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CN109080402A - 一种精度可调路面不平度辨识系统及方法 - Google Patents

一种精度可调路面不平度辨识系统及方法 Download PDF

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CN109080402A CN201810756727.0A CN201810756727A CN109080402A CN 109080402 A CN109080402 A CN 109080402A CN 201810756727 A CN201810756727 A CN 201810756727A CN 109080402 A CN109080402 A CN 109080402A
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陆天悦
于文浩
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Jiangsu University
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Abstract

本发明公开车辆行驶过程中的一种精度可调路面不平度辨识系统及方法，ADV计算模块接收四轮簧下质量加速度信息以及车速信息，计算出ADV值并制定出三种精度模式下的路面不平度系数范围判断规则表，路面不平度系数范围判断模块根据规则表判断所有ADV值所对应的路面不平度系数范围区间，精度选择模块判断三种精度模式是否被选择，输出模块输出被选择的精度模式下的路面不平度系数范围区间；本发明将路面不平度范围划分更精细且精度模式可选，实现路面不平度的精度可调，判断精准，运算迅捷、易于实现路面不平度在线检测的精度可调。

Description

一种精度可调路面不平度辨识系统及方法
技术领域
本发明涉及车辆行驶过程中的检测技术，具体是精度可调的路面不平度辨识系统，以提高车辆在线检测系统的精度。
背景技术
目前，路面不平度在线辨识系统是采用在车辆上安装车速信息采集装置、簧下质量加速度传感器来检测实时车速、簧下质量加速度信号等，将信号输入路面不平度计算模块，利用所得的路边不平度系数和簧下质量加速度均方值与速度之商所呈的线性关系，实现路面不平度计算，无需进行路面高度曲线的计算，大幅降低了对加速度传感器精度的要求，减小了成本，且将路边不平度系数和簧下质量加速度均方值与速度之商所呈线性关系集成于硬件系统，实时计算量较少，从而提升控制系统的响应速度，无需控制率重组即可满足控制精度，提升了系统鲁棒性。但是这种辨识系统所采集的簧下质量加速度信号对车辆的悬架刚度、阻尼变化不敏感，只适用于刚度、阻尼可变的主动、半主动悬架的路面辨识，并且由于计算数秒内簧下质量垂向加速度均方根值与车速的商的平均值时，选取不同的时间长度会导致不同的路面不平度判断结果，致使该系统判断不精确。
发明内容
本发明的目的在于解决上述路面不平度在线辨识系统存在的问题，提出一种精度模式可选、判断精准、运算迅捷、易于实现在线检测的精度可调的路面不平度辨识系统及其方法。
本发明一种精度可调路面不平度辨识系统是通过以下技术手段实现上述技术目的的：包括用于采集车辆的四轮簧下质量加速度ai信息的簧下质量加速度传感器、用于采集车辆的车速v信息的车速传感器，i＝1，2，3，4，ADV计算模块接收四轮簧下质量加速度ai信息以及车速v信息，计算出ADV值，即车辆平稳行驶时四轮簧下质量加速度信息ai的均方根值与车速v之商，并制定出三种精度J1、J2、J3模式下的路面不平度系数范围判断规则表；路面不平度系数范围判断模块根据路面不平度系数范围判断规则表判断所有ADV值所对应的路面不平度系数范围区间；精度选择模块判断三种精度J1、J2、J3模式是否被选择；输出模块输出被选择的精度模式下的路面不平度系数范围区间。
本发明一种精度可调路面不平度辨识系统的辨识方法是通过以下技术手段实现上述技术目的的：包括以下步骤：
步骤1：将试验样车在选取的三种路面不平度系数Gqj0的路面上行驶，j＝1，2，3，同时采集四轮簧下质量加速度ai和车速v；
步骤2：ADV计算模块根据式计算出平均ADV值ADVj0；K＝4，f是采样频率，t3＝4，n是采样点数，N是采样总点数；
步骤3：ADV计算模块根据式计算出其他n个路面不平度系数Gqjn的路面对应的平均ADV值ADVjn，n∈自然数；
步骤4：ADV计算模块根据所述的Gqj0、ADVj0、Gqjn及ADVjn制定出三种精度J1、J2、J3模式下的路面不平度系数范围判断规则表并输出到路面不平度系数范围判断模块中；
步骤5：在车辆行驶过程中，ADV计算模块根据实时采集的信息和式计算出平均ADV值ADVj，路面不平度系数范围判断模块根据判断规则表判断ADVj所在范围，得到对应的路面不平度系数范围区间是[Gqjn-1，Gqjn]记为Rj；
步骤6：精度选择模块根据路面不平度系数范围区间Rj判断所属的精度J1、J2、J3模式并作选择，将被选择的精度J1、J2、J3模式下路面不平度系数范围区间Rj发送给输出模块。
进一步地，步骤4中，ADV计算模块根据路面不平度系数Gq10制定精度J1模式下的路面不平度系数范围判断规则表、根据路面不平度系数Gq20制定精度J2模式下的路面不平度系数范围判断规则表、根据路面不平度系数Gq30制定精度J3模式下的路面不平度系数范围判断规则表。
更进一步地，每个规则表中有三列，第一列为n值，第二列为对应的平均ADV值ADVj0、第三列为对应的不同路面不平度系数Gqjn×10-6。
更进一步地，精度J1模式下的路面不平度系数范围判断规则表中的第三列为对应的不同路面不平度系数Gq1n×10-6，Gq1n＝23+n；精度J2模式下的路面不平度系数范围判断规则表中的第三列为对应的不同路面不平度系数Gq2n×10-6，精度J3模式下的路面不平度系数范围判断规则表中的第三列为对应的不同路面不平度系数Gq3n×10-6，
本发明将路面不平度范围划分更精细且精度模式可选，计算出多个不同时长内的簧下质量垂向加速度均方根值与车速的商，利用簧下质量垂向加速度均方根值与车速的商与路面不平度系数之间所呈现的线性关系，根据路面不平度系数范围判断规则表，判断出三种不同精细程度的路面不平度范围区间，从而实现路面不平度的精度可调。判断精准，运算迅捷、易于实现路面不平度在线检测的精度可调。
附图说明
图1为本发明所述的一种精度可调路面不平度辨识系统的硬件构成框图；
图2为图1所示的一种精度可调路面不平度辨识系统的工作流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明所涉及的一种精度可调路面不平度辨识系统由信息采集模块、ADV计算模块、路面不平度系数范围判断模块、精度选择模块、输出模块依次串接组成。其中的信息采集模块由簧下质量加速度传感器和车速传感器组成。
簧下质量加速度传感器用于采集车辆的四轮簧下质量加速度ai信息，i＝1，2，3，4，i分别表示车辆的左前轮、左后轮、右前轮、右后轮；车速传感器用于采集车辆的车速v信息。四轮簧下质量加速度ai和车速v信息发送给ADV计算模块。
ADV计算模块接收信息采集模块发送的四轮簧下质量加速度ai信息以及车速v信息，根据这些信息计算出ADV值，ADV值是指车辆平稳行驶时四轮簧下质量加速度信息ai的均方根值与车速v之商。ADV计算模块根据ADV值制定出三种精度J1、J2、J3模式下的路面不平度系数范围判断规则表。
路面不平度系数范围判断模块根据三种精度J1、J2、J3模式下的路面不平度系数范围判断规则表判断所有ADV值所对应的路面不平度系数范围区间。
精度选择模块判断三种精度J1、J2、J3模式是否被选择。
输出模块输出被选择的精度模式下的路面不平度系数范围区间。
如图2所示，本发明一种精度可调路面不平度辨识系统工作时，分为离线标定环节与在线辨识环节，离线标定环节仅须在在线辨识环节前运行一次即可，在线辨识环节则能循环运行。具体如下：
一、离线标定环节：
第一步：将图1所示的路面不平度系统安装于某车型试验样车上，任意选取已知的三种路面不平度系数Gqj0的路面，j＝1，2，3，在这三种路面上行驶。选取的路面不平度系数Gqj0为参考空间频率下的路面功率谱密度值，反应的是路面的不平程度。
第二步：采用信息采集模块的簧下质量加速度传感器采集四轮簧下质量加速度ai信息，采用信息采集模块的车速传感器采集车速v信息，这些信息发送给ADV计算模块。
第三步：ADV计算模块根据四轮簧下质量加速度ai以及车速v分别计算出数次时间窗口为4秒即tj＝4的平均ADV值，记为ADVj0，j＝1，2，3，计算公式是：
式中，K＝4，表示车轮数量；f表示采样频率，为1000Hz；t3表示时间窗长度，在本系统中已提前设定t3＝4；n表示采样点数；N表示采样总点数。
由此，在路面不平度系数为Gq10的第一种路面上，ADV计算模块计算出的平均ADV值为ADV10，在路面不平度系数为Gq20的第二种路面上，ADV计算模块计算出的平均ADV值为ADV20，在路面不平度系数为Gq30的第三种路面上，ADV计算模块计算出的平均ADV值为ADV30。
第四步：ADV计算模块再根据平均ADV值ADVj0，计算出其他若干个路面不平度系数为Gqjn的路面对应的平均ADV值，即计算出不同路面不平度系数Gqjn对应的平均ADV值，记为ADVjn，j＝1，2，3，n∈自然数，计算公式是：
第五步：ADV计算模块根据选取的路面不平度系数Gqj0及其平均ADV值ADVj0、不同路面不平度系数Gqjn及其平均ADV值ADVjn制定出三种精度J1、J2、J3模式下的路面不平度系数范围判断规则表这三张表，具体的制定方法是：
根据路面不平度系数为Gq10制定第一种精度J1模式下的路面不平度系数范围判断规则表，根据路面不平度系数为Gq20制定第二种精度J2模式下的路面不平度系数范围判断规则表，根据路面不平度系数为Gq30制定第三种精度J3模式下的路面不平度系数范围判断规则表。
每个规则表中有三列，第一列为n值，第二列为对应的平均ADV值ADVj0(m/s-3)、第三列为对应的不同路面不平度系数Gqjn×10-6(m-3)。具体是：第一种精度J1模式下的路面不平度系数范围判断规则表中，第一列为n值、第二列为对应的平均ADV值ADV1n(m/s-3)、第三列为对应的不同路面不平度系数Gq1n×10-6(m-3)，其中Gq1n＝23+n。第二种精度J2模式下的路面不平度系数范围判断规则表中，第一列为n值、第二列为对应的平均ADV值ADV2n(m/s-3)、第三列为对应的不同路面不平度系数Gq2n×10-6(m-3)，其中第三种精度J3模式下的路面不平度系数范围判断规则表中，第一列为n值、第二列为对应的平均ADV值ADV3n(m/s-3)、第三列为对应的不同路面不平度系数Gq3n×10-6(m-3)，其中
以下以路面不平度系数Gqj0＝16为例来描述制定三种精度J1、J2、J3三模式下的路面不平度系数范围判断规则表：
将路面不平度系数Gq10以16为例，此时计算数次时间窗口为4秒的平均ADV值ADV10为0.59，根据公式Gq1n＝23+n，将Gqjn(j＝1；n∈{1，2，3，4，5，6，7，})定为32、64、128、256、512、1024、2048。根据公式计算出Gqjn对应的平均ADV值ADVjn(j＝1；n∈{1，2，3，4，5，6，7，})，即得到精度J1模式路面不平度系数范围判断规则表如下表1所示：
表1精度J1模式下的路面不平度系数范围判断规则表
n 平均ADV值ADV<sub>1n</sub>(m/s<sup>-3</sup>) 路面不平度系数Gq<sub>1n</sub>×10<sup>-6</sup>(m<sup>-3</sup>)
0 0.59 16
1 1.17 32
2 2.35 64
3 4.7 128
4 9.39 256
5 18.79 512
6 37.58 1024
7 75.17 2048
将路面不平度系数Gq20仍然以16为例，此时计算数次时间窗口为4秒的平均ADV值ADV20为0.59，根据公式将Gqjn(j＝2；n∈{1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11})，定为25.39、40.32、64、101.59、161.27、256、406.37、645.08、1024、1625.49、2048，根据公式计算出Gqjn对应的平均ADV值ADVjn(j＝2；n∈{1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11})，即得到精度J2模式下路面不平度系数范围判断规则表如下表2所示：
表2精度J2模式下的路面不平度系数范围判断规则表
n 平均ADV值ADV<sub>2n</sub>(m/s<sup>-3</sup>) 路面不平度系数Gq<sub>2n</sub>×10<sup>-6</sup>(m<sup>-3</sup>)
0 0.59 16
1 0.94 25.39
2 1.49 40.32
3 2.35 64
4 3.75 101.59
5 5.95 161.27
6 9.39 256
7 14.98 406.37
8 23.79 645.08
9 37.58 1024
10 59.94 1625.49
11 75.17 2048
将路面不平度系数Gq30仍定为16为例，此时计算数次时间窗口为4秒的平均ADV值ADV30为0.59，根据公式将Gqjn定为22.63、32、45.25、64、90.51、128、181.02、256、362.04、512、724.08、1024、1448.15、2048，根据公式计算出Gqjn对应的平均ADV值ADVjn(j＝3；n∈{1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14})，即得到为精度J3模式下路面不平度系数范围判断规则表如下表3所示：
表3精度J3模式下的路面不平度系数范围判断规则表
n 平均ADV值ADV<sub>3n</sub>(m/s<sup>-3</sup>) 路面不平度系数Gq<sub>3n</sub>×10<sup>-6</sup>(m<sup>-3</sup>)
0 0.59 16
1 0.83 22.62
2 1.56 32
3 1.67 45.25
4 2.35 64
5 3.34 90.51
6 4.7 128
7 6.68 181.02
8 9.39 256
9 13.35 362.04
10 18.79 512
11 26.70 724.08
12 37.58 1024
13 53.40 1448.15
14 75.17 2048
ADV计算模块将三种精度J1、J2、J3模式下的路面不平度系数范围判断规则表这三张表输出到路面不平度系数范围判断模块中保存。
二、在线辨识环节：
步骤一：在车辆行驶过程中，信息采集模块的簧下质量加速度传感器实时采集四轮簧下质量加速度ai信息车速传感器采集车速v信息并将以上信息发送给ADV计算模块，i＝1、2、3、4。
步骤二：ADV计算模块根据公式分别计算tj(j＝1，2，3)秒前到当前时刻的平均ADV值ADVj，j＝1，2，3，式中，K＝4表示车轮数量，f表示采样频率，为1000Hz；t3表示时间窗长度，在本系统中已提前设定t1＝0.5、t2＝2、t3＝4；n表示采样点数；N表示采样总点数。然后将ADVj发送给路面不平度系数范围判断模块。
步骤三：路面不平度系数范围判断模块根据三种精度J1、J2、J3模式下的路面不平度系数范围判断规则表判断ADVj所在表中范围。将ADVj与对应的表中所示ADVjn作比较，得到ADVj所在表中范围为[ADVjn-1，ADVjn]。即将ADV1与表1所示的精度J1模式路面不平度系数范围判断规则表中的ADV1n作比较，ADV2与表2中的ADV2n比较，ADV3与表3中的ADV3n比较。作比较后，得到表中对应行中的路面不平度系数范围区间是[Gqjn-1，Gqjn]，将路面不平度系数范围区间记为Rj。路面不平度系数范围判断模块将路面不平度系数范围区间Rj发送给精度选择模块。
步骤四：精度选择模块接收路面不平度系数范围判断模块发送的路面不平度系数范围区间Rj，判断是否属于精度J1模式，即精度J1模式是否被选择，若精度J1模式被选择，则将路面不平度系数范围区间R1为[Gqjn-1，Gqjn]发送给输出模块，否则判断Rj是否属于精度J2模式，精度J2模式是否被选择，若精度J2模式被选择，则将路面不平度系数范围区间R2为[Gq2n-1，Gq2n]发送给输出模块，否则判断Rj是否属于精度J3模式，精度J3模式是否被选择，若是，则将路面不平度系数范围区间R3为[Gq3n-1，Gq3n]发送给输出模块。
步骤五：输出模块接收路面不平度系数范围区间Rj，输出被选择的精度模式下的路面不平度系数范围区间Rj。

Claims (7)

1.一种精度可调路面不平度辨识系统，包括用于采集车辆的四轮簧下质量加速度ai信息的簧下质量加速度传感器、用于采集车辆的车速v信息的车速传感器，i＝1，2，3，4，其特征是：
ADV计算模块接收四轮簧下质量加速度ai信息以及车速v信息，计算出ADV值，即车辆平稳行驶时四轮簧下质量加速度信息ai的均方根值与车速v之商，并制定出三种精度J1、J2、J3模式下的路面不平度系数范围判断规则表；
路面不平度系数范围判断模块根据路面不平度系数范围判断规则表判断所有ADV值所对应的路面不平度系数范围区间；
精度选择模块判断三种精度J1、J2、J3模式是否被选择；
输出模块输出被选择的精度模式下的路面不平度系数范围区间。
2.一种如权利要求1所述的精度可调路面不平度辨识系统的辨识方法，其特征是包括以下步骤：
步骤1：将试验样车在选取的三种路面不平度系数Gqj0的路面上行驶，j＝1，2，3，同时采集四轮簧下质量加速度ai和车速v；
步骤2：ADV计算模块根据式计算出平均ADV值ADVj0；K＝4，f是采样频率，t3＝4，n是采样点数，N是采样总点数；
步骤3：ADV计算模块根据式计算出其他n个路面不平度系数Gqjn的路面对应的平均ADV值ADVjn，n∈自然数；
步骤4：ADV计算模块根据所述的Gqj0、ADVj0、Gqjn及ADVjn制定出三种精度J1、J2、J3模式下的路面不平度系数范围判断规则表并输出到路面不平度系数范围判断模块中；
步骤5：在车辆行驶过程中，ADV计算模块根据实时采集的信息和式计算出平均ADV值ADVj，路面不平度系数范围判断模块根据判断规则表判断ADVj所在范围，得到对应的路面不平度系数范围区间是[Gqjn-1，Gqjn]记为Rj；
步骤6：精度选择模块根据路面不平度系数范围区间Rj判断所属的精度J1、J2、J3模式并作选择，将被选择的精度J1、J2、J3模式下路面不平度系数范围区间Rj发送给输出模块。
3.根据权利要求2所述的辨识方法，其特征是：步骤4中，ADV计算模块根据路面不平度系数Gq10制定精度J1模式下的路面不平度系数范围判断规则表、根据路面不平度系数Gq20制定精度J2模式下的路面不平度系数范围判断规则表、根据路面不平度系数Gq30制定精度J3模式下的路面不平度系数范围判断规则表。
4.根据权利要求3所述的辨识方法，其特征是：每个规则表中有三列，第一列为n值，第二列为对应的平均ADV值ADVj0、第三列为对应的不同路面不平度系数Gqjn×10-6。
5.根据权利要求4所述的辨识方法，其特征是：精度J1模式下的路面不平度系数范围判断规则表中的第三列为对应的不同路面不平度系数Gq1n×10-6，Gq1n＝23+n；精度J2模式下的路面不平度系数范围判断规则表中的第三列为对应的不同路面不平度系数Gq2n×10-6，精度J3模式下的路面不平度系数范围判断规则表中的第三列为对应的不同路面不平度系数Gq3n×10-6，
6.根据权利要求2所述的辨识方法，其特征是：步骤5中，路面不平度系数范围判断模块将ADV1与精度J1模式下的路面不平度系数范围判断规则表中的ADV1n作比较，将ADV2与精度J2模式下的路面不平度系数范围判断规则表中的ADV2n作比较，将ADV3与精度J2模式下的路面不平度系数范围判断规则表中的ADV3作n比较，得到ADVj所在范围[ADVjn-1，ADVjn]。
7.根据权利要求6所述的辨识方法，其特征是：步骤6中，精度选择模块判断Rj是否属于精度J1模式，若是，则将路面不平度系数范围区间R1为[Gqjn-1，Gqjn]发送给输出模块，否则判断Rj是否属于精度J2模式，若是则将路面不平度系数范围区间R2为[Gq2n-1，Gq2n]发送给输出模块，否则判断Rj是否属于精度J3模式，若是则将路面不平度系数范围区间R3为[Gq3n-1，Gq3n]发送给输出模块。
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