CN103552469A - 一种考虑驾驶员意图的油门钝化方法 - Google Patents

Abstract

一种考虑驾驶员意图的油门钝化方法，当油门急剧变化（即油门踏板开度的变化率大于设定值）时，将油门踏板开度信号进行钝化处理，规定油门开度信号按照设定的斜率向油门踏板的实际开度值靠近，以经过钝化方法处理后的油门开度信号代替实际油门踏板开度信号对换档策略进行控制。

Description

一种考虑驾驶员意图的油门钝化方法

技术领域

本发明涉及一种考虑驾驶员意图的油门钝化方法。具体地，该方法用于自动变速箱的油门开度信号控制，可实现既能有效避免由路面不平整引起的油门激烈变化导致频繁换档，又能很好保留驾驶员对油门开度信号的控制的驾驶意图。

背景技术

现在车辆自动变速系统一般采用的是双参数换档规律，车辆的换档点由车速和油门开度来决定。对于采用以两参数换档规律为原型的模糊换档规律或综合换档规律的自动变速箱，由于车辆惯性的影响，车速无法跟随油门信号的剧烈变化而快速变化，会使自动变速系统的换档逻辑判断失误，得出错误的换档信号。这样的结果是车辆在复杂的砂石路、起伏路等路面条件恶劣的行驶路况下，驾驶员无法平稳地操纵油门，造成油门信号连续急剧变化，使得变速箱频繁换档，降低了车辆的乘坐舒适性和可驾驶性，同时也增加了机件的磨损。

目前，油门钝化控制策略在使用两参数换档规律的车辆已有运用，使得油门开度剧烈变化造成车辆的频繁换档的现象得到了一定的解决。但是，由于油开度门信号在整个车辆行驶过程中是反映驾驶员对动力的需求，在很大程度上体现着驾驶员的驾驶意图。而现有的油门钝化控制策略虽然一定程度上避免了车辆在越野路面行驶时的频繁换档现象，但在一定程度上也降低了驾驶员干预换档的能力。而如果能够识别车辆行驶的状况，有意识的提高车辆在良好路况下驾驶员干预换档的能力，可提高车辆的可操控性。因此，如何解决车辆在起伏路等路面情况恶劣行驶时的频繁换档，同时保持油门信号对驾驶员意图的反应，提高车辆的驾驶员干预换档能力和动力性是研究油门钝化控制策略需要考虑的主要因素。

发明内容

本方法的目的，是为了改善现有自动变速车辆油门钝化策略的不足而进行的。目前，车辆自动变速技术采用的是由油门开度—车速组成的两参数换档规律，换档点由车速和油门开度决定。针对油门开度对换档点的影响特点，总结出车辆在不平整路面行驶时油门开度连续急剧变化引起的频繁换档和循环换档的机理，在此基础上，设计了油门控制策略，按照控制策略可实现考虑驾驶员意图的油门钝化控制。

本发明的基本原理是：考虑驾驶员意图的油门钝化方案：当油门急剧变化（即油门开度的变化率大于设定值）时，将油门开度信号进行钝化处理，规定油门开度信号按照设定的斜率向油门踏板的实际油门开度值靠近，以经过钝化方式处理后的油门开度信号代替实际油门踏板信号对换档策略进行控制。为了能够提高驾驶意图的识别和驾驶员对车辆的换档干预能力，必须区分油门发生的剧烈变化是由驾驶员有意操作造成的还是由路面不平整所造成。分析这两种油门开度剧烈变化的特点和形成的原因，可知，由沙石路、起伏路等不平整的路面所引起的油门开度变化激烈而且持续时间较短，随即产生反向的变化；而由驾驶员人为操纵所产生的油门剧烈变化，一般在变化后的很长一段时间内保持不变。以此为基础，在油门钝化程序中设定钝化周期T，即在时间T之内油门踏板的信号未出现反向的变化，可认为急剧的油门变化是由驾驶员有意要给出的，此时令钝化后的油门开度信号与实际油门开度信号变化相等，并退出钝化程序，恢复油门踏板开度对变速箱的换档控制。同时为了能够更好地适应驾驶员的意图，避免钝化过程中出现钝化后的油门开度变化与实际的油门踏板变化趋势相违背的现象，在油门钝化程序中增设对实际油门踏板的变化实时监控功能，即当在钝化周期T内油门出现反向的变化时，油门钝化控制继续进行，同时钝化时间重新开始计算。

本控制策略具有很好的适应，可以适应不同的行驶工况，既能满足车辆在越野路况行驶时避免频繁换档的要求，也可很好反映驾驶员意图以及增加驾驶员的换档干预能力。

附图说明

图1考虑驾驶员意图的油门钝化控制策略流程图；

图2驾驶员干预换档的原理图；

图3意外循环换档的原理图；

图4两种突变油门对比图；

图5考虑驾驶员意图的油门钝化原理图；

图6大突变油门的钝化示意图；

图7小突变油门的钝化示意图;

图8换档规律曲线MAP图；

图9试验车步进变量表。

附图1为油门钝化控制流程图，用来表示整个考虑驾驶员意图油门钝化策略的具体实施过程，首先根据油门踏板开度的变化率判断是否进行油门钝化；当满足钝化条件，进行油门钝化，若在钝化周期T之内油门的变化趋势未出现反向变化趋势，则退出油门钝化程序，直接令钝化后的油门开度信号与实际油门开度信号变化相等，并恢复油门踏板开度对变速箱的换档控制。

附图2为驾驶员干预车辆换档的机理图，当驾驶员保持油门开度α1不变时，车辆以高档自A点开始减速行驶，将在B点变速器执行换档动作，进入低档区行驶，若驾驶员在D点处进行急加油操作，车辆提前发生换档，进入低档区行驶，称为驾驶员干预降档。当驾驶员保持油门开度α₁不变，车辆以低档自A点开始加速行驶，将在C点发生换档进入高档区行驶，若驾驶员在F点处进行急减油操作，将使车辆提前出现升档，进入高档区行驶，称这个过程为驾驶员干预升档。驾驶员干预降档和驾驶员干预升档统称为驾驶员干预换档。

附图3为车辆循环换档的原理示意图，当车辆以高档在A点保持油门开度为α₁行驶时，油门急剧变化为油门开度α₃的B点，进入降档线左侧的低档区，车辆将发生降档。降档后车辆的动力因数增加，车辆加速行驶至C点，此时一个急剧的油门下降，使得油门开度到D点的α₂，车辆进入升档线右侧的高档区行驶，发生升档。之后，由于动力因数下降，车辆将减速行驶，直至回到A点行驶。由于油门如此周而复始的急剧变化，导致车辆反复地越过升降两条换档线，这样就会不断发生意外的循环换档现象。

附图4为驾驶员操作的油门变化曲线与路面不平整引起的油门变化曲线对比示意图，曲线1为驾驶员操作的油门开度曲线，曲线2为路面不平整引起的油门开度曲线。驾驶员控制的油门在发生急剧变化后的较长一段时间内保持一定的油门开度不变，其目的是为了获取驾驶员期望的动力性。从两条曲线对比，可知，相对于驾驶员操作的油门变化曲线而言，路面不平整引起的油门变化曲线的特点是变化急剧程度复杂、变化幅度相对小以及同向变化持续时间短（即在较短的时间内油门开度会发生反向变化趋势）等。

附图5为考虑驾驶员意图的油门钝化原理图，根据图4中两种油门的特点对比，设计了考虑驾驶员意图的油门钝化策略，若油门开度发生大幅度的急剧变化，而且在长时间内未出现反向变化趋势，既认为变化为驾驶员有意为之，在钝化一定周期之后，以较快速度接近实际油门开度，以反映驾驶员的操作意图。其中如图5所示的t₁至t₂这段时间为钝化周期。

附图6为大突变油门钝化的示意图，其中曲线abdm和efhn为实际油门变化曲线，曲线acdm和eghn为钝化处理后的油门变化曲线，油门钝化曲线很好的保留了驾驶员的干预换档操作意图。

附图7为小突变油门钝化的示意图，其中曲线abcd和efgh为实际的油门变化曲线，曲线acd和egh为钝化处理后的油门变化曲线，油门钝化很好的避免了由油门急剧变化所产生的干预换档。

附图8为试验车辆的换档规律曲线图，其中实线为升档线，虚线为降档线；计算油门钝化的步进变量采用的是换档规律曲线的平均斜率。

附图9为试验车辆的步进变量表，其根据各个档位车辆的具体参数进行确定。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，以下通过具体实施方式结合附图对本方案中的考虑驾驶员意图的油门钝化方法进行详细的说明。

考虑驾驶员意图的油门开度钝化过程如下：

通过油门踏板开度传感器采集油门踏板开度信号传给整车电子控制单元ECU，整车电子控制单元ECU通过CAN总线将油门踏板开度信号传给变速箱控制单元TCU处理。变速箱控制单元TCU接收到油门踏板开度信号后，通过5点斜率法求得油门踏板开度α在50ms内的变化率

上面所述的5点斜率法是一种获取特定参数变化率的数据处理方法，其在五个间隔相同的时刻对该参数进行测量，根据测量得到的数据求出该参数的变化率，例如在相互之间时间间隔为t的五个采样点，测得的油门踏板开度α分别为α_a、α_b、α_c、α_d和α_e，利用5点斜率法求变化率的表达式为 $\stackrel{\·}{\mathrm{\α}}=\frac{1}{4}\·(\frac{{\mathrm{\α}}_e-{\mathrm{\α}}_a}{4t}+\frac{{\mathrm{\α}}_e-{\mathrm{\α}}_b}{3t}+\frac{{\mathrm{\α}}_e-{\mathrm{\α}}_c}{2t}+\frac{{\mathrm{\α}}_e-{\mathrm{\α}}_d}{t}),$ 进行这样处理的目的是为了既能够保证所得油门踏板开度变化率真实有效地反映该时间段的油门踏板开度变化情况，同时可以避免因某一点的数据突变所求的变化率产生严重失真。

当油门踏板开度变化率

小于预先设定的进入油门钝化控制的油门踏板开度变化率

时，系统循环监测油门踏板开度变化率，直至满足进入钝化条件，开始油门钝化控制。

当油门踏板开度变化率

大于预先设定的进入油门钝化控制的油门踏板开度变化率时，系统进入油门钝化控制，同时油门钝化时间t开始计时。在油门钝化周期T内，通过50ms的中断进行油门钝化控制(即Step5至Step14通过中断控制实现每50ms调用一次，直至油门钝化结束)，实时监测油门开度变化率判断油门踏板开度是否发生反向变化（如上一时刻油门踏板开度为增加的变化趋势，该时刻油门踏板开度为减小的变化趋势，即油门踏板发生反向变化）。若油门踏板开度发生反向变化，则油门钝化时间t清零，重新开始计时；若在油门钝化周期T时间内，油门踏板未出现反向变化，跳出钝化程序，直接以油门踏板开度信号进行输出。

图1所示为具体的考虑驾驶员意图的油门钝化控制方案，详细步骤如下：

Step1：油门踏板开度传感器采集油门踏板开度信号并传给ECU，ECU通过CAN总线将油门踏板开度信号传递给TCU。

Step2：TCU通过5点斜率法求得油门踏板开度变化率

判断是否进入油门钝化控制。若判定条件

成立（即油门踏板开度变化率

大于设定的进入油门钝化控制时的油门踏板开度变化率

时，当油门开度下降时

为负值，为了确保在此情况下钝化策略有效，采用

参与油门钝化条件判定），说明此刻油门踏板开度发生剧烈变化，需要对油门开度信号进行油门钝化控制，进入油门钝化程序执行Step3，进行油门开度钝化信号（即经过钝化处理后用来代替油门踏板开度信号对自动变速箱换档进行控的油门开度信号）的初始化，开始油门钝化。若油门开度变化率不满足条件

说明油门踏板开度变化平缓，无需进行油门钝化处理，返回Step1继续采集油门踏板信号。

Step3：当油门踏板开度变化满足进入油门钝化程序的条件

(即油门踏板开度变化率

大于设定的进入油门钝化控制程序的油门踏板开度变化率

进入油门钝化控制程序，对油门开度钝化信号进行初始化。采用油门踏板开度急剧变化前一时刻采集到的油门踏板开度α_last作为油门开度钝化的初始值，使油门开度钝化信号的初始值尽可能接近急剧变化后的油门踏板开度，确保油门钝化控制能够真实有效地跟随实际的油门踏板开度变化。将油门踏板发生突变前的开度值α_last赋予α₁执行命令α₁＝α_last，其中α_last为油门踏板发生剧烈变化前一时刻的测量值（试验车的油门踏板信号每10ms采集一次，即试验车的α_last为油门踏板开度剧烈变化前10ms采集到的油门踏板开度测量值）。

Step4：按照油门钝化控制流程，在油门开度钝化信号初始化之后对油门钝化时间t进行赋值，执行命令t=0。若在油门钝化过程中，执行Step12发现油门踏板开度发生反向的变化，根据设计原理将对钝化时间重新臵0，相当于开始进行新一轮的钝化。这样设计的目的是为了确保在复杂的道路情况下，油门踏板发生剧烈的波动(如图4的曲线2所示)导致变速箱循环换档，确保油门钝化控制能够有效避免频繁换档的现象发生。

Step5：根据实际油门踏板开度与钝化后的油门开度钝化信号的关系，选择钝化路径。其中α，α₁分别为实际油门踏板开度信号和油门开度钝化信号。通过式子α＞α₁判断α，α₁的大小关系，根据判定结果选择递增油门钝化还是递减油门钝化。若α＞α₁成立，说明实际油门踏板开度大于钝化后的油门开度，需要进行油门的递增钝化，转入执行Step6；若不满足α＞α₁成立条件，说明实际油门踏板开度小于钝化后的油门开度，需要进行递减的油门钝化，将跳转执行Step9命令。(α=α₁时怎么处理？)

Step6：根据车辆的动力性能与换档规律制定不同档位下的递增油门钝化的步进变量Δ₁,并组成递增步进变量数组。图8中给出了试验车辆的换档规律，而图9中给出了递增步进变量数组，即不同档位下的递增油门钝化的步进变量Δ₁。当进行递增油门钝化时，根据档位信息直接从递增步进变量数组中调用递增步进变量Δ₁。

Step7：根据式子α＞(α₁+Δ₁)比较当前实际油门踏板开度与钝化后的油门开度的关系，依据判定结果决定是否对当前的钝化油门开度α₁进行递增运算。若α＞(α₁+Δ₁)成立，说明当前实际油门踏板开度大于递增钝化后的油门开度，需要通过递增运算使得钝化后的油门开度以当前递增步进量Δ₁实际油门踏板开度靠拢，执行Step8；若条件α＞(α₁+Δ₁)不满足，说明当前实际油门踏板的开度小于递增钝化后的油门开度，无需进行递增运算，直接跳转执行Step12，进行油门踏板开度变化率的判断。

Step8：根据Step7的判定结果满足钝化油门开度α₁进行递增运算条件，对钝化后的油门开度α₁进行递增运算，执行α₁＝α₁+Δ₁命令，将当前的钝化后油门开度α₁加上当前递增油门钝化的步进变量Δ₁重新赋给新的油门开度α₁，完成一次油门开度的递增钝化运算。接下来，按照油门钝化设计流程进行Step12的油门踏板开度变化率判断和Step13的油门钝化时间判断，根据油门开度变化率和油门钝化时间的判断决定是否进行再次的油门开度递增运算。

Step9：根据车辆的动力性能与换档规律制定由不同档位的递减油门钝化的步进变量Δ₂,并组成递减步进变量数组。图8中给出了试验车辆的换档规律，而图9中给出了递减步进变量数组，即不同档位下的递减油门钝化的步进变量Δ₂。当进行递减油门钝化时，根据档位信息直接从递减步进变量数组中调用递减步进变量Δ₂。

Step10：根据式子α＜(α₁-Δ₂)比较当前实际油门踏板开度与钝化后的油门开度的关系，依据判定结果决定是否对当前的钝化油门开度α₁进行递减运算。若α＜(α₁-Δ₂)成立，说明当前实际油门踏板开度小于递减钝化后的油门开度，需要通过递减运算使得钝化后的油门开度以当前递增步进量△₂实际油门踏板开度靠拢，执行Step11；若条件α＜(α₁-△₂)不满足，说明当前实际油门踏板的开度大于递减钝化后的油门开度，无需进行递减运算，直接跳转执行Step12，进行油门踏板开度变化率的判断。

Step11：根据Step10的判定结果满足钝化油门开度α₁进行递减运算条件，对钝化后的油门开度α₁进行递减运算，执行α₁＝α₁-Δ₂命令，将当前的钝化后油门开度α₁减去当前递减油门钝化的步进变量Δ₂重新赋给新的油门开度α₁，完成一次油门开度的递减钝化运算。接下来，按照油门钝化设计流程进行Step12的油门踏板开度变化率判断和Step13的油门钝化时间判断，根据油门开度变化率和油门钝化时间的判断决定是否进行再次的油门开度递减运算。

Step12：钝化流程执行完Step6分支或Step9分支后，根据油门踏板开度变化率，判断油门踏板开度是否发生反向变化。根据式子

（其中

为上一次钝化过程测得的油门踏板开度变化率，

表示上一次钝化计算时油门踏板开度正在增大；

为当前的测得的油门踏板开度变化率，

表示油门踏板开度正在增大）前后不等式的异或逻辑运算关系，当式子中前后不等式同时成立或同时不成立时逻辑运算结果为假；前后不等式其中一个成立，另一个不成立的逻辑运算结果为真。若

不成立（即前后不等式同时成立或同时不成立，表明油门踏板开度变化率的符号一致），继续执行Step13；若

成立（即油门踏板开度变化率的符号不一致），油门踏板开度出现反向变化，跳转执行Step4，继续进行油门钝化，但钝化计时清零重新开始计时。

Step13：判断油门钝化时间是否到达预设钝化周期，若t＞T成立，即钝化时间已到达钝化周期，说明本次油门踏板发生剧烈变化是驾驶员操作引起的，为了体现驾驶员意图执行Step15；若t＞T不成立，需要继续进行油门钝化，执行Step14。

Step14：钝化时间未达到钝化周期，对钝化时间t进行重新赋值t＝t+Δt。其中Δt为一个钝化流程的时间,并不是钝化程序运行时间，通过中断调用钝化程序进行设定），赋值后，继续进行油门钝化程序，跳转执行Step4。Δt理论上越小越好，但太小的计算周期增加单片机的工作量，影响单片机的计算资源分配，因此可根据实车情况选择满足使用要求的修正周期即可（试验车辆采用的修正周期Δt＝50ms）。

Step15：若时间判定条件t＞T成立，执行α₁=α命令，将实际的油门踏板开度的值α赋予钝化后的油门开度信号α₁，使得输出油门信号与实际油门踏板开度信号相同，结束钝化程序。结束油门钝化程序，退出由油门开度钝化信号代替实际油门踏板开度对换档控制策略的控制，恢复实际油门踏板开度对变速箱的换档进行控制。同时，通过TCU时刻对油门踏板的开度变化率进行监测，当油门踏板开度变化率

大于预先设定的进入油门钝化控制的油门踏板开度变化率

时，油门钝化程序启动，再次进行油门钝化控制。

当然标定工程师可以根据实际情况与标定经验对

、Δ₁、Δ₂、T、Δt的值进行标定。根据大量实验数据统计，试验车辆的标定数据为

T=2.5s、Δt＝50ms，车辆在一档行驶时的Δ₁＝1.2%、Δ₂＝1.2%。这里为保持钝化处理后的油门开度信号可以很好的反映驾驶员意图，时间周期T不能过长以免不能及时体现驾驶员对油门开度控制，也不能过短，不然就不能很好地对由路面不平整所引起的急剧变化油门开度信号进行处理，以致无法达到很好的避免意外换档的情况。

自动变速器通过采用考虑驾驶员意图的油门钝化控制后，将可以有效的避免由路面不平整所引起的急剧油门变化导致的频繁换档，改善了车辆的乘坐舒适性和可驾驶性，减少了机件的磨损；同时可以很好的保留驾驶员的驾驶意图，提高驾驶员对车辆的干预换档能力以及车辆的动力性。

尽管本发明是通过上述的优选实施例进行描述的，但是其实现形式并不局限于上述的实施方式。应该认识到在不脱离本发明主旨的情况下，本领域技术人员可以对本发明做出不同的变化和修改。

Claims (4)

1.一种考虑驾驶员意图的油门钝化方法，其特征在于： 

步骤1、实时监控油门踏板开度变化率

步骤2、当油门踏板开度变化率

大于油门钝化踏板开度变化率阈值

时，开始油门钝化控制，采用油门钝化开度(α₁)代替实际油门踏板开度(α)输出；同时，油门钝化时间(t)开始计时；其中，采用开始油门钝化控制前一时刻采集到的实际油门踏板开度(α_last)作为油门钝化开度(α₁)的初始值，即使α₁=α_last； 

步骤3、判断所述实际油门踏板开度(α)是否大于所述油门钝化开度(α₁)，确定所述油门钝化开度(α₁)； 

步骤4、监控实际油门踏板开度(α)是否发生反向变化；如所述实际油门踏板开度(α)发生反向变化，则返回步骤2，且所述油门钝化时间(t)清零，重新开始计时；否则执行步骤5； 

步骤5、判断所述油门钝化时间(t)是否大于预定油门钝化周期(T)，如果所述油门钝化时间(t)大于预定油门钝化周期(T)，则退出所述油门钝化控制，直接以所述实际油门开度(α)输出；否则油门钝化时间递进，即t＝t+Δt，然后重复执行步骤3。 

2.根据权利要求1所述的考虑驾驶员意图的油门钝化方法，其特征在于：当所述油门踏板开度变化率

不大于所述油门钝化踏板开度变化率阈值

时，返回所述步骤1。 

3.根据权利要求1所述的考虑驾驶员意图的油门钝化方法，其特征在于：所述步骤3中，所述油门钝化开度(α₁)按照如下方法确定： 

步骤3.1、如果所述实际油门踏板开度(α)大于所述油门钝化开度(α₁)，则执行步骤3.2，否则执行步骤3.5 

步骤3.2、计算油门步增变量(Δ₁)； 

步骤3.3、判断α₁>α₁+Δ₁是否成立，如果成立，执行步骤3.4，否则执行所述步骤4； 

步骤3.4、α=α₁+Δ₁； 

步骤3.5、计算油门步减变量(Δ₂) 

步骤3.6、判断α₁<α₁-Δ₂是否成立，如果成立，执行步骤3.7，否则执行所述步骤4； 

步骤3.7、α=α₁-Δ₂。 

4.根据权利要求3所述的考虑驾驶员意图的油门钝化方法，其特征在于：步骤4中，通过下列方法确定所述实际油门踏板开度(α)是否发生反向变化，即判断是否成立，其中

为上一次钝化过程测得的油门踏板开度变化率，

为当前测得的油门踏板开度变化率。 

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