CN104590272B - 一种车辆坡道状态检测方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及车辆行驶控制技术领域，公开了一种车辆坡道状态检测方法及系统，其根据车辆需求驱动力和车辆实际驱动力，获得坡度计算值，并在车辆非换挡情况下，对所述坡度计算值进行滤波处理，再与设置的坡度阈值进行比较检测，从而确定当前时刻的坡度状态；在车辆换挡情况下，确定保持上一时刻检测的坡度状态；通过上述检测信息给自动变速箱提供换挡策略的支持，解决了在没有坡道辅助检测设备的车辆中，自动变速箱在遇到坡道时及时换挡的问题，提高了车辆的驾驶性能。

Description

一种车辆坡道状态检测方法及系统
技术领域
本发明涉及车辆行驶控制技术领域，尤其涉及一种车辆坡道状态检测方法及系统。
背景技术
目前，搭载自动变速箱的整车类型越来越多，包括小型乘用车、SUV、MPV等多种车型，且各种车型中又包含了低、中、高等配置，并非所有车型都会配置坡道辅助检测等传感器设备，这样便导致了目前有些中低配置的自动挡车辆不能有效的识别坡道状态，为自动变速箱及时提供换挡信号，因此在坡道工况下存在换档冲击，影响驾驶员和乘客的驾乘舒适性，存在驾驶缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种坡道状态检测系统和方法，能够在没有安装坡道辅助检测设备的情况下，识别出车辆行驶坡度状态，为自动变速箱换档策略提供重要支持和帮助，从而提高车辆的驾驶性能。
为了实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案：
一种车辆坡道状态检测方法，包括
获取车辆需求驱动力；
获取车辆实际驱动力；
根据所述车辆需求驱动力和所述车辆实际驱动力，获得坡度计算值；
判断车辆是否处于换挡过程：
如果是，确定保持前一时刻检测的坡度状态；
如果不是，则对所述坡度计算值进行滤波处理，再将滤波后的所述坡度计算值与设置的坡度阈值进行比较检测，确定当前时刻的坡度状态。
优选地，当所述坡度计算值与设置的坡度阈值进行比较检测后，将获得的检测结果在一个延迟时间段内进行检验，若所述检测结果在所述延迟 时间段内不发生变化，则确定所述检测结果为当前时刻的坡度状态。
优选地，所述延迟时间段为1.5s。
优选地，所述获取车辆需求驱动力包括：
获取车辆行驶阻力，所述车辆行驶阻力包括加速阻力、空气阻力和滚动阻力；
根据所述车辆行驶阻力，得到车辆需求驱动力计算值；
获取刹车压力；
判断所述刹车压力是否大于设置的压力阈值：
如果是，则确定此时刹车起作用，所述车辆需求驱动力为0；
如果不是，则确定此时刹车没有起作用，所述车辆需求驱动力为所述车辆需求驱动力计算值。
优选地，所述坡度阈值形成五组比较范围，且五组比较范围对应的坡度状态分别为正常状态、小坡状态、中坡状态、陡坡状态和下坡状态。
一种车辆坡道状态检测系统，包括：
车辆需求驱动力获取单元，用于获取车辆需求驱动力；
车辆实际驱动力获取单元，用于获取车辆实际驱动力；
坡度计算值获取单元，用于根据所述车辆需求驱动力和所述车辆实际驱动力，得到坡度计算值；
车辆换挡检测单元，用于判断车辆是否处于换挡过程，并在判断车辆为处于换挡过程的情况下，确定保持前一时刻检测的坡度状态；
滤波单元，在车辆为处于非换挡过程的情况下，用于对所述坡度计算值进行滤波处理；
坡度状态检测单元，用于对滤波后的所述坡度计算值与设置的坡度阈值模块进行比较检测，并由坡度状态确定模块确定当前时刻的坡度状态
优选地，所述的坡度状态检测单元还包括时间延迟模块，用于当所述坡度计算值与设置的坡度阈值模块进行比较检测后，将获得的检测结果在一个延迟时间段内进行检验，若所述检测结果在所述延迟时间段内不发生变化，则确定所述检测结果为当前时刻的坡度状态。
优选地，所述车辆需求驱动力获取单元包括：
车辆行驶阻力获取单元，用于获取加速阻力、空气阻力和滚动阻力；
车辆需求驱动力计算值获取单元，用于根据所述车辆行驶阻力，得到车辆需求驱动力计算值；
刹车压力获取单元，用于获取刹车压力；
第一车辆需求驱动力确定单元，用于判断所述刹车压力是否大于设置的压力阈值；并在所述刹车压力大于压力阈值的情况下，确定所述车辆需求驱动力为0；
第二车辆需求驱动力确定单元，在所述刹车压力小于等于压力阈值的情况下，确定所述车辆需求驱动力为所述需求驱动力计算值。
优选地，所述坡度状态检测单元包括五个坡道阈值模块，分别为正常状态模块、小坡状态模块、中坡状态模块、陡坡状态模块和下坡状态模块。
本发明的有益效果在于：应用本发明所述的车辆坡道状态检测方法和系统，根据车辆需求驱动力和车辆实际驱动力，获得坡度计算值，并在车辆非换挡情况下，对所述坡度计算值进行滤波处理，再与设置的坡度阈值进行比较检测，从而确定当前时刻的坡度状态；在车辆换挡情况下，确定保持上一时刻检测的坡度状态；根据上述检测结果给自动变速箱提供换挡策略的支持，解决了在没有坡道辅助检测设备的车辆中，自动变速箱在遇到坡道时及时换挡的问题，提高了车辆的驾驶性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，并将结合附图对本发明的具体实施例作进一步的详细说明，其中：
图1为本发明提供的车辆坡道状态检测方法的第一种实施例的流程图；
图2为本发明提供的车辆坡道状态检测方法的第二种实施例的流程图；
图3为本发明实施例中获取车辆需求驱动力的方法的路程图；
图4为本发明实施例提供的车辆坡道状态检测系统的结构示意图；
图5为本发明实施例中车辆需求驱动力获取单元的结构示意图；
图6为本发明实施例中坡度状态检测单元的结构示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合具体实施例对本方案做进一步地详细介绍。
本发明提出了一种车辆坡道状态检测方法和系统，根据车辆需求驱动力和车辆实际驱动力，获得坡度计算值，并在车辆非换挡情况下，对所述坡度计算值进行滤波处理，再与设置的坡度阈值进行比较检测，从而确定当前时刻的坡度状态；在车辆换挡情况下，确定保持上一时刻检测的坡度状态；根据上述检测结果给自动变速箱提供换挡策略的支持。
如图1所示，是本发明实施例中车辆坡道状态检测方法的流程图，所述车辆坡道状态检测方法包括以下步骤：
步骤S11:获取车辆需求驱动力。所述车辆需求驱动力的获取方法将在下文中结合图3进行详细说明。
步骤S12:获取车辆实际驱动力。所述车辆实际驱动力的可依据下面的公式确定：F2＝Te*i0*η1/R，其中，F2为车辆实际驱动力，Te为发动机扭矩(Nm)，i0为变速箱传动比，η1为当前机械效率，R为轮胎半径(m)。
步骤S13：根据所述车辆需求驱动力和所述车辆实际驱动力，获得坡度计算值。所述坡度计算值根据以下公式确定：Fi＝F2-F1＝G*tanα，其中，Fi为坡道阻力，F1为所述车辆需求驱动力，G为车辆重力(N)，α为道路坡度(°)。
根据上述公式可首先获得车辆行驶道路坡度的斜率(tanα)，为了防止斜率溢出或出错，本实施例中设置了斜率的上下限，范围为(-1,1)，再根据实际驾驶过程中常见坡道的状态，通过百分比转换，确定坡度计算值范围为(-30,30)。
步骤S14：判断车辆是否处于换挡过程：
如果是，进行步骤S15：确定保持前一时刻检测的坡度状态；
如果不是，则进行步骤S16:对所述坡度计算值进行滤波处理，滤波处理可直接采用Simulink软件中的离散转换函数进行，再进行步骤S17：将滤波后的所述坡度计算值与设置的坡度阈值进行比较检测，最后进行步骤S18：确定当前时刻的坡度状态。
在本实施例中，通过八个坡度阈值划分出了五组比较范围，具体地， 当坡度计算值为[0,4)时为正常状态、当坡度计算值为[5,8)时为小坡状态、当坡度计算值为[9,12)时为中坡状态、当坡度计算值大于13时为陡坡状态，当坡度计算值为[-4,0)时为下坡状态，因此最终确定所述当前时刻的坡度状态并非精确的坡度值，而是对应的上述某一种坡度状态。
在另一优选实施例中，当所述坡度计算值与设置的坡度阈值进行比较检测后，还会进行步骤将获得的检测结果在一个延迟时间段内进行检验，其目的是防止坡度计算值的错误计算，经过此延迟时间段容错判断后，若所述检测结果不发生变化，则确定所述检测结果为当前时刻的坡度状态，如图2所示，其操作步骤为：
步骤S21:获取车辆需求驱动力。所述车辆需求驱动力的获取方法将在下文中结合图2进行详细说明。
步骤S22:获取车辆实际驱动力。所述车辆实际驱动力的可依据下面的公式确定：F2＝Te*i0*η1/R，其中，F2为车辆实际驱动力，Te为发动机扭矩(Nm)，i0为变速箱传动比，η1为当前机械效率，R为轮胎半径(m)。
步骤S23：根据所述车辆需求驱动力和所述车辆实际驱动力，获得坡度计算值。所述坡度计算值根据以下公式确定：Fi＝F2-F1＝G*tanα，其中，Fi为坡道阻力，F1为所述车辆需求驱动力，G为车辆重力(N)，α为道路坡度(°)。
根据上述公式可首先获得车辆行驶道路坡度的斜率(tanα)，为了防止斜率溢出或出错，本实施例中设置了斜率的上下限，范围为(-1,1)，再根据实际驾驶过程中常见坡道的状态，通过百分比转换，确定坡度计算值范围为(-30,30)。
步骤S24：判断车辆是否处于换挡过程：
如果是，进行步骤S25：确定保持前一时刻检测的坡度状态；
如果不是，则进行步骤S26:对所述坡度计算值进行滤波处理，滤波处理可直接采用Simulink软件中的离散转换函数进行，再进行步骤S27：将滤波后的所述坡度计算值与设置的坡度阈值进行比较检测，之后进行步骤S28：检测结果在一个延迟时间段内进行检验，最后进行步骤S29：确定当前时刻的坡度状态。
所述延迟时间段在本实施例中优选为1.5s。
如图3所示，为本发明实施例中获取车辆需求驱动力的方法的流程图，其包括以下步骤：
步骤S31：获取车辆行驶阻力，所述车辆行驶阻力包括加速阻力、空气阻力和滚动阻力。其中：
所述加速阻力可采用如下计算公式获得：Fj＝M1*A。其中，Fj为加速阻力，M1为整合质量，即汽车质量加上当前时刻旋转质量(旋转件质量)的折算值，单位为kg，旋转质量可通过试验测试提前得到，只需要根据车辆的行驶档位状态进行查表得即可。A是加速度，单位是m/s2，加速度数值可根据汽车上相关传感器直接获得。这里旋转质量折算值(M2)是根据以下公式计算得到的：M2＝∑Iw/mR2+Ifigizη2/mR2，其中，Iw为轮胎转动惯量，m为车辆质量(Kg)，R为轮胎半径(m)，If是发动机飞轮转动惯量，ig为各档速比，iz主传动比，η2是机械传动效率。
所述空气阻力采用如下公式得到：Fw＝C*S*V2/21.15。其中：Fw为空气阻力，C是空气阻力系数，S是迎风面积(m2)，V是车速(m/s)。
所述滚动阻力可采用如下公式得到：Ff＝V*f。V是车速(m/s)，f是一个固定系数，其通过车辆与道路的摩擦阻力*车辆标准质量*9.81计算得到，9.81是重力常数G，摩擦阻力可通过测试得到，是一个固定值。
步骤S32：根据所述车辆行驶阻力，得到车辆需求驱动力计算值。即F1＝Fj+Fw+Ff。
步骤S33：获取刹车压力。在车辆行驶过程中，将会不断检测刹车压力信号，以确定刹车踏板是否作用。
步骤S34：断所述刹车压力是否大于设置的压力阈值：
如果是，则确定此时刹车起作用，进行步骤S35:设置Flag标志位1，再进行步骤S36：确定所述车辆需求驱动力为0；
如果不是，则确定此时刹车没有起作用，进行步骤S37：设置Flag标志位0，再进行步骤S38：确定所述车辆需求驱动力为所述车辆需求驱动力计算值。
在本实施例中，所述压力阈值设为2％。
综上，本发明实施例提供的坡道状态检测方法，解决了在没有坡道辅助检测设备的车辆中，自动变速箱在遇到坡道时及时换挡的问题
相应地，本发明实施例还提供了一种车辆坡道状态检测系统，如图4所示，其包括：
车辆需求驱动力获取单元1，用于获取车辆需求驱动力；
车辆实际驱动力获取单元2，用于获取车辆实际驱动力；
坡度计算值获取单元3，用于根据所述车辆需求驱动力和所述车辆实际驱动力，得到坡度计算值；
车辆换挡检测单元4，用于判断车辆是否处于换挡过程，并在判断车辆为处于换挡过程的情况下，确定保持前一时刻检测的坡度状态；
滤波单元5，在车辆为处于非换挡过程的情况下，用于对所述坡度计算值进行滤波处理；
坡度状态检测单元6，用于对滤波后的所述坡度计算值与设置的坡度阈值模块进行比较检测，并由坡度状态确定模块61确定当前时刻的坡度状态。
进一步地，所述坡度状态检测单元6还包括时间延迟模块62，用于当所述坡度计算值与设置的坡度阈值模块进行比较检测后，将获得的检测结果在一个延迟时间段内进行检验，若所述检测结果在所述延迟时间段内不发生变化，则确定所述检测结果为当前时刻的坡度状态。
本实施例中的选用的所述坡度状态检测单元的结构示意图如图6所示，其包括五个坡度阈值模块，分别为正常状态模块a、小坡状态模块b、中坡状态模块c、陡坡状态模块d和下坡状态模块e。
如图5所示，本实施例中的所述车辆需求驱动力获取单元1包括：
车辆行驶阻力获取单元11，用于获取加速阻力、空气阻力和滚动阻力；
车辆需求驱动力计算值获取单元12，用于根据所述车辆行驶阻力，得到车辆需求驱动力计算值；
刹车压力获取单元13，用于获取刹车压力；
第一车辆需求驱动力确定单元14，用于判断所述刹车压力是否大于设置的压力阈值；并在所述刹车压力大于压力阈值的情况下，确定所述车辆 需求驱动力为0；
第二车辆需求驱动力确定单元15，在所述刹车压力小于等于压力阈值的情况下，确定所述车辆需求驱动力为所述需求驱动力计算值。
本发明提供的车辆坡道状态检测系统可以作为自动挡车辆TCU软件的一个功能模块使用，也可以单独作为一个检测系统使用。
本发明提供的车辆坡道状态检测方法及系统在不依靠坡度传感器等辅助设备的条件下，可仅依靠车辆本身现有信号检测车辆行驶过程中的坡道状态，省去了坡度测量相关传感器，可节约车辆成本。
另外，本发明除了能够识别坡道状态外，还能拓展用于识别拖车等负载状态，将其等效为坡道状态，最终支持车辆在拖车负载条件下的驾驶良好性。
以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种车辆坡道状态检测方法，其特征在于，包括
获取车辆需求驱动力；
获取车辆实际驱动力；
根据所述车辆需求驱动力和所述车辆实际驱动力，获得坡度计算值；
判断车辆是否处于换挡过程：
如果是，确定保持前一时刻检测的坡度状态；
如果不是，则对所述坡度计算值进行滤波处理，再将滤波后的所述坡度计算值与设置的坡度阈值进行比较检测，确定当前时刻的坡度状态。
2.根据权利要求1所述的车辆坡道状态检测方法，其特征在于，当所述坡度计算值与设置的坡度阈值进行比较检测后，将获得的检测结果在一个延迟时间段内进行检验，若所述检测结果在所述延迟时间段内不发生变化，则确定所述检测结果为当前时刻的坡度状态。
3.根据权利要求2所述的车辆坡道状态检测方法，其特征在于，所述延迟时间段为1.5s。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的车辆坡道状态检测方法，其特征在于，所述获取车辆需求驱动力包括：
获取车辆行驶阻力，所述车辆行驶阻力包括加速阻力、空气阻力和滚动阻力；
根据所述车辆行驶阻力，得到车辆需求驱动力计算值；
获取刹车压力；
判断所述刹车压力是否大于设置的压力阈值：
如果是，则确定此时刹车起作用，所述车辆需求驱动力为0；
如果不是，则确定此时刹车没有起作用，所述车辆需求驱动力为所述车辆需求驱动力计算值。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的车辆坡道状态检测方法，其特征在于，所述坡度阈值形成五组比较范围，且五组比较范围对应的坡度状态分别为正常状态、小坡状态、中坡状态、陡坡状态和下坡状态。
6.一种车辆坡道状态检测系统，其特征在于，包括：
车辆需求驱动力获取单元，用于获取车辆需求驱动力；
车辆实际驱动力获取单元，用于获取车辆实际驱动力；
坡度计算值获取单元，用于根据所述车辆需求驱动力和所述车辆实际驱动力，得到坡度计算值；
车辆换挡检测单元，用于判断车辆是否处于换挡过程；并在判断车辆为处于换挡过程的情况下，确定保持前一时刻检测的坡度状态；
滤波单元，在车辆为处于非换挡过程的情况下，用于对所述坡度计算值进行滤波处理；
坡度状态检测单元，用于对滤波后的所述坡度计算值与设置的坡度阈值模块进行比较检测，并由坡度状态确定模块确定当前时刻的坡度状态。
7.根据权利要求6所述的车辆坡道状态检测系统，其特征在于，所述坡度状态检测单元还包括时间延迟模块，用于当所述坡度计算值与设置的坡度阈值模块进行比较检测后，将获得的检测结果在一个延迟时间段内进行检验，若所述检测结果在所述延迟时间段内不发生变化，则确定所述检测结果为当前时刻的坡度状态。
8.根据权利要求6或7所述的车辆坡道状态检测系统，其特征在于，所述车辆需求驱动力获取单元包括：
车辆行驶阻力获取单元，用于获取加速阻力、空气阻力和滚动阻力；
车辆需求驱动力计算值获取单元，用于根据所述车辆行驶阻力，得到车辆需求驱动力计算值；
刹车压力获取单元，用于获取刹车压力；
第一车辆需求驱动力确定单元，用于判断所述刹车压力是否大于设置的压力阈值；并在所述刹车压力大于压力阈值的情况下，确定所述车辆需求驱动力为0；
第二车辆需求驱动力确定单元，在所述刹车压力小于等于压力阈值的情况下，确定所述车辆需求驱动力为所述需求驱动力计算值。
9.根据权利要求6或7所述的车辆坡道状态检测系统，其特征在于，所述坡度状态检测单元包括五个坡道阈值模块，分别为正常状态模块、小坡状态模块、中坡状态模块、陡坡状态模块和下坡状态模块。
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