CN111746396A - 内燃机汽车发动机转速变化分析方法及主动发声系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及主动发声系统技术领域，公开了一种内燃机汽车发动机转速变化分析方法及主动发声系统；分析方法包括：S1、获取变速器升档过程换挡点发动机转速与加速踏板开度的线性回归方程；S2、获取不同挡位下发动机转速与车速的线性回归方程；S3、得到换挡过程速度增量与挡位之间的回归曲线和回归方程；S4、获取各个挡位下的发动机转速和车速数据，得到各个挡位下车速与发动机转速的线性回归方程；S5、根据步骤S1至S4，得到D挡加速行驶过程中发动机转速的转速控制策略。为电动汽车主动发声系统虚拟发动机转速控制策略提供了重要依据，主动发声系统根据虚拟发动机转速大小合成出对应频率的发动机声音。

Description

内燃机汽车发动机转速变化分析方法及主动发声系统

技术领域

本发明涉及主动发声系统技术领域，尤其涉及一种内燃机汽车发动机转速变化分析方法及主动发声系统。

背景技术

对于传统内燃机汽车来说，车内发动机阶次声音对汽车动态驾驶过程中的车内声音品质主观感知产生非常重要的影响，其能够随着车速、发动机转速、加速踏板开度的变化而实时地动态变化，其中变速器升挡过程中的发动机声音的切换是体现出传统内燃机汽车车内声音动态变化的重要特征之一。经过百年的发展迭代与不断的技术创新，不同汽车品牌已经形成了独树一帜、特点鲜明的声音，成为影响消费者购车意愿的重要因素之一。

但是现有内燃机汽车发动机转速变化分析技术，主要分析某固定挡位下发动机转速和车速之间的关系，或者仅分析基于某固定发动机转速换挡点换挡过程中发动机转速的变化规律，没有充分考虑发动机转速与车速、加速踏板开度、挡位等参数之间的相互关系，不能真实体现出发动机转速在换挡过程中的变化规律。现有的电动汽车的主动发声系统存在类似的问题，通常是由单一挡位的控制策略或者固定的发动机转速和车速换挡点的控制策略来实现的，从而导致发动机声音频率控制真实感不够以及频率所覆盖的车速范围有限的问题，无法为驾乘人员带来真实自然的换挡感觉。

因此，亟需一种内燃机汽车发动机转速变化分析方法及主动发声系统，以解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种内燃机汽车发动机转速变化分析方法及主动发声系统，其为电动汽车主动发声系统虚拟发动机转速控制策略提供了重要依据，主动发声系统根据虚拟发动机转速大小合成出对应频率的发动机声音。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，提供一种内燃机汽车发动机转速变化分析方法，包括如下步骤：

S1、获取变速器升档过程换挡点发动机转速与加速踏板开度的线性回归方程；

S2、通过回归分析法获取不同挡位下发动机转速与车速的线性回归方程；

S3、获取换挡过程速度增量和挡位数据并绘制成散点图，进行回归分析，得到换挡过程速度增量与挡位之间的幂函数回归曲线和回归方程；

S4、获取各个挡位下的发动机转速和车速数据，得到各个挡位下车速与发动机转速的线性回归方程；

S5、根据步骤S1至S4，得到内燃机汽车D挡加速行驶过程中发动机转速的控制策略。

作为一种内燃机汽车发动机转速变化分析方法，在步骤S1之前还包括如下步骤：

S01、获取发动机转速、车速、加速踏板开度及变速器挡位数据，分析并绘制出在不同加速踏板开度和变速器挡位下，发动机转速随车速、加速踏板开度和挡位的变化曲线。

作为一种内燃机汽车发动机转速变化分析方法，发动机转速、车速、加速踏板开度及变速器挡位数据进行同步采集。

作为一种内燃机汽车发动机转速变化分析方法，获取不同恒定加速踏板开度下变速器升档过程中的发动机转速换挡时的发动机转速和加速踏板开度数据，并进行统计汇总，针对所有换挡点位置的发动机转速和加速踏板开度数据进行线性回归分析，得到变速器升挡过程换挡点发动机转速与加速踏板开度的线性回归方程。

作为一种内燃机汽车发动机转速变化分析方法，根据步骤S1中的线性回归方程，得到在相同的加速踏板开度下D挡加速行驶，变速器升挡过程中将在相同的发动机转速位置附近进行换挡，同时换挡位置的发动机转速与加速踏板开度呈线性关系。

作为一种内燃机汽车发动机转速变化分析方法，针对步骤S2，在相同的变速器挡位下，发动机转速与车速呈线性关系，与加速踏板开度没有关系；根据各个挡位下的发动机转速和车速数据，通过回归分析方法确定各个挡位下发动机转速和车速之间的线性关系，得到固定挡位下发动机转速与车速的线性回归方程。

作为一种内燃机汽车发动机转速变化分析方法，针对步骤S3，根据各个加速踏板开度下D挡加速行驶测试结果，统计出不同加速踏板开度和不同挡位之间切换的车速增量，将速度增量和挡位数据绘制成散点图，并进行回归分析，得到换挡过程速度增量与挡位之间的幂函数回归曲线和回归方程。

作为一种内燃机汽车发动机转速变化分析方法，针对步骤S4，根据各个挡位下的车速和发动机转速数据，通过回归分析方法确定各个挡位下车速和发动机转速之间的线性关系，得到固定挡位下车速与发动机转速的线性回归方程。

第二方面，提供一种主动发声系统，其采用了如上所述的内燃机汽车发动机转速变化分析方法。

作为一种主动发声系统，根据内燃机汽车D挡加速行驶过程中发动机转速的转速控制策略，制定电动汽车主动发声系统虚拟发动机转速控制策略，主动发声系统根据虚拟发动机转速大小合成出对应频率的发动机声音。

本发明的有益效果：

内燃机汽车D挡加速行驶过程中发动机转速的转速控制策略，为电动汽车主动发声系统虚拟发动机转速控制策略提供了重要依据，主动发声系统根据虚拟发动机转速大小合成出对应频率的发动机声音，合成声音能够与驾驶员踩下加速踏板的深度密切相关，合成声音可以从听觉角度更加真实自然地迎合驾驶员的驾驶行为，通过声音提升电动汽车的驾驶激情与乐趣。

附图说明

图1是本发明提供的不同恒定加速踏板开度下D挡加速行驶发动机转速与车速的关系曲线图；

图2是本发明提供的加速踏板开度和发动机转速的关系曲线图；

图3是本发明提供的2挡发动机转速与车速的关系曲线图；

图4是本发明提供的3挡发动机转速与车速的关系曲线图；

图5是本发明提供的4挡发动机转速与车速的关系曲线图；

图6是本发明提供的5挡发动机转速与车速的关系曲线图；

图7是本发明提供的6挡发动机转速与车速的关系曲线图；

图8是本发明提供的7挡发动机转速与车速的关系曲线图；

图9是本发明提供的20％加速踏板开度下D挡加速行驶换挡过程车速增量示意图；

图10是本发明提供的D挡加速行驶换挡过程车速增量的回归曲线；

图11是本发明提供的2挡换挡点车速与发动机转速的关系曲线图；

图12是本发明提供的3挡换挡点车速与发动机转速的关系曲线图；

图13是本发明提供的4挡换挡点车速与发动机转速的关系曲线图；

图14是本发明提供的5挡换挡点车速与发动机转速的关系曲线图；

图15是本发明提供的6挡换挡点车速与发动机转速的关系曲线图；

图16是本发明提供的7挡换挡点车速与发动机转速的关系曲线图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

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，而不能理解为对本发明的限制。

实施例一

本实施例公开了一种内燃机汽车发动机转速变化分析方法，其包括如下步骤：

S1、获取变速器升档过程换挡点发动机转速与加速踏板开度的线性回归方程；

S2、通过回归分析法获取不同挡位下发动机转速与车速的线性回归方程；

S3、获取换挡过程速度增量和挡位数据并绘制成散点图，进行回归分析，得到换挡过程速度增量与挡位之间的幂函数回归曲线和回归方程；

S4、获取各个挡位下的发动机转速和车速数据，得到各个挡位下车速与发动机转速的线性回归方程；

S5、根据步骤S1至S4，得到内燃机汽车D挡加速行驶过程中发动机转速的控制策略。

内燃机汽车D挡加速行驶过程中发动机转速的转速控制策略，为电动汽车主动发声系统虚拟发动机转速控制策略提供了重要依据，主动发声系统根据虚拟发动机转速大小合成出对应频率的发动机声音，合成声音能够与驾驶员踩下加速踏板的深度密切相关，合成声音可以从听觉角度更加真实自然地迎合驾驶员的驾驶行为，通过声音提升电动汽车的驾驶激情与乐趣。

实施例二

本实施例公开了一种内燃机汽车发动机转速变化分析方法，其包括如下步骤：

在步骤S01之前，需要进行如下步骤：

S001、不同恒定加速踏板开度下D挡加速行驶车辆主要参数测试准备。

在待测试的传统内燃机试验样车上，布置发动机转速传感器、车速传感器及加速踏板开度传感器，分别用于测试内燃机试验样车的发动机转速、车速及加速踏板开度，并将上述测试信号接入到同一数据采集前端测试设备中，从而能够同步采集上述测试信号。

S002、不同恒定加速踏板开度下D挡加速行驶车辆主要参数测试。

在室外水平光滑的沥青路面上，将试验样车的变速器挡位置于D挡，分别将加速踏板开度固定在20％、40％、60％、80％、100％等开度下进行加速行驶操作，在道路允许行驶的限制车速下，使得各个工况下整个加速过程能够尽量覆盖变速器所有发动机转速换挡点，在上述测试过程中，同步采集发动机转速、车速、加速踏板开度及变速器挡位信号。

S01、根据步骤S001和步骤S002测试得到的发动机转速、车速、加速踏板开度及变速器挡位数据，分析并绘制出在不同加速踏板开度和变速器挡位下，发动机转速随车速的变化曲线，如图1所示。

S1、获取变速器升挡过程换挡点发动机转速与加速踏板开度的线性回归方程。根据步骤S1中的线性回归方程，得到在相同的加速踏板开度下D挡加速行驶，变速器升挡过程将在相同的发动机转速位置附近进行换挡，同时换挡位置的发动机转速与加速踏板开度呈线性关系。

具体地，将不同恒定加速踏板开度下变速器升挡过程中的发动机转速换挡时的发动机转速和加速踏板开度数据进行统计汇总，如图2所示；并针对所有换挡点的数据进行线性回归分析，得到变速器升挡过程换挡点发动机转速与加速踏板开度的线性回归方程：r_switch＝a×P+b，其中，P代表加速踏板开度，r_switch代表换挡点位置发动机转速。判定系数R²＝0.97，说明发动机转速换挡点与加速踏板开度存在强相关的线性关系，也就是说在相同的加速踏板开度下D挡加速行驶，变速器升挡过程将在相同的发动机转速位置附近进行换挡，同时换挡位置的发动机转速与加速踏板开度呈线性关系。根据加速踏板开度大小以及回归方程公式即可计算出当前加速踏板开度下对应的换挡点位置发动机转速的大小。

S2、获取固定挡位下发动机转速与车速的线性回归方程；针对步骤S2，在相同的变速器挡位下，发动机转速与车速呈线性关系，与加速踏板开度没有关系；根据各个挡位下的发动机转速和车速数据，通过回归分析方法确定各个挡位下发动机转速和车速之间的线性关系，得到固定挡位下发动机转速与车速的线性回归方程。

具体地，由图1可知，在相同的变速器挡位下，发动机转速与车速呈线性关系，与加速踏板开度没有关系。根据所采集的各个挡位下的发动机转速和车速数据，通过回归分析方法确定各个挡位下发动机转速和车速之间的线性关系，得到固定挡位下发动机转速与车速的线性回归方程，2挡、3挡、4挡、5挡、6挡、7挡发动机转速与车速回归方程分别为：r₂＝a₂ν₂+b₂，r₃＝a₃ν₃+b₃，r₄＝a₄ν₄+b₄，r₅＝a₅ν₅+b₅，r₆＝a₆ν₆+b₆，r₇＝a₇ν₇+b₇，其中ν_i代表第i挡车速，r_i代表第i挡发动机转速，a_i表示第i挡线性回归方程的斜率，b_i表示回归方程的与x轴的截距。判定系数R²均为1.00，表明在某一固定挡位下，变速器速比固定不变，发动机转速与车速呈线性关系，与加速踏板开度无关。2挡、3挡、4挡、5挡、6挡和7挡的发动机转速与车速的关系曲线图，如图3-8所示。

S3、获取换挡过程速度增量与挡位之间的幂函数回归曲线和回归方程；根据各个加速踏板开度下D挡加速行驶测试结果，统计出不同加速踏板开度和不同挡位之间切换的车速增量，将速度增量和挡位数据绘制成散点图，并进行回归分析，得到换挡过程速度增量与挡位之间的幂函数回归曲线和回归方程。

具体地，内燃机试验样车在D挡某一加速踏板开度下加速行驶过程中，当变速器挡位从某一挡位切换至下一个挡位时，发动机转速较大幅度地迅速衰减至某一值，同时车速出现了小幅度的增加，如图9所示。根据各个加速踏板开度下D挡加速行驶测试结果，统计出不同加速踏板开度和不同挡位之间切换的车速增量，如表1所示，将表1中的速度增量和挡位数据绘制成散点图，并进行回归分析，得到如图10所示的换挡过程速度增量与挡位之间的回归曲线，然后根据回归曲线得到回归方程：Δν＝cg^-d，其中Δν为该挡位下换挡前后车速增量，g为换挡前变速器挡位，c为幂函数的幅值系数，d为幂数的绝对值。由判定系数为R²＝0.98可知，该回归方程具有高置信度，表明各个挡位下对应的发动机转速切换前后车速的增量Δν可根据该幂函数回归方程计算出，与加速踏板开度大小无关。

表1升挡过程发动机转速前后车速增量统计表

升挡前原始挡位	20％	40％	60％	80％	100％
						2	Δν<sub>2_20％</sub>	Δν<sub>2_40％</sub>	Δν<sub>2_60％</sub>	Δν<sub>2_80％</sub>	Δν<sub>2_100％</sub>
3	Δν<sub>3_20％</sub>	Δν<sub>3_40％</sub>	Δν<sub>3_60％</sub>	Δν<sub>3_80％</sub>	Δν<sub>3_100％</sub>
						4	Δν<sub>4_20％</sub>	Δν<sub>4_40％</sub>	Δν<sub>4_60％</sub>	Δν<sub>4_80％</sub>	Δν<sub>4_100％</sub>
5	Δν<sub>5_20％</sub>	Δν<sub>5_40％</sub>	Δν<sub>5_60％</sub>	Δν<sub>5_80％</sub>	Δν<sub>5_100％</sub>
						6	Δν<sub>6_20％</sub>	Δν<sub>6_40％</sub>	Δν<sub>6_60％</sub>	Δν<sub>6_80％</sub>	Δν<sub>6_100％</sub>

S4、获取换挡过程各个挡位下换挡点位置发动机转速对应的车速；针对步骤S1，根据换挡点位置发动机转速与加速踏板开度的线性关系，得到换挡点位置发动机转速。根据各个挡位下的车速和发动机转速数据，通过回归分析方法确定各个挡位下车速和发动机转速之间的线性关系，得到各个固定挡位下车速与发动机转速的线性回归方程，根据换挡点位置的发动机转速进一步计算各个挡位下换挡点位置对应的车速。

具体地，根据S1所述，换挡点位置发动机转速与加速踏板开度呈线性关系，即换挡点位置发动机转速可表示为r_switch＝a×P+b。根据所采集的各个挡位下的发动机转速和车速数据，通过回归分析方法确定各个挡位下车速和发动机转速之间的线性关系，得到固定挡位下车速与发动机转速的线性回归方程，2挡、3挡、4挡、5挡、6挡、7挡发动机转速与车速回归方程分别为：ν₂₂＝c₂r_switch+d₂，ν₃₂＝c₃r_switch+d₃，ν₄₂＝c₄r_switch+d₄，ν₅₂＝c₅r_switch+d₅，ν₆₂＝c₆r_switch+d₆，ν₇₂＝c₇r_switch+d₇，其中r_switch代表换挡点位置发动机转速，ν_i2代表第i挡换挡点位置对应的车速，c_i表示第i挡线性回归方程的斜率，d_i表示回归方程的与x轴的截距。各个挡位换挡点位置车速与发动机转速的回归分析结果如图11-16所示。

S5、根据步骤S1至S4，得到内燃机汽车D挡加速行驶过程中发动机转速的控制策略。

具体地，通过综合分析内燃机汽车D挡加速行驶换挡过程中发动机转速、车速、加速踏板开度、挡位之间的相互关系，从而明确换挡位置发动机转速与加速踏板开度的关系、各个挡位下发动机转速与车速的关系、升挡过程发动机转速切换前后车速增量与挡位之间的关系、换挡点位置车速与发动机转速的关系，能够阐明D挡加速行驶过程中发动机转速随车速、加速踏板开度和挡位的变化规律和变化轨迹，也就是在D挡加速行驶过程中，能够根据车速、加速踏板开度和挡位的变化信息推算出发动机转速大小，得到内燃机汽车D挡加速行驶过程中发动机转速的转速控制策略。

为电动汽车主动发声系统虚拟发动机转速控制策略提供了重要依据，主动发声系统根据虚拟发动机转速大小合成出对应频率的发动机声音，合成声音能够与驾驶员踩下加速踏板的深度密切相关，合成声音可以从听觉角度更加真实自然地迎合驾驶员的驾驶行为，通过声音提升电动汽车的驾驶激情与乐趣。

本实施例还公开了一种主动发声系统，其采用了上述的内燃机汽车发动机转速变化分析方法。根据D挡加速行驶过程中发动机转速的转速控制策略，得到主动发声系统虚拟发动机转速控制策略，主动发声系统根据虚拟发动机转速大小合成出对应频率的发动机声音。合成声音能够与驾驶员踩下加速踏板的深度密切相关，合成声音可以从听觉角度更加真实自然地迎合驾驶员的驾驶行为，通过声音提升电动汽车的驾驶激情与乐趣。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种内燃机汽车发动机转速变化分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、获取变速器升档过程换挡点发动机转速与加速踏板开度的线性回归方程；

S2、通过回归分析法获取不同挡位下发动机转速与车速的线性回归方程；

S3、获取换挡过程速度增量和挡位数据并绘制成散点图，进行回归分析，得到换挡过程速度增量与挡位之间的幂函数回归曲线和回归方程；

S4、获取各个挡位下的发动机转速和车速数据，得到各个挡位下车速与发动机转速的线性回归方程；

S5、根据步骤S1至S4，得到内燃机汽车D挡加速行驶过程中发动机转速的控制策略。

2.根据权利要求1所述的内燃机汽车发动机转速变化分析方法，其特征在于，在步骤S1之前还包括如下步骤：

S01、获取发动机转速、车速、加速踏板开度及变速器挡位数据，分析并绘制出在不同加速踏板开度和变速器挡位下，发动机转速随车速、加速踏板开度和挡位的变化曲线。

3.根据权利要求2所述的内燃机汽车发动机转速变化分析方法，其特征在于，发动机转速、车速、加速踏板开度及变速器挡位数据进行同步采集。

4.根据权利要求1所述的内燃机汽车发动机转速变化分析方法，其特征在于，获取不同恒定加速踏板开度下变速器升档过程中的发动机转速换挡时的发动机转速和加速踏板开度数据，并进行统计汇总，针对所有换挡点位置的发动机转速和加速踏板开度数据进行线性回归分析，得到变速器升挡过程换挡点发动机转速与加速踏板开度的线性回归方程。

5.根据权利要求1所述的内燃机汽车发动机转速变化分析方法，其特征在于，根据步骤S1中的线性回归方程，得到在相同的加速踏板开度下D挡加速行驶，变速器升挡过程中将在相同的发动机转速位置附近进行换挡，同时换挡位置的发动机转速与加速踏板开度呈线性关系。

6.根据权利要求1所述的内燃机汽车发动机转速变化分析方法，其特征在于，针对步骤S2，在相同的变速器挡位下，发动机转速与车速呈线性关系，与加速踏板开度没有关系；

根据各个挡位下的发动机转速和车速数据，通过回归分析方法确定各个挡位下发动机转速和车速之间的线性关系，得到固定挡位下发动机转速与车速的线性回归方程。

7.根据权利要求1所述的内燃机汽车发动机转速变化分析方法，其特征在于，针对步骤S3，根据各个加速踏板开度下D挡加速行驶测试结果，统计出不同加速踏板开度和不同挡位之间切换的车速增量，将速度增量和挡位数据绘制成散点图，并进行回归分析，得到换挡过程速度增量与挡位之间的幂函数回归曲线和回归方程。

8.根据权利要求1所述的内燃机汽车发动机转速变化分析方法，其特征在于，针对步骤S4，根据各个挡位下的车速和发动机转速数据，通过回归分析方法确定各个挡位下车速和发动机转速之间的线性关系，得到固定挡位下车速与发动机转速的线性回归方程。

9.一种主动发声系统，其特征在于，其采用了如权利要求1-8中任一项所述的内燃机汽车发动机转速变化分析方法。

10.根据权利要求1所述的主动发声系统，其特征在于，根据内燃机汽车D挡加速行驶过程中发动机转速的转速控制策略，制定电动汽车主动发声系统虚拟发动机转速控制策略，主动发声系统根据虚拟发动机转速大小合成出对应频率的发动机声音。

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