费者对于汽车的安全性以及乘坐舒适性的要求越来越高。为迎合消费者的需求，各大汽车厂商广泛采用各种控制控制算法如ABS、TCS、ESP、ACC等提高车辆的安全性和乘坐舒适性。控制器对车辆进行准确控制的前提是需要获知车辆当前的基本参数例如汽车质量参数。然而汽车整体质量是随着车载质量的变化而改变，对于大型货车而言，由于装载量的不同导致整体质量发生很大的变化。对于不同的整体质量，汽车若采用相同的控制策略进行制动或者驱动会极大地影响汽车的安全性、动力性等性能。如货车满载时的制动，若需产生空载时相同的制动减速度，需要增大相应的制动强度，此时对汽车质量进行较为准确的估计对汽车行驶安全性具有重要作用。对于强调驾驶性体验的汽车，如果汽车质量增加，需要增加相应的扭矩才能产生所期望的纵向加速度。对于客车而言，车上乘
员数量的变动非常大，需要考虑汽车质量的在线估计。综上所述，无论是轿车、货车、客运车、对于汽车质量在线估计均有着极其重要的意义。
[0003]传统汽车质量在线估计方法：通过建立纵向动力学模型，估计滚阻以及空气阻力等实现汽车质量在线估计，并且在汽车行驶过程中时时刻刻对其进行估计。该方法存在的问题是：
[0004]问题1.没有考虑汽车总体质量在行驶过程中是一个基本参数，从而在任意时刻均对其进行估计，由于汽车行驶环境异常复杂，不能保证任意时刻的汽车质量估计值都能较为准确。
[0005]问题2.由于换挡冲击的存在，导致在换挡过程中对汽车质量估计值会在产生较大的误差。
[0006]问题3.忽略了加速踏板行程变化快慢会产生不同的加速响应，忽略该因素会对质量估计带来较大的误差。
[0007]问题4.在行驶过程中，特别是对于汽车高速行驶过程滚阻以及空气阻力占的汽车纵向行驶阻力的比例较大，不能忽略其存在，并且难以准确估计，影响识别准确性。[0008]问题5.汽车在运动过程中，既有平移运动又有旋转运动。在建立纵向动力学模型进行汽车质量在线估计时需要考虑将旋转部分的惯量等效为平移质量，并需要事先获取汽车旋转惯量参数。
发明内容
[0009]本发明提供一种汽车质量的在线估计方法，以解决不能保证任意时刻汽车质量估计值的准确性、误差大、影响识别准确性的问题。
[0010]本发明采用的技术方案是：包括下列步骤：
[0011](1)从车辆CAN总线上获取加速踏板开度信号、车速信号、纵向加速度信号ax、档位
信号；
[0012](2)通过档位信号选取出有效时间信号曲线段；
[0013](3)在离线数据准备阶段、获取不同质量下的车辆响应数据表的基础上，通过任意时刻质量估计算法估计出选取的曲线段上所有时刻的汽车质量估计值；
[0014](4)对所有汽车质量估计值进行kmeans聚类，得到汽车质量估计值。
[0015]本发明所述步骤(2)中通过档位信号选择有效时间信号曲线段，选取处于起步档位的加速踏板开度、车速、纵向加速度ax时间信号曲线段进行估计。
[0016]本发明所述步骤(3)中在离线数据准备阶段，通过选取不同汽车质量，考虑不同加速踏板变化快慢
的情况下建立加速踏板开度、车速、纵向加速度map表，每一种汽车质量下，考虑3种及以上的加速踏板变化快慢的情况；
[0017]在建立map表的基础上，通过任意时刻质量估计算法估计出选取的曲线段上所有时刻的汽车质量估计值，具体步骤如下：
[0018]根据所选取的加速踏板开度、车辆纵向加速度、车速时间历程曲线段上同一时刻上的加速踏板开度值、车辆纵向加速度值、车速值，根据加速踏板开度、车速，进行插值计算获取最小汽车总体质量下所对应的纵向加速度值ax1，常用汽车总体质量下的纵向加速度值ax2，最大汽车总体质量下的纵向加速度值ax3；将从CAN总线获取的纵向加速度a与ax1, ax2,ax3进行对比，并通过任意时刻的质量估计算法计算得到每一时刻的汽车质量估计值，按照同样的方法，根据所选取的曲线段其他时刻的车速值、加速踏板开度值、加速度值计算汽车质量估计值，该任意时刻质量估计算法具体步骤如下：
[0019]选取曲线段上任意时刻的加速踏板开度acc_pedal、车速Vx、加速度ax信号，根据加速踏板开度acc_pedal以及车速Vx、按照离线数据准备的map表进行插值计算求出汽车最小总体质量m1下的ax1，常用汽车总体质量m2下的加速度值ax2，最大质量下的加速度值ax3；[0020]ax1＝f1(acc_pedal,Vx)
[0021]ax2＝f2(acc_pedal,Vx)
[0022]ax3＝f3(acc_pedal,Vx)
[0023]
[0024]F滚阻1是汽车行驶滚动阻力；
[0025]由于汽车加速行驶时，需要克服其质量加速运动时产生的惯性力，且汽车质量分为平移质量和旋转质量，记旋转质量转化为平移质量时的等效质量记做m e；
[0026]
[0027]通过ax分别与ax1，ax2，ax3作差并取绝对值进行比较，判断ax与哪个更加接近；[0028]若ax与ax1的差值的绝对值最小则利用下面的式子估计汽车质量m；