一种车辆垂向动力学模型参数辨识的方法及装置技术领域
本发明涉及车辆垂向动力学模型参数辨识领域，尤其是一种车辆垂向动力学模型
参数辨识的方法及装置。
背景技术
对于车型产品的市场竞争力来说，车辆的平顺性是最重要的性能指标之一。汽车
企业常采用基于原型车的试验优化方法来改善车辆的平顺性，然而，这是一种效率低下、代
价昂贵且多数不可复现的方法。更好的方案是能够提供预测性的模型，这就需要对车辆所
受的外部激励与“不舒适”的强度之间的关系进行分析与建模。这种方法需要耗费大量的时
间成本和经济成本。
现有技术中还有一种四立柱试验测试方法，通过四个执行器，同时对四个车轮进
行激励，进而得到车辆的平顺性特性参数，但是这种方法只能获得与四立柱试验结果相关
的平顺性特性，如平跳固有频率等，无法获得与车辆自身的平顺性特性相关的参数。
发明内容
本发明实施例要解决的技术问题是提供一种车辆垂向动力学模型参数辨识的方
法及装置，用以实现通过四立柱试验的试验结果数据对车辆垂向动力学模型参数进行准确
辨识，进而实现对车辆的平顺性特性进行改善。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供的车辆垂向动力学模型参数辨识的方
法，包括：
获取车辆进行四立柱试验后的试验结果数据，所述试验结果数据包含：垂向加速
度信息、垂向速度信息和垂向位移信息；
利用所述垂向加速度信息、所述垂向速度信息和所述垂向位移信息，结合解耦的
半车振动模型，通过线性估计方法获得半车振动模型的待辨识参数的初始解；
将所述垂向加速度信息、所述垂向速度信息、所述垂向位移信息变换到频域，结合
所述待辨识参数的初始解，进行非线性最小二乘拟合，辨识得到半车振动模型的待辨识参
数的最终解。
优选地，所述获取车辆进行四立柱试验后的试验结果数据的步骤，包括：
通过加速度传感器获得所述垂向加速度信息；
根据所述垂向加速度信息以及垂向加速度与垂向速度的第一预设对应关系，获得
所述垂向速度信息；
根据所述垂向加速度信息以及垂向加速度与垂向位移的第二预设对应关系，获得
所述垂向位移信息。
优选地，所述获取车辆进行四立柱试验后的试验结果数据的步骤，包括：
通过加速度传感器获得所述垂向加速度信息；
通过速度传感器获得所述垂向速度信息；
通过位移传感器获得所述垂向位移信息。
优选地，所述方法还包括：
根据辨识得到的待辨识参数的最终解以及待辨识参数与车辆的平顺性评价参数
的第三预设对应关系，获得车辆的平顺性评价参数。
优选地，所述平顺性评价参数包括：自然频率和阻尼比。
优选地，所述待辨识参数包括所述车辆的悬架刚度、车轮刚度和悬架阻尼系数。
根据本发明的另一方面，本发明实施例还提供了一种车辆垂向动力学模型参数辨
识装置，所述装置包括：
获取模块，用于获取车辆进行四立柱试验后的试验结果数据，所述试验结果数据
包含：垂向加速度信息、垂向速度信息和垂向位移信息；
第一获得模块，用于利用所述垂向加速度信息、所述垂向速度信息和所述垂向位
移信息，结合解耦的半车振动模型，通过线性估计方法获得半车振动模型的待辨识参数的
初始解；
辨识模块，用于将所述垂向加速度信息、所述垂向速度信息、所述垂向位移信息变
换到频域，结合所述待辨识参数的初始解，进行非线性最小二乘拟合，辨识得到半车振动模
型的待辨识参数的最终解。
优选地，所述获取模块包括：
第一获得单元，用于通过加速度传感器获得所述垂向加速度信息；
第二获得单元，用于根据所述垂向加速度信息以及垂向加速度与垂向速度的第一
预设对应关系，获得所述垂向速度信息；
第三获得单元，用于根据所述垂向加速度信息以及垂向加速度与垂向位移的第二
预设对应关系，获得所述垂向位移信息。
优选地，所述获取模块包括：
第一获得单元，用于通过加速度传感器获得所述垂向加速度信息；
第二获得单元，用于通过速度传感器获得所述垂向速度信息；
第三获得单元，用于通过位移传感器获得所述垂向位移信息。
优选地，所述装置还包括：
第二获得模块，用于根据辨识得到的待辨识参数的最终解以及待辨识参数与车辆
的平顺性评价参数的第三预设对应关系，获得车辆的平顺性评价参数。
与现有技术相比，本发明实施例提供的车辆垂向动力学模型参数辨识的方法，至
少具有以下有益效果：
利用测试车辆进行四立柱试验时的试验结果数据结合车辆的半车振动模型对待
辨识参数的获取方式，降低了测量过程中的经济成本，并且，所获得的半车振动模型的待辨
识参数的精确度较高。
附图说明
图1为本发明第一实施例所述的车辆垂向动力学模型参数辨识的方法的结构示意
图；
图2为本发明第二实施例所述的车辆垂向动力学模型参数辨识的方法的结构示意
图；
图3为本发明第三实施例所述的车辆垂向动力学模型参数辨识的方法的结构示意
图；
图4为本发明第四实施例所述的车辆垂向动力学模型参数辨识的装置的结构示意
图；
图5为本发明第五实施例所述的车辆垂向动力学模型参数辨识的装置的结构示意
图；
图6为本发明第六实施例所述的车辆垂向动力学模型参数辨识的装置的结构示意
图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具
体实施例进行详细描述。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是
为了帮助全面理解本发明的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实
施例进行各种改变和修改而不脱离本发明的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，省略了对
已知功能和构造的描述。
参照图1，本发明第一实施例提供了一种车辆垂向动力学模型参数辨识的方法，包
括：
步骤101，获取车辆进行四立柱试验后的试验结果数据，所述试验结果数据包含：
垂向加速度信息、垂向速度信息和垂向位移信息；
步骤102，利用所述垂向加速度信息、所述垂向速度信息和所述垂向位移信息，结
合解耦的半车振动模型，通过线性估计方法获得半车振动模型的待辨识参数的初始解；
步骤103，将所述垂向加速度信息、所述垂向速度信息、所述垂向位移信息变换到
频域，结合所述待辨识参数的初始解，进行非线性最小二乘拟合，辨识得到半车振动模型的
待辨识参数的最终解。
车辆的垂向动力学模型包括前车振动模型和后车振动模型，由于前车和后车的振
动规律不相同，因此，需要分别对汽车的前车振动模型和后车振动模型的待辨识参数分别
进行获得。
其中，步骤101中的垂向加速度信息包括簧上质量的垂向加速度信息和簧下质量
的垂向加速度信息，垂向速度信息包括簧上质量的垂向速度信息和簧下质量的垂向速度信
息，垂向位移信息包括簧上质量的垂向位移信息和簧下质量的垂向位移信息。利用得到的
簧上质量与簧下质量的垂向加速度信息、垂向速度信息和垂向位移信息，结合牛顿第二定
律，可以得到半车振动模型的运动方程，通过对方程的求解，进而得到待辨识参数的数值。
由于四立柱试验的试验结果数据是测试车辆的结果，而半车振动模型中的相关数据也是测
试车辆的真实数据，因此，能够实现对测试车辆自身的平顺性相关的参数的获取。
在本发明第一实施例中，对待辨识参数的数值的获取是通过两次求解得到的，由
于线性估计方法获得的待辨识参数的初始解的精度不够高，通过结合待辨识参数的初始解
以及频域变换得到的数据进行非线性最小二乘拟合，使得得到的待辨识参数的最终解的精
度非常高。
本发明第一实施例中待辨识参数包括所述车辆的悬架刚度、车轮刚度和悬架阻尼
系数。
本发明第一实施例中，由于采用的是室内进行的四立柱试验的试验结果数据来对
车辆的半车振动模型的参数进行辨识，能够快速的确定出测试车辆的待辨识参数，节约了
时间成本和经济成本，并且获得的数值的精确度较高。
参照图2，本发明第二实施例提供了一种车辆垂向动力学模型参数辨识的方法，包
括：
步骤201，通过加速度传感器获得所述垂向加速度信息；
步骤202，根据所述垂向加速度信息以及垂向加速度与垂向速度的第一预设对应
关系，获得所述垂向速度信息；
步骤203，根据所述垂向加速度信息以及垂向加速度与垂向位移的第二预设对应
关系，获得所述垂向位移信息；
步骤204，利用上述步骤201、步骤202和步骤203获得的所述垂向加速度信息、所述
垂向速度信息和所述垂向位移信息，结合解耦的半车振动模型，通过线性估计方法获得半
车振动模型的待辨识参数的初始解；
步骤205，将所述垂向加速度信息、所述垂向速度信息、所述垂向位移信息变换到
频域，结合所述待辨识参数的初始解，进行非线性最小二乘拟合，辨识得到半车振动模型的
待辨识参数的最终解；
步骤206，根据辨识得到的待辨识参数的最终解以及待辨识参数与车辆的平顺性
评价参数的第三预设对应关系，获得车辆的平顺性评价参数。
本发明第二实施例在上述第一实施例的基础上增加了如何获得四立柱试验的试
验结果数据，在本第二实施例中，仅需要对簧上质量和簧下质量的垂向加速度信息进行获
取，再通过加速度分别和速度以及位移之间的关系，获得垂向速度和垂向位移的数值。这种
方式采用了最小的四立柱试验结果数据，便能实现对车辆的待辨识参数的获取。
下面，举出一前车振动模型的参数辨识的具体事例，解释说明本发明第二实施例
的具体工作原理；
步骤1，获取车辆进行四立柱试验后的试验结果数据，其包括：簧下质量的垂向加
速度信息和簧上质量的垂向加速度信息通过对该簧下质量加速度信息进行积
分获得簧下质量速度和簧下质量位移z1F；通过对该簧上质量加速度信息进行积分
获得簧上质量速度和簧上质量位移z2F。
步骤2，对测试车辆的垂向动力学模型进行解耦，获得汽车的前车振动模型和后车
振动模型，其中，在本发明第二实施例中，前车振动模型和后车振动模型的联系质量mk为0。
步骤3，将步骤1中获得的簧下质量的垂向加速度信息簧上质量的垂向加速度
信息簧下质量的垂向速度和簧下质量的垂向位移z1F、簧上质量的垂向速度和
簧上质量的垂向位移z2F作为输入参数，代入至前车振动模型的运动方程公式1中：
以及代入前车振动模型的运动方程公式2中：
上述公式1和公式2中，m1F为前车振动模型的前轮质量，m2F为前车的簧上质量，qF为
前轮激励；k1F为前轮刚度，k2F为前悬刚度，c2F为前悬阻尼系数，此处的前轮刚度k1F、前悬刚
度k2F和前悬阻尼系数，c2F即为本发明第二实施例中的待辨识参数。
步骤4，通过簧下质量的垂向加速度信息的时间序列获得前轮轮心垂向加速度
{aFw,t}，通过簧下质量的垂向速度信息的时间序列获得前轮轮心垂向速度{vFw,t}，通过簧下
质量的垂向位移信息的时间序列获得前轮轮心垂向位移{zFw,t}；通过簧上质量的垂向加速
度信息的时间序列获得车身在前轴中心处的垂向加速度{aFs,t}，通过簧上质量的垂向速度
信息的时间序列获得车身在前轴中心处的垂向速度{vFs,t}，通过簧上质量的垂向位移信息
的时间序列获得车身在前轴中心处的垂向位移{zFs,t}，t总的时间长度，t＝1,….,N。
基于上述获得的数据，将步骤3中的公式1转换为下列公式3中的超定方程：
将步骤3中的公式2转换为下列公式4中的超定方程：
对公式3进行求解，可以获得列向量[c2F/m2F k2F/m2F]T的数值；对公式4进行求解，
获得列向量[c2F/m1F k2F/m1F k1F/m1F]T的数值。
通过上述公式3和上述4种列向量的数值，便可获得前轮刚度k1F，前悬刚度k2F，前
悬阻尼系数c2F的初始解。
步骤5，对步骤3中的公式1进行频域变换，得到公式5：
对步骤4中的公式2进行频域变换，得到公式6：
将公式5代入至公式6中，获得簧下质量的垂向位移对前轮激励的传递函数，通过
公式7进行表示：
对公式7进行转换，可以获得簧下质量垂向加速度对前轮激励的传递函数，通过公
式8进行表示：
对公式8和公式5进行转换，获得簧上质量的垂向加速度对前轮激励的传递函数；
对获得的簧上质量的垂向加速度对前轮激励的传递函数进行傅里叶变换，获得簧
上质量垂向加速度的幅频特性，通过公式9进行表示：
步骤6，以步骤3中获得的待辨识参数的初始解作为初始值，对上述步骤5中获得的
簧上质量垂向加速度的幅频特性进行非线性最小二乘拟合，得到待辨识参数的最终解，其
中，在进行非线性最小二乘拟合时，通过公式10反应拟合的效果：
在上述的数值最小时，则表明本次最小二乘拟合的效果最好，此时所给定的
前轮刚度k1F、前悬刚度k2F和前悬阻尼系数c2F的数值即为本次拟合的参数的最终解。
步骤7，利用步骤6中获得的前轮刚度k1F、前悬刚度k2F和前悬阻尼系数c2F的最终
解，通过公式11：
获得前轴自然频率v2F；
通过公式12:
获得前车阻尼比D2F。
在上述步骤6中，通过公式8和公式5获得簧上质量的垂向加速度对前轮激励的传
递函数原理如下，对公式5进行转换，可以获得簧上质量的垂向加速度和簧下质量的垂向加
速度的比值，其比值与公式5中的结果相同，通过将公式8与簧上质量的垂向加速度和簧下
质量的垂向加速度的比值公式进行相乘，便可获得簧上质量的垂向加速度对前轮激励的传
递函数。
通过上述步骤1至步骤7中记载的内容，便可以实现仅通过四立柱试验的簧上质量
加速度信息和簧下质量加速度信息得到前车的平顺性评价参数，通过对前车的平顺性评价
参数进行分析，判断前车的平顺性的好坏。
同时，本发明第二实施例中，还可以基于上述步骤1至步骤6的相同原理获得后车
振动模型的待辨识参数，进而得到后车的平顺性评价参数，在此，不再赘述。
在需要获得整车振动模型的待辨识参数时，需要将整车等效为车辆的四分之一车
振动模型进行计算得到。
参照图3，本发明第三实施例提供了一种车辆垂向动力学模型参数辨识的方法，包
括：
步骤301，通过加速度传感器获得所述垂向加速度信息。
步骤302，通过速度传感器获得所述垂向速度信息。
步骤303，通过位移传感器获得所述垂向位移信息。
步骤304，利用上述步骤301、步骤302和步骤303获得的所述垂向加速度信息、所述
垂向速度信息和所述垂向位移信息，结合解耦的半车振动模型，通过线性估计方法获得半
车振动模型的待辨识参数的初始解。
步骤305，将所述垂向加速度信息、所述垂向速度信息、所述垂向位移信息变换到
频域，结合所述待辨识参数的初始解，进行非线性最小二乘拟合，辨识得到半车振动模型的
待辨识参数的最终解。
步骤306，根据辨识得到的待辨识参数的最终解以及待辨识参数与车辆的平顺性
评价参数的第三预设对应关系，获得车辆的平顺性评价参数。
本发明第三实施例与上述第二实施例的不同之处在于，本发明第三实施例中对四
立柱试验的试验结果数据获取的方式不同，本发明第三实施例中，对垂向加速度信息、垂向
速度信息和垂向位移信息都是通过传感器进行采集获得的，这种获取方式能够得到真实的
四立柱试验数据，使得获得的待辨识参数、车辆平顺性评价参数的精度更高。
参照图4，根据本发明的另一方面，本发明实施例还提供了一种车辆垂向动力学模
型参数辨识装置，所述装置包括：
获取模块，用于获取车辆进行四立柱试验后的试验结果数据，所述试验结果数据
包含：垂向加速度信息、垂向速度信息和垂向位移信息。
第一获得模块，用于利用所述垂向加速度信息、所述垂向速度信息和所述垂向位
移信息，结合解耦的半车振动模型，通过线性估计方法获得半车振动模型的待辨识参数的
初始解。
辨识模块，用于将所述垂向加速度信息、所述垂向速度信息、所述垂向位移信息变
换到频域，结合所述待辨识参数的初始解，进行非线性最小二乘拟合，辨识得到半车振动模
型的待辨识参数的最终解。
通过本发明第四实施例提供的车辆垂向动力学模型参数辨识装置，利用四立柱试
验的试验结果数据对测试车辆的半车振动模型的待辨识参数进行获取，整个操作流程极为
简便，并且最终获得的测试测量的半车振动模型的待辨识参数的精度较高。
参照图5，优选地，所述获取模块包括：
第一获得单元，用于通过加速度传感器获得所述垂向加速度信息。
第二获得单元，用于根据所述垂向加速度信息以及垂向加速度与垂向速度的第一
预设对应关系，获得所述垂向速度信息。
第三获得单元，用于根据所述垂向加速度信息以及垂向加速度与垂向位移的第二
预设对应关系，获得所述垂向位移信息。
参照图5，优选地，所述装置还包括：
第二获得模块，用于根据辨识得到的待辨识参数的最终解以及待辨识参数与车辆
的平顺性评价参数的第三预设对应关系，获得车辆的平顺性评价参数。
本发明第五实施例中，对于四立柱试验的试验结果数据的获取方式进行了限定，
通过本实施例中的装置，只需要对四立柱试验的垂向加速度一项信息进行获取，便可得到
最终的待辨识参数的最终解，使得装置最为简单。
参照图6，优选地，所述获取模块包括：
第一获得单元，用于通过加速度传感器获得所述垂向加速度信息。
第二获得单元，用于通过速度传感器获得所述垂向速度信息。
第三获得单元，用于通过位移传感器获得所述垂向位移信息。
本发明第六实施例和上述第五实施例记载的装置的不同之处在于，本发明第六实
施例中，对四立柱实验结果的获取是通过第一获得单元、第二获得单元和第三获得单元直
接测量获得的，这种测量方式使得得到的四立柱试验的试验结果数据更加精确，进而使得
得到的车辆的平顺性评价参数的精度更好。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员
来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也
应视为本发明的保护范围。