CN103935264A - 一种电动汽车驾驶员需求转矩计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车驾驶员需求转矩计算方法，包括以下步骤：驾驶员风格及驾驶意图的检测，需求转矩的计算；安全车距的检测，需求转矩的安全修正。本发明通过对驾驶风格及驾驶意图进行识别，调整不同风格及意图下需求转矩系数，使得动力型驾驶员在未接近饱和的加速踏板开度下动力提升明显，经济型驾驶员在常用小踏板开度下动力变化平缓，有利于减少动力系统负荷变化过大带来经济性下降的情况发生，并可以根据加速的紧急程度增大需求转矩，满足驾驶员瞬时对于车辆动力性的需求。由于本发明在临界安全修正距离内限制驾驶员需求的最大转矩，当计算结果小于零时，将车辆动力需求转矩强制置零，使本车能够安全跟车行驶，避免发生追尾交通事故。

Description

一种电动汽车驾驶员需求转矩计算方法

技术领域

本发明涉及一种电动汽车控制技术，特别涉及到一种电动汽车驾驶员需求转矩计算方法。

背景技术

节能、环保与安全是当今汽车工业发展的三大主题，融合多种高新技术而兴起的电动汽车(纯电动汽车、混合电动汽车、燃料电池汽车)已经成为了当前解决能源和排放问题最具现实意义的途径之一。驾驶员需求转矩直接反映了驾驶员需求的车辆动力和预期的能量消耗，所以驾驶员需求转矩的计算方法对于电动汽车的动力性、经济性有着重要的影响。

目前电动汽车中驾驶员需求转矩的计算通常是根据加速踏板开度和当前车速计算驾驶员需求转矩，即直接使用踏板开度百分比与当前转速下传动系统所能发出的最大转矩相乘得到驾驶员需求转矩。而在同一加速踏板开度下，受不同驾驶员风格影响或不同的驾驶意图影响，驾驶员对于车辆的实际转矩需求并不相同；此外，当与前车车距过近时如果驾驶员油门踏板的开度过大，将会发生追尾等交通事故的情况，应该对此时驾驶员需求转矩的计算进行安全修正，现有的计算方法并不能满足要求。因此，有必要设计出一种从驾驶员特性、环境道路条件、车辆状态三个角度综合考虑驾驶员的需求转矩计算方法。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计出一种可以适应不同驾驶员特性及环境道路条件以达到安全目的并符合驾驶员真实意图的电动汽车驾驶员需求转矩计算方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种电动汽车驾驶员需求转矩计算方法，包括以下步骤：

A、驾驶员风格及驾驶意图的检测，需求转矩的计算

A1、检测出驾驶风格

将驾驶员风格分为两类：动力型和经济型。动力型驾驶风格的驾驶员注重车辆行驶的动力性，习惯急踩油门踏板紧急加速，追求加速度和高速行驶；经济型驾驶风格的驾驶员注重车辆行驶的燃油经济性和平顺性，习惯平缓踩踏油门踏板平稳加速，追求平顺的匀速行驶。故采用一定周期t₁内车辆行驶的加速度均值和最高行驶车速作为输入参数，采用模糊推理的方法，检测出驾驶风格。

A2、检测出驾驶员意图

将驾驶员操作油门踏板的驾驶意图分为三类：匀速行进、平稳加速和紧急加速。匀速行进的特征为加速踏板开度变化率很小，平稳加速时加速踏板开度逐渐增大且变化率为中等，紧急加速时加速踏板开度较大同时开度变化率较大。故采用当前时刻加速踏板开度和加速踏板开度变化率作为输入参数，采用模糊推理的方法，检测出驾驶员意图。

A3、确定驾驶员需求转矩系数

根据当前驾驶员踏板开度x、驾驶员风格i和驾驶意图j，确定驾驶员需求转矩系数β，计算公式如下：

β＝a_ij·x²+b_ij·x   (1)

式中：x∈(0,1)；驾驶员风格i＝1、2，分别代表动力型和经济型；驾驶意图j＝1、2、3，分别代表匀速行进、平稳加速和紧急加速；a_ij+b_ij＝1。动力型-1<a_1j≤0，经济型0<a_2j≤1，a₂₁>a₂₂>a₂₃,a₁₁>a₁₂>a₁₃，即匀速行进需求扭矩<平稳加速需求扭矩<紧急加速时的需求扭矩；

A4、计算驾驶员需求转矩

根据车辆动力系统的具体配置，计算其动力系统在当前行驶车速下所能发出的最大转矩T_max，根据驾驶员需求转矩系数β，计算驾驶员需求转矩T_req，计算公式如下：

T_req＝T_max·β   (2)

B、安全车距的检测，需求转矩的安全修正

通过雷达测距传感器和车速传感器测得当前车道上前车A与本车B的距离S，本车B车速V_B和前车A车速V_A。

当本车车速V_B大于前车车速V_A时，前车A以地面允许的最大附着力下进行制动，本车B车驾驶员最快反应下能够不与前车A发生追尾所应保持的最小距离定义为临界安全修正距离S₀，如式(3)所示：

其中t₁为驾驶员反应时间，量纲为s；t₂为驾驶员操作时间，量纲为s；t₃为制动协调时间，量纲为s；为地面附着系数，无量纲；d₀为车辆的绝对安全距离，量纲为m。

如果检测到当前车道上本车B与前车A间的车距S≤S₀，则需要对本车B驾驶员的需求转矩进行安全修正。则本车B在相对距离S₀-d₀内匀减速至前车A当前速度V_A需要的加速度a_B，车辆驱动力F_q和需求动力系统安全转矩T_r分别如式(4)-(6)所示：

$F_q=\mathrm{mgf}+\frac{C_d{\mathrm{AV}}_A^2}{21.15}+{\mathrm{\&delta;ma}}_B---\left(5\right)$

$T_r=\frac{F_{q}r}{i_g{i}_0{\mathrm{\&eta;}}_T}---\left(6\right)$

其中，m为整车质量，量纲为kg；f为滚动阻力系数，无量纲；C_d为空气系数，无量纲；A为迎风面积，量纲为m²；δ为旋转质量换算系数，无量纲；r为车轮半径，量纲为m；i_g为变速器的传动比，无量纲；i₀为主减速器的传动比，无量纲；ηT为传动系的机械效率，无量纲。

在临界安全修正距离内，驾驶员踩下油门踏板后的需求转矩不应该大于T_r，以使车辆能够在前车A匀速行驶的情况下，本车B能够安全跟车行驶。当T_r<0时，应使油门踏板的开度不计入需求转矩，车辆对于动力系统的需求扭矩T_req置0，停止动力输出，以提醒驾驶员需要进行制动。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明通过对驾驶风格及驾驶意图进行识别，调整不同风格及意图下需求转矩系数，使得动力型驾驶员在未接近饱和的加速踏板开度下动力提升明显，经济型驾驶员在常用小踏板开度下动力变化平缓，有利于减少动力系统负荷变化过大带来经济性下降的情况发生，并可以根据加速的紧急程度增大需求转矩，满足驾驶员瞬时对于车辆动力性的需求。

2、由于本发明通过对安全车距进行检测，在临界安全修正距离内限制驾驶员需求的最大转矩，当计算结果小于零时，将车辆动力需求转矩强制置零，即油门踏板失效，以提醒驾驶员进行制动，使本车能够安全跟车行驶，避免发生追尾交通事故。

附图说明

本发明共有附图4张，其中：

图1是一种电动汽车驾驶员需求转矩计算方法流程图；

图2是经济型驾驶风格下加速踏板开度与需求转矩系数的关系曲线；

图3是动力型驾驶风格下加速踏板开度与需求转矩系数的关系曲线；

图4是安全车距检测时前后车位置及参数示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行进一步地说明。如图1所示，一种电动汽车驾驶员需求转矩计算方法，包括以下步骤：

A、驾驶员风格及驾驶意图的检测，需求转矩的计算

A1、检测出驾驶风格

将驾驶员风格分为两类：动力型和经济型。动力型驾驶风格的驾驶员注重车辆行驶的动力性，习惯急踩油门踏板紧急加速，追求加速度和高速行驶；经济型驾驶风格的驾驶员注重车辆行驶的燃油经济性和平顺性，习惯平缓踩踏油门踏板平稳加速，追求平顺的匀速行驶。故以历史周期t₁＝300s内的车辆行驶的加速度均值at及最高行驶车速vt作为输入参数，采用模糊推理的方法，将at和vt输入参数根据隶属度函数进行模糊化处理，然后根据模糊规则进行推理，检测出驾驶员风格i。一个实例如下：

输入参数隶属度函数：

at＝{PS,PM,PL}；

vt＝{PS,PM,PL}；

模糊规则：

If(atisPS),and(vtisPS),then(iis2)；

If(atisPS),and(vtisPM),then(iis2)；

If(atisPS),and(vtisPL),then(iis2)；

If(atisPM),and(vtisPS),then(iis2)；

If(atisPM),and(vtisPM),then(iis2)；

If(atisPM),and(vtisPL),then(iis1)；

If(atisPL),and(vtisPS),then(iis1)；

If(atisPL),and(vtisPM),then(iis1)；

If(atisPL),and(vtisPL),then(iis1)；

A2、检测出驾驶员意图

将驾驶员操作油门踏板的驾驶意图分为三类：匀速行进、平稳加速和紧急加速。匀速行进的特征为加速踏板开度变化率很小，平稳加速时加速踏板开度逐渐增大且变化率为中等，紧急加速时加速踏板开度较大同时开度变化率较大。故以当前时刻加速踏板开度ss和加速踏板开度变化率st作为输入参数，采用模糊推理的方法，将ss和st输入参数根据隶属度函数进行模糊化处理，然后根据模糊规则进行推理，检测出驾驶员意图j。一个实例如下：

输入参数隶属度函数：

ss＝{PS,PM,PL}；

st＝{PS,PM,PL}；

模糊规则：

If(ssisPS),and(stisPS),then(jis1)；

If(ssisPS),and(stisPM),then(jis1)；

If(ssisPS),and(stisPL),then(jis2)；

If(ssisPM),and(stisPS),then(jis1)；

If(ssisPM),and(stisPM),then(jis2)；

If(ssisPM),and(stisPL),then(jis3)；

If(ssisPL),and(stisPS),then(jis2)；

If(ssisPL),and(stisPM),then(jis2)；

If(ssisPL),and(stisPL),then(jis3)；

A3、确定驾驶员需求转矩系数

然后，根据当前驾驶员踏板开度x，驾驶员风格i和驾驶意图j，确定驾驶员需求转矩系数β，计算公式如(1)所示；

式中：x∈(0,1)；驾驶员风格i＝1、2，分别代表动力型和经济型；驾驶意图j＝1、2、3，分别代表匀速行进、平稳加速和紧急加速；a_ij+b_ij＝1。动力型-1<a_1j≤0，经济型0<a_2j≤1，a₂₁>a₂₂>a₂₃,a₁₁>a₁₂>a₁₃，即匀速行进需求扭矩<平稳加速需求扭矩<紧急加速时的需求扭矩；

a₁₁＝-0.3,b₁₂＝1.3；

a₁₂＝-0.6,b₁₂＝1.6；

a₁₃＝-1.0,b₁₂＝2.0；

a₂₁＝1.0,b₂₁＝0；

a₂₂＝0.6,b₂₂＝0.4；

a₂₃＝0.3,b₂₂＝0.7；

其曲线形状如图2-3所示；

A4、计算驾驶员需求转矩

根据车辆动力系统的具体配置，计算其动力系统在当前行驶车速下所能发出的最大转矩T_max，根据驾驶员需求转矩系数β，计算驾驶员需求转矩T_req，如式(2)所示。

B、安全车距的检测，需求转矩的安全修正。

如图4所示通过雷达测距传感器和测速传感器测得当前车道上前车A与本车B的距离S，本车B车速V_B＝20m/s和前车A车速V_A＝15m/s。。

当本车B车速V_B大于前车A车速V_A时，前车A以地面允许的最大附着力下进行制动，地面附着系数本车B驾驶员最快反应下能够不与前车A发生追尾所应保持的最小距离定义为临界安全修正距离S₀；

其中t₁为驾驶员反应时间，取值1.2s；t₂为驾驶员操作时间，取值0.4s；t₃为制动协调时间，取值0.6s；d₀为车辆的绝对安全距离，取值3m；g取9.8m/s²；由式(3)计算得S₀＝64.857m。

如果检测到当前车道上本车B与前车A间的车距S≤S₀，则需要对本车B驾驶员的需求转矩进行安全修正。则本车B在相对距离S₀-d₀＝61.5m内匀减速至前车A当前速度V_A需要的加速度a_B，车辆驱动力F_q和需求动力系统安全转矩T_r分别由式(4)-(6)求得；

其中，m为整车质量，取值3000kg；f为滚动阻力系数，取值0.015；Cd为空气系数，取值0.75；A为迎风面积，取值3m²；δ为旋转质量换算系数，取值1.06；r为车轮半径，取值0.367m；i_g为变速器的传动比，取值1；i₀为主减速器的传动比，取值4.5；η_T为传动系的机械效率，取值0.85。由式(4)可求得aB＝-0.203m/s²，由式(5)求得F_q＝-180.604N，再由式(6)可求得T_r＝-17.329N·m。

在临界安全修正距离内，驾驶员踩下油门踏板后的需求转矩不应该大于T_r，以使车辆能够在前车A匀速行驶的情况下，本车B能够安全跟车行驶。而此时T_r<0则，应使油门踏板的开度不计入需求转矩，车辆对于动力系统的需求扭矩T_req置0，停止动力输出，以提醒驾驶员需要进行制动。

Claims (1)

1.一种电动汽车驾驶员需求转矩计算方法，其特征在于：包括以下步骤：

A、驾驶员风格及驾驶意图的检测，需求转矩的计算

A1、检测出驾驶风格

将驾驶员风格分为两类：动力型和经济型；动力型驾驶风格的驾驶员注重车辆行驶的动力性，习惯急踩油门踏板紧急加速，追求加速度和高速行驶；经济型驾驶风格的驾驶员注重车辆行驶的燃油经济性和平顺性，习惯平缓踩踏油门踏板平稳加速，追求平顺的匀速行驶；故采用一定周期t₁内车辆行驶的加速度均值和最高行驶车速作为输入参数，采用模糊推理的方法，检测出驾驶风格；

A2、检测出驾驶员意图

将驾驶员操作油门踏板的驾驶意图分为三类：匀速行进、平稳加速和紧急加速；匀速行进的特征为加速踏板开度变化率很小，平稳加速时加速踏板开度逐渐增大且变化率为中等，紧急加速时加速踏板开度较大同时开度变化率较大；故采用当前时刻加速踏板开度和加速踏板开度变化率作为输入参数，采用模糊推理的方法，检测出驾驶员意图；

A3、确定驾驶员需求转矩系数

根据当前驾驶员踏板开度x、驾驶员风格i和驾驶意图j，确定驾驶员需求转矩系数β，计算公式如下：

β＝a_ij·x²+b_ij·x   (1)

式中：x∈(0,1)；驾驶员风格i＝1、2，分别代表动力型和经济型；驾驶意图j＝1、2、3，分别代表匀速行进、平稳加速和紧急加速；a_ij+b_ij＝1；动力型-1<a_1j≤0，经济型0<a_2j≤1，a₂₁>a₂₂>a₂₃,a₁₁>a₁₂>a₁₃，即匀速行进需求扭矩<平稳加速需求扭矩<紧急加速时的需求扭矩；

A4、计算驾驶员需求转矩

根据车辆动力系统的具体配置，计算其动力系统在当前行驶车速下所能发出的最大转矩T_max，根据驾驶员需求转矩系数β，计算驾驶员需求转矩T_req，计算公式如下：

T_req＝T_max·β   (2)

B、安全车距的检测，需求转矩的安全修正

通过雷达测距传感器和车速传感器测得当前车道上前车A与本车B的距离S，本车B车速V_B和前车A车速V_A；

当本车车速V_B大于前车车速V_A时，前车A以地面允许的最大附着力下进行制动，本车B车驾驶员最快反应下能够不与前车A发生追尾所应保持的最小距离定义为临界安全修正距离S₀，如式(3)所示：

其中t₁为驾驶员反应时间，量纲为s；t₂为驾驶员操作时间，量纲为s；t₃为制动协调时间，量纲为s；为地面附着系数，无量纲；d₀为车辆的绝对安全距离，量纲为m；

如果检测到当前车道上本车B与前车A间的车距S≤S₀，则需要对本车B驾驶员的需求转矩进行安全修正；则本车B在相对距离S₀-d₀内匀减速至前车A当前速度V_A需要的加速度a_B，车辆驱动力F_q和需求动力系统安全转矩T_r分别如式(4)-(6)所示：

$F_q=\mathrm{mgf}+\frac{C_d{\mathrm{AV}}_A^2}{21.15}+{\mathrm{\&delta;ma}}_B---\left(5\right)$

$T_r=\frac{F_{q}r}{i_g{i}_0{\mathrm{\&eta;}}_T}---\left(6\right)$

其中，m为整车质量，量纲为kg；f为滚动阻力系数，无量纲；C_d为空气系数，无量纲；A为迎风面积，量纲为m²；δ为旋转质量换算系数，无量纲；r为车轮半径，量纲为m；i_g为变速器的传动比，无量纲；i₀为主减速器的传动比，无量纲；ηT为传动系的机械效率，无量纲；

在临界安全修正距离内，驾驶员踩下油门踏板后的需求转矩不应该大于T_r，以使车辆能够在前车A匀速行驶的情况下，本车B能够安全跟车行驶；当T_r<0时，应使油门踏板的开度不计入需求转矩，车辆对于动力系统的需求扭矩T_req置0，停止动力输出，以提醒驾驶员需要进行制动。