一种驾驶员需求驱动扭矩在线确定方法与流程

本发明属于整车需求驱动扭矩标定
技术领域：
，尤其涉及一种驾驶员需求驱动扭矩在线确定方法。
背景技术：
：随着汽车的快速发展，消费者越来越关注汽车的驾驶感觉(驾驶品质)。以往的加速踏板与节气门直接进行机械连接，导致驾驶感觉无法进行个性化的配置以及难以满足消费者的需求，因此现阶段的汽车均采用电子节气门，通过配置加速踏板和需求驱动扭矩的映射关系来满足驾驶员所期望的驾驶感觉，如果映射关系配置不合理则容易出现车辆对于加速踏板输入的响应过于灵敏、过于迟滞、换挡冲击大等负面现象，导致驾驶员难以控制车辆的状态，给驾驶员带来不好的驾驶体验。综上所述，如何确定加速踏板和需求驱动扭矩的映射关系，成为决定汽车的驾驶品质的关键问题之一，因此对如何根据加速踏板确定驾驶员的需求驱动扭矩的研究有着极其重要的意义。从公开发表的文献来看，现有技术中如何确定加速踏板和需求驱动扭矩的映射关系的文献极少，中国专利《一种行星混联式混合动力汽车驾驶员需求转矩计算方法》201710116079.8，《一种cvt并联混合动力汽车驾驶员需求转矩估计方法》201710332175.6，《一种基于信息综合的纯电动汽车驾驶员需求转矩估计方法》201710332177.5等专利中重点关注了如何根据车辆当前的状态确定加速踏板100％时的需求驱动扭矩，对于其他加速踏板下的需求驱动力矩的大小采用简单的线性映射关系(t＝tmax*a)。大量文献认为驾驶员的需求驱动扭矩与加速踏板的关系不是简单的线性映射关系，中国专利《电动汽车的扭矩修正系数计算和扭矩解析的方法及系统》201410222853.x虽中提到了根据车速、发动机转速、踏板开度等车辆状态确定驾驶员需求扭矩，但是具体的映射关系，以及如何映射，文中并没有明确说明。通常驾驶员需求驱动扭矩主要是通过离线标定驾驶员需求驱动扭矩map表，然后预存到控制器内部，再根据当前的车辆状态查表得到驾驶员需求驱动扭矩。通常map表都是根据特定的行驶环境标定得到的，一旦行驶环境发生变化，原有的map表就不再适用(如水平路面和坡度情况下的汽车驾驶感觉会明显存在差距)。针对该问题，目前普遍的解决办法是通过在各种行驶环境下标定多张map表预先储存在控制器内部，来保证各种环境下的适应性，这样的方式需要进行大量的标定工作，增加了整车控制算法开发成本。驾驶员在驾驶汽车时，往往很难将加速踏板踩在某一固定开度下，加速踏板开度通常都会存在波动，特别是在低速区时，驱动力矩随加速踏板开度的变化较大，驾驶员感觉加速踏板比较敏感，难以做到将汽车稳定在期望的车速下，从汽车车速易控制性的角度而言，这样无疑增加了驾驶员的驾驶负担和不好的驾驶体验。技术实现要素：本发明提出驾驶员需求驱动扭矩在线确定方法，以解决在各种复杂道路环境下的车速易控制性不好的问题。本发明以发动机作为行驶动力源的汽车为研究对象，采用的技术方案是，包括下列步骤:步骤1：确定行驶阻力曲线和最大驱动力曲线；该步骤的具体实现如下：首先根据汽车行驶动力学相关的基本参数，以及当前的车辆状态确定行驶阻力特性、车辆的最大驱动曲线，最大驱动力曲线确定如下所示：式中，ttq为发动机曲轴端的最大驱动力矩曲线，ig为变速器传动比，i0为主减速器传动比，η为传动系的机械效率，r为汽车车轮半径；有坡度的路面上的行驶阻力曲线在线确定方法如下所示：水平路面上的行驶阻力曲线：f2式中，g为汽车总重力，f为滚动阻力系数，cd为空气阻力系数，a为迎风面积，u为车速，θ为坡度；从上面两个式子中可以看出，行驶阻力曲线是一条随着速度呈现抛物线特征的曲线方程，存在坡度的道路上的行驶阻力曲线可以近似看作是通过水平路面上的行驶阻力曲线上下平移得到，如下式：f1(u)＝f2(u)+constant(4)通过实时获取整车上的发动机输出扭矩和挡位信息,可以计算得到整车车轮端的驱动力fx以及根据水平路面行驶阻力曲线方程得到理论上车辆应该具有的纵向加速度ax_expect,实际车辆的纵向加速度ax_real，fx-f2(u)＝m*ax_expect(5)fx-f1(u)＝m*ax_real(6)联立式子3，4，5，6可以得到constant＝m*(ax_expect-ax_real),为避免采用单个点进行行驶阻力曲线估算时存在较大的误差，采用某一段时间内连续取n个点的期望加速度和实际加速度的值，计算得到n个constant值，取平均计算得到最终的constant值进而在线确定出当存在道路坡度时的行驶阻力曲线：步骤2：确定加速踏板100％时，驾驶员对车轮端的需求驱动力曲线以及加速踏板100％时的最高车速umax；步骤2的具体实现如下：根据汽车最大驱动力曲线、确定加速踏板为100％时，驾驶员对车轮端的需求驱动力曲线，该曲线是通过多个点进行多项式进行拟合得到的曲线，点的选取方案如下：(1)若相邻两个档位的驱动力曲线存在交点，则该交点作为待进行多项式拟合的点之一；若相邻两个档位的驱动力曲线不存在交点，则以上一个档位，发动机处于最高转速下，所对应的车速处，做一条垂直于x轴的直线，该直线与下一个档位的交点作为待进行多项式拟合的点之一；当汽车存在n个档位时，则可以确定出n-1个点，通过对该n-1个点进行n-2次多项式拟合得到加速踏板为100％时的车轮端的驱动力请求曲线；faccpedal_100％(u)＝a0+a1*u+a2*u2...an-2*un-2(9)式中，faccpedal_100％(u)为加速踏板为100％时的车轮端的驱动力请求曲线，u为车速，a0,a1,......an-2为待求的多项式系数；(2)同时联立(1)式、(2)式确定当前行驶环境下的最高车速umax；步骤3：确定加速踏板开度0％的驾驶员对车轮端的需求驱动力曲线、以及最低稳定车速；步骤3的具体实现如下：根据发动机怠速节气门下的扭矩输出曲线确定汽车在水平路面上的最低稳定车速，同时根据发动机怠速节气门下的扭矩输出曲线确定0％踏板开度下的驾驶员对车轮端的需求驱动力曲线，记发动机怠速节气门下的扭矩输出曲线为tengine_min(n)，n代表发动机转速r/min，发动机怠速节气门下的扭矩输出曲线折算到车轮端，得到车轮端的驱动力曲线：根据如下公式：得到发动机怠速节气门下的扭矩输出曲线折算到车轮端的驱动力随车速的变化曲线：式中，ig1为变速器一档传动比，i0为主减速器传动比，η为传动系的机械效率，r为汽车车轮半径，u代表车速；(2)根据水平路面汽车行驶阻力曲线与驱动力曲线的交点求得汽车的最低稳定车速，联立(3)(10)求得最低稳定车速(怠速节气门下的驱动力与阻力曲线的交点即为最低稳定车速)，记做umin，同时将fwheel_min(u)作为0％踏板开度下的驾驶员对车轮端的需求驱动力曲线；步骤4：设计加速踏板不敏感区域；为保证车速易控制性，在汽车当前行驶阻力曲线附近设计踏板不敏感区域，具体实现如下：(1)设定加速踏板开度与稳定车速的对应关系根据步骤2，步骤3确定的umin、umax,设计m个踏板开度：m为大于2的正整数，期望汽车达到的稳定车速分别为u1/m,u2/m,…u(m-1)/m，对应稳定车速下的汽车行驶阻力为f1/m,f2/m...f(m-1)/m；(2)设定加速踏板不敏感区域上限和不敏感区域下限加速踏板开度为时，k的取值是1到m之间的整数，不敏感区域的上限值的坐标和下限值的坐标分别为(uk/m,fk/m+△f)，(uk/m,fk/m-△f)，同理，可以得到从u1/m到u(m-1)/m整个车速区间的，不敏感区域上限的点集为(u1/m，f1/m+△f)，(u2/m，f2/m+△f),…(u(m-1)/m，f(m-1)/m+△f),不敏感区域下限的点集为(u1/m,f1/m-△f)，(u2/m,f2/m-△f)，…(u(m-1)/m,f(m-1)/m-△f)，通过调整△f的值，来实现踏板不敏感区的加速踏板不敏感程度的调整；步骤5：设计加速踏板敏感区域；具体步骤如下：(1)行驶阻力曲线上方的敏感区域设计：确定出最低稳定车速umin所对应的行驶阻力为ff+w(umin)，确定最低稳定车速下，车轮端的所能发出的最大驱动力为ft_max(umin)之后，行驶阻力曲线上方的敏感区域的关键点集设计为：...(2)行驶阻力曲线下方的敏感区域设计：将最高车速umax带入公式(8)阻力曲线公式即可求得所对应的行驶阻力为ff+w(umax)，行驶阻力曲线下方的敏感区域的关键点集设计：...步骤6：在线确定完整的车轮端的驾驶员需求驱动力map矩阵表；在步骤4，步骤5的确定的关键点的基础上，再进行其他空间点的补充，形成完整的车轮端的驾驶员需求驱动力map表；补充方法如下：根据设计的稳定车速u1/m,u2/m,…u(m-1)/m下，分别确定当前车速下最大的驱动力为fmax(u1/m)，fmax(u2/m)...fmax(u(m-1)/m)将其作为加速踏板100％的关键点，其他踏板开度下驱动力与踏板开度呈线性分布，按照上述方法补充加速踏板不敏感区域上方和下方的点集，最终得到加速踏板需求驱动力所有点集分布；步骤7：计算驾驶员对发动机输出端的需求驱动扭矩，包括：(1)首先在步骤6中通过在线确定得到的车轮端的驾驶员需求驱动力map矩阵表的基础上，根据当前车速u以及加速踏板开度acc_pedal进行插值求得当前车速和加速踏板开度下的车轮端的驾驶员需求驱动力f(u,acc_pedal)；(2)根据车轮端的驾驶员需求驱动力计算驾驶员对发动机输出端的需求驱动扭矩，具体实现如下：按照如下公式将当前车速和加速踏板开度下的车轮端的驾驶员需求驱动力折算到发动机输出端，得到驾驶员对发动机输出端的需求驱动扭矩：式中，ig(n)为当前档位下的变速器传动比，i0为主减速器传动比，η为传动系的效率，r为车轮半径，tdriver为当前档位、车速、加速踏板开度下，驾驶员对发动机输出端的需求驱动扭矩。整车控制系统根据该方法确定得到的驾驶员需求驱动扭矩进行扭矩输出控制，主要有以下几个特征：第一个特征：通过根据当前行驶环境在线确定驾驶员需求扭矩，不需要进行离线驾驶员需求驱动扭矩map表的标定，大大减少了整车开发时间和开发成本。第二个特征：通过根据车辆状态确定当前行驶环境下的行驶阻力曲线，在靠近行驶阻力曲线附近形成加速踏板不敏感区域，远离行驶阻力曲线形成加速踏板敏感区域，这样既保证驾驶员能够较好的控制汽车的速度，实现了汽车车速的易控制性，同时也能快速加速或减速达到期望的车速。第三个特征：当行驶环境发生变化(如坡度、道路滚阻系数等)，汽车行驶阻力曲线也在发生变化，便需要重新设计踏板敏感区域和不敏感区域才能确保车速易控制性，本发明通过在线确定行驶阻力曲线，以及在线规划加速踏板敏感和不敏感区域，并根据当前踏板开度、车速、档位、发动机转速计算出驾驶员需求驱动扭矩来保证各种行驶环境下的车速易控制性。本发明的优点是通过根据当前行驶环境在线确定驾驶员需求扭矩，不需要进行离线驾驶员需求驱动扭矩map表的标定，的减少了整车开发时间和开发成本。在靠近行驶阻力曲线附近形成加速踏板不敏感区域，远离行驶阻力曲线形成加速踏板敏感区域，这样既保证驾驶员能够较好的控制汽车的速度，实现了汽车车速的易控制性，同时也能快速加速或减速达到期望的车速。通过在线确定行驶阻力曲线，以及在线规划加速踏板敏感和不敏感区域，并根据当前踏板开度、车速、档位、发动机转速计算出驾驶员需求驱动扭矩保证了各种行驶环境下的加速、减速以及车速易控制性，有效改善汽车的驾驶品质。本发明的驾驶员需求驱动扭矩在线确定方法新颖实用，不需要进行离线驾驶员需求驱动扭矩map表的标定，减少了整车开发时间和成本附图说明图1是本发明实施例中的发动机特性曲线图；图2是本发明实施例中的驾驶员需求驱动扭矩在线确定方法流程图；图3是本发明实施例中的汽车驱动力与行驶阻力平衡图；图4是本发明实施例中的加速踏板100％和0％的需求驱动力曲线图；图5是本发明实施例中的不敏感区域和敏感区域关键点集图；图6是本发明实施例中的加速踏板需求驱动力所有点集分布图；图7是本发明实施例中的车轮端的驾驶员加速踏板需求驱动力特性分布图；图8是本发明实施例中的驾驶员需求驱动扭矩确定原理框图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述：本次发明以发动机作为动力源的轿车为例，该轿车基本参数如下表1：表1：本发明实施例中的车辆基本参数表参数含义参数值单位档位数量n6变速器各档传动比ig[4.212；2.637；1.8；1.386；1.0；0.772]变速器各档效率η[0.8777；0.885；0.9043；0.9138；0.9127；0.9058]主减速器传动比i03.51车轮半径r0.350m滚阻系数f0.1汽车重力g1781*9.8n空气阻力系数cd0.381迎风面积a2.52m^2本发明实施例中的发动机特性如图1所示，驾驶员需求驱动扭矩在线确定方法流程如图2所示；本发明采用的技术方案是，包括下列步骤:步骤1：确定行驶阻力曲线和最大驱动力曲线；该步骤的具体实现如下：首先根据汽车行驶动力学相关的基本参数，以及当前的车辆状态确定行驶阻力特性、车辆的最大驱动曲线，最大驱动力曲线确定如下所示：式中，ttq为发动机曲轴端的最大驱动力矩曲线，ig为变速器传动比，i0为主减速器传动比，η为传动系的机械效率，r为汽车车轮半径；有坡度的路面上的行驶阻力曲线在线确定方法如下所示：水平路面上的行驶阻力曲线：f2式中，g为汽车总重力，f为滚动阻力系数，cd为空气阻力系数，a为迎风面积，u为车速，θ为坡度；从上面两个式子中可以看出，行驶阻力曲线是一条随着速度呈现抛物线特征的曲线方程，存在坡度的道路上的行驶阻力曲线可以近似看作是通过水平路面上的行驶阻力曲线上下平移得到，如下式：f1(u)＝f2(u)+constant(4)通过实时获取整车上的发动机输出扭矩和挡位信息,可以计算得到整车车轮端的驱动力fx以及根据水平路面行驶阻力曲线方程得到理论上车辆应该具有的纵向加速度ax_expect,实际车辆的纵向加速度ax_real，fx-f2(u)＝m*ax_expect(5)fx-f1(u)＝m*ax_real(6)联立式子3，4，5，6可以得到constant＝m*(ax_expect-ax_real),为避免采用单个点进行行驶阻力曲线估算时存在较大的误差，采用某一段时间内连续取n个点的期望加速度和实际加速度的值，计算得到n个constant值，取平均计算得到最终的constant值进而在线确定出当存在道路坡度时的行驶阻力曲线：结合本发明实施例中的的发动机和汽车行驶参数，得到行驶阻力曲线和最大驱动力曲线平衡图如图3所示；步骤2：确定加速踏板100％时，驾驶员对车轮端的需求驱动力曲线以及加速踏板100％时的最高车速umax；步骤2的具体实现如下：根据汽车最大驱动力曲线、确定加速踏板为100％时，驾驶员对车轮端的需求驱动力曲线，该曲线是通过多个点进行多项式进行拟合得到的曲线，点的选取方案如下：(1)若相邻两个档位的驱动力曲线存在交点，则该交点作为待进行多项式拟合的点之一；若相邻两个档位的驱动力曲线不存在交点，则以上一个档位，发动机处于最高转速下，所对应的车速处，做一条垂直于x轴的直线，该直线与下一个档位的交点作为待进行多项式拟合的点之一；当汽车存在n个档位时，则可以确定出n-1个点，通过对该n-1个点进行n-2次多项式拟合得到加速踏板为100％时的车轮端的驱动力请求曲线；faccpedal_100％(u)＝a0+a1*u+a2*u2...an-2*un-2(9)式中，faccpedal_100％(u)为加速踏板为100％时的车轮端的驱动力请求曲线，u为车速，a0,a1,......an-2为待求的多项式系数；(2)同时联立(1)式、(2)式确定当前行驶环境下的最高车速umax；步骤3：确定加速踏板开度0％的驾驶员对车轮端的需求驱动力曲线、以及最低稳定车速；步骤3的具体实现如下：根据发动机怠速节气门下的扭矩输出曲线确定汽车在水平路面上的最低稳定车速，同时根据发动机怠速节气门下的扭矩输出曲线确定0％踏板开度下的驾驶员对车轮端的需求驱动力曲线，记发动机怠速节气门下的扭矩输出曲线为tengine_min(n)，n代表发动机转速r/min，(1)发动机怠速节气门下的扭矩输出曲线折算到车轮端，得到车轮端的驱动力曲线：根据如下公式：得到发动机怠速节气门下的扭矩输出曲线折算到车轮端的驱动力随车速的变化曲线：式中，ig1为变速器一档传动比，i0为主减速器传动比，η为传动系的机械效率，r为汽车车轮半径，u代表车速；(2)根据水平路面汽车行驶阻力曲线与驱动力曲线的交点求得汽车的最低稳定车速，联立(3)(10)求得最低稳定车速(怠速节气门下的驱动力与阻力曲线的交点即为最低稳定车速)，记做umin，同时将fwheel_min(u)作为0％踏板开度下的驾驶员对车轮端的需求驱动力曲线；结合本发明实施例中的发动机和汽车行驶参数，按照步骤2，步骤3得到的加速踏板100％和0％的需求驱动力曲线以及最高车速，最低稳定车速如图4所示；步骤4：设计加速踏板不敏感区域；为保证车速易控制性，在汽车当前行驶阻力曲线附近设计踏板不敏感区域，具体实现如下：(1)设定加速踏板开度与稳定车速的对应关系根据步骤2，步骤3确定的umin、umax,设计m个踏板开度：m为大于2的正整数，期望汽车达到的稳定车速分别为u1/m,u2/m,…u(m-1)/m，对应稳定车速下的汽车行驶阻力为f1/m,f2/m...f(m-1)/m；(2)设定加速踏板不敏感区域上限和不敏感区域下限加速踏板开度为时，k的取值是1到m之间的整数，不敏感区域的上限值的坐标和下限值的坐标分别为(uk/m,fk/m+△f)，(uk/m,fk/m-△f)，同理，可以得到从u1/m到u(m-1)/m整个车速区间的，不敏感区域上限的点集为(u1/m，f1/m+△f)，(u2/m，f2/m+△f),…(u(m-1)/m，f(m-1)/m+△f),不敏感区域下限的点集为(u1/m,f1/m-△f)，(u2/m,f2/m-△f)，…(u(m-1)/m,f(m-1)/m-△f)，通过调整△f的值，来实现踏板不敏感区的加速踏板不敏感程度的调整；步骤5：设计加速踏板敏感区域；具体步骤如下：(1)行驶阻力曲线上方的敏感区域设计：确定出最低稳定车速umin所对应的行驶阻力为ff+w(umin)，确定最低稳定车速下，车轮端的所能发出的最大驱动力为ft_max(umin)之后，行驶阻力曲线上方的敏感区域的关键点集设计为：...(2)行驶阻力曲线下方的敏感区域设计：将最高车速umax带入公式(8)阻力曲线公式即可求得所对应的行驶阻力为ff+w(umax)，行驶阻力曲线下方的敏感区域的关键点集设计：...结合本发明实施例中的发动机和汽车行驶参数，按照上述步骤4,步骤5可以加速踏板敏感区域和不敏感区域关键点集分布，如图5所示；步骤6：在线确定完整的车轮端的驾驶员需求驱动力map矩阵表；在步骤4，步骤5的确定的关键点的基础上，再进行其他空间点的补充，形成完整的车轮端的驾驶员需求驱动力map表；补充方法如下：根据设计的稳定车速u1/m,u2/m,…u(m-1)/m下，分别确定当前车速下最大的驱动力为fmax(u1/m)，fmax(u2/m)...fmax(u(m-1)/m)将其作为加速踏板100％的关键点，其他踏板开度下驱动力与踏板开度呈线性分布，按照上述方法补充加速踏板不敏感区域上方和下方的点集，最终得到加速踏板需求驱动力所有点集分布；如图6所示，并将相同踏板开度下的需求驱动力关键点连线得到车轮端的驾驶员需加速踏板需求驱动力特性分布图，如图7所示；步骤7：计算驾驶员对发动机输出端的需求驱动扭矩，确定原理如图8所示。(1)首先在步骤6中通过在线确定得到的车轮端的驾驶员需求驱动力map矩阵表的基础上，根据当前车速u以及加速踏板开度acc_pedal进行插值求得当前车速和加速踏板开度下的车轮端的驾驶员需求驱动力f(u,acc_pedal)；(2)根据车轮端的驾驶员需求驱动力计算驾驶员对发动机输出端的需求驱动扭矩，具体实现如下：按照如下公式将当前车速和加速踏板开度下的车轮端的驾驶员需求驱动力折算到发动机输出端，得到驾驶员对发动机输出端的需求驱动扭矩：式中，ig(n)为当前档位下的变速器传动比，i0为主减速器传动比，η为传动系的效率，r为车轮半径，tdriver为当前档位、车速、加速踏板开度下，驾驶员对发动机输出端的需求驱动扭矩。以上所述仅为本发明的其中一个实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则和精神之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均就包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12