CN109050350A - 一种电动汽车模拟手动挡燃油车发动机抖动扭矩控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动汽车模拟手动挡燃油车发动机抖动扭矩控制方法，用于电动汽车技术领域。本发明方法在单级减速电动汽车上安装离合器踏板及距离传感器、挡位模拟器、声音模拟器和扭矩控制器等，模拟手动挡燃油车的的离合器功能和手动换挡功能，对标手动挡燃油车的控制逻辑及驾驶感受，通过在特定情况下输出抖动扭矩，模拟出传统燃油车特定工况下抖动的驾驶感觉，达到电动汽车模拟手动挡燃油车驾驶感受的目的，以适应部分消费者手动挡驾驶习惯和满足驾校学员考取C1驾照的需求。

Description

一种电动汽车模拟手动挡燃油车发动机抖动扭矩控制方法

技术领域

本发明属于电动汽车领域，具体涉及一种电动汽车模拟手动挡燃油车发动机抖动扭矩控制方法。

背景技术

传统燃油汽车燃烧化石燃料会产生大量二氧化碳和其他有害气体，造成环境严重被污染的同时引起温室效应加剧全球变暖。在能源危机和环境污染的双重压力下，研发新技术寻求新能源已然成为汽车发展的必然趋势。汽车作为交通工具正在被越来越多的人所使用，去驾校学车考取手动挡驾照(C1驾照)已然成为一种趋势，这造成大量的污染物排放，不满足当前国家提倡的节能环保政策。当前市场上在售的电动汽车没有传动燃油车上的发动机、手动多挡变速箱、离合器踏板等系统，无法实现驾驶感受及驾驶操作模拟手动挡燃油车的功能。为了适应部分消费者手动挡驾驶习惯和满足驾校学员考取C1驾照的需求，需要提供一种模拟手动挡燃油车的电动汽车，为了模拟出手动挡燃油车特定工况下抖动的驾驶感觉，达到使用的电动汽车模拟手动挡燃油车驾驶感受的目标，需要在电动汽车上实现模拟手动挡燃油车发动机抖动扭矩控制方案，从而使得驾校学员可以通过学习驾驶电动汽车获取C1驾照，替换目前驾校手动挡燃油驾培车，减小运营成本的同时实现零污染排放。

发明内容

本发明的目的是提供一种电动汽车模拟手动挡燃油车发动机抖动扭矩控制方法，通过在单级减速电动汽车上安装离合器踏板及距离传感器、挡位模拟器及位置传感器实现模拟手动挡燃油车的离合器功能和换挡功能，通过扭矩控制器模拟手动挡燃油车发动机抖动扭矩控制。

本发明提供的一种电动汽车模拟手动挡燃油车发动机抖动扭矩控制方法，包括：

(1)首先，在单级减速电动汽车上安装离合器踏板及距离传感器、挡位模拟器及位置传感器、扭矩控制器和声音模拟器。

其中，离合器踏板安装在车辆的制动踏板左侧，距离传感器安装在离合器踏板后方，通过距离传感器检测离合器踏板位置，对标手动挡燃油车辆，扭矩控制器根据离合器踏板位置信号，模拟出离合器的分离、半联动或完全结合状态，实现离合器的功能模拟。挡位模拟器是将电动车辆的自动挡换挡器换成手动挡挡位模拟器，手动挡挡位模拟器具备6个挡位包括5个前进挡位和1个倒车挡位；在挡位模拟器每个挡位的下方布置位置传感器，扭矩控制器通过位置传感器的电信号确定挡位模拟器所处的挡位。

(2)扭矩控制器在工况(2.1)与(2.2)下进行抖动扭矩控制，输出对应挡位的抖动扭矩值与0之间的变化给驱动电机，模拟抖动的驾驶感受；

(2.1)当挡位模拟器成功挂挡且手刹成功松开，但离合器接合度不为1或制动踏板未松开，扭矩控制器对电动汽车进行起步工况下的抖动扭矩控制；所述的离合器接合度为根据离合器踏板位置信号得到；

(2.2)当车辆处于运行状态，电机处于使能状态，挡位与车速不匹配。

本发明的优点与积极效果在于：

(1)本发明采用安装离合器踏板和距离传感器的方案，实现离合器的状态功能模拟，不需要使用真实的离合器系统，简化了车辆的布置方案，节省了车辆空间。

(2)采用安装挡位模拟器和位置传感器的方案，通过检测挡杆的位置，实现挡位信号的输出，避免使用真实的手动挡变速器系统，简化了车辆的布置方案，节省了车辆空间。

(3)采用扭矩控制器，不需要使用真实的发动机，实现电动汽车模拟手动挡燃油车驾驶感受及驾驶操作的目标。

(4)本发明实现了模拟手动挡燃油车起步车速过低、离合器未完全接合、制动踏板未松开的抖动驾驶感受，以及手动挡燃油车在车速与对应挡位不匹配工况下造成的车身抖动驾驶感受，使电动汽车具备手动挡模式的驾驶功能，模拟手动挡燃油车驾驶感受及驾驶操作，方便驾校使用电动汽车进行C1驾照的学习培训。

(5)相比于拥有发动机、离合器和手动挡变速器的手动挡燃油车辆来说，实用该方案的电动汽车具有结构简单、成本低、零排放等优点。

附图说明

图1是本发明的电动汽车模拟手动挡燃油车驾驶抖动控制所涉及的硬件组成示意图；

图2是本发明提供的离合器踏板行程位置与离合器距离传感器输出信号关系的示意图；

图3是本发明提供的挡位模拟器与挡位状态的示意图；

图4是本发明方法中电动汽车的起步工况逻辑判定控制图；

图5是本发明方法在电动汽车起步工况下抖动扭矩控制的示意图；

图6是本发明方法在挡位与车速不匹配工况下的抖动扭矩控制图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明提供的一种电动汽车模拟手动挡燃油车发动机抖动扭矩控制方法，在现有电动汽车上安装离合器踏板及距离传感器、挡位模拟器及位置传感器、扭矩控制器和声音模拟器等。本发明还涉及的硬件包括驱动电机系统、整车控制器、制动踏板、加速踏板等等。

离合器踏板安装在车辆的制动踏板左侧，距离传感器安装在离合器踏板后方，通过距离传感器检测离合器踏板位置，对标手动挡燃油车辆，扭矩控制器根据离合器踏板位置信号，模拟出离合器的分离、半联动或完全结合状态，实现离合器的功能模拟。挡位模拟器是将电动车辆的自动挡换挡器换成手动挡挡位模拟器，手动挡挡位模拟器具备6个挡位包括5个前进挡位和1个倒车挡位；在挡位模拟器每个挡位的下方布置位置传感器，扭矩控制器通过判断位置传感器的电信号判断挡位模拟器所处的状态，实现对挡位状态的判断。

如图1所示，扭矩控制器从离合器踏板的距离传感器获取离合信号，离合信号即离合器踏板位置信号，从挡位模拟器的位置传感器获取挡位信号。整车控制器从制动踏板获取制动信号，从加速踏板获取加速信号，并发送控制信号给扭矩控制器以及其他系统，并获取反馈信号。其中，整车控制器发送整车需求控制信号给扭矩控制器，如：需求扭矩、需求转速、制动信号等指令信号，使扭矩控制器能够输出相应的指令控制驱动电机，从而模拟手动挡燃油车的驾驶感受及操作。扭矩控制器输出控制信号给驱动电机系统，并从驱动电机系统获取电机运行反馈信号。扭矩控制器输出控制信号给声音模拟器，发出相应的声音。扭矩控制器对标手动挡燃油车的控制逻辑及驾驶感受，通过在特定工况下输出抖动扭矩，模拟出手动挡燃油车特定工况下车身抖动的驾驶感觉，实现电动汽车模拟手动挡燃油车驾驶感受和驾驶操作的目的。

如图2所示，本发明中通过一个离合器踏板和距离传感器来模拟真实的离合器功能。离合器踏板位置的距离传感根据离合器踏板所处的位置，输出一个D₂～D₉的电信号，其中D₉表示离合器初始位置C₁₀到C₉位置之间发出的信号值，D₂表示离合器踩到底的位置C₁到C₂位置之间发出的信号值，扭矩控制器根据这个位置信号来判断离合器的工作状态。当离合器踏板处于初始位置时，距离传感器输出的信号值为D₉，此时离合器为完全接合状态；当离合器踏板被完全踩到底时，距离传感器输出的信号值为D₂，此时离合器为完全分离状态。为完全模拟实际离合器的工作状态，实际传统离合器具有一定量的自由行程和空行程，如图中C₉到C₁₀表示自由行程，即离合器踏板踩下一定深度离合器仍然是完全结合状态；C₂到C₁表示空行程，即离合器踩到该深度区间为完全脱离状态。图中C₂到C₉表示离合器半联动状态，此时离合器处于部分接合状态。由此可以由下式定义离合器的接合度K：

C_i(i＝1,2,3…10)表示离合器踏板的不同位置；

C₉～C₁₀表示离合器完全接合状态，此时离合器接合度K为1；

C₂～C₉表示离合器半联动状态，此时根据离合器当前距离传感器输出的信号值D_x与离合器的距离传感器所能发出信号值的范围进行计算，得到当前状态离合器的接合度

C₁～C₂表示离合器完全分离状态，此时离合器接合度K为0。

此关系式可以通过测试实际离合器踏板行程与距离传感器的输出特性，得到真实输出特性。

如图3所示，本发明通过一个挡位模拟器和位置传感器模拟真实变速器的换挡功能。以6挡变速器为例进行说明。将电动车汽车的自动挡换挡器换成了一个带有六个挡位功能的手动挡燃油车挡位模拟器，并在其下方布置6个对应的位置传感器。当挡位模拟器切换到对应的挡位时，该传感器会输出一个的有效电位信号。通过判断6个传感器中输出有效电位信号的挡位值，即可判断挡位模拟器当前所处的位置，判断车辆所处的挡位。在挡位模拟器均未输出有效电位信号时，判定车辆处于空挡(N挡)状态。

挡位模拟器和位置传感器模拟手动挡的换挡功能，本发明实施例包含如下挡位模式：

(1)N挡模式。当车辆由其他挡位切换到N挡时，不需要踩离合器踏板等其他操作，只需要将挡位模拟器切换到图3中(1)所示的位置，此时挡位模拟器均未输出有效电位信号，扭矩控制器检测不到有效电信号，判断车辆处于空挡状态，挡位值为0。

(2)1挡模式。当车辆由其他挡位切换到1挡时，需要踩下离合器踏板，使离合器处于分离状态，并将挡位模拟器切换到图3中(2)所示的位置，此时挡位模拟器中只有1挡位置下的传感器输出有效电位信号，其他挡位传感器均未输出有效电位信号，扭矩控制器检测到1挡位置下传感器的有效电信号，此时判定车辆处于1挡状态，挡位值为1。当车辆处于1挡时，车辆的扭矩控制器根据离合器踏板位置和加速踏板位置等信号综合计算电机的输出扭矩，并输出控制信号给驱动电机系统。

(3)2挡模式。当车辆由其他挡位切换到2挡时，需要踩下离合器踏板，使离合器处于分离状态，并将挡位模拟器切换到图3中(3)所示的位置，此时挡位模拟器中只有2挡位置下的传感器输出有效电位信号，其他挡位传感器均未输出有效电位信号，此时扭矩控制器只检测到2挡位置下传感器的有效电信号，判定车辆处于2挡状态，挡位值为2。当车辆处于2挡时，车辆扭矩控制器根据离合器踏板位置和加速踏板位置等信号综合计算电机的输出扭矩并输出控制信号给驱动电机系统。

(4)3挡模式。当车辆由其他挡位切换到3挡时，需要踩下离合器踏板，使离合器处于分离状态，并将挡位模拟器切换到图3中(4)所示的位置，此时挡位模拟器中只有3挡位置下的传感器输出有效电位信号，其他挡位传感器均未输出有效电位信号，此时扭矩控制器只检测到3挡位置下传感器的有效电信号，判定车辆处于3挡状态，挡位值为3。当车辆处于3挡时，扭矩控制器根据离合器踏板位置和加速踏板位置等信号综合计算电机的输出扭矩并输出控制信号给驱动电机系统。

(5)4挡模式。当车辆由其他挡位切换到4挡时，需要踩下离合器踏板，使离合器处于分离状态，并将挡位模拟器切换到图3中(5)所示的位置，此时挡位模拟器中只有4挡位置下的传感器输出有效电位信号，其他挡位传感器均未输出有效电位信号，此时扭矩控制器只检测到4挡位置下传感器的有效电信号，判定车辆处于4挡状态，挡位值为4。当车辆处于4挡时，车辆扭矩控制器根据离合器踏板位置和加速踏板位置等信号综合计算电机的输出扭矩并输出控制信号给驱动电机系统。

(6)5挡模式。当车辆由其他挡位切换到5挡时，需要踩下离合器踏板，使离合器处于分离状态，并将挡位模拟器切换到图3(6)所示的位置，此时挡位模拟器中只有5挡位置下的传感器输出有效电位信号，其他挡位传感器均未输出有效电位信号，此时扭矩控制器只检测到5挡位置下传感器的有效电信号，判定车辆处于5挡状态，挡位值为5。当车辆处于5挡时，车辆扭矩控制器根据离合器踏板位置和加速踏板位置等信号综合计算电机的输出扭矩。

(7)R挡(倒挡)模式。当车辆由其他挡位切换到R挡时，需要踩下离合器踏板，使离合器处于分离状态，并将挡位模拟器切换到图3中(7)所示的位置，此时挡位模拟器中只有R挡位置下的传感器输出有效电位信号，其他挡位传感器均未输出有效电位信号，此时扭矩控制器只检测到R挡位置下传感器的有效电信号，判定车辆处于R挡状态，挡位值为6。当车辆处于R挡时，车辆根据离合器踏板位置和加速踏板位置等信号综合计算电机的输出扭矩并输出控制信号给驱动电机系统。

本发明提供的模拟手动挡燃油车发动机抖动扭矩控制方法，包括(1.1)起步工况下的抖动扭矩控制和(1.2)挡位与车速不匹配工况下的抖动扭矩控制。

(1.1)起步工况下的抖动扭矩控制。

手动挡燃油汽车在起步工况下，如果由于离合器踏板松开过快或者其他误操作会造成发动机运转不平稳，使驾驶员能够感受到明显的车身抖动状态，此时如果不纠正错误操作，会造成发动机熄火，整车需要重新起步。自动挡电动汽车由于没有离合器踏板、发动机等部件无法模拟该种工况。本发明通过为电动汽车添加离合器踏板及距离传感器、挡位模拟器及位置传感器和整车扭矩控制器等系统，能够模拟手动挡燃油汽车起步工况下产生的抖动状态。

电动汽车的起步工况的逻辑判定如图4所示，在电动汽车起步工况下，当汽车进入Ready状态，整个系统处于使能Enable状态，然后判断离合器的工作状态。当离合器踏板接合度小于1，即离合器踏板深度超过C₉，此时可以进行起步挂挡操作，选择倒车挡R或前进1挡进行起步；踩制动踏板后，松开手刹；当挡位模拟器成功挂入前进挡1或倒车挡，手刹成功松开，松开制动踏板即可使车辆起步成功。上述操作如不满足，将返回最初判定条件，进行重新状态判定。如果挡位模拟器成功挂挡且手刹成功松开，但离合器接合度不为1或制动踏板未松开，汽车将进入抖动程序控制，模拟手动挡燃油车起步车速过低、离合器未完全接合、制动踏板未松开的抖动驾驶感受。

如图5所示，电动汽车起步工况下抖动扭矩控制的策略如下：通过判定离合器接合度小于1或制动踏板未松开，然后进入抖动提示程序，利用计时器Stop_Num1开始计时；执行如图5中所示的判断和步骤：

(1.1.1)若当前车辆挡位i下，若电动汽车的车速大于对应挡位的车速限定值Vi，则执行(1.1.3)，否则执行(1.1.2)。当挡位为0，即为空挡时，转(1.1.4)执行。

(1.1.2)若电动汽车当前的发动机转速小于对应挡位i下的发动机转速范围阈值ni，并且计时器Stop_Num1达到或超过设定的时间阈值T_num1，则执行(1.1.3)，否则执行(1.1.4)。

(1.1.3)根据计数器Stop_Num1奇偶数值的变化，实现对应挡位i的抖动扭矩值Tq_shake大于0与等于0之间的输出变化。当Stop_Num1为偶数，即Stop_Num1％2＝0，此时抖动扭矩值Tq_shake＝T_s(i)；然后执行(1.1.5)。T_s(i)表示挡位i的抖动扭矩幅值，T_s(i)是根据车速与对应挡位不匹配设定的抖动扭矩值，通过对标手动挡燃油车来获得，以模拟不同挡位与车速不匹配时所产生的抖动程度大小。当Stop_Num1为奇数时，执行(1.1.4)。

(1.1.4)设置抖动扭矩值Tq_shake＝0，此时为正常运行情况，不产生抖动驾驶感受，然后执行(1.1.5)。

(1.1.5)若当前制动踏板未松开且发动机转速大于n_b，扭矩控制器输出Tq_shake＝0给驱动电机系统，否则输出Tq_shake＝T_s(i)给驱动电机系统；n_b表示发动机正常运行时的最低转速。

扭矩控制器输出0或大于0的抖动扭矩值给电机，实现抖动扭矩值的上下跳动变换输出，从而模拟出手动挡燃油车在该工况下的抖动驾驶感受。

(1.1.6)若当不满足离合器接合度小于1或制动踏板未松开条件时，转(1.1.4)执行；

如图5说是，最后对挡位值是否为6的判定中，若否时，也转(1.1.4)执行，目的是为防止挡位模拟器出现挡位判断故障等情况，提高控制策略的容错能力。

(1.2)挡位与车速不匹配工况下的抖动扭矩控制。

具体抖动扭矩控制过程与图5所示的类似。如图6所示，当车辆处于运行状态，电机处于使能状态，利用计时器Stop_Num2进行计数；当满足下面抖动条件：当前车速与当前挡位对应的车速范围不匹配，或者电动汽车当前的发动机转速小于对应挡位下的发动机转速范围阈值并且计数器Stop_Num2达到设定的时间阈值T_num2；此时根据计数器Stop_Num2奇偶数值的变化，设置抖动扭矩值Tq_shake为0或者T_s(i)，T_s(i)表示挡位i的抖动扭矩幅值。当不满足上述抖动条件时，设置抖动扭矩值Tq_shake为0。

根据上述判定由本发明中扭矩控制器控制产生一个抖动扭矩数值，抖动扭矩数值在0和T_s(i)>0之间变化，扭矩控制器将抖动扭矩值发送给驱动电机，从而使电机输出扭矩在一定幅值T_s(i)范围内波动，从而模拟出手动挡燃油车在车速与对应挡位不匹配工况下造成的车身抖动驾驶感受。

如图6所示，当车辆处于运行状态，电机处于使能状态，利用计时器Stop_Num2进行计数，并执行如下步骤：

(1.2.1)若当前车辆挡位i下，若电动汽车的车速大于对应挡位的车速限定值Vi，则执行(1.2.3)，否则执行(1.2.2)。当挡位为0时，转(1.2.4)执行。

(1.2.2)若电动汽车当前的发动机转速小于对应挡位i下的发动机转速范围阈值ni，并且计时器Stop_Num2达到或超过设定的时间阈值T_num2，则执行(1.2.3)，否则执行(1.2.4)。

(1.2.3)根据计数器Stop_Num2奇偶数值的变化，实现对应挡位i的抖动扭矩值Tq_shake大于0与等于0之间的输出变化。当Stop_Num1为偶数时，设置抖动扭矩值Tq_shake＝T_s(i)；然后执行(1.2.5)。当Stop_Num1为奇数时，执行(1.2.4)。

(1.2.4)设置抖动扭矩值Tq_shake＝0，此时为正常运行情况，不产生抖动驾驶感受，然后执行(1.2.5)。

(1.2.5)若当前制动踏板未松开且发动机转速大于n_b，扭矩控制器输出Tq_shake＝0给驱动电机系统，否则输出Tq_shake＝T_s(i)给驱动电机系统；n_b表示发动机正常运行时的最低转速。

当车辆处于运行状态当电机并不处于使能状态时，转(1.2.4)执行。

显然，所描述的实施例也仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (3)

1.一种电动汽车模拟手动挡燃油车发动机抖动扭矩控制方法，其特征在于，所述方法包括：

(1)首先，在单级减速电动汽车上安装离合器踏板及距离传感器、挡位模拟器及位置传感器、扭矩控制器和声音模拟器；

其中，离合器踏板安装在车辆的制动踏板左侧，距离传感器安装在离合器踏板后方，通过距离传感器检测离合器踏板位置，对标手动挡燃油车辆，扭矩控制器根据离合器踏板位置信号，模拟出离合器的分离、半联动或完全结合状态，实现离合器的功能模拟；挡位模拟器是将电动车辆的自动挡换挡器换成手动挡挡位模拟器，手动挡挡位模拟器具备6个挡位包括5个前进挡位和1个倒车挡位；在挡位模拟器每个挡位的下方布置位置传感器，扭矩控制器通过判断位置传感器的电信号确定挡位模拟器所处的挡位；

(2)扭矩控制器在工况(2.1)与(2.2)下进行抖动扭矩控制，输出对应挡位的抖动扭矩值与0之间的变化给驱动电机，模拟抖动的驾驶感受；

(2.1)当挡位模拟器成功挂挡且手刹成功松开，但离合器接合度不为1或制动踏板未松开，扭矩控制器对电动汽车进行起步工况下的抖动扭矩控制；所述的离合器接合度为根据离合器踏板位置信号得到；

(2.2)当车辆处于运行状态，电机处于使能状态，挡位与车速不匹配。

2.根据权利要求1所述的电动汽车模拟手动挡燃油车发动机抖动扭矩控制方法，其特征在于，所述的(2.1)工况下，当扭矩控制器对电动汽车进行抖动扭矩控制时，包括：当判定离合器接合度小于1或制动踏板未松开时，利用计时器Stop_Num1开始计时；执行如下步骤：

(2.1.1)若当前车辆挡位i下，若电动汽车的车速大于对应挡位的车速限定值Vi，则执行(2.1.3)，否则执行(2.1.2)；当挡位为0时，转(1.1.4)执行；

(2.1.2)若电动汽车当前的发动机转速小于对应挡位i下的发动机转速范围阈值ni，并且计时器Stop_Num1达到或超过设定的时间阈值T_num1，则执行(2.1.3)，否则执行(2.1.4)；

(2.1.3)当Stop_Num1为偶数时，设置抖动扭矩值Tq_shake＝T_s(i)；然后执行(2.1.5)；T_s(i)表示挡位i的抖动扭矩幅值，通过对标手动挡燃油车来获得；当Stop_Num1为奇数时，执行(2.1.4)；

(2.1.4)设置抖动扭矩值Tq_shake＝0，然后执行(2.1.5)；

(2.1.5)若当前制动踏板未松开且发动机转速大于n_b，扭矩控制器输出Tq_shake＝0给驱动电机，否则输出Tq_shake＝T_s(i)给驱动电机；n_b表示发动机正常运行时的最低转速；

当不满足离合器接合度小于1或制动踏板未松开条件时，进入(2.1.4)执行。

3.根据权利要求1所述的电动汽车模拟手动挡燃油车发动机抖动扭矩控制方法，其特征在于，所述的(2.2)工况中，当车辆处于运行状态，若电机处于使能状态时，利用计时器Stop_Num2进行计数，当满足下面条件：

当前车速与当前挡位对应的车速范围不匹配，或者电动汽车当前的发动机转速小于对应挡位下的发动机转速范围阈值并且计数器Stop_Num2达到设定的时间阈值；

此时根据计数器Stop_Num2奇偶数值的变化，设置抖动扭矩值Tq_shake为0或者T_s(i)，T_s(i)表示挡位i的抖动扭矩幅值；

当挡位为空挡时，或者不满足上面所述条件时，设置抖动扭矩值Tq_shake为0。