CN108253134B - 车辆的负载识别控制系统及功能模块构架 - Google Patents

车辆的负载识别控制系统及功能模块构架 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种车辆的负载识别控制系统及功能模块构架，其包括信号采集和处理、输出轴转速斜率计算、变速器输出扭矩计算、负载因子计算、负载因子归一化处理、负载因子滤波、目标挡位计算等功能模块。本发明的车辆的负载识别功能是结合车辆的动态性、环境条件和道路状况，运用汽车动力学知识，根据驾驶员踩油门大小、变速器输出扭矩以及车速三个输入信号，运用模糊控制理论识别车辆的负载并对坡道上的换挡参考车速进行调整，并计算出车辆在坡道上行驶的最佳挡位。

Description

车辆的负载识别控制系统及功能模块构架
技术领域
本发明涉及车辆的负载识别控制领域，具体涉及一种车辆的负载识别控制 系统及功能模块构架。
背景技术
自DCT(Double Clutch Transmission，双离合变速器)问世以来，双离合变 速器越来越成熟，特别是最近几年，各大汽车或变速器零部件供应商都在加大 双离合变速器的研发工作。双离合变速器基于手动变速器而又有别于自动变速 器，除了拥有手动变速器的灵活性及自动变速器的舒适性外，还能提供无间断 的动力输出。双离合变速器与传统的手动变速器相比，由于使用了双离合变速 器的新技术，使得手动变速器具备自动性能，大大改善了汽车的燃油经济性， 双离合变速器消除了手动变速器在换挡时的扭矩中断感，比手动变速器换挡更 快速、顺畅，动力输出不间断，使驾驶更灵敏，它能带给驾驶者更愉悦的驾驶 感觉。
车辆在坡道上行驶时，额外会受到车辆重力沿坡道平行方向的分力，上坡 时，车辆需要输出更多的动力来克服车辆重力沿坡道平行方向的分力，如果按 照车速和油门二参数决定的换挡线获得的换挡参考车速来执行上坡换挡会导致 车辆动力输出不足，无法维持车辆正常行驶；下坡时，车辆受到的车辆重力沿 坡道平行方向的分力变为了驱动力，需要利用发动机制动能力来克服车辆重力 沿坡道平行方向的分力，如果按照车速和油门二参数决定的换挡线获得的换挡 参考车速来决定换挡会导致车辆不能有效利用发动机制动效果，无法保证车辆 正常行驶。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术对应的不足，提供一种车辆的负载识别功能 的控制系统及功能模块构架，旨在解决坡道换挡的问题，本发明的车辆的负载 识别功能是结合车辆的动态性、环境条件和道路状况，运用汽车动力学知识， 根据驾驶员踩踏油门大小、变速器输出扭矩以及车速三个输入，运用模糊控制 理论识别车辆的负载来对坡道上的换挡参考车速进行更正，并计算出车辆在坡 道上行驶的最佳挡位。
本发明的目的是采用下述方案实现的：一种车辆的负载识别控制功能模块 构架，包括信号采集和处理模块，所述信号采集和处理模块用于实时获取发动 机扭矩、发动机转速、油门、脚刹和车速信号以及手柄位置信号和钥匙开关信 号；
以及输出轴转速斜率计算模块，所述输出轴转速斜率计算模块用于根据输 出轴转速与车速的关系计算获得输出轴转速，并对输出轴转速取微分得到输出 轴转速斜率；
以及变速器输出扭矩计算模块，所述变速器输出扭矩计算模块用于利用发 动机扭矩、拖拽扭矩和整车惯量的关系计算出变速器输出扭矩；
以及负载因子计算模块，所述负载因子计算模块用于获取变速器输出扭矩、 油门和车速信号作为负载因子模糊控制系统的输入变量，利用负载识别模糊控 制系统的模糊控制规则计算得到计算负载因子。
所述模糊控制规则包括1个上坡驾驶规则、1个上坡保持规则、1个下坡驾 驶规则和1个平路驾驶规则，所述上坡驾驶规则为：如果变速器输出扭矩是正 的且车速不低，那么输出的负载因子为上坡；所述上坡保持规则为：如果变速 器输出扭矩是正的，那么输出的负载因子为上坡；所述下坡驾驶规则为：如果 变速器输出扭矩差是负的、小油门且车速不高，那么输出的负载因子为下坡； 所述平路驾驶规则为：其它情况下，输出的负载因子为平路。本发明不仅仅限 于这4个模糊控制规则，还可根据需要设置其他模糊控制规则。
负载因子计算模块利用负载因子模糊控制系统计算负载因子的具体方法 为：所述负载因子计算模块获取车速v、油门x、变速器输出扭矩y作为负载因 子模糊控制系统的输入变量，并将油门x、车速v和变速器输出扭矩y对应输入 到隶属度函数A(x)、B(v)、C(v)、D(y)、E(y)中，分别得到相应的输 出值Ax、Bv、Cv、Dy、Ey，其中，A(x)＝表示模糊集“小油门”的隶属函数， B(v)＝表示模糊集“车速不高”的隶属函数，C(v)＝表示模糊集“车速不低” 的隶属函数，D(y)＝表示模糊集“变速器输出扭矩是正的”的隶属函数，E(y) ＝表示模糊集“变速器输出扭矩是负的”的隶属函数；然后将隶属度函数A(x)、 B(v)、C(v)、D(y)、E(y)的输出值Ax、Bv、Cv、Dy、Ey输入到模糊控制 规则，分别得到模糊控制规则的输出值即负载因子原始值A1、A2、A3、A4，其 中，第1个模糊控制规则为：如果变速器输出扭矩是正的且车速不低，那么负 载因子原始值为上坡，负载因子原始值A1为Cv与Dy中取小值；第2个模糊控 制规则为：如果变速器输出扭矩是正的，那么负载因子原始值为上坡，负载因 子原始值A2为Dy；第3个模糊控制规则为：如果变速器输出扭矩是负的且车速 不高且油门小，那么负载因子原始值为下坡，负载因子原始值A3为Ax、Bv、Ey三者中取最小值；第4个模糊控制规则为：其他情况下，负载因子原始值为平 路，负载因子原始值A4为0；最后，将得到的负载因子原始值A1、A2、A3、A4按照如下累加平均公式进行精确化处理得到最终需要的负载因子，累加平均公式为：
Figure BDA0001540039500000041
其中Ai为第i个模糊控制规则输出的负载因子原始值，Knj为规则分子系数，Kdj为规则分母系数。
所述负载因子计算模块用于根据发动机转速、车速、钥匙开关信号和手柄 位置信号判断当前车辆状态是否满足进入负载识别模糊控制系统的条件，若满 足所有负载识别模糊控制系统进入条件，则进入到负载识别模糊控制系统计算 负载因子，否则，则退出负载识别模糊控制系统，输出负载因子为平路；所述 负载因子计算模块根据实时的脚刹信号，判断刹车是否踩下，当识别到刹车踩 下情况下，则冻结输出的负载因子，当识别到刹车松开的情况下，则更新输出 的负载因子。负载识别模糊控制系统进入条件中任一条件不满足情况下，计算 出来的负载因子是不准的。且因为在刹车踩下的情况下，计算出的负载因子是 不准确的，所以在刹车踩下的情况下就使负载因子保持不变，不更新负载因子。 负载因子计算模块设置这些功能可以保证输出的负载因子的准确性。
所述负载识别模糊控制系统进入条件包括钥匙上电、手柄在D位置、发动 机转速大于预设转速阈值、车速大于预设车速阈值。根据需要本发明还可以增 加其他负载识别模糊控制系统进入条件。
根据汽车动力学知识，变速器输出扭矩与发动机扭矩、拖拽扭矩、整车惯 量之间存在如下关系：
Figure BDA0001540039500000042
其中，igear为车辆当 前行驶的挡位的传动比，TConstant为整车惯量常数，nosg为变速器输出轴转速斜率， Tgbx为变速器输出扭矩，Teng为发动机扭矩，Tdrag为拖拽扭矩，Tita为整车惯量。
根据汽车动力学知识，车速和输出轴转速存在如下关系：
Figure BDA0001540039500000043
其 中，R为车轮滚动半径，nos为输出轴转速，V为车速。
本发明的功能模块构架还包括目标挡位计算模块，所述目标挡位计算模块 内预先设置经济换挡线和负载换挡线，所述目标挡位计算模块根据当前车速与 油门查经济换挡线和负载换挡线得到经济换挡参考车速和负载换挡参考车速， 并将经济换挡参考车速、负载换挡参考车速以及滤波后的负载因子带入换挡参 考车速计算公式计算出换挡参考车速，根据滤波后的负载因子对换挡参考车速 进行实时更正，并按照更正后的换挡参考车速来执行换挡，保证车辆上下坡时 在最佳的挡位上运行，换挡参考车速计算公式为：
Figure BDA0001540039500000051
其中，Vref为换挡参考车速，Fload为滤波后的负载因子，Veco为经济换参考车速，Vload为负载换参考车速。
本发明的功能模块构架还包括负载因子归一化处理模块和负载因子滤波模 块，所述负载因子归一化处理模块用于对负载因子计算模块输出的负载因子进 行归一化处理，所述负载因子滤波模块用于对归一化处理后的负载因子进行滤 波处理，并将滤波处理后的负载因子输出给目标挡位计算模块，目标挡位计算 模块根据滤波处理后的负载因子对换挡参考车速进行实时更正。
一种车辆的负载识别功能的控制系统，包括变速器控制单元，所述变速器 控制单元内设有上述功能模块构架，所述变速器控制单元分别与发动机控制单 元连接，所述发动机控制单元分别与油门传感器、发动机转速传感器、脚刹开 关连接，用于实时采集发动机转速传感器、油门传感器、脚刹开关信号，并实 时计算发动机扭矩信号，并通过CAN线将实时发动机扭矩、发动机转速、油门、 脚刹信号传输给变速器控制单元；所述变速器控制单元与防抱死控制单元连接， 所述防抱死控制单元与车速传感器连接，用于实时采集车速传感器信号，通过CAN线将实时的车速信号传输给变速器控制单元；所述变速器控制单元分别与钥 匙开关和手柄位置传感器连接，用于获取实时钥匙开关和手柄位置信号；所述 变速器控制单元用于根据实时发动机扭矩、发动机转速、油门、脚刹和车速信 号，通过负载因子模糊控制系统实时识别出上下坡及坡度大小。
本发明具有的优点是：本发明结合车辆的动态性和驾驶员的操作，本发明 设计了4个模糊规则来反应坡道状态，其中2个上坡规则，1个下坡规则，1 个平路规则，这4个模糊规则分别如下：规则1上坡驾驶，如果变速器输出扭 矩是正的且车速不低，那么输出的负载因子为上坡。规则2上坡保持，如果变 速器输出扭矩是正的，那么输出的负载因子为上坡。规则3下坡驾驶，如果变 速器输出扭矩差是负的、小油门且车速不高，那么输出的负载因子为下坡。规 则4平路驾驶，平路情况下，输出的负载因子为平路。本发明根据车辆的动态 性和驾驶员的操作设定的4个模糊规则能够有效识别上下坡及坡道大小，并根 据识别出来的上下坡及坡道大小能够对坡道上的换挡参考车速进行实时更正， 保证车辆上、下坡时在最佳的挡位上运行，使车辆适应坡道，能够提升驾驶员 的驾驶愉悦感。
车辆在坡道上行驶时，额外会受到车辆重力沿坡道平行方向的分力，上坡 时，车辆需要输出更多的动力来克服车辆重力沿坡道平行方向的分力，而按照 本发明的模糊规则能够有效识别上下坡及坡道大小，并根据识别出来的上下坡 及坡道大小能够对坡道上的换挡参考车速进行实时更正，采用滤波后的负载因 子更正后的换挡线获得的换挡参考车速来执行上坡换挡可以解决按照车速和油 门二参数决定的换挡线获得的换挡参考车速来执行上坡换挡导致的车辆动力输 出不足的问题，使车辆在坡道上维持正常行驶；下坡时，车辆受到的车辆重力 沿坡道平行方向的分力变为了驱动力，需要利用发动机制动能力来克服车辆重 力沿坡道平行方向的分力，而按照本发明的模糊规则能够有效识别上下坡及坡 道大小，并根据识别出来的上下坡及坡道大小能够对坡道上的换挡参考车速进 行实时更正，采用滤波后的负载因子更正后的换挡线获得的换挡参考车速来决 定换挡可以解决按照车速和油门二参数决定的换挡线获得的换挡参考车速来决 定换挡导致的车辆不能有效利用发动机制动效果的问题，可以保证车辆正常行 驶。
术语解释
双离合变速器：DCT(Double Clutch Transmission)
变速器控制单元：TCU(Transmission Control Unit)
发动机控制单元：ECU(Engine Control Unit)
防抱死控制单元：ABS(Anti-Block System)
控制器局域网络：CAN(Controller Aera Network)
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图；
图2为本发明的功能模块架构示意图；
图3为本发明的负载因子计算模块的流程框图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自 始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元 件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能 解释为对本发明的限制。本专利不限于DCT，其他如AMT、AT、CVT等均适 用。
参见图1至图3所示，为本实施例的车辆的负载识别控制功能模块构架， 实施本发明所述的DCT车辆负载识别功能的各计算机程序模块安装运行于变速 器控制单元TCU中。实施本发明所述的DCT车辆负载识别功能的计算机程序的 功能模块构架由信号采集和处理模块、输出轴转速斜率计算模块、变速器输出 扭矩计算模块、负载因子计算模块、负载因子归一化处理模块、负载因子滤波 模块和目标挡位计算模块组成。
所述信号采集和处理模块用于实时获取发动机扭矩、发动机转速、油门、 脚刹和车速信号以及手柄位置信号和钥匙开关信号。TCU通过CAN设备驱动模 块和CAN信息处理模块处理TCU与ECU之间的数据帧、TCU与ABS之间的 数据帧，获取实时发动机扭矩、发动机转速、油门、脚刹和车速信号。TCU通 过传感器信号采集模块和传感器信号处理模块，获取实时钥匙开关和手柄位置 信号。
所述输出轴转速斜率计算模块用于根据输出轴转速与车速的关系计算获得 输出轴转速，并对输出轴转速取微分得到输出轴转速斜率。根据汽车动力学知 识，车速和输出轴转速存在如下关系：
Figure BDA0001540039500000081
其中，R为车轮滚动半径 (m)，nos为输出轴转速(rpm)，V为车速(km/h)。
以及变速器输出扭矩计算模块，所述变速器输出扭矩计算模块用于利用发动机扭矩、拖拽扭矩和整车惯量的关系计算出变速器输出扭矩。根据汽车动力学知识，变速器输出扭矩与发动机扭矩、拖拽扭矩、整车惯量之间存在如下关系：
Figure BDA0001540039500000082
其中，igear为车辆当前行驶的挡位的传 动比，TConstant为整车惯量常数，具体值根据整车配置通过实车标定获得，nosg为 变速器输出轴转速斜率，Tgbx为变速器输出扭矩(N·m)，Teng为发动机扭矩(N·m)， Tdrag为拖拽扭矩(N·m)，包括风阻、滚动阻力等，其与实际车速有关，Tita为整 车惯量(N·m)，其与车辆当前行驶的挡位和输出轴转速斜率有关。
所述负载因子计算模块用于获取变速器输出扭矩、油门和车速信号作为负 载因子模糊控制系统的输入变量，利用负载识别模糊控制系统的模糊控制规则 计算得到计算负载因子。
所述模糊控制规则包括1个上坡驾驶规则、1个上坡保持规则、1个下坡驾 驶规则和1个平路驾驶规则，所述上坡驾驶规则为：如果变速器输出扭矩是正 的且车速不低，那么输出的负载因子为上坡；所述上坡保持规则为：如果变速 器输出扭矩是正的，那么输出的负载因子为上坡；所述下坡驾驶规则为：如果 变速器输出扭矩差是负的、小油门且车速不高，那么输出的负载因子为下坡； 所述平路驾驶规则为：其它情况下，输出的负载因子为平路。本发明不仅仅限 于这4个模糊控制规则，还可根据需要设置其他模糊控制规则。
负载因子计算模块利用负载因子模糊控制系统计算负载因子的具体方法包 括如下步骤：
1)负载因子模糊控制系统进入条件识别，当满足以下所有条件的情况下， 进入到负载识别模糊控制系统；当以下任意一条件不满足的情况下，退出负载 识别模糊控制系统，输出的负载因子为平路。
a)钥匙上电；
b)手柄在D位置；
c)发动机转速大于预设转速阈值，预设转速阈值根据实际情况标 定得到，如本实施例发动机转速大于400转/分钟；
d)车速大于预设车速阈值，预设车速阈值根据实际情况标定得到， 如本实施例车速大于10公里/小时。
本发明的负载识别模糊控制系统进入条件不仅仅限于上述条件，本发明还 可以根据需要增加其他负载识别模糊控制系统进入条件。负载识别模糊控制系 统进入条件中任一条件不满足情况下，计算出来的负载因子是不准的。
2)负载识别模糊系统输入信号模糊化。TCU对变速器输出扭矩、油门和车 速信号模糊化，将变速器输出扭矩、油门和车速信号转化为负载识别模糊系统 需要的信号。
1)定义输入信号。负载因子模糊控制系统包括车速v、油门x、变速器输 出扭矩y信号三个输入变量,其中：
油门x取值范围为0～100(％)；
车速v取值范围为0～255(km/h)；
变速器输出扭矩y取值范围为-300～300(Nm)。
2)隶属度计算。根据专家经验，结合车辆动态性和驾驶员的操作，本发明 设计了5个隶属度函数，它们分别如下所示：
隶属度函数A(x)为小油门，本实施例A(x)取值范围为0-100(因为隶 属度取值为0-100％，但是TCU不支持浮点运算，也就是不支持小数运算，因此 将隶属度放大100倍)，A(x)取值如表1所示：
x 0 10 30 50 80 100
A(x) 0 20 40 60 60 60
表1
A(x)取值不限于上述实施例，可以根据匹配车辆的驾驶性标定来确定。
隶属度函数B(v)为车速不高，本实施例B(v)取值范围为0-100，B(v) 取值如表2所示：
Figure BDA0001540039500000101
Figure BDA0001540039500000111
表2
B(v)取值不限于上述实施例，可以根据匹配车辆的驾驶性标定来确定。
隶属度函数C(v)为车速不低，本实施例C(v)取值范围为0-100，C(v) 取值如表3所示：
v 0 50 90 150 200 255
C(v) 0 30 40 50 50 50
表3
C(v)取值不限于上述实施例，可以根据匹配车辆的驾驶性标定来确定。
隶属度函数D(y)为变速器输出扭矩是正的，本实施例D(y)取值范围 为0-100，D(y)取值如表4所示：
y 10 50 90 120 220 300
D(y) 0 20 50 80 100 100
表4
D(y)取值不限于上述实施例，可以根据匹配车辆的驾驶性标定来确定。
隶属度函数E(y)为变速器输出扭矩是负的，E(y)取值范围为0-100，E (y)取值如表5所示：
y -300 -220 -120 -90 -50 -10
E(y) 100 100 70 40 20 0
表5
E(y)取值不限于上述实施例，可以根据匹配车辆的驾驶性标定来确定。 将油门x、车速v和变速器输出扭矩y输入到5个隶属度函数A(x)、B(v)、C(v)、D(y)、E(y)中，分别得到5个相应的输出值Ax、Bv、Cv、Dy、Ey。
表1中，点x1对应A(x1)如点10对应20，点x2对应A(x2)如30对 应40，当获得的油门x取值位于点x1如点10与点x2点30之间时，那么可以 根据两点之间线性插值方法，得到Ax＝A(x1)+(x-x1)/(x2-x1)*(A(x2) -A(x1))。Bv、Cv、Dy、Ey计算与上述方法类似。
本实施例在TCU运行内部程序时，每10毫秒计算一次Ax、Bv、Cv、Dy、 Ey。
4)模糊逻辑判断：结合车辆的动态性和驾驶员的操作，根据上述5个隶属 度函数，本发明设计了4个模糊控制规则，来计算负载因子，这4个规则分别 如下：
第1个模糊控制规则为：如果变速器输出扭矩是正的且车速不低，那么负 载因子原始值为上坡，负载因子原始值A1为Cv与Dy取小值。
第2个模糊控制规则为：如果变速器输出扭矩是正的，那么负载因子原始 值原始值为上坡，负载因子原始值A2为Dy。
第3个模糊控制规则为：如果变速器输出扭矩是负的且车速不高且油门小， 那么负载因子原始值为下坡，负载因子原始值A3为Ax、Bv与Ey取小值。
第4个模糊控制规则为：其他情况下，负载因子原始值为平路,负载因子原 始值A4为0。
5)解模糊化
将模糊逻辑判断得到的4个负载因子原始值A1、A2、A3、A4按照如下累加 平均公式进行精确化处理后最终需要的负载因子：
Figure BDA0001540039500000131
其中Ai为第i个模糊控制规则输出的负载因子原始值，Knj为规则分子系数， Kdj为规则分母系数；这里的Knj和Kdj是在实车上试验得到的。
对上述公式展开得到，
Figure BDA0001540039500000132
6)所述负载因子计算模块根据实时的脚刹信号，判断刹车是否踩下，当识 别到刹车踩下情况下，则冻结输出的负载因子即是负载因子保持不变，当识别 到刹车松开的情况下，则更新输出的负载因子。且因为在刹车踩下的情况下， 计算出的负载因子是不准确的，所以在刹车踩下的情况下就使负载因子保持不 变，不更新负载因子。负载因子计算模块设置这些功能可以保证输出的负载因 子的准确性。
所述负载因子归一化处理模块用于对负载因子计算模块输出的负载因子进 行归一化处理，所述负载因子滤波模块用于对归一化处理后的负载因子进行滤 波处理，并将滤波处理后的负载因子输出给目标挡位计算模块，目标挡位计算 模块根据滤波处理后的负载因子对换挡参考车速进行实时更正。将负载因子转 化为目标挡位计算所需范围的数值。
目标挡位计算模块利用滤波后的负载因子调整换挡参考车速，计算出车辆 在坡道上行驶的最佳挡位。
在目标挡位计算模块内预先设置经济换挡线(基于油耗考虑的油门与车速 之间的二维表)和负载换挡线(基于负载考虑的油门与车速之间的二维表)，目 标挡位计算模块根据当前车速与油门查经济换挡线和负载换挡线得到经济换挡 参考车速和负载换挡参考车速，并将经济换挡参考车速、负载换挡参考车速以 及滤波后的负载因子带入换挡参考车速计算公式计算出换挡参考车速，即根据 滤波后的负载因子对换挡参考车速进行实时更正，并按照更正后的换挡参考车 速来执行换挡，保证车辆上下坡时在最佳的挡位上运行，换挡参考车速计算公 式为：
Figure BDA0001540039500000141
其中，Vref为换挡参考车速，Fload为滤波后的负载因子，Veco为经济换参考车速，Vload为负载换参考车速。当滤波后的 负载因子为0时，即车辆处于平路时，换挡参考车速Vref为经济换参考车速Veco。 当滤波后的负载因子为100时，即车辆处于坡道上时，换挡参考车速Vref为负载 换挡参考车速。滤波后的负载因子的范围为0-100，滤波后的负载因子不为0， 则代表车辆处于坡道上，而滤波后的负载因子为100，代表最大坡道(例如:30％ 坡道)。
目标挡位计算模块根据经济换挡线的经济升挡线、经济降挡线以及负载换 挡线的负载升挡线、负载降挡线，按照上述方法根据当前挡位可以得到对应的 升挡参考车速和降挡参考车速，当车速大于升挡参考车速时，那么进行升挡； 当车速小于降挡参考车速时，那么进行降挡；当车速不大于升挡参考车速且不 小于降挡参考车速时，保持挡位。
如果车辆行驶挡位为1挡，车速为32km/h，油门为50％，假设计算到滤波 后的负载因子为50，且1升2经济换挡线如下表所示：
油门(％) 0 10 20 30 40 50 60 80 100
车速(km/h) 14 14 14 20 24 26 30 30 30
1升2负载换挡线如下表所示：
Figure BDA0001540039500000142
Figure BDA0001540039500000151
那么根据上述公式及表格，可知：经济参考车速Veco为26km/h，负载参考 车速Vload为30km/h，换挡参考车速为28km/h。
Figure BDA0001540039500000152
此时，车速为32km/h大于换挡参考车速28km/h，执行升挡，目标挡位变为 2挡。
如果车辆行驶挡位为2挡，车速为23km/h，油门为50％，假设计算到滤波 后的负载因子为50，且2降1经济换挡线如下表所示：
油门(％) 0 10 20 30 40 50 60 80 100
车速(km/h) 8 8 8 12 16 20 22 22 22
2降1负载换挡线如下表所示：
油门(％) 0 10 20 30 40 50 60 80 100
车速(km/h) 10 10 10 14 18 26 26 26 26
那么根据上述公式及表格，可知：经济参考车速Veco为20km/h，负载参考 车速Vload为26km/h，换挡参考车速为23km/h。
Figure BDA0001540039500000153
此时，车速为23km/h小于换挡参考车速24km/h，执行降挡，目标挡位变为 1挡。
参见图1，一种车辆的负载识别控制系统，包括变速器控制单元，所述变速 器控制单元内设有上述功能模块构架，所述变速器控制单元分别与发动机控制 单元连接，所述发动机控制单元分别与油门传感器、发动机转速传感器、脚刹 开关连接，用于实时采集发动机转速传感器、油门传感器、脚刹开关信号，并 实时计算发动机扭矩信号，并通过CAN线将实时发动机扭矩、发动机转速、油 门、脚刹信号传输给变速器控制单元；所述变速器控制单元与防抱死控制单元 连接，所述防抱死控制单元与车速传感器连接，用于实时采集车速传感器信号， 通过CAN线将实时的车速信号传输给变速器控制单元；所述变速器控制单元分别与钥匙开关和手柄位置传感器连接，用于获取实时钥匙开关和手柄位置信号； 所述变速器控制单元用于根据实时发动机扭矩、发动机转速、油门、脚刹和车 速信号，通过负载因子模糊控制系统实时识别出上下坡及坡度大小。
以上是对本技术方案的详细说明，应当理解的是，由于文字的局限性，及 技术方案的多样性，本领域的技术人员通过对本技术方案的文字、语法或其它 的等同替换，同样能够实现本技术方案，因此，这样的替换均应当视为在本申 请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种车辆的负载识别控制功能模块，其特征在于：包括信号采集和处理模块，所述信号采集和处理模块用于实时获取发动机扭矩、发动机转速、油门、脚刹和车速信号以及手柄位置信号和钥匙开关信号；
以及输出轴转速斜率计算模块，所述输出轴转速斜率计算模块用于根据输出轴转速与车速的关系计算获得输出轴转速，并对输出轴转速取微分得到输出轴转速斜率；
以及变速器输出扭矩计算模块，所述变速器输出扭矩计算模块用于利用发动机扭矩、拖拽扭矩和整车惯量的关系计算出变速器输出扭矩；
以及负载因子计算模块，所述负载因子计算模块用于获取变速器输出扭矩、油门和车速信号作为负载因子模糊控制系统的输入变量，利用负载识别模糊控制系统的模糊控制规则计算得到计算负载因子；
所述模糊控制规则包括1个上坡驾驶规则、1个上坡保持规则、1个下坡驾驶规则和1个平路驾驶规则，所述上坡驾驶规则为：如果变速器输出扭矩是正的且车速不低，那么输出的负载因子为上坡；所述上坡保持规则为：如果变速器输出扭矩是正的，那么输出的负载因子为上坡；所述下坡驾驶规则为：如果变速器输出扭矩差是负的、小油门且车速不高，那么输出的负载因子为下坡；所述平路驾驶规则为：其它情况下，输出的负载因子为平路；
负载因子计算模块利用负载因子模糊控制系统计算负载因子的具体方法为：所述负载因子计算模块获取车速v、油门x、变速器输出扭矩y作为负载因子模糊控制系统的输入变量，并将油门x、车速v和变速器输出扭矩y对应输入到隶属度函数A(x)、B(v)、C(v)、D(y)、E(y)中，分别得到相应的输出值Ax、Bv、Cv、Dy、Ey，其中，A(x)＝表示模糊集“小油门”的隶属函数，B(v)＝表示模糊集“车速不高”的隶属函数，C(v)＝表示模糊集“车速不低”的隶属函数，D(y)＝表示模糊集“变速器输出扭矩是正的”的隶属函数，E(y)＝表示模糊集“变速器输出扭矩是负的”的隶属函数；然后将隶属度函数A(x)、B(v)、C(v)、D(y)、E(y)的输出值Ax、Bv、Cv、Dy、Ey输入到模糊控制规则，分别得到模糊控制规则的输出值即负载因子原始值A1、A2、A3、A4，其中，第1个模糊控制规则为：如果变速器输出扭矩是正的且车速不低，那么负载因子原始值为上坡，负载因子原始值A1为Cv与Dy中取小值；第2个模糊控制规则为：如果变速器输出扭矩是正的，那么负载因子原始值为上坡，负载因子原始值A2为Dy；第3个模糊控制规则为：如果变速器输出扭矩是负的且车速不高且油门小，那么负载因子原始值为下坡，负载因子原始值A3为Ax、Bv、Ey三者中取最小值；第4个模糊控制规则为：其他情况下，负载因子原始值为平路，负载因子原始值A4为0；最后，将得到的负载因子原始值A1、A2、A3、A4按照如下累加平均公式进行精确化处理得到最终需要的负载因子，累加平均公式为：
Figure FDA0002412702030000031
其中Ai为第i个模糊控制规则输出的负载因子原始值，Knj为规则分子系数，Kdj为规则分母系数。
2.根据权利要求1所述的功能模块，其特征在于：所述负载因子计算模块用于根据发动机转速、车速、钥匙开关信号和手柄位置信号判断当前车辆状态是否满足进入负载识别模糊控制系统的条件，若满足所有负载识别模糊控制系统进入条件，则进入到负载识别模糊控制系统计算负载因子，否则，则退出负载识别模糊控制系统，输出负载因子为平路；所述负载因子计算模块根据实时的脚刹信号，判断刹车是否踩下，当识别到刹车踩下情况下，则冻结输出的负载因子，当识别到刹车松开的情况下，则更新输出的负载因子。
3.根据权利要求1所述的功能模块，其特征在于：所述负载识别模糊控制系统进入条件包括钥匙上电、手柄在D位置、发动机转速大于预设转速阈值、车速大于预设车速阈值。
4.根据权利要求1所述的功能模块，其特征在于：根据汽车动力学知识，变速器输出扭矩与发动机扭矩、拖拽扭矩、整车惯量之间存在如下关系：
Figure FDA0002412702030000032
其中，igear为车辆当前行驶的挡位的传动比，TConstant为整车惯量常数，nosg为变速器输出轴转速斜率，Tgbx为变速器输出扭矩，Teng为发动机扭矩，Tdrag为拖拽扭矩，Tita为整车惯量。
5.根据权利要求1所述的功能模块，其特征在于：根据汽车动力学知识，车速和输出轴转速存在如下关系：
Figure FDA0002412702030000041
其中，R为车轮滚动半径，nos为输出轴转速，V为车速。
6.根据权利要求1所述的功能模块，其特征在于：还包括目标挡位计算模块，所述目标挡位计算模块内预先设置经济换挡线和负载换挡线，所述目标挡位计算模块根据当前车速与油门查经济换挡线和负载换挡线得到经济换挡参考车速和负载换挡参考车速，并将经济换挡参考车速、负载换挡参考车速以及滤波后的负载因子带入换挡参考车速计算公式计算出换挡参考车速即换挡参考车速，根据滤波后的负载因子对换挡参考车速进行实时更正，并按照更正后的换挡参考车速来执行换挡，保证车辆上下坡时在最佳的挡位上运行，换挡参考车速计算公式为：
Figure FDA0002412702030000042
其中，Vref为换挡参考车速，Fload为滤波后的负载因子，Veco为经济换参考车速，Vload为负载换参考车速。
7.根据权利要求1所述的功能模块，其特征在于：还包括负载因子归一化处理模块和负载因子滤波模块，所述负载因子归一化处理模块用于对负载因子计算模块输出的负载因子进行归一化处理，所述负载因子滤波模块用于对归一化处理后的负载因子进行滤波处理，并将滤波后的负载因子输出给目标挡位计算模块，目标挡位计算模块根据滤波后的负载因子对换挡参考车速进行实时更正。
8.一种车辆的负载识别控制系统，其特征在于：包括变速器控制单元，所述变速器控制单元内设有权利要求1至7任一所述的功能模块，所述变速器控制单元分别与发动机控制单元连接，所述发动机控制单元分别与油门传感器、发动机转速传感器、脚刹开关连接，用于实时采集发动机转速传感器、油门传感器、脚刹开关信号，并实时计算发动机扭矩信号，并通过CAN线将实时发动机扭矩、发动机转速、油门、脚刹信号传输给变速器控制单元；所述变速器控制单元与防抱死控制单元连接，所述防抱死控制单元与车速传感器连接，用于实时采集车速传感器信号，通过CAN线将实时的车速信号传输给变速器控制单元；所述变速器控制单元分别与钥匙开关和手柄位置传感器连接，用于获取实时钥匙开关和手柄位置信号；所述变速器控制单元用于根据实时发动机扭矩、发动机转速、油门、脚刹和车速信号，通过负载因子模糊控制系统实时识别出上下坡及坡度大小。
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