CN105046050A - 一种基于汽车动力学的动态坡度计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于汽车动力学的动态坡度计算方法，通过采集CAN总线数据，实时计算出发动机输出扭矩以及换档前和换档间隙时汽车加速度；然后根据换档前和换档间隙的汽车驱动力与行驶阻力的变化的规律，基于换档前和换档间隙的汽车驱动力与行驶阻力的平衡关系式结合发动机输出扭矩以及换档前和换档间隙时汽车加速度计算得到汽车质量m和坡度i。本发明计算简单，实时性高，满足汽车动态运行过程中的需要，同时该计算结果可大大提高汽车运行安全性和舒适性。与传统传感器采集法相比，该方法无需额外加装传感器设备，成本大大降低。另外，实时性提高，解决了传感器动态精度低的问题。

Description

一种基于汽车动力学的动态坡度计算方法

技术领域：

本发明涉及一种坡度计算方法，具体涉及一种基于汽车动力学的动态坡度计算方法。

背景技术：

现有自动变速器的换档策略多为三参数(车速、油门开度和加速度)换档法，未考虑坡度、汽车质量等对汽车的影响，这将导致变速器在坡道上循环换档或者意外升档等状况，不仅影响汽车的动力性及行车安全性，而且加剧机械部件的磨损，降低舒适性。除此以外，坡度识别在离合器控制、坡道辅助起步中也是必须的，如果能更好地识别坡度，将会为这些问题的解决带来方便。

目前，坡度识别多采用传感器采集法，单个传感器采集的信号容易受汽车运行状态的影响，静态时还可反应汽车状态，动态时采得的信息并不能真实反应实际状态，多传感器信息融合的方法虽然准确度提高，但测量成本也大大提高。所以亟需一种新型的动态坡度识别方法。

发明内容：

本发明的目的是为了准确计算汽车运行中的坡度信息，提供了一种基于汽车动力学的动态坡度计算方法。这种方法简便、实用、高效，满足AMT运行过程中所需的实时坡度信息，而且该方法没有附加成本。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案予以实现：

一种基于汽车动力学的动态坡度计算方法，包括

通过采集CAN总线数据，实时计算出发动机输出扭矩以及换档前和换档间隙时汽车加速度；然后根据换档前和换档间隙的汽车驱动力与行驶阻力的变化的规律，基于换档前和换档间隙的汽车驱动力与行驶阻力的平衡关系式结合发动机输出扭矩以及换档前和换档间隙时汽车加速度计算得到汽车质量m和坡度i。

本发明进一步的改进在于，换档前汽车驱动力与行驶阻力平衡关系式，如下式所示：

$\frac{T_{\mathrm{tq}}{i}_g{i}_o{\mathrm{\η}}_T}{r}=\mathrm{Gf}+\mathrm{Gi}+\frac{C_{D}A}{21.15}{u_a}^2+\mathrm{\δm}\frac{\mathrm{du}}{\mathrm{dt}}---\left(1\right)$

式中：T_tq表示发动机输出扭矩，i_g为变速器速比，i₀为主减速器速比，η_T表示传动系的机械效率，r为车轮半径，G为汽汽车质量力，f为道路阻力系数，i为坡道阻力系数，C_D为汽车空气阻力系数，A为迎风面积，u_a为汽车行驶速度(km/h)，δ为为旋转质量换算系数，m为汽车质量，为换档前汽车加速度(m/s)；

由于换档时间比较短，视为换档前后行驶阻力没有突变，而汽车驱动力在换档间隙由于动力中断而降为0，则换档间隙汽车驱动力与行驶阻力平衡关系式，如下式所示：

$0=\mathrm{Gf}+\mathrm{Gi}+\frac{G_{D}A}{21.15}{u_a}^2+\mathrm{\δm}\frac{{\mathrm{du}}_s}{{\mathrm{dt}}_s}---\left(2\right)$

式中：为换档间隙时的汽车加速度；

联立公式(1)和公式(2)得

$\frac{T_{\mathrm{tq}}{i}_g{i}_o{\mathrm{\η}}_T}{r}=\mathrm{\δm}(\frac{\mathrm{du}}{\mathrm{dt}}-\frac{{\mathrm{du}}_s}{{\mathrm{dt}}_s})---\left(3\right)$

由公式(3)得到汽车质量m，再将汽车质量m代入公式(1)或公式(2)式得坡度i。

本发明进一步的改进在于，发动机输出扭矩T_tq的计算公式如下：

T_tq＝(P_act-P_f)*T_ref(4)

式中：P_act为发动机实际发出的扭矩百分比；

P_f为发动机名义摩擦扭矩百分比；

T_ref为发动机参考扭矩。

本发明进一步的改进在于，换档前和换档间隙时汽车加速度根据CAN总线数据的EBC2报文中的Frontaxlespeed车速微分计算。

相对于现有技术，本发明具有以下优点：

本发明对换档规律进行详细分析，根据汽车动力学中行驶阻力与驱动力的平衡关系以及换档前后驱动力与行驶阻力的变化，实时获取CAN总线相关数据，来计算汽车质量和坡度。本发明计算简单，实时性高，满足汽车动态运行过程中的需要，同时该计算结果可大大提高汽车运行安全性和舒适性。与传统传感器采集法相比，该方法无需额外加装传感器设备，成本大大降低。另外，实时性提高，解决了传感器动态精度低的问题。

附图说明：

图1为换档过程中信号监测图。

具体实施方式：

以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。

本发明一种基于汽车动力学的动态坡度计算方法，包括通过采集CAN总线数据，实时计算出发动机输出扭矩以及换档前和换档间隙时汽车加速度；然后根据换档前和换档间隙的汽车驱动力与行驶阻力的变化的规律，基于换档前和换档间隙的汽车驱动力与行驶阻力的平衡关系式结合发动机输出扭矩以及换档前和换档间隙时汽车加速度计算得到汽车质量m和坡度i。

其中，换档前汽车驱动力与行驶阻力平衡关系式，如下式所示：

$\frac{T_{\mathrm{tq}}{i}_g{i}_o{\mathrm{\η}}_T}{r}=\mathrm{Gf}+\mathrm{Gi}+\frac{C_{D}A}{21.15}{u_a}^2+\mathrm{\δm}\frac{\mathrm{du}}{\mathrm{dt}}---\left(1\right)$

式中：T_tq表示发动机输出扭矩，i_g为变速器速比，i₀为主减速器速比，η_T表示传动系的机械效率，r为车轮半径，G为汽汽车质量力，f为道路阻力系数，i为坡道阻力系数，C_D为汽车空气阻力系数，A为迎风面积，u_a为汽车行驶速度(km/h)，δ为旋转质量换算系数，m为汽车质量，为换档前汽车加速度(m/s)。

如图1所示，在每一个换档过程中，车速均有一个小波峰。升档前，汽车有一小段加速运动，换档间隙动力中断，汽车有一个减速运动的过程，所以换档前和换档过程中车速出现一个小波峰，前后加速度不同。汽车质量和坡度的计算正是利用该规律。由于换档时间比较短，视为换档前后行驶阻力没有突变，而汽车驱动力在换档间隙由于动力中断而降为0，则换档间隙汽车驱动力与行驶阻力平衡关系式，如下式所示：

$0=\mathrm{Gf}+\mathrm{Gi}+\frac{G_{D}A}{21.15}{u_a}^2+\mathrm{\δm}\frac{{\mathrm{du}}_s}{{\mathrm{dt}}_s}---\left(2\right)$

式中：为换档间隙时的汽车加速度；

联立公式(1)和公式(2)得

$\frac{T_{\mathrm{tq}}{i}_g{i}_o{\mathrm{\η}}_T}{r}=\mathrm{\δm}(\frac{\mathrm{du}}{\mathrm{dt}}-\frac{{\mathrm{du}}_s}{{\mathrm{dt}}_s})---\left(3\right)$

由公式(3)得到汽车质量m，再将汽车质量m代入公式(1)或公式(2)式得坡度i。

通过前述分析，汽车质量和坡度计算，首先需要利用换档前和换档间隙时驱动力与行驶阻力变化规律，简化汽车动力学中汽车驱动力与行驶阻力平衡关系式，简化结果如公式(3)，式中换档前后加速度和发动机输出扭矩可通过CAN总线相关数据实时获取计算得出，变速器速比i_g、主减速器速比i₀、传动系的机械效率η_T以及车轮半径r根据汽车实际状况选取。相关参数获取后，可通过公式(3)计算出汽车质量m，再通过公式(1)或公式(2)计算出坡度i。

1)发动机输出扭矩计算

CAN报文中与发动机扭矩相关的报文有EEC1、EEC3、EC1。如下表所示：

表1发动机扭矩相关CAN报文

从表中可以看出，在发动机实际发出扭矩中排除发动机名义摩擦损失扭矩即为发动机实际传输给传动系的扭矩。报文EEC1第3byte中，Actualenginepercenttorque是发动机实际发出的扭矩百分比P_act，EEC3报文第1byte中，Nominalfrictionpercenttorque是发动机名义摩擦扭矩百分比P_f，EC1报文中Referenceenginetorque，是发动机参考扭矩T_ref。据此可知，发动机输出扭矩T_tq的计算公式如下：

T_tq＝(P_act-P_f)*T_ref(4)

2)汽车换档前和换档过程中加速度计算

换档前和换档间隙时汽车加速度根据EBC2报文中的Frontaxlespeed车速微分计算。在CAN报文中有多组数据与车速相关，但是ABS传感器采集到的车速信号更直接，精度也更高。而且商用车多采用后轮驱动的方式，后轮更易打滑，车速信号相对不准确。故该方法采用EBC2报文中的前轴车速信号。

加速度的计算难点在于换档前和换挡过程的界定。在计算过程中加入离合器位移信号，离合器由分离到接合的过程，可以认为变速器在换档，此期间，动力系统中断，汽车滑行，车速匀速下降。而离合器分离之前的一小段时间内，汽车为升档而加速运行。据此可以准确界定波峰前后的车速，从而通过微分计算加速度。

另外，为提高加速度的准确性，本发明将车速信号预先进行滤波处理。

3)汽车质量m和坡度i计算

根据(3)式计算汽车质量，式中的常用参数，i_g为换档前变速器速比，i₀为主减速器速比，η_T表示传动系的机械效率，r为车轮半径，可根据汽车实际状况选取。将前面计算得到的发动机实际传输扭矩、换档前和换档过程的加速度值以及上述经验参数，代入式(3)，即可得到汽车质量。再将计算得到的汽车质量m，代入公式(1)或公式(2)算出坡度i。

本发明在汽车动力学中驱动力与行驶阻力的平衡关系基础上，对变速器换档过程进行详细分析，巧妙利用换档前和换档间隙的驱动力与行驶阻力变化规律，提出了一种动态坡度识别算法。该方法计算简单，实时性高，无需额外加装传感器设备，为今后解决坡度动态识别提供参考。

Claims (4)

1.一种基于汽车动力学的动态坡度计算方法，其特征在于，包括

通过采集CAN总线数据，实时计算出发动机输出扭矩以及换档前和换档间隙时汽车加速度；然后根据换档前和换档间隙的汽车驱动力与行驶阻力的变化的规律，基于换档前和换档间隙的汽车驱动力与行驶阻力的平衡关系式结合发动机输出扭矩以及换档前和换档间隙时汽车加速度计算得到汽车质量m和坡度i。

2.根据权利要求1所述的一种基于汽车动力学的动态坡度计算方法，其特征在于，换档前汽车驱动力与行驶阻力平衡关系式，如下式所示：

$\frac{T_{\mathrm{tq}}{i}_g{i}_o{\mathrm{\η}}_T}{r}=\mathrm{Gf}+\mathrm{Gi}+\frac{C_{D}A}{21.15}{u_a}^2+\mathrm{\δm}\frac{\mathrm{du}}{\mathrm{dt}}---\left(1\right)$

式中：T_tq表示发动机输出扭矩，i_g为变速器速比，i₀为主减速器速比，η_T表示传动系的机械效率，r为车轮半径，G为汽汽车质量力，f为道路阻力系数，i为坡道阻力系数，C_D为汽车空气阻力系数，A为迎风面积，u_a为汽车行驶速度(km/h)，δ为旋转质量换算系数，m为汽车质量，为换档前汽车加速度(m/s)；

由于换档时间比较短，视为换档前后行驶阻力没有突变，而汽车驱动力在换档间隙由于动力中断而降为0，则换档间隙汽车驱动力与行驶阻力平衡关系式，如下式所示：

$0=\mathrm{Gf}+\mathrm{Gi}+\frac{G_{D}A}{21.15}{u_a}^2+\mathrm{\δm}\frac{{\mathrm{du}}_s}{{\mathrm{dt}}_s}---\left(2\right)$

式中：为换档间隙时的汽车加速度；

联立公式(1)和公式(2)得

$\frac{T_{\mathrm{tq}}{i}_g{i}_o{\mathrm{\η}}_T}{r}=\mathrm{\δm}(\frac{\mathrm{du}}{\mathrm{dt}}-\frac{{\mathrm{du}}_s}{{\mathrm{dt}}_s})---\left(3\right)$

由公式(3)得到汽车质量m，再将汽车质量m代入公式(1)或公式(2)式得坡度i。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于汽车动力学的动态坡度计算方法，其特征在于，发动机输出扭矩T_tq的计算公式如下：

T_tq＝(P_act-P_f)*T_ref(4)

式中：P_act为发动机实际发出的扭矩百分比；

P_f为发动机名义摩擦扭矩百分比；

T_ref为发动机参考扭矩。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于汽车动力学的动态坡度计算方法，其特征在于，换档前和换档间隙时汽车加速度根据CAN总线数据的EBC2报文中的Frontaxlespeed车速微分计算。