[发明专利]一种基于频响特性的整车质量估计方法

权利要求书

1.一种基于频响特性的整车质量估计方法，其特征在于：

首先通过实时获得的车辆轮速信息和加速度信息，建立纵向加速度与轮速间的频响特性关系：

ω为轮速，a_x为车辆质心处纵向加速度，m为整车质量，v_x为质心处纵向速度，λ为拉布拉斯算子，R为车轮滚动半径，τ为时间延迟系数，k_s为轮胎纵向滑移刚度；

然后借助于周期图法求取在不同频率下车辆加速度与轮速之间的幅值比，进而通过最小二乘法拟合得到整车质量，具体实施步骤为：

1)采用式(17)求取幅值比：

式中，Z(ω|a_x)为不同频率下车辆质心处加速度与轮速之间的幅值比，为加速度与轮速的互功率谱密度，为加速度的自功率谱密度；

2)设f_i为频率采样点i的频率值，A_i为频率采样点i的幅值比，以式(16)为基础，令λ＝(-2πf)j，f为频率，推导出幅频函数如下：

A_ω(f)和分别为在频率f时的轮速振幅和车辆质心处纵向加速度振幅；

3)令y_i＝A_i，采用最小二乘法估计：

①使下式的值最小：

N为选取的频率样本数；

②将式(19)对m求导：

③求解方程(20)，即可得到整车质量的最佳估计值：

为整车质量估计值。

2.根据权利要求1所述的基于频响特性的整车质量估计方法，其特征在于：

建立纵向加速度与轮速间频响特性关系，采取的过程方法如下：

车辆纵向加速度是由于驱动力、空气阻力、坡道阻力、滚动阻力等内外力综合作用引起的，因此车辆的纵向动力学模型描述为式(1)所示：

其中，F_x为轮胎瞬态纵向驱动力，m为整车质量，v_x为车辆质心处的纵向速度，为车辆质心处的纵向加速度，ρ为空气密度，C_d为空气阻力系数，A为车辆纵向迎风面积，g为重力加速度，θ为路面坡度，f₀为路面滚动阻力系数；

将上式左、右两端同时对车辆纵向加速度采用微分运算，得到式(2)：

在较长距离上，坡度一般为定值，且与车辆纵向加速度不直接相关，而坡度的瞬时变化是随机的，可以看作为噪声项，固道路坡度对纵向加速度的微分为零：

纵向车速的变化率要远小于加速度的变化率，可以认为纵向速度的微分信号是很小的量，即：

综合式(3)和式(4)，式(2)简化为式(5)：

对式(5)右侧的分母和分子同时对时间进行微分，得到公式(6)：

进一步整理可得轮胎瞬态纵向力微分式为：

将式(7)左、右两侧同时乘以时间延迟系数τ，并与式(1)求和，得下式：

对式(8)左、右两端同时对车辆纵向加速度采用微分运算，得到式(9)：

结合式(3)和式(4)，式(9)简化为式(10)：

为轮胎稳态纵向力，s为轮胎滑移率，k_s为轮胎纵向刚度，与瞬态纵向力F_x间的关系为

对式(10)左右两侧的分母和分子同时对时间进行微分，得下式：

对式(11)进一步整理得式(12)：

结合驱动工况下，滑移率的定义式s＝(Rω-v_x)/(Rω)，R为车轮滚动半径、ω为轮速，可将式(12)写成式(13)：

考虑车辆处于稳定工况的情形，即轮胎侧偏角或者滑移率很小，因此假设Rω≈v_x，由于车辆的惯性远大于车轮的惯性，因此车辆的加速度相比车轮的角加速度可以忽略，基于此，进一步整理(13)，得下式：

a_x为质心处纵向加速度，和为加速度的一、二阶导数；

进一步对上式两侧进行拉布拉斯变化，得到(15)：

λ代表拉布拉斯算子；

最后对式(15)两边同时除以得两个状态量间的传递函数，式(16)：