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原文传递商用车总质量及行驶道路坡度实时估计

论文题名：	商用车总质量及行驶道路坡度实时估计
关键词：	商用车;总质量;汽车行驶;道路坡度;实时估计
摘要：	商用车的实时质量与行驶道路坡度估计能为车辆运行过程监测、驾驶员行为评价系统提供基础数据支持。针对在商用车中加装车辆质量、道路坡道检测装置不易实现且难以被广泛应用的特点，利用CAN（Controller Area Network）总线数据对这些参数进行估计是一种用户和整车厂都较为容易接受的方式。本文以此为基础，开展商用车质量与道路坡度估计算法的研究并完成算法在嵌入式设备中的程序实现。本文的主要研究内容如下：　　①考虑商用车大传动比下发动机飞轮、车轮转动惯量对车辆动力学状态的影响，搭建商用车的纵向动力学模型。对换挡过程车辆状态进行分析：离合器啮合，发动机输出扭矩按动力学模型传递至车轮；离合器脱出，发动机与传动系断开，车辆无动力，由此在单次换挡中根据离合器状态的变化建立车辆动力学方程组。因换挡过程时间短、车速变化小，认为车辆在此过程所受外力不变，以此为基础对动力学方程组求解，获取单次换挡过程中的质量估计值。考虑发动机计算力矩与实际扭矩差异、噪声对传感器影响等导致的估计结果偏差，通过递推最小二乘法（Recursive Least Square，RLS）对多次换挡过程估计的质量值进行回归，得到质量估计算法。　　②将车辆的动力学模型通过前向欧拉法处理为离散化差分方程，选取车速、质量倒数、坡度作为状态变量，建立车辆的状态空间方程，通过状态空间方程搭建扩展卡尔曼滤波器，将车速、质量估计结果作为扩展卡尔曼滤波的观测量进行卡尔曼滤波的迭代计算，对状态变量中的坡度进行观测，得到坡度估计算法。对车速、车辆质量两个观测量进行误差分析，获取扩展卡尔曼滤波器的测量误差协方差R阵，通过极大似然准则预估过程噪声协方差Q阵，使扩展卡尔曼滤波器具有一定自适应能力。　　③搭建算法的MATLAB/SIMULINK模型，使用上汽红岩狮杰C500牵引车作为试验车辆完成道路试验，记录试验中的CAN数据作为MATLAB数据源验证算法有效性，离线仿真结果表明，车辆质量最大估计偏差小于6%，坡道估计平均绝对误差小于0.5°。　　④算法程序开发，选取嵌入式硬件平台为ARM Cortex-A8开发板，操作系统为Linux。通过解析商用车行业通用通讯CAN协议SAE J1939，结合DBC文件获取车速、发动机转速、发动机输出扭矩、离合信号、刹车信号在CAN总线对应的解析格式。设计了Ui交互界面，通过触摸屏选择CAN通讯端口、端口波特率、CAN数据解析格式。CAN信号接收模块中，启动进程Canutils并读取Ui界面中CAN数据解析格式对报文进行过滤接收。质量与坡度估计模块中，通过定时器定时读取解析数据作为输入进行参数估计，并将其作为子线程减少Ui界面的卡顿，最后将估计结果反馈至Ui界面。使用USB-CAN工具将实车报文发送至开发板进行程序测试，对开发板估计结果绘图分析，程序运行结果符合预期。
作者：	张兴
专业：	工程(车辆工程)
导师：	杨新桦;刘宝建
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆理工大学
学位年度：	2022