專利名稱：汽車底盤測(cè)功機(jī)阻力模擬的高精度快速自補(bǔ)償法的制作方法
汽車底盤測(cè)功機(jī)阻力模擬的高精度快速自補(bǔ)償法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及汽車底盤測(cè)功機(jī)多工況排 放測(cè)試的臺(tái)架高精度阻力控制技術(shù)。
背景技術(shù)：
汽車底盤測(cè)功機(jī)是整體測(cè)試汽車動(dòng)力特性參數(shù)的重要裝置，通常它包 括轉(zhuǎn)鼓與機(jī)械系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)化系統(tǒng)、工控機(jī)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)支持系統(tǒng)以及人 機(jī)交互接口。而多工況排放測(cè)試的臺(tái)架試驗(yàn)過(guò)程是指通過(guò)在室內(nèi)臺(tái)架上模擬道路行駛工 況，從而檢測(cè)汽車動(dòng)力特性、耗油和多工況排放指標(biāo)的過(guò)程。此外，利用汽車底盤測(cè)功機(jī) 還可以方便地進(jìn)行汽車的加載調(diào)式、診斷汽車在負(fù)荷條件下出現(xiàn)的故障等。
采用測(cè)功機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)代替道路試驗(yàn)的關(guān)鍵在于解決臺(tái)架阻力模擬技術(shù)的效率和精度 控制問(wèn)題。即在進(jìn)行汽車多工況排放測(cè)試時(shí)，要使測(cè)功機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)?zāi)軌蛉〈鷮?shí)際道路試驗(yàn)， 就必須滿足兩個(gè)條件，其一是能夠快速的實(shí)現(xiàn)道路模擬阻力的加載，以適應(yīng)測(cè)試試驗(yàn)的實(shí) 時(shí)性要求；其二是能較快地達(dá)到預(yù)期的模擬阻力控制精度，確保臺(tái)架模擬過(guò)程對(duì)道路標(biāo)準(zhǔn) 阻力的精確加載。
目前，國(guó)內(nèi)的汽車底盤測(cè)功機(jī)測(cè)控系統(tǒng)尚停留在對(duì)單個(gè)控制器的優(yōu)化設(shè)計(jì)階段，而實(shí) 際測(cè)試中較大程度的依賴于測(cè)試設(shè)備的靈敏度。信息數(shù)據(jù)的采集分析也僅僅局限于簡(jiǎn)單存 儲(chǔ)和曲線顯示等功能，尚未進(jìn)行更深入的信息綜合處理與分析能力，以至于當(dāng)測(cè)試條件發(fā) 生變化時(shí)，系統(tǒng)仍然采用原有參數(shù)進(jìn)行控制，其結(jié)果導(dǎo)致了測(cè)試精度和效率的低下；傳統(tǒng) 的汽車底盤測(cè)功機(jī)阻力模擬試驗(yàn)中，沒(méi)有考慮到系統(tǒng)本身在不同的轉(zhuǎn)速工況下的測(cè)量精度 及其對(duì)模擬誤差的影響，同時(shí)過(guò)程中沒(méi)有檢測(cè)并及時(shí)補(bǔ)償，而是在整個(gè)滑行試驗(yàn)結(jié)束后再
作調(diào)整，這樣就會(huì)產(chǎn)生由于局部誤差因素導(dǎo)致的系統(tǒng)偏差較大、試驗(yàn)效率低下等問(wèn)題。此 外，對(duì)于測(cè)試系統(tǒng)輸入空間存在的非線性，其對(duì)試驗(yàn)精度產(chǎn)生的影響過(guò)去一直被忽略。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是解決在汽車底盤測(cè)功機(jī)阻力模擬試驗(yàn)中，由于測(cè)試數(shù) 據(jù)非線性波動(dòng)而引起的阻力模擬精度低以及試驗(yàn)效率低下的問(wèn)題，提供一種汽車底盤測(cè)功 機(jī)阻力模擬的高精度快速自補(bǔ)償法。
本發(fā)明提供的汽車底盤測(cè)功機(jī)阻力模擬的高精度快速自補(bǔ)償法包括-
第1、確定非線性輸入空間貢獻(xiàn)率
第1.1、首先根據(jù)標(biāo)定點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量阻力的試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集，生成樣本空間，然后對(duì)采集 的試驗(yàn)數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，處理后的數(shù)據(jù)稱作標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)樣本；
第1.2、計(jì)算上步得到的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)樣本的相關(guān)性，并進(jìn)行特征空間分析，算出特征
值與特征向量，提取最大特征值;i,所對(duì)應(yīng)的特征向量p^ ，將其與標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)樣本相乘，
得到非線性輸入空間的貢獻(xiàn)度，記作G,.， G-i^Jtan^r《.，其均值用g表示；
第1.3、由第1.2步得到的貢獻(xiàn)度能夠獲得貢獻(xiàn)率ctj的值，當(dāng)汽車底盤測(cè)功機(jī)阻力模 擬系統(tǒng)進(jìn)行首次阻力模擬時(shí)，即i等于1時(shí)，貢獻(xiàn)率A取值為1;當(dāng)i不等于1時(shí)，第i次試驗(yàn)貢獻(xiàn)率a,的值用非線性輸入空間的貢獻(xiàn)度《與其均值5的商表示； 第2、確定補(bǔ)償精度修正因子
第2.1、用e表示經(jīng)過(guò)i次迭代后的阻力模擬精度誤差，其值由第1.1中對(duì)標(biāo)定點(diǎn)進(jìn)行 數(shù)據(jù)采集得到的測(cè)量阻力與第i次模擬阻力之差同測(cè)量阻力之比計(jì)算得出，并設(shè)定預(yù)期控 制精度為5 (可根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)條件和精度要求設(shè)置， 一般可取5=0.01);
第2.2、當(dāng)e的絕對(duì)值小于等于預(yù)期控制精度時(shí)，認(rèn)為已經(jīng)達(dá)到目的，此時(shí)，補(bǔ)償精 度修正因子A為零，迭代終止；當(dāng)e的絕對(duì)值大于預(yù)期控制精度時(shí)，進(jìn)入第3步，且補(bǔ)償 精度修正因子A的值取e;
第3、確定并輸出底盤測(cè)功機(jī)上的模擬阻力值
i^Fc+a,.AF + A.(l-iO才1)
式中，F(xiàn):、 Fj —D分別表示經(jīng)過(guò)k次和k-1次迭代計(jì)算后的汽車底盤測(cè)功機(jī)模擬阻力，
單位N; K表示車輛臺(tái)架試驗(yàn)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)阻力，單位N;用F,表示車輛臺(tái)架試驗(yàn)中測(cè)功
機(jī)的測(cè)量阻力，單位N; AF =《-《，表示標(biāo)準(zhǔn)阻力與測(cè)量阻力之差；<^表示第1.3中
得到的進(jìn)行第i次模擬試驗(yàn)時(shí)非線性輸入空間的貢獻(xiàn)率大小，其作用是描述測(cè)試數(shù)據(jù)的非 線性波動(dòng)特性；A表示第2.2步得到的補(bǔ)償精度修正因子，它反映了第i次試驗(yàn)的阻力模
擬精度；^是工況適應(yīng)度因子，用來(lái)表示不同工況條件下試驗(yàn)精度的許可值，當(dāng)速度小 于30km/h時(shí)，^取值為0.1，當(dāng)速度大于等于30km/h且小于等于50km/h時(shí)，w,取值為 0.03,當(dāng)速度大于50km/h時(shí)，H^取值為0.02。
以上第1.1步中所述的試驗(yàn)數(shù)據(jù)樣本標(biāo)準(zhǔn)化處理方法是
" S乂. ，，，，_/,，， 式中，m表示試驗(yàn)數(shù)據(jù)樣本采集的次數(shù)；w表示試驗(yàn)中采樣標(biāo)志點(diǎn)的數(shù)目； 據(jù)樣本X中相應(yīng)的數(shù)值；^表示試驗(yàn)數(shù)據(jù)樣本的行均值，可以表示為5 =
表示試驗(yàn)數(shù)lX ， s乂表
示輸入數(shù)據(jù)樣本的行均方差，可以表示為& =
w 一 i
以上第1.2步中所述的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)樣本的相關(guān)性的計(jì)算方法是
=丄J] (S tan c/o(r《,—5 )(5 tan ifar《乂 一 &)
其中，5和&分別表示數(shù)據(jù)樣本行、列均方差的均值，具體可表示如下:
5 =丄、-3f,) & 二s,=丄 一仏.、■
以上第1.2步中所述的非線性輸入空間的貢獻(xiàn)度的計(jì)算方法是G,=尸 ; 'Stant/aA^'其中，尸。孤為最大特征值A(chǔ)鵬所對(duì)應(yīng)的特征向量，Stand^《.表示試 驗(yàn)數(shù)據(jù)樣本標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果本發(fā)明提供的方法考慮了在汽車底盤測(cè)功機(jī)阻力模擬臺(tái)架 試驗(yàn)中，由于測(cè)量數(shù)據(jù)非線性波動(dòng)引起的測(cè)量精度和測(cè)試效率低下的問(wèn)題，通過(guò)確定輸入 非線性空間的貢獻(xiàn)率影響因子、工況補(bǔ)償精度因子，^現(xiàn)了臺(tái)架阻力的快速高精度模擬， 可以在很大程度上降低汽車底盤測(cè)功機(jī)的安裝調(diào)試以及阻力模擬試驗(yàn)的人為主觀影響，減 少試驗(yàn)次數(shù)，提高阻力模擬精度。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
以天津天波科達(dá)科技有限公司的MCG1000型汽車底盤測(cè)功機(jī)為例，進(jìn)行道路臺(tái)架模 擬滑行試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)車輛選用哈飛賽馬，滑行試驗(yàn)初始速度為90km/h，標(biāo)準(zhǔn)阻力由
F二a + 6.v + c-y2來(lái)確定，其中a = 6.4，6 = O，c = 0.0433 。
實(shí)測(cè)中選取IO、 20、 30、 40、 50、 60、 70km/h作為速度采樣標(biāo)志點(diǎn)如表1所示: 表l
7020州50仰70
10.32130.239.95160.0969.6
9.9720.6830.0840.0950.160.0970.1
10.220.330.140.250.960.370.2
10.120.129.939.8948.7860.570.1
a)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)樣本，定義數(shù)據(jù)樣本標(biāo)準(zhǔn)化矩陣Stancfe/Y/,具有如下形式:
Standa^ ——^， z' = l，2，...，w;_/ = l，2，."，w
在本實(shí)施例中，附表示試驗(yàn)數(shù)據(jù)樣本采集的次數(shù)，取值為5; W表示試驗(yàn)中采樣標(biāo)志點(diǎn)的 數(shù)目，取值為7; ^為表1所示的輸入數(shù)據(jù)樣本X中相應(yīng)的數(shù)值；
、表示輸入數(shù)據(jù)樣本的行均值，可以表示為如下形式
S,表示輸入數(shù)據(jù)樣本的行均方差，可以表示為如下形式:
將數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化后可得到:巧=
1.051 1.015 1.088 1.094 1.082 1.083 1.095—
1.165 1.203 1.114 1.084 1.158 1.089 1.073
1.040 1.143 1.098 1.102 1.089 1.089 1.101
1.127 1.071 1.101 1.113 1.151 1.102 1.106
1.089 1.034 1.075 1.083 0.989 1.115 1.101
b)非線性輸入空間數(shù)據(jù)的相關(guān)性^計(jì)算如下
^ =丄t (S tan ofcw《,-5 tan cfor/Y^ — g)
其中，S和&分別表示數(shù)據(jù)樣本行、列均方差的均值，具體可表示如下
1
w V附
/w 附V w
一1 ,=1
—1 ;=i
利用上述公式，進(jìn)行相關(guān)性計(jì)算，結(jié)果如下:
0.0030.002000.200
0.0020扁0扁0o扁00
00.001000.00100
0000000
0.0020扁o扁00.00500
0000000
0000000
進(jìn)一步利用雅可比方法可求得數(shù)據(jù)樣本協(xié)方差陣特征值特征向量為:
A =
尸=
0.87一0.08—0.07一0.19一0.4400
0.370.710.1400.5800
0.01—0.110.99-0.01一O.ll00
0.110.1000.97一0.200
0.3一0.6800.170.6400
000001.000
0000001.00
選取A鵬=0.00993537931560429，尸鵬=
非線性輸入空間的貢獻(xiàn)度G可表示如下
Gt =[1.894 2.117 1.986 2.004 1.865f ， k=l,2,...，5
^=1.9732
根據(jù)非線性輸入空間貢獻(xiàn)度的大小計(jì)算貢獻(xiàn)率C^ ，其大小可以由下式確定
①當(dāng)輸入空間的秩為1時(shí)a,l，表示僅有一次試驗(yàn)輸入數(shù)據(jù); ②當(dāng)輸入空間的秩不為1時(shí)
a =
汽車底盤測(cè)功機(jī)臺(tái)架滑行試驗(yàn)測(cè)量阻力值如表2所示， 表2
702040506070
Fsi10.7323.7245.3775.68114.65162.28218.57
Fs210.993725.495345.8913375.33403119.0233162.748216.1521
Fs310.7040624.9177845.5781275.99211115.0834162.748219.1766
Fs410.9049324.243545.6302376.37453118.5821163.8427219.7841
Fs510.8170323.8936345.1106375.29948109.4318164.8888219.1766
根據(jù)汽車底盤測(cè)功機(jī)阻力模擬的高精度快速自補(bǔ)償法，進(jìn)行兩次迭代計(jì)算后，阻力模
擬值計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3 ，可以看出模擬誤差經(jīng)過(guò)兩次迭代計(jì)算后己經(jīng)控制在預(yù)期值0.01以內(nèi)， 體現(xiàn)了方法的快速和高精度的特點(diǎn)
表3
203050(5070
Fra10.647723.555945.615176.0397114.744162.1933217.9967
0.007670.00692-0.00540-0.004750細(xì)820細(xì)530.00638
0000-0.041710.015190
0.94516權(quán)利要求
1、一種汽車底盤測(cè)功機(jī)阻力模擬的高精度快速自補(bǔ)償法，其特征是該方法包括第1、確定非線性輸入空間貢獻(xiàn)率第1.1、首先根據(jù)標(biāo)定點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量阻力的試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集，生成樣本空間，然后對(duì)采集的試驗(yàn)數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，處理后的數(shù)據(jù)稱作標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)樣本；第1.2、計(jì)算上步得到的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)樣本的相關(guān)性，并進(jìn)行特征空間分析，算出特征值與特征向量，提取最大特征值λmax所對(duì)應(yīng)的特征向量Pmax，將其與標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)樣本相乘，得到非線性輸入空間的貢獻(xiàn)度，記作Gi，Gi＝Pmax·S tan dardij，其均值用<overscore>G</overscore>i表示；第1.3、由第1.2步得到的貢獻(xiàn)度能夠獲得貢獻(xiàn)率αi的值，當(dāng)汽車底盤測(cè)功機(jī)阻力模擬系統(tǒng)進(jìn)行首次阻力模擬時(shí)，即i等于1時(shí)，貢獻(xiàn)率αi取值為1；當(dāng)i不等于1時(shí)，第i次試驗(yàn)貢獻(xiàn)率αi的值用非線性輸入空間的貢獻(xiàn)度Gi與其均值<overscore>G</overscore>i的商表示；第2、確定補(bǔ)償精度修正因子第2.1、用e表示經(jīng)過(guò)i次迭代后的阻力模擬精度誤差，其值由第1.1中對(duì)標(biāo)定點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集得到的測(cè)量阻力與第i次模擬阻力之差同測(cè)量阻力之比計(jì)算得出，并設(shè)定預(yù)期控制精度為δ；第2.2、當(dāng)e的絕對(duì)值小于等于預(yù)期控制精度時(shí)，認(rèn)為已經(jīng)達(dá)到目的，此時(shí)，補(bǔ)償精度修正因子βi為零，迭代終止；當(dāng)e的絕對(duì)值大于預(yù)期控制精度時(shí)，進(jìn)入第3步，且補(bǔ)償精度修正因子βi的值取e；第3、確定并輸出底盤測(cè)功機(jī)上的模擬阻力值<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><msubsup> <mi>F</mi> <mi>m</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo> </mrow></msubsup><mo>=</mo><msub> <mi>F</mi> <mi>c</mi></msub><mo>+</mo><msub> <mi>&alpha;</mi> <mi>i</mi></msub><mo>&CenterDot;</mo><mi>&Delta;F</mi><mo>+</mo><msub> <mi>&beta;</mi> <mi>i</mi></msub><mo>&CenterDot;</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <msub><mi>w</mi><mi>v</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>&CenterDot;</mo><msubsup> <mi>F</mi> <mi>m</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo> </mrow></msubsup> </mrow>]]></math></maths>式中，F(xiàn)mk、Fm(k-1)分別表示經(jīng)過(guò)k次和k-1次迭代計(jì)算后的汽車底盤測(cè)功機(jī)模擬阻力，單位N；Fc表示車輛臺(tái)架試驗(yàn)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)阻力，單位N；用Fs表示車輛臺(tái)架試驗(yàn)中測(cè)功機(jī)測(cè)量阻力，單位N；ΔF＝Fc-Fs，表示標(biāo)準(zhǔn)阻力與測(cè)量阻力之差；αi表示第1.3中得到的進(jìn)行第i次模擬試驗(yàn)時(shí)非線性輸入空間的貢獻(xiàn)率大小，其作用是描述測(cè)試數(shù)據(jù)的非線性波動(dòng)特性；βi表示第2.2步得到的補(bǔ)償精度修正因子，它反映了第i次試驗(yàn)的阻力模擬精度；wv是工況適應(yīng)度因子，用來(lái)表示不同工況條件下試驗(yàn)精度的許可值，當(dāng)速度小于30km/h時(shí)，wv取值為0.1，當(dāng)速度大于等于30km/h且小于等于50km/h時(shí)，wv取值為0.03，當(dāng)速度大于50km/h時(shí)，wv取值為0.02。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車底盤測(cè)功機(jī)阻力模擬的高精度快速自補(bǔ)償法，其特征 在于第1.1步中所述的試驗(yàn)數(shù)據(jù)樣本標(biāo)準(zhǔn)化處理方法是Stanc/a/"《-^， f = l,2,."，/w;_/ = l，2，...，w式中，m表示試驗(yàn)數(shù)據(jù)樣本采集的次數(shù)；"表示試驗(yàn)中采樣標(biāo)志點(diǎn)的數(shù)目；^表示試驗(yàn)數(shù) 據(jù)樣本X中相應(yīng)的數(shù)值；^表示試驗(yàn)數(shù)據(jù)樣本的行均值，表示為3f,^丄t .，A表示輸入數(shù)據(jù)樣本的行均方差，表示為5;-、~^￡(、-。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車底盤測(cè)功機(jī)阻力模擬的高精度快速自補(bǔ)償法，其特征 在于第1.2中所述的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)樣本的相關(guān)性的計(jì)算方法是丄^其中，S和^分別表示數(shù)據(jù)樣本行、列均方差的均值，具體表示如下-<formula>formula see original document page 3</formula>
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車底盤測(cè)功機(jī)阻力模擬的高精度快速自補(bǔ)償法，其特征在于第1.2中所述的非線性輸入空間的貢獻(xiàn)度的計(jì)算方法是G,^尸皿Jtanc/m^，其中，尸，為最大特征值A(chǔ),所對(duì)應(yīng)的特征向量，Stan^/^表示試 驗(yàn)數(shù)據(jù)樣本標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果。
全文摘要
一種汽車底盤測(cè)功機(jī)阻力模擬的高精度快速自補(bǔ)償法。該方法首先根據(jù)標(biāo)定點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，再進(jìn)行特征空間分析，算出特征值與特征向量，提取最大特征值所對(duì)應(yīng)的特征向量，將其與標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)樣本相乘得出非線性輸入空間的貢獻(xiàn)度，記作G_i，其均值用G_i表示，在此基礎(chǔ)上得出貢獻(xiàn)率α_i的值。然后由測(cè)量阻力與第i次模擬阻力之差同測(cè)量阻力之比算出精度誤差e，當(dāng)e的絕對(duì)值大于預(yù)期控制精度時(shí)，取補(bǔ)償精度修正因子β_i為e，反之終止迭代。最后根據(jù)公式確定并輸出底盤測(cè)功機(jī)上的模擬阻力值，實(shí)現(xiàn)臺(tái)架阻力的高精度快速自補(bǔ)償。該法可在很大程度上降低汽車底盤測(cè)功機(jī)的安裝調(diào)試及阻力模擬試驗(yàn)的人為主觀影響，減少試驗(yàn)次數(shù)，提高阻力模擬精度。
文檔編號(hào)G01M17/007GK101587020SQ20091006930
公開(kāi)日2009年11月25日 申請(qǐng)日期2009年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月18日
發(fā)明者任立環(huán), 李志宏, 王洪禮, 龍 郭, 陶俊衛(wèi), 強(qiáng) 高 申請(qǐng)人:天津市天波科達(dá)科技有限公司;天津大學(xué)