在車輛重量計算中補償車身側(cè)傾的方法

李華

摘要：當車輛不對稱地裝載時，如車輛的駕駛員和乘客側(cè)的重量不相等時，可能會發(fā)生側(cè)傾，車身側(cè)傾將導(dǎo)致沿每個軸的懸架撓度和行駛高度變化，從而導(dǎo)致底盤不再與地面平行，影響汽車操縱的穩(wěn)定性和乘客乘坐的舒適度。本文通過使用支撐桿和懸架的特性來調(diào)整重量測量值以計算側(cè)傾角，從而補償了支撐桿的影響，并使用實心軸的特性和傳感器測量值來調(diào)整重量測量值，從而補償了實心軸的影響。其中，車輛傳感器數(shù)據(jù)用于計算車身側(cè)傾，將身體側(cè)傾與動態(tài)計算的側(cè)傾閾值進行比較，如果車身側(cè)傾超過側(cè)傾閾值，則確定重量調(diào)整。

關(guān)鍵詞：車身，側(cè)傾，傳感器，重量調(diào)整

1、引言

車身側(cè)傾是制約汽車操縱穩(wěn)定性和乘坐舒適度的重要因素[ ]。懸架作為車身的重要組成部分，是連接車身與車輪所有零部件的總稱，懸架傳遞著車輪與車身之間所有的力與力矩，隔絕和衰減路面振動對車身的影響。提高乘坐舒適性，同時懸架需要使車輪具有良好的抓地性能，保證車輛行駛的安全性[ ]。懸架側(cè)傾角剛度的大小對車身的側(cè)傾角有影響[ ]，若側(cè)傾角剛度過小，則側(cè)墻角過大，導(dǎo)致乘員缺乏舒適感和安全感;反之，將會導(dǎo)致成員缺乏汽車側(cè)翻時的感覺，并且如果汽車后輪的側(cè)傾角剛度過大，則會使汽車增加過多轉(zhuǎn)向的可能[ ]。

人們對高性能汽車懸架的要求和科學(xué)技術(shù)的進步使汽車懸架技術(shù)也從單一的被動減震模式向主動和半主動減震模式發(fā)展[ ]，主動懸架或半主動懸架在其控制器的控制下，能更好的隔絕路面振動，增強路面的抓地力，在提高車輛乘坐的舒適性同時，保證車輛行駛的安全性?；谡嚹Ｐ偷闹鲃討壹芸刂菩枰紤]多個懸架協(xié)調(diào)控制，其對車輛的舒適性控制也從單一的垂向運動抑制變?yōu)榇瓜颉⒏┭雠c側(cè)傾多個方向運動的聯(lián)合抑制[ ][ ]。車輛轉(zhuǎn)向側(cè)傾的主動轉(zhuǎn)向控制是根據(jù)車輛當前的行駛速度，限制車輛轉(zhuǎn)向角的大小，保證車輛轉(zhuǎn)向時的側(cè)傾運動在安全范圍內(nèi)，并建立車輛轉(zhuǎn)向側(cè)傾模型，分析車輛轉(zhuǎn)向時的側(cè)傾動力學(xué)特性，設(shè)定了車輛的側(cè)傾的門限值，當預(yù)測到車輛的側(cè)傾運動要超過門限制時，通過主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)附加一個轉(zhuǎn)角，減小車輛總的轉(zhuǎn)向角，使車輛處于安全行駛狀態(tài)[ - ]。主動懸架或半主動懸架控制車輛轉(zhuǎn)向側(cè)傾運動時根據(jù)車輛轉(zhuǎn)向時的狀態(tài)計算出車輛車身的側(cè)傾力矩，然后控制主動懸架或半主動懸架產(chǎn)生反側(cè)傾力矩，使車身保持平穩(wěn)[ - ]，通過側(cè)傾力矩分配來控制車輛轉(zhuǎn)向，使車輛處于轉(zhuǎn)向不足，從而保證車輛不側(cè)翻。

本文研究了一種在計算車輛的重量時補償車身側(cè)傾的方法，該方法通過從車輛的傳感器接收傳感器數(shù)據(jù)并基于傳感器數(shù)據(jù)確定車輛的重量和車輛的車身側(cè)傾，然后將車身側(cè)傾與閾值進行比較，如果滿足側(cè)傾閾值，則基于確定的車身側(cè)傾和車輛懸架系統(tǒng)的特性來調(diào)整車輛的確定重量，如果不滿足側(cè)傾閾值，則不需要重量調(diào)整。

2、車輛重量計算中補償車身側(cè)傾方法

對于使用行駛高度傳感器的車輛重量計算系統(tǒng)，由于力是通過力拉桿傳遞的，而不是通過其他懸架元件傳遞，因此拉力桿的測量結(jié)果可能導(dǎo)致重量測量不準確。另外，對于包括實心軸的車輛，力可能通過實心軸傳遞，從而在重量計算中產(chǎn)生誤差。本文研究了一種在車輛重量計算中補償車身側(cè)傾的方法和設(shè)備。該方法通過使用支撐桿和懸架的特性來調(diào)整重量測量值以計算側(cè)傾角，從而補償了支撐桿的影響，并通過使用實心軸的特性和傳感器測量值來調(diào)整重量測量值，從而補償了實心軸的影響。其中，車輛傳感器數(shù)據(jù)用于計算身體側(cè)傾，將身體側(cè)傾與動態(tài)計算的側(cè)傾閾值進行比較，如果身體側(cè)傾超過側(cè)傾閾值，則確定重量調(diào)整。該方法的具體研究內(nèi)容如下。

圖1為車輛重量計算系統(tǒng)框圖，該重量計算系統(tǒng)包括傳感器，重量確定器，側(cè)傾補償器和車輛系統(tǒng)接口。重量計算系統(tǒng)輸出校正車輛重量，重量計算系統(tǒng)可以在車輛的動力總成控制單元（PCU）中實現(xiàn)。

該系統(tǒng)中傳感器將傳感器數(shù)據(jù)輸出到重量確定器和側(cè)傾補償器，重量計算系統(tǒng)經(jīng)由車輛的控制器局域網(wǎng)（CAN）系統(tǒng)與傳感器通信。車輛CAN系統(tǒng)允許重量計算系統(tǒng)與具有主機的傳感器通信，傳感器可以通過任何合適的方式與重量計算系統(tǒng)通信。重量確定器使用從傳感器接收的數(shù)據(jù)來計算車輛重量，例如，重量確定器使用懸架的性質(zhì)（例如，彈簧剛度）來計算車輛的每個車輪上的負載，并且將每個確定的負載求和以確定總負載。當計算車輛的總重量時，側(cè)傾補償器補償車輛的體側(cè)傾，側(cè)傾補償器可以計算校正因子以調(diào)節(jié)權(quán)重確定器，校正因子可以用于將由重量確定器計算出的重量調(diào)整為校正后的車輛重量。

車輛系統(tǒng)接口允許重量確定器和側(cè)傾補償器與車輛的其他系統(tǒng)對接，車輛系統(tǒng)界面可以使用校正后的車輛重量來修改車輛的系統(tǒng)以解決車輛的重量并可以修改車輛的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。車輛系統(tǒng)接口也可以與輸出設(shè)備連接以向用戶警告校正后的重量。

圖2為傾側(cè)補償器框圖，包括傳感器輸入，側(cè)傾計算器，側(cè)傾閾值比較器，重量調(diào)節(jié)器，閾值確定器，力角特性確定器，行駛高度傳感器，傾斜傳感器，加速度計，拉桿應(yīng)變儀和其他傳感器。

其中行駛高度傳感器測量與車輛的每個車輪相關(guān)聯(lián)的行駛高度以及車輛懸架系統(tǒng)的每個懸架元件的偏轉(zhuǎn)。傾斜傳感器測量車輛的傾斜。加速度計測量車輛相對于地球重力矢量的傾斜加速度計輸出的大小與該加速度計的身體側(cè)傾的正弦成比例。拉桿應(yīng)變儀測量拉桿中的應(yīng)變。傳感器輸入，用于從車輛的傳感器接收傳感器數(shù)據(jù)，指示相關(guān)的傳感器值。側(cè)傾計算器使用傳感器輸入提供的傳感器數(shù)據(jù)來計算車輛的側(cè)傾角（車身側(cè)傾）。側(cè)傾閾值比較器將側(cè)傾計算器計算出的側(cè)傾角與閾值確定器確定的閾值進行比較，以確定側(cè)傾角是否滿足閾值。重量調(diào)節(jié)器可以使用由力角特性確定器確定的力角特性計算權(quán)重調(diào)整因子，懸架力角特性由力角特性確定器確定。閾值確定器確定滾動閾值比較器要使用的合適閾值，側(cè)傾閾值可以是與車輛的構(gòu)造，模型和或懸架系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的靜態(tài)值，側(cè)傾閾值可以通過實驗確定，也可以基于憑經(jīng)驗確定的車輛懸架系統(tǒng)的特性來確定動態(tài)側(cè)傾閾值。因為車輛的懸架系統(tǒng)會隨著年齡而磨損，如懸架或拉桿的剛度由于磨損而減小，閾值確定器可以適當?shù)匦薷膫?cè)傾閾值。力角特性確定器確定由重量調(diào)節(jié)器518使用的懸架力角特性，力角特性可以基于車輛的制造，模型或懸架系統(tǒng)來確定，也可以基于實驗數(shù)據(jù)來確定，當車輛的懸架系統(tǒng)隨著年齡而磨損時，力角特性確定器可以適當?shù)匦薷牧翘匦浴?/p>

圖3 為車輛重量確定中補償非對稱負載的方法流程圖，傳感器輸入從車輛的傳感器接收傳感器數(shù)據(jù)，在已經(jīng)接收和計算了所有傳感器數(shù)據(jù)之后，側(cè)傾計算器然后可以使用三角關(guān)系來確定車輛的體側(cè)傾。一旦已經(jīng)計算出身體側(cè)傾，則閾值確定器確定與車輛相關(guān)聯(lián)的側(cè)傾閾值，傾側(cè)閾值可以基于車輛的制造、模型和懸掛系統(tǒng)來確定，也可以根據(jù)實驗來確定，傾側(cè)閾值有時也是根據(jù)懸掛系統(tǒng)的壽命。環(huán)境條件等動態(tài)變化的。一旦確定了側(cè)傾閾值，則側(cè)傾閾值比較器確定車輛閾值是否滿足側(cè)傾閾值，如果滿足側(cè)傾閾值，則需要進行重量調(diào)整，如果不滿足側(cè)傾閾值，則不需要重量調(diào)整。

3、車輛重量計算中補償車身側(cè)傾方法處理器平臺

圖4為實現(xiàn)本論文所提出方法的處理器平臺框圖，該處理器平臺可以通過服務(wù)器，個人計算機，工作站，自學(xué)習(xí)機器，移動設(shè)備（例如，手機，智能電話，平板電腦等）或任何其他類型的計算設(shè)備實現(xiàn)。該處理器平臺由硬件處理器，總線，易失性存儲器，非易失性存儲器，接口電路，輸入設(shè)備，輸出設(shè)備，用于存儲軟件和/或數(shù)據(jù)的大容量存儲設(shè)備，可執(zhí)行指令以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等組成。

此平臺的硬件處理器由集成電路，邏輯電路，微處理器，GPU，DSP或控制器來實現(xiàn)，處理器經(jīng)由總線與包括易失性存儲器和非易失性存儲器的主存儲器通信。易失性存儲器可以由同步動態(tài)隨機存取存儲器（SDRAM），動態(tài)隨機存取存儲器（DRAM）或任何其他類型的隨機存取存儲器設(shè)備來實現(xiàn)。非易失性存儲器可以由閃存或其他存儲設(shè)備來實，訪問主存儲器是由存儲器控制器控制。接口電路可以通過任何類型的接口標準來實現(xiàn)，例如以太網(wǎng)接口，通用串行總線（USB），Bluetooth?接口，近場通信（NFC）接口或PCI Express接口。輸入設(shè)備連接到接口電路，輸入設(shè)備允許用戶將數(shù)據(jù)或命令輸入到處理器中。輸出設(shè)備也連接到接口電路。接口電路通常包括圖形驅(qū)動器卡，圖形驅(qū)動器芯片或圖形驅(qū)動器處理器，還包括通信設(shè)備，例如發(fā)射機，接收機，收發(fā)器，調(diào)制解調(diào)器，住宅網(wǎng)關(guān)，無線接入點或網(wǎng)絡(luò)接口，以促進與外部機器的數(shù)據(jù)交換。大容量存儲設(shè)備包括軟盤驅(qū)動器，硬盤驅(qū)動器，光盤驅(qū)動器，藍光磁盤驅(qū)動器，獨立磁盤冗余陣列（RAID）系統(tǒng)和數(shù)字多功能磁盤（DVD）驅(qū)動器。機器可執(zhí)行指令用來實現(xiàn)圖3的方法流程。

上述的傳感器輸入，側(cè)傾計算器，側(cè)傾閾值比較器，重量調(diào)節(jié)器，閾值確定器以及力角特性確定器等均在此平臺上實現(xiàn)。

4、結(jié)論

本文提出了一種在計算車輛的重量時補償車身側(cè)傾的方法，該方法通過從車輛的傳感器接收傳感器數(shù)據(jù)并基于傳感器數(shù)據(jù)確定車輛的重量和車輛的車身側(cè)傾，然后將車身側(cè)傾與閾值進行比較，如果滿足側(cè)傾閾值，則基于確定的車身側(cè)傾和車輛懸架系統(tǒng)的特性來調(diào)整車輛的確定重量，如果不滿足側(cè)傾閾值，則不需要重量調(diào)整。該方法在使用現(xiàn)有傳感器的重量計算中考慮了車身側(cè)傾，正確補償車身側(cè)傾，可以更準確地確定車輛的重量，從而可以更準確地確定零件壽命。

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