專利名稱：汽車底盤測功機阻力模擬的高精度快速自補償法的制作方法
汽車底盤測功機阻力模擬的高精度快速自補償法
技術領域：
本發(fā)明涉及自動控制技術領域，特別是涉及汽車底盤測功機多工況排 放測試的臺架高精度阻力控制技術。
背景技術：
汽車底盤測功機是整體測試汽車動力特性參數(shù)的重要裝置，通常它包 括轉鼓與機械系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與轉化系統(tǒng)、工控機實時控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫支持系統(tǒng)以及人 機交互接口。而多工況排放測試的臺架試驗過程是指通過在室內(nèi)臺架上模擬道路行駛工 況，從而檢測汽車動力特性、耗油和多工況排放指標的過程。此外，利用汽車底盤測功機 還可以方便地進行汽車的加載調(diào)式、診斷汽車在負荷條件下出現(xiàn)的故障等。
采用測功機臺架試驗代替道路試驗的關鍵在于解決臺架阻力模擬技術的效率和精度 控制問題。即在進行汽車多工況排放測試時，要使測功機臺架試驗能夠取代實際道路試驗， 就必須滿足兩個條件，其一是能夠快速的實現(xiàn)道路模擬阻力的加載，以適應測試試驗的實 時性要求；其二是能較快地達到預期的模擬阻力控制精度，確保臺架模擬過程對道路標準 阻力的精確加載。
目前，國內(nèi)的汽車底盤測功機測控系統(tǒng)尚停留在對單個控制器的優(yōu)化設計階段，而實 際測試中較大程度的依賴于測試設備的靈敏度。信息數(shù)據(jù)的采集分析也僅僅局限于簡單存 儲和曲線顯示等功能，尚未進行更深入的信息綜合處理與分析能力，以至于當測試條件發(fā) 生變化時，系統(tǒng)仍然采用原有參數(shù)進行控制，其結果導致了測試精度和效率的低下；傳統(tǒng) 的汽車底盤測功機阻力模擬試驗中，沒有考慮到系統(tǒng)本身在不同的轉速工況下的測量精度 及其對模擬誤差的影響，同時過程中沒有檢測并及時補償，而是在整個滑行試驗結束后再
作調(diào)整，這樣就會產(chǎn)生由于局部誤差因素導致的系統(tǒng)偏差較大、試驗效率低下等問題。此 外，對于測試系統(tǒng)輸入空間存在的非線性，其對試驗精度產(chǎn)生的影響過去一直被忽略。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是解決在汽車底盤測功機阻力模擬試驗中，由于測試數(shù) 據(jù)非線性波動而引起的阻力模擬精度低以及試驗效率低下的問題，提供一種汽車底盤測功 機阻力模擬的高精度快速自補償法。
本發(fā)明提供的汽車底盤測功機阻力模擬的高精度快速自補償法包括-
第1、確定非線性輸入空間貢獻率
第1.1、首先根據(jù)標定點進行測量阻力的試驗數(shù)據(jù)采集，生成樣本空間，然后對采集 的試驗數(shù)據(jù)樣本進行標準化處理，處理后的數(shù)據(jù)稱作標準化數(shù)據(jù)樣本；
第1.2、計算上步得到的標準化數(shù)據(jù)樣本的相關性，并進行特征空間分析，算出特征
值與特征向量，提取最大特征值;i,所對應的特征向量p^ ，將其與標準化數(shù)據(jù)樣本相乘，
得到非線性輸入空間的貢獻度，記作G,.， G-i^Jtan^r《.，其均值用g表示；
第1.3、由第1.2步得到的貢獻度能夠獲得貢獻率ctj的值，當汽車底盤測功機阻力模 擬系統(tǒng)進行首次阻力模擬時，即i等于1時，貢獻率A取值為1;當i不等于1時，第i次試驗貢獻率a,的值用非線性輸入空間的貢獻度《與其均值5的商表示； 第2、確定補償精度修正因子
第2.1、用e表示經(jīng)過i次迭代后的阻力模擬精度誤差，其值由第1.1中對標定點進行 數(shù)據(jù)采集得到的測量阻力與第i次模擬阻力之差同測量阻力之比計算得出，并設定預期控 制精度為5 (可根據(jù)具體實驗條件和精度要求設置， 一般可取5=0.01);
第2.2、當e的絕對值小于等于預期控制精度時，認為已經(jīng)達到目的，此時，補償精 度修正因子A為零，迭代終止；當e的絕對值大于預期控制精度時，進入第3步，且補償 精度修正因子A的值取e;
第3、確定并輸出底盤測功機上的模擬阻力值
i^Fc+a,.AF + A.(l-iO才1)
式中，F(xiàn):、 Fj —D分別表示經(jīng)過k次和k-1次迭代計算后的汽車底盤測功機模擬阻力，
單位N; K表示車輛臺架試驗設定的標準阻力，單位N;用F,表示車輛臺架試驗中測功
機的測量阻力，單位N; AF =《-《，表示標準阻力與測量阻力之差；<^表示第1.3中
得到的進行第i次模擬試驗時非線性輸入空間的貢獻率大小，其作用是描述測試數(shù)據(jù)的非 線性波動特性；A表示第2.2步得到的補償精度修正因子，它反映了第i次試驗的阻力模
擬精度；^是工況適應度因子，用來表示不同工況條件下試驗精度的許可值，當速度小 于30km/h時，^取值為0.1，當速度大于等于30km/h且小于等于50km/h時，w,取值為 0.03,當速度大于50km/h時，H^取值為0.02。
以上第1.1步中所述的試驗數(shù)據(jù)樣本標準化處理方法是
" S乂. ，，，，_/,，， 式中，m表示試驗數(shù)據(jù)樣本采集的次數(shù)；w表示試驗中采樣標志點的數(shù)目； 據(jù)樣本X中相應的數(shù)值；^表示試驗數(shù)據(jù)樣本的行均值，可以表示為5 =
表示試驗數(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步中所述的標準化數(shù)據(jù)樣本的相關性的計算方法是
=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度的計算方法是G,=尸 ; 'Stant/aA^'其中，尸。孤為最大特征值A鵬所對應的特征向量，Stand^《.表示試 驗數(shù)據(jù)樣本標準化結果。
本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果本發(fā)明提供的方法考慮了在汽車底盤測功機阻力模擬臺架 試驗中，由于測量數(shù)據(jù)非線性波動引起的測量精度和測試效率低下的問題，通過確定輸入 非線性空間的貢獻率影響因子、工況補償精度因子，^現(xiàn)了臺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功機的安裝調(diào)試以及阻力模擬試驗的人為主觀影響，減 少試驗次數(shù)，提高阻力模擬精度。
具體實施方式
實施例1
以天津天波科達科技有限公司的MCG1000型汽車底盤測功機為例，進行道路臺架模 擬滑行試驗，實驗車輛選用哈飛賽馬，滑行試驗初始速度為90km/h，標準阻力由
F二a + 6.v + c-y2來確定，其中a = 6.4，6 = O，c = 0.0433 。
實測中選取IO、 20、 30、 40、 50、 60、 70km/h作為速度采樣標志點如表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)標準化數(shù)據(jù)樣本，定義數(shù)據(jù)樣本標準化矩陣Stancfe/Y/,具有如下形式:
Standa^ ——^， z' = l，2，...，w;_/ = l，2，."，w
在本實施例中，附表示試驗數(shù)據(jù)樣本采集的次數(shù)，取值為5; W表示試驗中采樣標志點的 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)樣本進行標準化后可得到: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)的相關性^計算如下
^ =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，進行相關性計算，結果如下:
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度的大小計算貢獻率C^ ，其大小可以由下式確定
①當輸入空間的秩為1時a,l，表示僅有一次試驗輸入數(shù)據(jù); ②當輸入空間的秩不為1時
a =
汽車底盤測功機臺架滑行試驗測量阻力值如表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)汽車底盤測功機阻力模擬的高精度快速自補償法，進行兩次迭代計算后，阻力模
擬值計算結果見表3 ，可以看出模擬誤差經(jīng)過兩次迭代計算后己經(jīng)控制在預期值0.01以內(nèi)， 體現(xiàn)了方法的快速和高精度的特點
表3
203050(5070
Fra10.647723.555945.615176.0397114.744162.1933217.9967
0.007670.00692-0.00540-0.004750細820細530.00638
0000-0.041710.015190
0.94516權利要求
1、一種汽車底盤測功機阻力模擬的高精度快速自補償法，其特征是該方法包括第1、確定非線性輸入空間貢獻率第1.1、首先根據(jù)標定點進行測量阻力的試驗數(shù)據(jù)采集，生成樣本空間，然后對采集的試驗數(shù)據(jù)樣本進行標準化處理，處理后的數(shù)據(jù)稱作標準化數(shù)據(jù)樣本；第1.2、計算上步得到的標準化數(shù)據(jù)樣本的相關性，并進行特征空間分析，算出特征值與特征向量，提取最大特征值λmax所對應的特征向量Pmax，將其與標準化數(shù)據(jù)樣本相乘，得到非線性輸入空間的貢獻度，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步得到的貢獻度能夠獲得貢獻率αi的值，當汽車底盤測功機阻力模擬系統(tǒng)進行首次阻力模擬時，即i等于1時，貢獻率αi取值為1；當i不等于1時，第i次試驗貢獻率αi的值用非線性輸入空間的貢獻度Gi與其均值<overscore>G</overscore>i的商表示；第2、確定補償精度修正因子第2.1、用e表示經(jīng)過i次迭代后的阻力模擬精度誤差，其值由第1.1中對標定點進行數(shù)據(jù)采集得到的測量阻力與第i次模擬阻力之差同測量阻力之比計算得出，并設定預期控制精度為δ；第2.2、當e的絕對值小于等于預期控制精度時，認為已經(jīng)達到目的，此時，補償精度修正因子βi為零，迭代終止；當e的絕對值大于預期控制精度時，進入第3步，且補償精度修正因子βi的值取e；第3、確定并輸出底盤測功機上的模擬阻力值<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k次和k-1次迭代計算后的汽車底盤測功機模擬阻力，單位N；Fc表示車輛臺架試驗設定的標準阻力，單位N；用Fs表示車輛臺架試驗中測功機測量阻力，單位N；ΔF＝Fc-Fs，表示標準阻力與測量阻力之差；αi表示第1.3中得到的進行第i次模擬試驗時非線性輸入空間的貢獻率大小，其作用是描述測試數(shù)據(jù)的非線性波動特性；βi表示第2.2步得到的補償精度修正因子，它反映了第i次試驗的阻力模擬精度；wv是工況適應度因子，用來表示不同工況條件下試驗精度的許可值，當速度小于30km/h時，wv取值為0.1，當速度大于等于30km/h且小于等于50km/h時，wv取值為0.03，當速度大于50km/h時，wv取值為0.02。
2、根據(jù)權利要求1所述的汽車底盤測功機阻力模擬的高精度快速自補償法，其特征 在于第1.1步中所述的試驗數(shù)據(jù)樣本標準化處理方法是Stanc/a/"《-^， f = l,2,."，/w;_/ = l，2，...，w式中，m表示試驗數(shù)據(jù)樣本采集的次數(shù)；"表示試驗中采樣標志點的數(shù)目；^表示試驗數(shù) 據(jù)樣本X中相應的數(shù)值；^表示試驗數(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)權利要求1所述的汽車底盤測功機阻力模擬的高精度快速自補償法，其特征 在于第1.2中所述的標準化數(shù)據(jù)樣本的相關性的計算方法是丄^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)權利要求1所述的汽車底盤測功機阻力模擬的高精度快速自補償法，其特征在于第1.2中所述的非線性輸入空間的貢獻度的計算方法是G,^尸皿Jtanc/m^，其中，尸，為最大特征值A,所對應的特征向量，Stan^/^表示試 驗數(shù)據(jù)樣本標準化結果。
全文摘要
一種汽車底盤測功機阻力模擬的高精度快速自補償法。該方法首先根據(jù)標定點進行試驗數(shù)據(jù)采集并進行標準化處理，再進行特征空間分析，算出特征值與特征向量，提取最大特征值所對應的特征向量，將其與標準化數(shù)據(jù)樣本相乘得出非線性輸入空間的貢獻度，記作G_i，其均值用G_i表示，在此基礎上得出貢獻率α_i的值。然后由測量阻力與第i次模擬阻力之差同測量阻力之比算出精度誤差e，當e的絕對值大于預期控制精度時，取補償精度修正因子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功機上的模擬阻力值，實現(xiàn)臺架阻力的高精度快速自補償。該法可在很大程度上降低汽車底盤測功機的安裝調(diào)試及阻力模擬試驗的人為主觀影響，減少試驗次數(shù)，提高阻力模擬精度。
文檔編號G01M17/007GK101587020SQ20091006930
公開日2009年11月25日 申請日期2009年6月18日 優(yōu)先權日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 高 申請人:天津市天波科達科技有限公司;天津大學