[发明专利]一种用于多维轮力传感器的初始值计算方法

说明书

技术领域

本发明属于汽车测控技术领域，尤其涉及一种数据处理领域。

背景技术

汽车试验技术是伴随汽车工业的建立而逐渐成长起来的，广泛应用于车辆研发、性能检测以及道路试验等工程领域。汽车运动是地面与车轮的作用产生的，因此，汽车行驶过程中车轮力的测试技术是汽车道路试验系统中的关键技术。随着对于汽车车型开发和质量评价的需要，轮力传感器也从一维向多维发展。多维轮力传感器可直接用于路面多维路谱的采集、悬架特性、车辆底盘控制系统等的研究。由于车轮力信号具有强耦合、非线性和时变等特点，因此数据处理时技术难度较大。我国在这项领域比较薄弱，对其的研究基本处于理论阶段，在实际车辆设计或性能评估时，往往采用借鉴国外相关参数并结合以往设计经验的方法，很难有定量的数据分析和处理的设备及方法。

本发明专利所应用的对象为东南大学仪器科学与工程学院自主研发的多维轮力传感器（汽车车轮多维力测量装置ZL 2003 2 0110714.5；汽车车轮多维力测量传感器 ZL 2003 2 0110713.0），该多维轮力传感器能够感知车辆行驶过程中地面对车轮的作用力，其中的牵引力和正压力为本发明专利所关注的信号量。牵引力反映了汽车动力系统对于车轮的力的效果，可用于对发动机与制动器性能研究，正压力则反映了路面对于车轮的影响，可用于道路路谱采集等研究领域。为了实现对多维轮力传感器输出信号的数据解耦，获得高精度的牵引力和正压力，需要准确获取车轮不受力时多维轮力传感器牵引力通道和正压力通道的初始值，以及安装在车轴上的编码器与车轮基准轴之间的初始角度偏差值，这三个初始值对多维轮力传感器的准确数据解耦具有重要作用。

常规的方法是将轮力传感器在安装上车轮前，水平置于标定台上，读取当前的传感器输出作为初始值，这种方法只是一种近似测量方法，其忽略了车轮与传感器自身重量对于传感器输出的影响。对于初始角度偏差值，常用的有两种方法，一种是以极慢的速度推行车辆，记录多维轮力传感器正压力通道的输出值，认为取值最大时对应的编码器角度即为初始偏差。第二种方法是在车辆匀速行驶时，记录下多维轮力传感器正压力通道的输出值，此时该通道输出呈现余弦的变化趋势，将此输出值用函数方式表示，记为F’z₂(t)。同时，将编码器的角度输出，记为θ₂，在输出值上减去一个变量，变量记为θ₁，为并作余弦运算，记为cos(θ₂-θ₁)将θ₁在+90^o到-90^o之间进行遍历，当F’z₂(t)和cos(θ₂-θ₁)之间的相似度达到最大时，将此时的θ₁值作为初始偏差。这两种方法只有在车轮受到的正压力远大于牵引力下的前提条件下才能获得较好的效果，同时这两种方法忽视了正压力变化对于测量的影响。因此，采用传统方法获得的多维轮力传感器牵引力通道和正压力通的初始值以及角度偏差存在一定的误差，这就导致了在以后的处理中得出的牵引力和正压力数值存在偏差。

因此，必须研究一种行之有效的方法来准确获取车轮不受力时多维轮力传感器牵引力通道和正压力通道的初始值，以及编码器与车轮基准轴之间的角度偏差，以提高多维轮力传感器解耦的准确度。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种，能够准确获取车轮不受力时多维轮力传感器牵引力通道和正压力通道的初始值，以及编码器与车轮基准轴之间的角度偏差的方法。该方法能够应用于东南大学仪器科学与工程学院研发的多维轮力传感器的数据解耦，具有很强的实用性。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：建立车体坐标系{O₁}和随车轮转动的传感器坐标系{O₂}之间的转换关系，即坐标变化矩阵。根据坐标变化矩阵列出多维轮力传感器牵引力和正压力通道的输出值与车轮实际受到的牵引力和正压力的函数关系，并通过建立初始状态与理想状态和车辆行驶时的关系，将初始值代入函数中，采用路面多次停车获得多元非线性超越方程组，并通过牛顿迭代方法解方程组，获得多维轮力传感器的初始值。