CN109291805A - 一种电动汽车模拟手动挡燃油车发动机制动扭矩控制方法 - 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制动扭矩控制方法，属于电动汽车领域。包括：(1)在单级减速电动汽车上安装了模拟离合器、挡位模拟器和扭矩控制器；(2)扭矩控制器对获得的模拟电信号进行模数转换，获得离合器踏板位置信号和挡杆挡位，结合获得的车速、加速踏板信号、制动踏板信号，经计算得到发动机制动扭矩模拟值，进行发动机制动扭矩模拟。本发明提供的一种电动汽车模拟手动挡燃油车发动机制动扭矩控制方法，通过在电动汽车上安装模拟离合器、挡位模拟器和扭矩控制器，模拟出手动挡燃油车发动机的制动扭矩，达到使用该发明的电动汽车模拟手动挡燃油车驾驶感受的目标，同时实现减小运营成本和零污染排放。

Description

一种电动汽车模拟手动挡燃油车发动机制动扭矩控制方法

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制动扭矩控制方法。

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，造成环境被严重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手动挡燃油车上的发动机、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。为了满足学员考取C1驾照的需求，整车厂需要开发具有手动换挡功能的电动汽车，同时实现减小运营成本和清洁环保零污染排放。

发明内容

本发明为了适应驾校学员考取C1驾照的需求，在现有电动汽车上加装模拟离合器、挡位模拟器和扭矩控制器等，模拟手动挡燃油车的离合功能、手动换挡功能，并实现模拟手动挡燃油车发动机制动扭矩控制。

本发明的一种电动汽车模拟手动挡燃油车发动机制动扭矩控制方法，包括：

(1)在单级减速电动汽车上安装了模拟离合器、挡位模拟器和扭矩控制器；其中，模拟离合器包括：离合器踏板及距离传感器，离合器踏板安装在制动踏板左侧，距离传感器安装在离合器踏板的后方。模拟离合器的距离传感器根据离合器踏板的位置输出测量的模拟电信号给扭矩控制器。

挡位模拟器包括：手动挡换挡挡杆及位置传感器。实现方式是：将电动汽车上的自动挡换挡挡杆换成手动挡换挡挡杆，在挡杆的每个挡位位置的下方布置一个位置传感器；挡位模拟器的每个位置传感器输出模拟电信号给扭矩控制器。

(2)扭矩控制器对获得的模拟电信号进行模数转换，获得离合器踏板位置信号和挡杆挡位，结合获得的车速、加速踏板信号、制动踏板信号，进行发动机制动扭矩模拟。包括以下步骤：

(201)根据获得离合器踏板位置信号，计算离合器结合度K，并根据对标手动挡燃油汽车对应离合器结合度下的发动机转速的变换关系获得当前电动汽车的模拟发动机转速n_e；

(202)对标手动挡燃油汽车，获取挡杆挡位对应的传动比t_k；

(203)获得电动汽车的当前车速V，对标手动挡燃油车，车速V传递到手动挡燃油车发动机的参考转速n_v如下：

其中，t_m表示对标的手动挡燃油车的主减速比，R表示车轮的滚动半径；

(204)当n_v大于模拟的发动机转速n_e时，计算发动机制动扭矩模拟值如下：

T_{Engine_Brake}＝J(n_v-n_e)

其中，J为发动机制动扭矩系数；

(205)扭矩控制器输出发动机制动扭矩模拟值给驱动电机系统，驱动电机制动，模拟手动挡燃油车的发动机制动功能。

本发明与现有技术相比，具有以下明显优势：

(1)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，检测挡杆的位置，实现挡位的信号输出，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和驾驶操作的目标。

(4)通过该方案，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是本发明提供一种电动汽车模拟手动挡燃油车发动机制动扭矩控制方案原理图；

图2是本发明中离合器踏板行程位置与离合器距离传感器输出信号关系示意图；

图3是本发明提供的挡位模拟器与挡位状态示意图；

图4是本发明提供的一种电动汽车模拟手动挡燃油车发动机制动扭矩控制方法流程图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。本发明提供一种电动汽车模拟手动挡燃油车发动机制动扭矩控制方法，模拟出手动挡燃油车发动机的制动扭矩，达到使用该发明的电动汽车模拟手动挡燃油车驾驶感受的目标，从而驾校学员可以通过学习驾驶本发明改进后的电动汽车获取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。

如图1所示，为本发明提供一种电动汽车模拟手动挡燃油车发动机制动扭矩控制方法是在单级减速电动汽车上安装了模拟离合器、挡位模拟器、扭矩控制器和声音模拟器；其中，模拟离合器包括：离合器踏板及距离传感器；挡位模拟器包括：手动挡换挡挡杆及位置传感器。

本发明实施例在单级减速电动车辆的制动踏板左侧，即传统手动挡燃油车安装离合器踏板的位置，安装一个离合器踏板和距离传感器，距离传感器安装在离合器踏板的后方，根据距离传感器检测到的离合器踏板的不同位置信号，模拟离合器的距离传感器根据离合器踏板的位置输出测量的模拟电信号给扭矩控制器；扭矩控制器模拟出离合器的分离、半联动和完全结合状态，实现手动挡汽车的离合器功能。

本发明的挡位模拟器的实现方法是：将电动汽车上的自动挡换挡挡杆换成一个带有六个挡位(5个前进挡和1个倒挡)功能的手动挡换挡挡杆，并在换挡挡杆的每个挡位位置的下方布置一个位置传感器，通过测量6个位置传感器的电压信号判断换挡挡杆所处的位置，挡位模拟器的6个位置传感器输出模拟电信号给扭矩控制器，实现手动挡汽车的挡位识别功能。

扭矩控制器对获得的模拟离合器的模拟电信号进行模数转换，获得离合器踏板位置信号，对获得挡位模拟器的模拟电信号进行模数转换，获得挡杆挡位，输出给整车控制器，结合从整车获得的车速、加速踏板信号、制动踏板信号等，输出相应的控制信号给声音模拟器和驱动电机系统。

扭矩控制器控制对象包括发动机、离合器、挡位器和变速器等模拟模块，对标手动挡燃油车的控制逻辑及驾驶感受，通过在特定工况下模拟出手动挡燃油车发动机制动的驾驶感觉，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标。扭矩控制器还根据计算的模拟发动机转速，发送控制信号给发动机声音模拟器，以发出不同声响和频率的发动机模拟噪声。

本发明的控制方法是根据车辆车速状态、驱动电机工作状态、离合器踏板工作状态、挡位模拟器状态和制动意图等控制信号，对标手动挡燃油车的发动机制动驾驶感觉，通过驱动电机产生制动扭矩，模拟出手动挡燃油车实际装载发动机时的驾驶感受，实现电动汽车模拟手动挡燃油车发动机制动扭矩的驾驶感受及驾驶操作。

所述的离合器踏板位置信号简化为一个0～100的数字信号，不同数值代表踏板不同位置，取值为0时代表驾驶员没有踩离合器踏板。所述的加速踏板位置信号简化为一个0～100的数字信号，不同数值代表踏板不同位置，取值为0时代表驾驶员没有踩加速踏板。

如图4所示，为本发明提供的一种电动汽车模拟手动挡燃油车发动机制动扭矩控制方法流程图，具体如下：

(1)根据获得离合器踏板位置信号，计算离合器结合度K。

本发明中通过一个离合器踏板和距离传感器来模拟手动挡燃油车上的离合器功能。如图2所示，为本发明中离合器踏板行程位置与离合器距离传感器输出信号关系示意图，离合器距离传感器根据离合器踏板所处的位置，输出一个D₂～D₉的电信号。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。当离合器踏板处于位置C_x时，距离传感器输出的信号值为D_x，x＝2,3,…9，此时离合器为半联动状态。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2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，离合器为完全脱离状态。图2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。设当前获得离合器踏板位置为C_x，则得到相应的离合器的接合度K为：

当C_x属于C₉～C₁₀，离合器处于完全接合状态，此时离合器接合度K为1；

当C_x属于C₂～C₉，离合器处于半联动状态，此时根据离合器距离传感器发出的信号值D_x与半联动状态下其发出信号值范围的比值作为当前状态离合器的接合度

当C_x属于C₁～C₂，离合器处于完全分离状态，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位置传感器的输出特性，得到真实输出特性。测量电动汽车对标的手动挡燃油汽车在不同离合器结合度下发动机转速的变化关系，故可以在获取离合器结合度信息后，通过发动机转速与离合器结合度的变化关系，得到当前电动汽车对应的模拟发动机转速。

(2)对标手动挡燃油汽车，获取挡杆挡位对应的传动比t_k。

如图3所示，为本发明提供的挡位模拟器与挡位状态示意图。本挡位模拟器的工作状态(本发明以6挡变速器为例，进行说明)，挡位模拟器模拟了手动挡燃油汽车变速器的不同挡位k及其在不同挡位下的传动比t_k，其分为6个挡位，其中如果挡位器处于空挡位置，则挡位k状态值取N挡，设定的传动比t₀；如果挡位器处于前进挡1位置，则挡位k状态值取1挡，设定的传动比t₁；依次类推，如果挡位器处于前进挡2位置，则挡位k状态值取2挡，设定的传动比t₂；如果挡位器处于前进挡3位置，则挡位k状态值取3挡，设定的传动比t₃；如果挡位器处于前进挡4位置，则挡位k状态值取4挡，设定的传动比t₄；如果挡位器处于前进挡5位置，则挡位k状态值取5挡，设定的传动比t₅；如果挡位器处于倒车挡6位置，则挡位k的挡位状态值取倒车挡R，设定的传动比t₆。

模拟手动挡燃油车发动机制动扭矩控制方法，手动挡燃油车在某些工况下，手动挡燃油车发动机本身会形成制动扭矩作用于行驶的车辆，使手动挡燃油车具有区别于电动汽车的驾驶感受和驾驶操作。为了让电动汽车能够完全模拟出手动挡燃油车的驾驶感受及驾驶操作，本发明利用电动汽车驱动电机模拟手动挡燃油车发动机的制动扭矩方法，使电动汽车能够模拟出手动挡燃油车发动机制动的驾驶感受及驾驶操作。

(3)获得电动汽车的当前车速V，对标手动挡燃油车，车速V传递到手动挡燃油车发动机的参考转速n_v。

根据分析，手动挡燃油车发动机能够产生制动作用的前提是：车速V传递到手动挡燃油车发动机的参考转速n_v大于发动机的实际转速n_e。由此，本发明通过判断车速V传递到手动挡燃油车发动机的参考转速n_v与发动机实际转速n_e的大小关系，从而判定是否存在发动机制动作用，如果参考转速n_v大于实际转速n_e，则计算手动挡燃油车发动机制动扭矩大小，然后由电动汽车驱动电机模拟输出制动扭矩。本发明的控制策略如下：

对标手动挡燃油车，设定V表示当前车速，t_m表示对标的手动挡燃油车的主减速比，t_k表示模拟挡位器在挡位k下的传动比，K表示离合器接合度，R表示车轮的滚动半径，由此可得到与车速V匹配的手动挡燃油车发动机参考转速n_v之间的关系表达式：

采集电动汽车发动机当前的实际转速n_e数据，并与参考转速n_v进行比较。

当n_e≥n_v时，发动机实际转速n_e大于等于参考转速n_v，此时发动机不存在制动作用；

当n_e<n_v时，发动机实际转速n_e小于参考转速n_v，表明此时发动机具有反拖制动作用，设发动机制动扭矩系数为J，通过对标手动挡燃油车进行标定得到J，计算电动汽车模拟手动挡燃油车的发动机制动扭矩模拟值T_{Engine_Brake}为：

T_{Engine_Brake}＝J(n_v-n_e)

在计算得到发动机制动扭矩模拟值T_{Engine_Brake}后，由扭矩控制器发送指令给电动汽车驱动电机系统，实现电动汽车模拟手动挡燃油车发动机制动扭矩的驾驶感受及驾驶操作。

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 (1)

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

(1)在单级减速电动汽车上安装了模拟离合器、挡位模拟器和扭矩控制器；其中，模拟离合器包括：离合器踏板及距离传感器，离合器踏板安装在制动踏板左侧，距离传感器安装在离合器踏板的后方；模拟离合器的距离传感器根据离合器踏板的位置输出测量的模拟电信号给扭矩控制器；

挡位模拟器包括：手动挡换挡挡杆及位置传感器；实现方式是：将电动汽车上的自动挡换挡挡杆换成手动挡换挡挡杆，在挡杆的每个挡位位置的下方布置一个位置传感器；挡位模拟器的每个位置传感器输出模拟电信号给扭矩控制器；

(2)扭矩控制器对获得的模拟电信号进行模数转换，获得离合器踏板位置信号和挡杆挡位，结合获得的车速、加速踏板信号、制动踏板信号，进行发动机制动扭矩模拟；包括以下步骤：

(201)根据获得离合器踏板位置信号，计算离合器结合度K，并根据对标手动挡燃油汽车对应离合器结合度下的发动机转速的变换关系获得当前电动汽车的模拟发动机转速n_e；

(202)对标手动挡燃油汽车，获取挡杆挡位对应的传动比t_k；

(203)获得电动汽车的当前车速V，对标手动挡燃油车，车速V传递到手动挡燃油车发动机的参考转速n_v如下：

其中，t_m表示对标的手动挡燃油车的主减速比，R表示车轮的滚动半径；

(204)当n_v大于模拟的发动机转速n_e时，计算发动机制动扭矩模拟值如下：

T_{Engine_Brake}＝J(n_v-n_e)

其中，J为发动机制动扭矩系数；

(205)扭矩控制器输出发动机制动扭矩模拟值给驱动电机系统，驱动电机制动，模拟手动挡燃油车的发动机制动功能。