CN108980341A - 一种汽车升挡转速点估算方法 - Google Patents

一种汽车升挡转速点估算方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种汽车升挡转速点估算方法，属于汽车换挡控制技术领域。它解决了现有技术中难以保证整车换挡过程中发动机燃油消耗处于高效工作区的问题。一种汽车升挡转速点估算方法，通过自动变速器的控制器判断当前车辆处于前进挡且油门有开度时进行升挡转速点估算，本方法包括：A、确定当前挡位；B、确定目标转速；C、燃油消耗量计算；D、单个升挡转速点获取；E、获取最优升挡转速点。本发明能够估算出使整车升挡过程处于最低燃油消耗量的升挡转速点。

Description

一种汽车升挡转速点估算方法
技术领域
本发明属于汽车换挡控制技术领域，涉及一种汽车升挡转速点估算方法。
背景技术
随着社会的发展，汽车的保有量越来越多，汽车已经成为人们出行的主要交通工具。汽车的变速控制有手动控制和自动控制，手动控制采用手动变速器实现，自动控制采用自动变速器实现，其中自动变速器内设有自动换挡控制的控制器。
由于手动变速器对于驾驶员操作要求较高，操作熟料度要求大，因此越来越多的人选择自动变速器。目前自动变速器对于换挡转速点的控制主要基于油门踏板、实际车速、车辆加速度进行两参数或三参数查表，查表得到的换挡目标车速与实际车速进行比较，当目标车速高/低于实际车速时，进行升/降挡控制。但现有的自动变速器没有考虑到需要对坡度、高原、转弯等工况进行补偿，从而换挡点的选择并不合理。
为此中国专利文献公开的申请号为CN201410698704.0的一种用于车辆的换挡点修正方法、装置和车辆，该专利给出的方法中包括获取车辆的路面坡度百分比，获取车辆的当前挡位和目标挡位，并根据当前挡位和目标挡位确定基础换挡发动机转速点，根据当前挡位和目标挡位确定修正曲线，根据路面坡度百分比和修正曲线确定修正值，并根据修正值对基础换挡点进行修正。同时该专利给给出了相关的计算公式。虽然该专利能够根据当前所在挡位的不同及阻力大小的不同，动态地修正换挡点，但是其并没有考虑到换挡经济性的问题，没有涉及对不同升挡转速点进行换挡时整车燃油消耗量的考虑(降挡时发动机多采取断油策略，从而不考虑燃油经济性)，从而难以保证整车换挡过程中发动机燃油消耗处于高效工作区，存在浪费燃油的缺陷。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种汽车升挡转速点估算方法，本发明所要解决的技术问题是如何估算出使整车升挡过程处于最低燃油消耗量的升挡转速点。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种汽车升挡转速点估算方法，通过自动变速器的控制器判断当前车辆处于前进挡且油门有开度时进行升挡转速点估算，其特征在于，本方法包括以下步骤：
A、自动变速器的控制器实时获取发动机转速，并实时判断获取的发动机转速分别所处的挡位；
B、根据判断的所处挡位获取需到达的下一个挡位中的目标转速；
C、以当前发动机转速作为起始转速计算点，在起始转速计算点上每增加一个固定转速作为一个转速计算点，直到最接近当前挡位的最大发动机转速时停止，根据每个转速计算点到目标转速的整个过程的燃油消耗量和车辆行驶距离计算得到每个转速计算点的百公里燃油消耗量；
D、选取当前发动机转速下最小百公里燃油消耗量对应的转速计算点，作为当前发动机转速下的升挡转速点；
E、选取一段时间内均位于同一挡位的发动机转速，选取该段时间内的某一个发动机转速下的升挡转速点作为最优升挡转速点或计算该段时间内根据发动机转速计算出的升挡转速点的平均值作为最优升挡转速点。
本汽车升挡转速点估算方法通过实时获取发动机转速作为升挡转速点估算基础，在获取发动机转速后得到当前获取的发动机转速所处的挡位以及下一个挡位的目标转速。通过设置多个转速计算点计算每个转速计算点到目标转速的百公里燃油消耗量，从而得到当前获取的发动机转速下的最小百公里燃油消耗量对应的转速计算点，也就是在该发动机转速下得到之后经济性最高的升挡转速点。再通过选取一段时间内的同一挡位的发动机转速，并选择或判断出其中计算出的升挡转速点中的最优升挡转速点，车辆在达到最优升挡转速点后进行升挡。本汽车升挡转速点估算方法通过计算得到燃油消耗量最小的升挡转速点，从而能够使车辆在燃油消耗量最小的升挡转速点升挡后消耗最少的燃油消耗量，使整车升挡过程处于最低燃油消耗量，达到节油的目的。
本汽车升挡转速点估算方法中由于在车辆处于前进挡且油门有开度时进行升挡转速点估算，因此发动机转速理论上会递增，因此在升挡前获取发动机转速会处于同一挡位中，并且计算出的最优升挡转速点的偏差不会太大，本方法选取某一时间的发动机转速进行升挡点选择能够得到较为准确的最优转速升挡点，因此在同一个挡位就选择一次最优升挡转速点，在选取的时间段外不进行最优升挡转速点选择。并且在最高挡位不进行最优升挡转速点计算。
在上述的汽车升挡转速点估算方法中，在上述的步骤A中，自动变速器的控制器预设有发动机转速的可升挡范围，在判断获取的当前发动机转速在可升挡范围内时判断当前车辆所处的挡位。每个发动机具有规定的最高转速和怠速区域，在发动机转速超过最高转速进行升挡会导致发动机超速，在怠速区域进行升挡会导致发动机动力不足熄火，因此设置可升挡范围，且将可升挡范围选择为发动机转速大于最大怠速转速和低于发动机最高转速。从而使升挡点计算和升挡合理顺利的进行。
在上述的汽车升挡转速点估算方法中，在上述的步骤B中，自动变速器的控制器内预设有除最高挡位外的每个挡位所对应的目标转速。预设目标转速从而在实时获取当前发动机转速后能够快速得到目标转速进行燃油消耗量计算。
在上述的汽车升挡转速点估算方法中，在上述的步骤C中，先计算转速计算点到目标转速的整个过程的车辆行驶距离，计算公式为其中Sa为车辆行驶距离，ua2为目标转速对应的车速，ua1为转速计算点对应的车速，为加速度，获取起始转速计算点的同时获取该时刻的加速度且以该时刻的加速度值作为上述的加速度的值。转速转化为对应的车速为现有技术，通过计算公式得到，其中n为发动机转速，r为车轮处于无载时的车轮半径，ig为自动变速器当前转速所处挡位的传动比，i0为主减速器传动比，r、ig和i0为常量。
在上述的汽车升挡转速点估算方法中，在上述的步骤C中，当估算单个转速计算点到目标转速的整个过程的燃油消耗量时，先计算当前转速计算点所处时刻的燃油消耗量和目标转速所处时刻的燃油消耗量，并通过转速计算点到目标转速的整个过程的车辆行驶距离以及转速计算点对应的车速以及加速度的值得到转速计算点到目标转速的所需的加速时间，将加速时间均匀分割成若干个采样计算时间，并计算每个采样计算时间中车辆的燃油消耗量，将上述得到的各个燃油消耗量带入到转速计算点到目标转速的整个过程的燃油消耗量的计算公式中，计算公式为其中Qa为转速计算点到目标转速的整个过程的燃油消耗量,Qt0为当前转速计算点所处时刻的燃油消耗量，Qtn为目标转速所处时刻的燃油消耗量，Qti表示每个采样计算时间的燃油消耗量，Δt为采样计算时间。通过采样计算时间进行离散计算得到整个转速计算点到目标转速的整个过程的燃油消耗量，得到的燃油消耗量较为准确，从而基于上述燃油消耗量计算出的百公里燃油消耗量也较为准确。
在上述的汽车升挡转速点估算方法中，当前时刻的燃油消耗量的计算公式为其中Qt为当前时刻的燃油消耗量，Pe为发动机克服当前负载所消耗的功率，b为当前燃油消耗率，ρ为燃油密度，g为重力加速度。某个时刻时的燃油消耗量，其与四个因素有关系，其中ρ和g为常量，b通过实时查询发动机万有特性的数据得到，发动机万有特性的数据为现有数据。Pe需要通过计算得到且需要考虑所需克服的阻力。
在上述的汽车升挡转速点估算方法中，发动机克服当前负载所消耗的功率Pe的计算公式为其中η为效率值，G为车辆车重，f为滚动阻力系数，ua为所需计算燃油消耗量的转速对应的车速，CD为空气阻力系数，A为迎风面积，δ为旋转质量换算系数，m为车辆质量，为加速度，且效率值η、滚动阻力系数f、空气阻力系数CD、迎风面积A均为预设的常量。发动机克服当前负载所消耗的功率Pe中需克服的阻力为滚动阻力、风阻力和加速阻力，其中滚动阻力与车辆车重G、滚动阻力系数f和所需计算燃油消耗量的转速对应的车速ua相关；风阻力与空气阻力系数CD、迎风面积A和所需计算燃油消耗量的转速对应的车速ua相关；加速阻力与旋转质量换算系数δ、车辆质量m、所需计算燃油消耗量的转速对应的车速ua和加速度相关。加速度为起始转速计算点时获取的该时刻的加速度。车辆车重G等于车辆质量乘以重力加速度。
在上述的汽车升挡转速点估算方法中，每个转速计算点的百公里燃油消耗量的计算公式为将Qa的计算公式和Sa的计算公式代入到百公里燃油消耗量的计算公式中得到：
通过上述公式计算每个转速计算点的百公里燃油消耗量，得到的百公里燃油消耗量较为准确能够为升挡点估算提供准确的支持。
在上述的汽车升挡转速点估算方法中，在上述的步骤D中，从小到大依次比较各个转速计算点的百公里燃油消耗量，获取最小的百公里燃油消耗量。通过上述比较方式能够边计算百公里燃油消耗量边进行比较，从而提高比较速度、节省计算时间。
在上述的汽车升挡转速点估算方法中，在上述的步骤E中，选取该段时间内的最小的升挡转速点作为最优升挡转速点。由于前文所说同一个挡位的最优升挡转速点基本不会有太多的波动，通过选取最小的升挡转速点快速得到较为准确的最优升挡转速点。
与现有技术相比，本汽车升挡转速点估算方法具有如下优点：
1、本发明通过计算得到燃油消耗量最小的升挡转速点，从而能够使车辆在燃油消耗量最小的升挡转速点升挡后消耗最少的燃油消耗量，使整车升挡过程处于最低燃油消耗量，达到节油的目的。
2、本发明在计算过程中考虑到实际情况所遇到的阻力从而使得计算结果更为准确，同时能够快速得到最优升挡转速点。
附图说明
图1是本发明的估算流程示意图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1所示，一种汽车升挡转速点估算方法，通过自动变速器的控制器判断当前车辆处于前进挡且油门有开度时进行升挡转速点估算，在不满足上述条件时不进行估算工作。
对升挡转速点进行估算的步骤如下：
步骤A、确定当前挡位：自动变速器的控制器实时获取发动机转速，自动变速器的控制器预设有发动机转速的可升挡范围，在判断获取的当前发动机转速在可升挡范围内时判断获取的发动机转速分别所处的挡位。自动变速器中预设有多个挡位并设置每个挡位匹配的发动机转速范围，在判断当前发动机转速所处挡位时，只需确定获取的发动机转速所在的发动机转速范围，从而得到当前获取的发动机转速下车辆所处的挡位。
每个发动机具有规定的最高转速和怠速区域，在发动机转速超过最高转速进行升挡会导致发动机超速，在怠速区域进行升挡会导致发动机动力不足熄火，因此设置可升挡范围，且将可升挡范围选择为发动机转速大于最大怠速转速和低于发动机最高转速。从而使升挡点计算和升挡合理顺利的进行。
步骤B、确定目标转速：根据判断的所处挡位获取需到达的下一个挡位中的目标转速。自动变速器的控制器内预设有除最高挡位外的每个挡位所对应的目标转速。预设目标转速从而在实时获取当前发动机转速后能够快速得到目标转速进行燃油消耗量计算。目标转速也可实时进行估算得到。
步骤C、燃油消耗量计算：以当前发动机转速作为起始转速计算点，在起始转速计算点上每增加一个固定转速作为一个转速计算点，直到最接近当前挡位的最大发动机转速时停止，根据每个转速计算点到目标转速的整个过程的燃油消耗量和车辆行驶距离计算得到每个转速计算点的百公里燃油消耗量。固定转速的范围为5rpm到20rpm，作为优选固定转速为10rpm。起始转速计算点加10rpm为一个转速计算点，再加10rpm也就是20rpm作为一个转速计算点，依次类推。
先计算转速计算点到目标转速的整个过程的车辆行驶距离，计算公式为其中Sa为车辆行驶距离，ua2为目标转速对应的车速，ua1为转速计算点对应的车速，为加速度，获取起始转速计算点的同时获取该时刻的加速度且以该时刻的加速度值作为上述的加速度的值。转速转化为对应的车速为现有技术，通过计算公式得到，其中n为发动机转速，r为车轮处于无载时的车轮半径，ig为自动变速器当前转速所处挡位的传动比，i0为主减速器传动比，r、ig和i0为常量。
在计算完单个转速计算点到目标转速的整个过程的车辆行驶距离后估算该转速计算点到目标转速的整个过程的燃油消耗量。具体为先计算当前转速计算点所处时刻的燃油消耗量和目标转速所处时刻的燃油消耗量，并通过转速计算点到目标转速的整个过程的车辆行驶距离以及转速计算点对应的车速以及加速度的值得到转速计算点到目标转速的所需的加速时间，采用公知的匀加速运动位移和时间的关系公式计算得到。
将加速时间均匀分割成若干个采样计算时间，并计算每个采样计算时间中车辆的燃油消耗量，将上述得到的各个燃油消耗量带入到转速计算点到目标转速的整个过程的燃油消耗量的计算公式中，计算公式为其中Qa为转速计算点到目标转速的整个过程的燃油消耗量,Qt0为当前转速计算点所处时刻的燃油消耗量，Qtn为目标转速所处时刻的燃油消耗量，Qti表示每个采样计算时间的燃油消耗量，Δt为采样计算时间。通过采样计算时间进行离散计算得到整个转速计算点到目标转速的整个过程的燃油消耗量，得到的燃油消耗量较为准确，从而基于上述燃油消耗量计算出的百公里燃油消耗量也较为准确。作为优选采用计算时间为0.01秒。
当前时刻的燃油消耗量的计算公式为其中Qt为当前时刻的燃油消耗量，Pe为发动机克服当前负载所消耗的功率，b为当前燃油消耗率，ρ为燃油密度，g为重力加速度。某个时刻时的燃油消耗量，其与四个因素有关系，其中ρ和g为常量，b通过实时查询发动机万有特性的数据得到，发动机万有特性的数据为现有数据。Pe需要通过计算得到且需要考虑所需克服的阻力。发动机克服当前负载所消耗的功率Pe的计算公式为：
其中η为效率值，G为车辆车重，f为滚动阻力系数，ua为所需计算燃油消耗量的转速对应的车速，CD为空气阻力系数，A为迎风面积，δ为旋转质量换算系数，m为车辆质量，为加速度，且效率值η、滚动阻力系数f、空气阻力系数CD、迎风面积A均为预设的常量。克服阻力所消耗的功率Pe中需克服的阻力为滚动阻力、风阻力和加速阻力，其中滚动阻力与车辆车重G、滚动阻力系数f和所需计算燃油消耗量的转速对应的车速ua相关；风阻力与空气阻力系数CD、迎风面积A和所需计算燃油消耗量的转速对应的车速ua相关；加速阻力与旋转质量换算系数δ、车辆质量m、所需计算燃油消耗量的转速对应的车速ua和加速度相关。加速度为起始转速计算点时获取的该时刻的加速度。车辆车重G等于车辆质量乘以重力加速度。
在得到单个转速计算点到目标转速的整个过程的燃油消耗量和车辆行驶距离后对该转速计算点进行的百公里燃油消耗量计算。每个转速计算点的百公里燃油消耗量的计算公式为将Qa的计算公式和Sa的计算公式代入到百公里燃油消耗量的计算公式中得到：
通过上述公式计算每个转速计算点的百公里燃油消耗量，得到的百公里燃油消耗量较为准确能够为升挡点估算提供准确的支持。
步骤D、单个升挡转速点获取：选取当前发动机转速下最小百公里燃油消耗量对应的转速计算点，作为当前发动机转速下的升挡转速点。从小到大依次比较以当前发动机转速作为起始计算点的各个转速计算点的百公里燃油消耗量，获取最小的百公里燃油消耗量。
步骤E、获取最优升挡转速点：选取一段时间内均位于同一挡位的发动机转速，选取该段时间内的某一个发动机转速下的升挡转速点作为最优升挡转速点或计算该段时间内根据发动机转速计算出的升挡转速点的平均值作为最优升挡转速点。作为选优选取该段时间内的最小的升挡转速点作为最优升挡转速点。一段时间可以在同一挡位下任意截取，作为优选选择最开始获取到的发动机转速作为开始时间点。该时间的长度为范围为0.5至2秒。
通过上述过程计算得到燃油消耗量最小的升挡转速点，从而能够使车辆在燃油消耗量最小的升挡转速点升挡后消耗最少的燃油消耗量，使整车升挡过程处于最低燃油消耗量，达到节油的目的。
自动变速器的控制器能够通过挡位传感器获取到挡位、发动机控制器得到发动机转速、以及通过油门开度传感器获取油门开度均为现有技术在此不再详细描述。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种汽车升挡转速点估算方法，通过自动变速器的控制器判断当前车辆处于前进挡且油门有开度时进行升挡转速点估算，其特征在于，本方法包括以下步骤：
A、自动变速器的控制器实时获取发动机转速，并实时判断获取的发动机转速分别所处的挡位；
B、根据判断的所处挡位获取需到达的下一个挡位中的目标转速；
C、以当前发动机转速作为起始转速计算点，在起始转速计算点上每增加一个固定转速作为一个转速计算点，直到最接近当前挡位的最大发动机转速时停止，根据每个转速计算点到目标转速的整个过程的燃油消耗量和车辆行驶距离计算得到每个转速计算点的百公里燃油消耗量；
D、选取当前发动机转速下最小百公里燃油消耗量对应的转速计算点，作为当前发动机转速下的升挡转速点；
E、选取一段时间内均位于同一挡位的发动机转速，选取该段时间内的某一个发动机转速下的升挡转速点作为最优升挡转速点或计算该段时间内根据发动机转速计算出的升挡转速点的平均值作为最优升挡转速点。
2.根据权利要求1所述的汽车升挡转速点估算方法，其特征在于，在上述的步骤A中，自动变速器的控制器预设有发动机转速的可升挡范围，在判断获取的当前发动机转速在可升挡范围内时判断当前车辆所处的挡位。
3.根据权利要求2所述的汽车升挡转速点估算方法，其特征在于，在上述的步骤B中，自动变速器的控制器内预设有除最高挡位外的每个挡位所对应的目标转速。
4.根据权利要求1或2或3所述的汽车升挡转速点估算方法，其特征在于，在上述的步骤C中，先计算转速计算点到目标转速的整个过程的车辆行驶距离，计算公式为其中Sa为车辆行驶距离，ua2为目标转速对应的车速，ua1为转速计算点对应的车速，为加速度，获取起始转速计算点的同时获取该时刻的加速度且以该时刻的加速度值作为上述的加速度的值。
5.根据权利要求4所述的汽车升挡转速点估算方法，其特征在于，在上述的步骤C中，当估算单个转速计算点到目标转速的整个过程的燃油消耗量时，先计算当前转速计算点所处时刻的燃油消耗量和目标转速所处时刻的燃油消耗量，并通过转速计算点到目标转速的整个过程的车辆行驶距离以及转速计算点对应的车速以及加速度的值得到转速计算点到目标转速的所需的加速时间，将加速时间均匀分割成若干个采样计算时间，并计算每个采样计算时间中车辆的燃油消耗量，将上述得到的各个燃油消耗量带入到转速计算点到目标转速的整个过程的燃油消耗量的计算公式中，计算公式为其中Qa为转速计算点到目标转速的整个过程的燃油消耗量,Qt0为当前转速计算点所处时刻的燃油消耗量，Qtn为目标转速所处时刻的燃油消耗量，Qti表示每个采样计算时间的燃油消耗量，Δt为采样计算时间。
6.根据权利要求5所述的汽车升挡转速点估算方法，其特征在于，当前时刻的燃油消耗量的计算公式为其中Qt为当前时刻的燃油消耗量，Pe为发动机克服当前负载所消耗的功率，b为当前燃油消耗率，ρ为燃油密度，g为重力加速度。
7.根据权利要求6所述的汽车升挡转速点估算方法，其特征在于，发动机克服当前负载所消耗的功率Pe的计算公式为其中η为效率值，G为车辆车重，f为滚动阻力系数，ua为所需计算燃油消耗量的转速对应的车速，CD为空气阻力系数，A为迎风面积，δ为旋转质量换算系数，m为车辆质量，为加速度，且效率值η、滚动阻力系数f、空气阻力系数CD、迎风面积A均为预设的常量。
8.根据权利要求7所述的汽车升挡转速点估算方法，其特征在于，每个转速计算点的百公里燃油消耗量的计算公式为将Qa的计算公式和Sa的计算公式代入到百公里燃油消耗量的计算公式中得到：
9.根据权利要求4所述的汽车升挡转速点估算方法，其特征在于，在上述的步骤D中，从小到大依次比较各个转速计算点的百公里燃油消耗量，获取最小的百公里燃油消耗量。
10.根据权利要求9所述的汽车升挡转速点估算方法，其特征在于，在上述的步骤E中，选取该段时间内的最小的升挡转速点作为最优升挡转速点。
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