CN115144191B - 车辆直线加速模型的建立方法及利用其评价舒适性的方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种车辆直线加速模型的建立方法及利用其评价舒适性的方法，该建立方法包括：对实际车辆进行直线加速测试，采集实际车速随时间变化关系、实际发动机扭矩随时间变化关系、实际变速器挡位随时间变化关系、传动轴输入端角速度随时间变化关系和传动轴输出端角速度随时间变化关系并确定传动轴损失扭矩随时间变化关系；建立初始的车辆直线加速模型；利用遗传算法确定初始的车辆直线加速模型中各参数的优化值；将得到的参数种群中的各参数的优化值代入到所述初始的车辆直线加速模型中，得到优化后的车辆直线加速模型。使得后续可以直接利用该优化后的车辆直线加速模型模拟车辆的直线加、减速测试，而无需实际车辆进行相关测试。

Description

车辆直线加速模型的建立方法及利用其评价舒适性的方法

技术领域

本发明属于汽车技术领域，具体涉及一种车辆直线加速模型的建立方法及利用其评价舒适性的方法。

背景技术

在自动挡汽车开发过程中，需设置与该汽车相匹配的换挡逻辑。为了调校出合适的换挡逻辑，现有方法是，驾驶员对实际车辆重复进行直线加、减速测试，以获取相关数据，从而对换挡逻辑进行调整，最终得到满足舒适性的换挡逻辑。

在以上过程中，需驾驶员重复驾驶汽车进行测试，使得驾驶员产生极大的疲劳感，有可能会影响驾驶员对汽车的操控，从而产生意外的危险；每次驾驶进行测试的时间较长，从而拉长了调整换挡逻辑的时长，也会拉长自动挡汽车的开发周期；此外，在换挡逻辑极不匹配的情况下，驾驶实际车辆测试时会对汽车的发动机和各传动部件造成极大的损害，从而产生额外的维修成本。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种利用遗传算法建立车辆直线加速模型的方法，通过遗传算法自动调整车辆加速模型中的各个参数，从而能够缩短获得优化后的车辆直线加速模型的时间，加速自动挡汽车的开发，从而方便后续利用该车辆直线加速模型模拟车辆加、减速测试，而无需实际车辆进行相关测试，提高了获取相关数据过程的安全性、降低了调校换挡逻辑的时长以及避免了由实际车辆测试所产生的额外的维修成本。

本发明所采用的技术方案：

一种用于评价车辆舒适性的车辆直线加速模型的建立方法，所述车辆直线加速模型用于模拟汽车从起步阶段开始后的直线加速过程；包括步骤：

S100、对实际车辆以0km/h的初速度进行直线加速测试，并采集实际车速随时间变化关系、实际发动机扭矩随时间变化关系、实际变速器挡位随时间变化关系、传动轴输入端角速度随时间变化关系和传动轴输出端角速度随时间变化关系；

S200、根据传动轴输入端角速度随时间变化关系和传动轴输出端角速度随时间变化关系确定传动轴损失扭矩随时间变化关系；

S300、建立初始的车辆直线加速模型，所述初始的车辆直线加速模型包括主动轮纵向力、从动轮纵向力与车速的对应关系；其中，所述主动轮纵向力根据发动机扭矩、变速器挡位、变速器挡位对应的传动比和变速器挡位对应的传动效率、减速器传动比、减速器的传动效率以及所述传动轴损失扭矩随时间变化关系确定；所述从动轮纵向力F_xf为：

F_xf＝Dsin(Carctan(Bx-E(Bx-arctan(Bx))))；

其中，B为刚度因子系数，C为曲线形状因子系数，D为峰值因子系数，E为曲线曲率因子系数，x表示从动轮的滑移率；

S400、利用遗传算法确定初始的车辆直线加速模型中各参数的优化值；其中，遗传算法中的参数种群包括多组参数组，每一个所述参数组包括参数B、C、D、E；适应度函数和终止条件根据以实际发动机扭矩随时间变化关系、实际变速器挡位随时间变化关系作为输入时，初始的车辆直线加速模型输出的模拟车速随时间变化关系和作为目标的实际车速随时间变化关系确定；

S500、将步骤S400中得到的参数种群中的各参数的优化值代入到所述初始的车辆直线加速模型中，得到优化后的车辆直线加速模型。

优选地，所述步骤S200包括步骤：

S211、根据传动轴输入端角速度随时间变化关系和传动轴输出端角速度随时间变化关系确定传动轴两端的实际角速度差随时间变化关系；

S212、确定传动轴损失扭矩随时间变化关系，其中，所述传动轴损失扭矩随时间变化关系中包括依次设置的计算区段和其余区段，所述计算区段的传动轴损失扭矩根据所述实际角速度差随时间变化关系中的起始预设区段确定，其余区段的传动轴损失扭矩设置为0；

其中，所述起始预设区段的终止点为所述实际角速度差随时间变化关系中角速度差第二次满足第一预设值的点，所述第一预设值小于或者等于0.1°/s，且大于或者等于0°/s。

优选地，所述步骤S200包括步骤：

S221、根据传动轴输入端角速度随时间变化关系和传动轴输出端角速度随时间变化关系确定传动轴两端的实际角速度差随时间变化关系；

其中，所述实际角速度差随时间变化关系中包括起始预设区段和中间预设区段，所述起始预设区段的终止点为角速度差第二次满足第二预设值的点，所述第二预设值小于或者等于0.1°/s，且大于或者等于0°/s；所述中间预设区段的起始点为与实际变速器挡位随时间变化关系中初次一挡转换为二挡对应的点，终止点为起始点往后的预设时间之后角速度差初次满足达到第三预设值的点，所述预设时间大于等于0.08s，小于等于0.2s，所述第三预设值小于或者等于0°/s，且大于或者等于-0.1°/s，

S222、确定角速度差随时间变化关系，其中，所述角速度差随时间变化关系中包括依次设置的起始生成区段、恒定生成区段和中间生成区段，所述起始生成区段的角速度差随时间变化关系与所述起始预设区段的实际角速度差随时间变化关系相同，所述中间生成区段的角速度差随时间变化关系与所述中间预设区段的实际角速度差随时间变化关系相同，所述中间生成区段的起始点为模拟时变速器挡位初次一挡转换为二挡时对应的点，所述恒定生成区段的角速度差设置为0°/s；

S223、确定传动轴损失扭矩随时间变化关系，其中，所述传动轴损失扭矩随时间变化关系中包括依次设置的计算区段和其余区段，所述计算区段的传动轴损失扭矩随时间变化关系根据所述起始生成区段、恒定生成区段和中间生成区段中角速度差随时间变化关系确定，其余区段的传动轴损失扭矩设置为0。

优选地，步骤S200中，在所述计算区段内，所述传动轴损失扭矩随时间变化关系为：

其中，T_loss(t)为t时刻传动轴损失扭矩，f_s为传动轴的旋转阻尼系数，ω_R1(t)为传动轴输入端角速度随时间变化关系中t时刻的输入端角速度，ω_C1(t)为传动轴输出端角速度随时间变化关系t时刻的输出端角速度，K为传动轴的弹簧刚度。

优选地，步骤S300中，在所述计算区段内，初始的车辆直线加速模型为：

其中，t的取值范围为计算区段，n为前轴或后轴上的车轮数量，i(t)为t时刻变速器的挡位，g(i(t))为变速器在挡位i(t)时的传动比，τ(i(t))为变速器在挡位i(t)时的传动效率，T_e(t)为t时刻发动机的输出扭矩，g_f为减速器传动比，η_f为减速器传动效率，r_w为主动轮半径，C_d为风阻系数，ρ为空气密度，A为汽车的迎风面积，V(t)为车辆直线加速模型中t时刻的模拟车速，V_w为风速，m为汽车的质量，为车辆直线加速模型t时刻的模拟加速度，g为重力加速度，β为坡道角度；

在所述其余区段内，初始的车辆直线加速模型为：

优选地，所述步骤S400中，每一个所述参数组还包括参数C_d；参数种群中的各参数B、C、D、E和C_d的取值范围为，5≤B≤50，1≤C≤10，1≤D≤10，0.5≤E≤5，0.2≤C_d≤0.4。

优选地，步骤S400中，所述适应度函数为

其中，y为仿真运行次数，S_y为第y次仿真时的取样总次数，V(t)^y为第y次仿真时所述初始的车辆直线加速模型输出的t时刻的模拟车速，V(t)'为t时刻的实际车速；

所述终止条件为MSE(y)小于预设数值，所述预设数值为0-0.25。

优选地，所述步骤S400包括步骤：

S410、随机生成初始的参数种群；其中，初始的参数种群包括N组参数组，N大于或者等于20且小于或者等于50；

S420、将各参数组分别作为个体，以实际发动机扭矩随时间变化关系、实际变速器挡位随时间变化关系作为输入对初始的车辆直线加速模型进行仿真，得到每个个体的模拟车速随时间变化关系，并分别计算每个个体对应的适应度，所述适应度为根据适应度函数所得到的数值；

S430、判断是否有满足终止条件的个体，如有，则执行步骤S450；没有则执行步骤S440；

S440、选择适应度最低的预设数量的个体作为父代进行交叉和/或变异，得到新的参数种群，并返回步骤S420；

S450、输出满足终止条件的个体作为较优参数组，并根据所述较优参数组确定初始的车辆直线加速模型中各参数的优化值。

优选地，所述步骤S450中，在满足终止条件的个体具有多个时，以适应度最小的个体作为各系数的优化值。

本发明还提供了一种利用车辆直线加速模型评价换挡逻辑是否满足车辆舒适性的方法，包括步骤：

S10、使用前述的建立方法获得车辆直线加速模型；

S20、获取预设的变速器挡位随时间变化关系以及与其对应的多个要模拟的发动机扭矩随时间变化关系；其中，所述预设的变速器挡位随时间变化关系为发动机扭矩和车速的函数；

S30、将多个要模拟的发动机扭矩随时间变化关系和预设的变速器挡位随时间变化关系分别作为车辆直线加速模型的输入，得到多个模拟车速随时间变化关系；

S40、根据多个模拟车速随时间变化关系得到多个急动度随时间变化关系；

S50、判断各所述急动度随时间变化关系中的急动度是否处于设定的舒适区间范围内，得到始终处于设定的舒适区间范围内的急动度随时间变化关系的数量与步骤S40中得到的急动度随时间变化关系总数量的比例，若所述比例不小于预设比例，则预设的变速器挡位随时间变化关系符合舒适性要求。

本发明的有益效果：

本发明先建立初始的车辆直线加速模型并设定初始的参数种群，以实际车辆直线加速测试所得到的实际发动机扭矩随时间变化关系、实际变速器挡位随时间变化关系、传动轴输入端角速度随时间变化关系和传动轴输出端角速度随时间变化关系为该模型的输入，实际车辆测试所得的实际车速随时间变化关系作为该模型输出的目标，对初始的车辆直线加速模型进行对标修正，在对标修正的过程中，根据初始的车辆直线加速模型每次输出的模拟车速随时间变化关系与目标建立适度函数，利用遗传算法调整初始的车辆直线加速模型的各个参数，并重复模拟得到相应的模拟车速随时间变化关系，直至初始的车辆直线加速模型模拟得到的模拟车速随时间变化关系接近于实际车速随时间变化关系，从而得到优化后的车辆直线加速模型。如此得到的该车辆直线加速模型，能够模拟其它发动机扭矩随时间变化关系和/或变速器的换挡逻辑下的实际车辆的行驶状况，因此，在车辆对变速器的换挡逻辑测试中，无需驾驶员进行实车驾驶测试，避免了不同换挡逻辑对实车的测试，降低了研发过程中产生意外的危险；且采用优化后的车辆直线加速模型，较实车测试能够缩短调整换挡逻辑的时长，进而缩短自动挡汽车的开发周期；还能够避免在换挡逻辑极不匹配的情况下实车测试时对车辆的发动机和各传动部件造成极大的损害，进一步降低研发成本。

且本发明将传动轴输入端与输出端的角速度差所带来的损失扭矩加入到车辆直线加速模型中，使得最终所得到的优化后的车辆直线加速模型在模拟中更加接近于车辆实际运行的情况，从而提高后续对换挡逻辑舒适性判断或者调校的精确度。

附图说明

通过以下参照附图对本申请实施例的描述，本申请的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1是本发明的一种用于评价车辆舒适性的车辆直线加速模型的建立方法的流程框图；

图2是传动轴的简化模型示意图；

图3是实际角速度差随时间变化关系的曲线图；

图4是角速度差随时间变化关系的曲线图；

图5是步骤S400的具体流程框图；

图6是一种利用车辆直线加速模型评价换挡逻辑是否满足车辆舒适性的方法的流程框图。

具体实施方式

以下基于实施例对本申请进行描述，但是本申请并不仅仅限于这些实施例。在下文对本申请的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分，为了避免混淆本申请的实质，公知的方法、过程、流程、元件并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

参见图1，本发明涉及一种用于评价车辆舒适性的车辆直线加速模型的建立方法，所述车辆直线加速模型用于模拟汽车从起步阶段开始后的直线加速过程；包括步骤：

S100、对实际车辆以0km/h的初速度进行直线加速测试，并采集实际车速随时间变化关系、实际发动机扭矩随时间变化关系、实际变速器挡位随时间变化关系、传动轴输入端角速度随时间变化关系和传动轴输出端角速度随时间变化关系；

S200、根据传动轴输入端角速度随时间变化关系和传动轴输出端角速度随时间变化关系确定传动轴损失扭矩随时间变化关系；

S300、建立初始的车辆直线加速模型，所述初始的车辆直线加速模型包括主动轮纵向力、从动轮纵向力与车速的对应关系；其中，所述主动轮纵向力根据发动机扭矩、变速器挡位、变速器挡位对应的传动比和变速器挡位对应的传动效率、减速器传动比、减速器的传动效率以及所述传动轴损失扭矩随时间变化关系确定；所述从动轮纵向力F_xf为：

F_xf＝Dsin(Carctan(Bx-E(Bx-arctan(Bx))))；

其中，B为刚度因子系数，C为曲线形状因子系数，D为峰值因子系数，E为曲线曲率因子系数，x表示从动轮的滑移率；

S400、利用遗传算法确定初始的车辆直线加速模型中各参数的优化值；其中，遗传算法中的参数种群包括多组参数组，每一个所述参数组包括参数B、C、D、E；适应度函数和终止条件根据以实际发动机扭矩随时间变化关系、实际变速器挡位随时间变化关系作为输入时，初始的车辆直线加速模型输出的模拟车速随时间变化关系和作为目标的实际车速随时间变化关系确定；

S500、将步骤S400中得到的参数种群中的各参数的优化值代入到所述初始的车辆直线加速模型中，得到优化后的车辆直线加速模型。

在步骤S100中，“实际车辆”为可以被实际驾驶的汽车，实际车辆为自动挡汽车，且实际车辆为两轮驱动汽车，例如为前轮驱动汽车或后轮驱动汽车，如为前轮驱动汽车，则两个前轮为主动轮，两个后轮为从动轮；如为后轮驱动汽车，两个后轮为主动轮，两个前轮为从动轮。该实际车辆的外形、发动机、变速箱、减速器、轮胎、传动轴等硬件的相应参数均已固定。“直线加速测试”为驾驶员驾驶该实际车辆沿着直线加速行驶的过程，例如，驾驶员驾驶实际车辆沿着直线从0km/h加速到目标车速的过程，这里的目标车速可以为30km/h、60km/h、90km/h或120km/h等；此外，在实际车辆进行直线加速测试过程中，驾驶员不可以对实际车辆进行主动制动。实际车辆上搭载着相关传感器，能够实时采集实际车辆在该直线加速测试过程中发动机输出的扭矩(对应实际发动机扭矩)、变速器挡位(对应实际变速器挡位)、传送轴的输入端角速度、传动轴的输出端角速度和实际车速的数值，从而得到实际发动机扭矩随时间变化关系、实际变速器挡位随时间变化关系、传动轴输入端角速度随时间变化关系、传动轴输出端角速度随时间变化关系和实际车速随时间变化关系，“实际发动机扭矩随时间变化关系”描述的是直线加速测试过程中发动机的输出扭矩随时间的变化关系，在一种实施例中为发动机的输出扭矩随时间的变化曲线图；“实际变速器挡位随时间变化关系”描述的是直线加速测试过程中变速器挡位随时间变化关系，在一种实施例中为变速器挡位随时间变化方波图；“传动轴输入端角速度随时间变化关系”描述的是直线加速测试过程中传动轴的输入端角速度随时间变化关系，在一种实施例中为传动轴输入端角速度随时间变化曲线图；“传动轴输出端角速度随时间变化关系”描述的是直线加速测试过程中传动轴输出端角速度随时间变化关系，在一种实施例中为传动轴的输出端角速度随时间变化曲线图；“实际车速随时间变化关系”描述的是直线加速测试过程中实际车辆的车速随时间变化关系，在一种实施例中为实际车速随时间的变化曲线图。

当然，前段中所说的“直线加速测试”过程，并不意味着在该过程中，车速始终处于提升(即车速一直增加)的状态，也包含汽车行驶过程中车速保持不变及车速降低的情况，但该处所述的车速降低是指的驾驶员非主动制动情况下的降低车速，如车辆由平坦路面运动至爬坡状态时，会出现车速降低的情况。

车辆的传动轴的输入端与减速器的输出端传动连接，传动轴的输出端与主动轮传动连接，车辆在大多数行驶状态下，传动轴的输入端和输出端的角速度基本相等，对扭矩造成的损失非常小，但在车辆的起步阶段，传动轴的输入端的角速度与输出端的角速度存在着一定的差异，此时对通过传动轴所传导的扭矩造成一定的损失。由于该损失较小，且相对于整个车辆的行驶时间来说，持续时长很短，因此，在很多车辆的直线运动模型中并不会考虑。

而本发明在步骤S100中，通过采集车辆在直线加速测试过程中的传动轴输入端角速度和传动轴输出端角速度，从而方便后续通过以上这两者得到车辆在直线加速测试过程中，确定传动轴所造成的损失扭矩。

具体地，在步骤S200中，通过传动轴输入端角速度随时间变化关系与传动轴输出端角速度随时间变化关系的差表达传动轴两端的实际角速度差随时间变化关系，再根据实际角速度差随时间变化关系确定传动轴损失扭矩随时间变化关系(详见下文)。

步骤S300中，初始的车辆直线加速模型能够用来模拟车辆在直线行驶时模拟车速随时间变化关系，具体地，初始的车辆直线模型能够描述主动轮纵向力、从动轮纵向力与车速的对应关系，其中，主动轮纵向力可以表示为F_xr，从动轮纵向力可以表示为F_xf，从动轮纵向力F_xf可以表示为：

F_xf＝Dsin(Carctan(Bx-E(Bx-arctan(Bx))))……………………(1)

其中，B为刚度因子系数，C为曲线形状因子系数，D为峰值因子系数，E为曲线曲率因子系数，x表示从动轮的滑移率。

公式(1)中，x的具体取值可以直接采用仿真软件MATLAB内部封装程序获取，其中，在该封装程序中，x作为变量，其与汽车受到的总的纵向力(即下文中的F_x(t))、从动轮所受到的垂向载荷及路面的附着系数(可通过检测获得，为常数)相关，因此，可以根据模型中的总的纵向力、输入的附着系数确定。

初始的车辆直线加速模型中，t时刻的主动轮纵向力F_xr(t)根据t时刻的发动机扭矩、t时刻的变速器挡位、在该变速器挡位时变速器所对应的传动比和传动效率、减速器传动比和减速器的传动效率、以及t时刻的传动轴损失扭矩确定。在实际车辆中，发动机的输出端与变速器的输入端传动连接，变速器的输出端与减速器的输入端传动连接，减速器的输出端与传动轴的输入端传动连接，传动轴的输出端与主动轮传动连接，减速器具有固定的传动比和传动效率，变速器的每个挡位也均具有其固定的传动比和传动效率，传动轴的损失扭矩根据传动轴两端的实际角速度差确定，因而可以通过t时刻的发动机扭矩和t时刻的变速器挡位确定t时刻主动轮纵向力F_xr(t)。

步骤S400中，在初始的车辆直线加速模型中，参数B、C、D、E为模型中待优化的参数，本发明基于遗传算法通过对初始的车辆直线加速模型仿真确定出优化的各个参数值，每次仿真生成多组参数组，每个参数组均包含参数B、C、D、E的具体取值，即相当于下文中所述的一个个体，因此，每次仿真都会得到多组初始的车辆直线加速模型的输出。具体地，在整个仿真过程中，对于初始的车辆直线加速模型的输入均相同，即输入均为实际发动机扭矩随时间变化关系和实际变速器挡位随时间变化关系，仅仅是每次仿真以及同一次仿真中的不同组的参数B、C、D、E的具体数值不同，因此，每次仿真以及同一次仿真中的不同组的输出也会不同，但输出均为各自输入对应的模拟车速随时间变化关系。如在一次仿真中，将一个参数组代入初始的车辆直线加速模型，会得到一个对应的输出，如此，该次仿真有几组参数组，就会有几个对应的输出，然后，根据适应度函数计算每组的适应度，如适应度均未达到终止条件时，可以依据遗传算法中现有技术给出的种群生成方式生成新的多组参数组，作为下一次仿真中新的参数种群，并重新计算每组参数组所对应的适应度，直至出现满足终止条件的适应度。其中，该适应度函数与输出的模拟车速随时间变化关系和作为目标的实际车速随时间变化关系相关，由于实际车速随时间变化关系是目标，是一固定的关系，因此，适应度函数也可以说是输出的模拟车速随时间变化关系的函数；终止条件可以与适应度函数的函数值相关，如设定函数值需要满足某一预设条件为终止条件。

步骤S500中，将步骤S400中得到的B、C、D、E的优化值代入到初始的车辆直线加速模型中，便可得到优化后的车辆直线加速模型，后期可以利用优化后的车辆直线加速模型来模拟在其它发动机扭矩随时间变化关系(例如为下文中的要模拟的发动机扭矩随时间关系)和变速器挡位的换挡逻辑作为输入时获取模拟车速随时间变化关系，因而在发动机扭矩随时间变化关系和变速器挡位的变换逻辑每次调整时，就无需驾驶员通过驾驶实际车辆来获取相关测试数据(模拟车速随时间变化关系)，避免了不同换挡逻辑对实车的测试，降低了研发过程中产生意外的危险；且采用优化后的车辆直线加速模型，较实车测试能够缩短调整换挡逻辑的时长，进而缩短自动挡汽车的开发周期；还能够避免在换挡逻辑极不匹配的情况下实车测试时对车辆的发动机和各传动部件造成极大的损害，进一步降低研发成本。

此外，本发明采用遗传算法调整各个参数进而得到优化后的车辆直线加速模型。相对现有的采用穷举法的方式，能够极大的减少得到优化后的车辆直线加速模型的时间，从而加快自动挡汽车的开发周期。

在本发明的车辆直线加速模型中，考虑到在车辆行驶的初期，增加传动轴在传动过程中的损失，以提高整个模型的精确度。具体地，传动轴可以简化为图2的系统，包括输入端1、并联的旋转阻尼部分(图2中并联的上部分)与旋转弹簧部分(图2中并联的下部分)，以及输出端2，在传动轴的传动过程中，旋转阻尼部分主要用于考虑由于传动轴的输入端1与输出端2两端的角速度差而造成的损失；旋转弹簧部分主要用于考虑传动轴的输入端1与输出端2两端的转角差造成的损失。因此，传动轴在传动中的损失扭矩为旋转阻尼部分与旋转弹簧部分造成的损失之和。

具体地：

传动轴损失扭矩随时间变化关系可表示为：

T_loss(t)＝T_s(t)+T_k(t)……………………(2)

其中，T_loss(t)为t时刻传动轴损失扭矩，T_s(t)为t时刻旋转阻尼所造成的损失扭矩，T_k(t)为t时刻旋转弹簧所造成的损失扭矩。

旋转阻尼所造成的损失扭矩T_s与传动轴两端的角速度差ω_s相关，旋转阻尼所造成的损失扭矩随时间变化关系可表示为：

T_s(t)＝f_s·ω_s(t)…………………………(3)

其中，ω_s(t)为t时刻的传动轴两端的角速度差，f_s为传动轴的旋转阻尼系数。f_s为常数，可通过测试获得。

旋转弹簧所造成的损失扭矩T_k与传动轴两端的转角差相关，旋转弹簧所造成损失扭矩随时间变化关系可表示为：

其中，K为传动轴的旋转弹簧刚度，为t时刻的传动轴两端的转角差。K为常数，可通过测试获得。

传动轴两端的角速度差ω_s由传动轴输入端角速度ω_R1和传动轴输出端角速度ω_C1确定，角速度差随时间变化关系可表示为：

ω_s(t)＝ω_R1(t)-ω_C1(t)…………………(5)

其中，ω_R1(t)为传动轴输入端角速度随时间变化关系中t时刻的输入端角速度，ω_C1(t)为传动轴输出端角速度随时间变化关系t时刻的输出端角速度。

在实际计算中，传动轴两端的转角差可以由传动轴两端的角速度差ω_s确定，传动轴两端的转角差随时间变化关系可表示为：

将公式(2)-(6)整合，得到所述传动轴损失扭矩随时间变化关系为：

其中，T_loss(t)为t时刻传动轴损失扭矩，f_s为传动轴的旋转阻尼系数，ω_R1(t)为传动轴输入端角速度随时间变化关系中t时刻的输入端角速度，ω_C1(t)为传动轴输出端角速度随时间变化关系中t时刻的输出端角速度，K为传动轴的弹簧刚度。

在一种优选的实施方式中，所述步骤S200包括步骤：

S211：根据传动轴输入端角速度随时间变化关系和传动轴输出端角速度随时间变化关系确定传动轴两端的实际角速度差随时间变化关系；

S212：确定传动轴损失扭矩随时间变化关系，其中，所述传动轴损失扭矩随时间变化关系中包括依次设置的计算区段和其余区段，所述计算区段的传动轴损失扭矩根据所述实际角速度差随时间变化关系中的起始预设区段确定，其余区段的传动轴损失扭矩设置为0；

其中，所述起始预设区段的终止点为所述实际角速度差随时间变化关系中角速度差第二次满足第一预设值的点，所述第一预设值小于或者等于0.1°/s，且大于或者等于0°/s。第一预设值例如为0°/s、0.02°/s、0.05°/s、0.07°/s、0.09°/s或0.1°/s。

也就是说，实际角速度差随时间变化关系包括起始预设区段和其余预设区段，起始预设区段的起始点即实际角速度差随时间变化关系的起始点，终止点为角速度差第二次满足第一预设值的点，其余预设区段紧随起始预设区段之后。传动轴损失扭矩随时间变化关系包括计算区段和其余区段，计算区段从起始时刻起，且计算区段的时长与起始预设区段的时长是相等的，由于起始预设区段的时长是确定的，因此，计算区段的终止点也就确定了；计算区段的传动轴的损失扭矩根据起始预设区段的实际角速度差确定。在传动轴损失扭矩随时间变化关系中，其余区段紧随计算区段之后，其余区段的传动轴损失扭矩恒定设置为0。

在该实施例中，考虑到车辆起步初期传动轴两端的转角差和角速度差变化较大，对损失扭矩的影响比较明显，也就是说，在车辆起步初期的一段时间内传动轴的两端的转角差不恒定为0°，角速度差也不恒定为0°/s，而车辆起步初期之后，传动轴的两端的转角基本趋于相等，传动轴两端的角速度差基本为0°/s，因而在车辆起步初期之后，传动轴传动过程中损失少量的扭矩，为了提高建立方法的效率以及实际应用时的效率，车辆起步初期之后，传动轴所损失的扭矩可以忽略不计。也就是说，在该实施例中，在车辆行驶的过程中，也仅仅考虑车辆起步初期的传动轴损失扭矩，而对于车辆起步初期之后的其余区段则默认为传动轴损失扭矩为0，车辆起步初期可以仅对应上段中实际角速度差随时间变化关系中的起始预设区段，也可以对应为角速度差随时间变化关系中的起始生成区段、恒定生成区段和中间生成区段(下文详述)；无论如何，车辆起步初期均对应传动轴损失扭矩随时间变化关系中的计算区段。

此外，对实际车辆在不同的发动机输出的扭矩下进行测试，分别采集各自对应的传动轴的输入端角速度和输出端角速度，并分别得到对应的实际角速度差随时间变化关系图(传动轴输入端角速度与传动轴输出端角速度相减)，这些实际角速度差随时间变化关系图中的起始预设区段的曲线基本一致，也就是说，发动机的输出扭矩不会对起始预设区段中的角速度差变化曲线造成影响，或者说，在任何条件(发动机输出的扭矩)下进行实际车辆测试，起始预设区段的传动轴两端的实际角速度差随时间变化关系是相同的。因而，在计算区段(计算区段仅对应起始预设区段)中的传动轴损失扭矩在任何一个时间点均是固定的，计算区段之后的其余区段的传动轴损失扭矩为0。

参见图3，为根据一个实际测试的传动轴输入端角速度随时间变化关系和传动轴输出端角速度随时间变化关系得到的传动轴两端的实际角速度差随时间变化关系，前述的“计算区段”与“起始预设区段”对应。车辆在起步时(时间点为0点)，实际角速度差由0°/s急剧上升到最大值(该最大值受传动轴自身特性及车辆的质量影响，范围在1-3°/s内，上升到最大值所用时间为0.05s，由于第一预设值小于最大值，因而在该0-0.05s时段内实际角速度差会出现第一次满足第一预设值),往后，实际角速度差变小，直至在t1点时实际角速度差第二次满足第一预设值(即在t1时点，实际角速度差第二次达到第一预设值)，t1时点往后，角速度差就在0°/s上下波动。起始预设区段对应于0-t1的时间段。

t1时点的确定，可以通过第一预设值予以自动确定，也可以人工手动确认。因而可以根据前述方法通过0-t1时间段的实际角速度差随时间变化关系确定0-t1时间段(对应计算区段)的传动轴损失扭矩随时间变化关系，而t1时点往后(对应其余区段)的传动轴损失扭矩为0。

通过如此设置，即将传动轴对扭矩的影响纳入其中，又将传动轴对扭矩无影响或影响不大的部分直接设置为0，从而简化了车辆直线加速模型。

考虑到车辆起步初期(仅对应起始预设区段)之后，虽然传动轴两端的转角差会最终趋于0°，传动轴两端的角速度差也最终会趋于0°/s，但是，在起始预设区段之后至一挡转二挡的时段和转为二挡之后的一定时段内，传动轴两端还是存在转角差，在有的区段传动轴两端还存在角速度差，为了使模型更为精确，本发明的另一种优选的实施方式中，将启示预设区段之后至一挡转二挡的时段和转为二挡之后的一定时段内均纳入到车辆起步初期，并确定在该时间段的传动轴损失扭矩，具体地，所述步骤S200包括步骤：

S221：根据传动轴输入端角速度随时间变化关系和传动轴输出端角速度随时间变化关系确定传动轴两端的实际角速度差随时间变化关系；

其中，所述实际角速度差随时间变化关系中包括起始预设区段和中间预设区段，所述起始预设区段的终止点为角速度差第二次满足第二预设值的点，所述第二预设值小于或者等于0.1°/s，且大于或者等于0°/s；所述中间预设区段的起始点为与实际变速器挡位随时间变化关系中初次一挡转换为二挡对应的点，终止点为起始点往后的预设时间之后角速度差初次满足达到第三预设值的点，所述预设时间大于等于0.08s，小于等于0.2s，所述第三预设值小于或者等于0°/s，且大于或者等于-0.1°/s，

S222：确定角速度差随时间变化关系，其中，所述角速度差随时间变化关系中包括依次设置的起始生成区段、恒定生成区段和中间生成区段，所述起始生成区段的角速度差随时间变化关系与所述起始预设区段的实际角速度差随时间变化关系相同，所述中间生成区段的角速度差随时间变化关系与所述中间预设区段的际角速度差随时间变化关系相同，所述中间生成区段的起始点为模拟时变速器挡位初次一挡转换为二挡时对应的点，所述恒定生成区段的角速度差设置为0°/s；

S223：确定传动轴损失扭矩随时间变化关系，其中，所述传动轴损失扭矩随时间变化关系中包括依次设置的计算区段和其余区段，所述计算区段的传动轴损失扭矩随时间变化关系根据所述起始生成区段、恒定生成区段和中间生成区段中角速度差随时间变化关系确定，其余区段的传动轴损失扭矩设置为0。

继续参见图3，在实际角速度差随时间变化关系中，沿着时间轴的方向具有t1时点、t2时点和t3时点，其中，0-t1时间段为前述的起始预设区段，t1-t2时间段为恒定预设区段，t2-t3时间段为中间预设区段，可见在起始预设区段中，实际角速度差从0°/s上升至最大值后，并在t1时点时接近0°/s；在恒定预设区段中，实际角速度差在0°/s上下波动；在中间预设区段中，实际角速度差随时间推移变小且变为负值(传动轴输入端角速度小于传动轴输出端角速度)，在达到最小值后上升，并在t3时点实际角速度差接近于0°/s。t3时点往后，实际角速度差在0°/s上下波动。

本发明可根据第二预设值、第三预设值、预设时间和实际角速度差随时间变化关系自动确定起始预设区段、恒定预设区段和中间预设区段。具体地，例如，第二预设值和第三预设值均为0°/s，预设时间为0.1s，车辆在起步时(时间点为0点)，且在0点时，实际角速度差第一次满足第二预设值(0°/s)，实际角速度差由0°/s急剧上升到最大值，往后，实际角速度差变小，在实际角速度差降为0°/s时(第二次满足第二预设值)，该时点即为t1时点；在实际变速器挡位随时间变化关系中初次一挡转换为二挡的时点为t2时点；从t2时点往后的0.1s(预设时间)之后，即在t2+0.1s之后，实际角速度差第一次达到0°/s(第三预设值)时，确定t3时点，因而可以确定实际角速度差随时间变化关系中的起始预设区段、恒定预设区段和中间预设区段。

当然，t1、t2和t3时点可以通过预设第二预设值、第三预设值和预设时间自动确定，也可以为人工手动确定。

起始预设区段的描述可以参考前文描述，实际角速度差始终为正值，旋转阻尼部分造成的损失扭矩是存在的，由于转角差会累积，因而直到t1时点时，传动轴的输入端与传动轴的输出端之间形成一定的转角差(起始预设区段中实际角速度差的积分)，且为正，因此，旋转弹簧所造成的损失扭矩也始终存在，因此，在计算区段中对应起始预设区段的部分时间段内的任一时刻，传动轴损失扭矩均为旋转阻尼所造成的损失扭矩和旋转弹簧所造成的损失扭矩之和。在恒定预设区段，由于实际角速度差始终在0°/s上下波动，使得传动轴两端的转角差基本不变，始终为t1时点的转角差(即转角差为整个起始预设区段中实际角速度差的积分)，因而，在计算区段中对应恒定预设区段的部分时间段内的任一时刻，仅存在旋转弹簧所造成损失扭矩，且由于恒定预设区段各时点的转角差恒定，因此，传动轴损失扭矩始终为恒定值；换句话说由于在恒定预设区段传动轴两端的角速度差为0°/s,因而，在计算区段中对应恒定预设区段的部分时间段内的任一时刻，旋转阻尼所造成的损失扭矩始终为0，因而，在计算区段中对应恒定预设区段的部分时间段内的任一时刻，传动轴损失扭矩均为旋转阻尼所造成的损失扭矩(旋转阻尼所造成的损失扭矩恒定为0)和旋转弹簧所造成的损失扭矩(旋转弹簧所造成的损失扭矩始终为恒定值)之和。而在中间预设区段，由于实际角速度差变为负值，在t2-t3方向上，传动轴的两端的实际转角差随之变小，在t3时点时，传动轴两端的转角差基本为0°，即在计算区段中对应中间预设区段的部分时间段内的任一时刻，角速度差和转角差都始终存在，因此，旋转阻尼和旋转弹簧都会造成损失扭矩，因而在中间预设区段实际角速度差和传动轴两端的转角差共同确定损失扭矩，即在计算区段中对应中间预设区段内的任一时刻，传动轴损失扭矩均为旋转阻尼所造成的损失扭矩和旋转弹簧所造成的扭损失之和。而在t3时点往后，由于实际角速度差基本为0°/s，传动轴两端的转角差也降为0°，因而传动轴的损失扭矩基本就始终为0。

对某一实际车辆在不同的发动机输出的扭矩下进行测试，分别采集各自对应的传动轴的输入端角速度和输出端角速度，并分别得到对应的实际角速度差随时间变化关系图，通过对这些实际角速度差随时间变化关系图，在0-t1时间段中，实际角速度差的曲线基本一致，在t2-t3时间段中，实际角速度差的曲线也基本一致，在t1-t2时间段中实际角速度差均在0°/s上下波动，在t3时点之后，实际角速度差均在0°/s上下波动。区别在于各个实际角速度差随时间变化关系图中的t2时点存在差别，也就是说，由于发动机输出扭矩的差异，导致初次一挡变换为二挡的时点存在差别，例如，若起始预设时段的起始时刻为0时刻，则测试得到的t2时刻有的是2.3s的时刻，有的是2.5s时刻。而不论哪次测试中，由于传动轴始终未更换，0-t1时间段、t2-t3时间段的时长和波形基本一致。而对0-t1时间段、t2-t3时间段的时长和波形的影响主要取决于传动轴自身的特性，也即，传动轴自身的特性会影响0-t1、t2-t3时间段的时长及在该时间段内的波形，通常，0-t1时间段的时长为0.3s-0.7s，t2-t3时间段的时长为0.3s-0.7s。

因而在利用优化后的车辆直线加速模型进行模拟时，需根据输入的发动机扭矩随时间变化关系和换挡逻辑，确定初次一挡变换为二挡的时间点，从而确定传动轴的损失扭矩。

参见图4，可根据实际角速度差随时间变化关系确定模拟时的角速度差随时间变化关系，具体为：角速度差随时间变化关系中，沿时间轴方向具有t4时点、t5时点、t6时点，其中，在图3和图4的起始时刻均为0时，t4时点与t1时点相等，t5时点为模拟时初次一挡变换为二挡的时间点，t5-t6时间段的时长与t2-t3时间段的时长相等，正如前文所言，在不同的发动机输出的扭矩下进行测试时，所得到的各个实际角速度差随时间变化关系中的起始预设区段和中间预设区段的角速度差随时间变化关系基本一致，因而可分别截取实际角速度差随时间变化关系中的起始预设区段(0-t1时间段)和中间预设区段(t2-t3时间段)，并0-t1时间段的实际角速度差随时间变化关系作为0-t4时间段的角速度差随时间变化关系，t2-t3时间段的实际角速度差随时间变化关系作为t5-t6时间段的角速度差随时间变化关系，将t4-t5时间段的角速度差随时间变化关系设置为0°/s。从而得到角速度差随时间变化关系，在该角速度差随时间变化关系中，0-t4时间段为起始生成区段，t4-t5时间段为恒定生成区段，t5-t6时间段为中间生成区段，t6之后的区段直接设置为0°/s(图中未示出)。因而可以根据0-t6时间段中的角速度差随时间变化关系确定计算区段的传动轴损失扭矩，而在计算区段之后的传动轴损失扭矩为0。

本发明通过设置第二预设值和第三预设值，可实现在实际角速度差随时间变化关系中截取出其中的起始预设区段和中间预设区段，在0时点时，实际角速度差为0°/s,往后实际角速度差急剧上升至最大值，角速度差从0°/s上升至最大值的过程中，第一次达到第二预设值，往后，实际角速度差变小，在实际角速度差再次达到第二预设值时的点便为t1时点(起始预设区段的终止点)。第二预设值例如为0°/s、0.02°/s、0.05°/s、0.07°/s、0.09°/s或0.1°/s。此外，在第二预设值为0°/s时，0时点的实际角速度差就第一次达到第二预设值。

本发明通过设置第三预设值和预设时间，可实现在实际角速度差随时间变化关系中截取出其中的中间预设区段，中间预设区段的起始点(t2时点)为实际变速器挡位随时间变化关系中初次一挡转换为二挡对应的点，因而可确定t2时点，在实际角速度差随时间变化关系中，t2时点的角速度差在-0.1°/s至0.1°/s之间，由于第三预设值的范围为-0.1°/s至0°/s之间，第三预设值例如为0°/s、-0.02°/s、-0.05°/s、-0.07°/s、-0.09°/s或-0.1°/s，例如第三预设值为0°/s，t2时点的实际角速度差为0.1°/s,因而在t2时点往后实际角速度差变小，因而实际角速度差会第一次经过0°/s(第三预设值)，然后继续变小，在达到最小值后，实际角速度差再变大，在实际角速度差第二次经过0°/s(第三预设值)的时点为t3时点(中间预设区段的终止点)。在上述过程中，如第三预设值为0°/s，t2时点的实际角速度差为-0.1°/s,因而在t2时点往后实际角速度差变小达到最小值后，实际角速度差变大，再角速度差第一次经过0°/s(第三预设值)的时点为t3时点(中间预设区段的终止点)。可见由于t2时点的实际角速度差的不确定性，会导致在t2时点后的第一个第三预设值所对应的时点为t3时点或第二个第三预设值所对应的时点为t3时点。为了准确确认t3时点，以t2时点往后的预设时间为起算点，该预设时间为0.08s-0.2s，例如为0.08s、0.1s、0.12s、0.15s、0.17s或0.2s等，以预设时间为0.1s为例，起算点即为t2+0.1s,在实际角速度差随时间变化关系中的t2时点至起算点之间，实际角速度差急剧变小，且在起算点处的实际角速度差小于-0.1°/s，从而确保在起算点处的实际角速度差小于第三预设值，因而便可确定在起算点之后的实际角速度差初次达到第三预设值的点即为t3时点(中间预设区段的终止点)。

此外，中间预设区段的时长范围大致在0.3s-0.7s，因而将预设时间设置为0.08s-0.2s，可确保起算点位于t3时点之前，从而能够准确确定t3时点。

不论采用哪种实施例，在计算区段内，传动轴损失扭矩T_loss均可包括旋转阻尼所造成的损失扭矩T_s和旋转弹簧所造成的损失扭矩T_k，只是在有的实施例中的某些区段T_s实际为0，因此，传动轴损失扭矩随时间变化关系可以由前述公式(7)进行表达。

具体地，步骤S300中，初始的车辆直线加速模型可以由下述动力学模型进行表示：

F_x(t)＝n(F_xf+F_xr(t))………………………………(9)

其中：m为汽车的质量，为车辆直线加速模型中t时刻的模拟加速度，F_x(t)为汽车在t时刻受到的总的纵向力，F_d(t)为在t时刻的空气阻力，g为重力加速度，β为坡道角度，n为前轴或后轴上车轮的数量，F_xf为从动轮纵向力，F_xr(t)为t时刻的主动轮纵向力，C_d为风阻系数，ρ为空气密度，A为汽车的迎风面积，V(t)为车辆直线加速模型中t时刻的模拟车速，V_w为风速。

其中，公式(8)为根据牛顿第二定律得到的，其描述出车辆直线加速模型所受到的纵向力与其加速度之间的关系，其中g为重力加速度，属于常数，在初始的车辆直线加速模型和优化后的车辆直线加速模型中，g的数值均不变；在初始的车辆直线加速模型中β为与步骤S100中的直线加速测试的坡道角度相同，在优化后的车辆直线加速模型中，β可为根据实际需求进行人为设定；在初始的车辆直线加速模型中，质量m为与步骤S100中的直线加速测试时的实际车辆的质量相同，在优化后的车辆直线加速模型中，由于要模拟的汽车上的驾乘人员的数量会发生变化，会导致质量m的数值会与实际车辆直线加速测试时的质量发生变化，因而质量m可根据要模拟的汽车的所处状态进行人为设定。

公式(9)表达出车辆直线加速模型所受到的总的纵向力与主动轮纵向力和从动轮纵向力之间的关系，通常情况下n为2。

公式(10)为空气阻力的表达式。在初始的车辆直线加速模型中，空气密度ρ和风速V_w与步骤S100中的相关数据相同；在优化后的车辆直线加速模型中，空气密度ρ和风速V_w可根据实际模拟的情况进行人为设定。汽车的迎风面积A与为实际车辆的迎风面积，根据对实际车辆测量后获得，汽车的迎风面积A为常数。风阻系数C_d可通过实际车辆进行试验(风洞试验)测得，C_d为常数。

将公式(8)、(9)和(10)整合后得到：

将公式(1)代入到公式(11)中得到：

具体地，步骤S300中的初始的车辆直线加速模型包括发动机模型、变速器模型、减速器模型和传动轴损失扭矩随时间变化关系，在本发明中，通过发动机模型、变速器模型、减速器模型和传动轴损失扭矩随时间变化关系来表示主动轮纵向力随时间变化关系。其中：

发动机模型表示为：

T_e(t)…………………………………………(13)

其中，T_e(t)为t时刻发动机的输出扭矩。

变速器模型表示为：

T_t(t)＝T_t(g,τ,i)＝g(i(t))·τ(i(t))·T_e(t)………………(14)

其中，T_t(t)为t时刻的变速器输出扭矩，i(t)为t时刻变速器的挡位i，g(i(t))为变速器在挡位i(t)时的传动比，τ(i(t))为变速器在挡位i(t)时的传动效率。

车辆的变速器为AT变速器或DCT变速器，因而变速器具有固定的几个挡位，且每个挡位均有对应的、固定的传动比和传动效率，每个挡位的传动比和传动效率可通过采集变速器在相应挡位下的传动比和传动效率获得，也可以通过参照变速器的自身参数(如从减速器的铭牌或说明书)获得，因而在初始的车辆直线加速模型及优化后的车辆直线加速模型中变速器各个挡位的传动比和传动效率均为常数。

减速器模型表示为：

T_f(t)＝T_t(t)·g_f·η_f…………………………(15)

其中，T_f(t)为t时刻的减速器输出扭矩，g_f为减速器传动比，η_f为减速器传动效率。

减速器具有固定的减速器传动比g_f和固定的减速器传动效率η_f，可在实际车辆上的减速器运转时采集获取，或从减速器自身的参数(如从减速器的铭牌或说明书)获得，因而在初始的车辆直线加速模型及优化后的车辆直线加速模型中减速器传动比g_f和固定的减速器传动效率η_f均为常数。

减速器的输出端与传动轴的输入端传动连接，传动轴的输出端与主动轮传动连接，减速器输出扭矩减去传动轴损失扭矩便是传动轴的输出端的扭矩，因而传动轴输出端扭矩随时间变化关系可以表示为：

T_a(t)＝T_f(t)-T_loss(t)…………………………(16)

其中，T_a(t)为t时刻的传动轴输出端扭矩。

传动轴的输出端直接与主动轮传动连接，因而主动轮纵向力随时间变化关系可以表示为：

其中，r_w为主动轮半径。

主动轮半径r_w通过测量实际车辆的主动轮半径获得，r_w为常数(即在初始的和优化后的车辆直线加速模型中r_w的数值不变)。

公式(13)、(14)、(15)、(16)和(17)整合后获得：

将公式(7)代入到公式(18)得到：

在公式(19)中，g_f、η_f和r_w均为已知常数，因而可通过输入T_e(t)和i(t)便可得到F_xr(t)，因而在步骤S300中可以根据发动机扭矩、变速器挡位、变速器挡位对应的传动比和变速器挡位对应的传动效率、减速器传动比和减速器的传动效率以及所述传动轴损失扭矩随时间变化关系确定主动轮纵向力。

将公式(19)代入到公式(12)中最终得到的初始的车辆直线加速模型为：

/>

在公式(20)中t的取值范围为计算区段。

而在计算区段之外的其余区段，由于传动轴的损失扭矩为0，因而其余区段中的初始的车辆直线加速模型为：

其中，计算区段内模拟加速度与模拟车速关系可表示为：

其余区段内模拟加速度与模拟车速关系可表示为：

其中，t终为计算区段的终止点，在计算区段仅对应为起始预设区段时，t终为前述的t1时点，在计算区段同时对应起始生成区段、恒定生成区段和中间生成区段时，t终为前述的t6时点；V_计终为t终时的车速，可通过公式(20)、(22)获得。

也即，在计算区段，本发明通过公式(20)、(22)获得在计算区段的模拟车速随时间变化关系；在其余区段，本发明通过公式(21)、(23)获得其余区段的模拟车速随时间变化关系，通过将计算区段的模拟车速随时间变化关系和其余区段的模拟车速随时间变化关系进行拼接形成模拟车速随时间变化关系。

在初始的车辆直线加速模型中，公式(20)和(21)中，B、C、D、E是待定的参

数，T_e(t)、i(t)、V(t)和随着时间变化的，而其他量均在仿真前已经确定好，而在步骤S400中，通过基于遗传算法的仿真，每次仿真时，参数B、C、D和E均已确定，通过T_e(t)输入实际发动机扭矩随时间变化关系、i(t)输入实际变速器挡位随时间变化关系，从而可以得到模拟车速随时间变化关系(即V(t)中t从时刻0开始至终止时刻点的曲线图)。

同理，在对优化后的车辆直线加速模型中，参数B、C、D和E均已确定，操作人员通过输入预测的T_e(t)和i(t)(其中，i(t)可以根据下文中的换挡逻辑和T_e(t)确定)，便可模拟得到模拟车速随时间变化关系。

虽然参数C_d可以通过风洞试验获得，但由于风洞试验所需成本过高，本发明的一种优选实施例中，参数C_d也包括在参数组的参数中，即所述步骤S400中，所述参数组还包括参数C_d，进而通过基于遗传算法的仿真过程得到对应的优化值，此时步骤S400中，参数组同时包括参数B、C、D、E和C_d；在步骤S500中，将B、C、D、E和C_d的优化值代入到初始的车辆直线加速模型中得到优化后的车辆直线加速模型。

优选地，步骤S400中，参数种群中的各参数B、C、D、E和C_d的取值范围为，5≤B≤50，1≤C≤10，1≤D≤10，0.5≤E≤5，0.2≤C_d≤0.4。

通过限定各参数的取值范围，能够缩小遗传算法的代数，从而缩小获得优化后的车辆直线加速模型的时间。

优选地，步骤S400中，所述适应度函数为

其中，y为仿真运行次数，S_y为第y次仿真时的取样总次数，V(t)^y为第y次仿真时所述初始的车辆直线加速模型输出的t时刻的模拟车速，V(t)'为实际车速随时间变化关系中在t时刻的实际车速。

以实际发动机扭矩随时间变化关系中相应时刻点的发动机扭矩作为T_e(t)、实际变速器挡位随时间变化关系中相应时刻点的变速器挡位作为i(t)输入到初始的车辆直线加速模型(B、C、D、E和C_d的具体数值由相应的参数组确定)，因而可通过初始的车辆直线加速模型输出第y次模拟车速随时间变化关系，其中在t时刻的模拟车速为V(t)^y。

在步骤S100中已经获取了实际车速随时间变化关系中在t时刻的实际车速为V'(t)。

适应度函数能够表达第y次的模拟车速随时间变化关系与实际车速随时间变化关系的离散程度，其利用方差公式来实现，也就是说，通过适应度函数计算得到的适应度数值越低，则说明第y次模拟车速随时间变化关系越接近于实际车速随时间变化关系，也就意味着得出该第y次模拟车速随时间变化关系的初始的车辆直线加速模型越接近于实际车辆。

当然，所述适应度函数也可以表达为

优选地，所述终止条件为MSE(y)小于预设数值，所述预设数值为0-0.25。该预设数值越小，则表明最终得到的优化后的车辆直线加速模型越接近于实际车辆，但预设数值太小(预设数值为0或无限接近于0)，会增大遗传算法的种群代数(具体见下文)，拖长得到优化后的车辆直线加速模型的时间。因而预设数值应设置得较为合理，本发明中，预设数值优选为0.03、0.05、0.07、0.09、0.1、0.15、0.2或0.25。从而在确保优化后的车辆直线加速模型接近于实际车辆的同时还能缩减得到该优化后的车辆直线加速模型的时间。

当然，终止条件为MSE(y)小于预设数值，所述预设数值可以为0-0.3。例如为0.26、0.27、0.28、0.29或0.3等。

优选地，参见图5，所述步骤S400包括步骤：

S410、随机生成初始的参数种群；其中，初始的参数种群包括N组参数组，N大于或者等于20且小于或者等于50；

S420、将各参数组分别作为个体，以第一发动机扭矩随时间变化关系、第一变速器挡位随时间变化关系作为输入对初始的车辆直线加速模型进行仿真，得到每个个体的模拟车速随时间变化关系，并分别计算每个个体对应的适应度，所述适应度为根据适应度函数所得到的数值；

S430、判断是否有满足终止条件的个体，如有，则执行步骤S450；没有则执行步骤S440；

S440、选择适应度最低的预设数量的个体作为父代，进行交叉和/或变异，得到新的参数种群，并返回步骤S420；

S450、输出满足终止条件的个体作为较优参数组，并根据所述较优参数组确定初始的车辆直线加模型中各参数的优化值。

步骤S410中，随机生成的初始的参数种群P0中包括N组参数组，即初始的参数种群P0包括N个个体，每个参数组均包含参数B、C、D、E和C_d的具体取值，其中，各参数的具体取值均在对应的取值范围内进行随机选取。

此外，如参数C_d的具体数值已通过风洞试验得到，则参数组包含参数B、C、D和E的具体取值。

初始的参数种群P0中的各参数组均不相同，即在初始的参数种群P0中，任意两个参数组中的各参数中，至少有一个参数的数值不同。

初始的参数种群P0参数组的数量为20-50个，例如为20、25、27、30、32、35、38、40、42、45、47、50等，提供了合适数量的样本数，参数组数量太少，会增大遗传算法的种群代数，从而拖慢得到优化后的车辆直线加速模型的时间，而参数组数量太多，会增大每一代的初始的车辆直线加速模型进行模拟仿真的时间，也会拖慢得到优化后的车辆直线加速模型的时间。

步骤S420中，将初始的参数种群P0的每个参数组分别作为个体，因而可得到与参数组数量相同的个体，将每个个体中的各个参数的数值分别赋值至初始的车辆直线加速模型中，得到与个体一一对应的初始的车辆直线加速模型，以实际发动机扭矩随时间变化关系中相应时刻点的发动机扭矩作为T_e(t)、实际变速器挡位随时间变化关系中相应时刻点的变速器挡位作为i(t)输入到这些初始的车辆直线加速模型进行仿真，因而每个初始的车辆直线加速模型均能输出模拟车速随时间变化关系，由于个体间存在着差异，因而个体对应的模拟车速随时间变化关系也存在着差异，通过前述的适应度函数分别计算每个个体所对应的模拟车速随时间变化关系与实际车速随时间变化关系的适应度。

步骤S430中，对每个个体的适应度与终止条件进行对比，从而判断是否有满足终止条件的个体。

例如终止条件设定为MSE(y)小于0.15，对于单个个体来说，如个体的适应度小于0.15，则说明该个体满足终止条件；反之如个体的适应度大于等于0.15，则说明个体不满足终止条件。

在步骤S430中，如果有满足终止条件的个体，就执行步骤S450，“有满足终止条件的个体”是指至少有一个满足终止条件的个体即为有满足终止条件的个体；如没有满足终止条件的个体，就执行步骤S440，“没有满足终止条件的个体”是指所有的个体均不满足终止条件。

步骤S440中，由于在步骤S430中没有得到满足终止条件的个体，则根据每个个体的适应度，挑选出其中优良的个体，此处优良的个体可通过各个个体的适应度来进行评判，即适应度低的个体相比适应度高的个体更加优良，因而可根据每个个体的适应度筛选出其中最优良的预设数量的个体，此处预设数量优选为5-10个，在实际应用时，“预设数量”可根据需求进行人为设定，如预设数量为5，则筛选出适应度最低的5个个体，将这5个个体作为父代进行交叉和/或变异得到新的参数种群。

此外，新的参数种群中的参数组中的各个参数的具体值依然受前述的取值范围所限定。

例如，初始的参数种群P0内有20组参数组，所形成的20个个体均不满足终止条件，因而在步骤S440中，根据这20个个体的适应度，筛选出适应度最低的5个个体作为父代进行交叉和/或变异，得到新一代参数种群P1(新的参数种群)，后将该新一代参数种群P1通过步骤S420分别计算其各自个体的适应度，并经步骤S430进行判断看是否有满足终止条件的个体，如仍然没有满足终止条件的个体，再经步骤S440生成新二代参数种群P2(新的参数种群)，重复上述过程，直至得到满足终止条件的个体后终止。

此外，步骤S440中，新的参数种群中参数组的组数优选与初始的参数种群中的参数组的组数相等，或者新的参数种群中的参数组的组数可以不等于初始的参数种群中的参数组的组数，但新的参数种群中的参数组的组数依然控制在20-50范围内。

在步骤S430中出现有满足终止条件的个体时，才会执行步骤S450。在步骤S450中，就能够直接输出满足终止条件的个体，该满足终止条件的个体所对应的参数组为较优参数组。较优参数组中各个参数的具体取值即为各参数的优化值，从而方便在后续步骤S500中得到优化后的车辆直线加速模型。

但在一些情况下，同时满足终止条件的个体的数量具有多个时，此时以适应度最小的个体作为各系数的优化值。

参见图6，本发明还提供了一种利用车辆直线加速模型评价换挡逻辑是否满足车辆舒适性的方法，包括步骤：

S10、使用前述的建立方法获得车辆直线加速模型；

S20、获取预设的变速器挡位随时间变化关系以及与其对应的多个要模拟的发动机扭矩随时间变化关系；其中，所述预设的变速器挡位随时间变化关系为发动机扭矩和车速的函数；

S30、将多个要模拟的发动机扭矩随时间变化关系和预设的变速器挡位随时间变化关系分别作为车辆直线加速模型的输入，得到多个模拟车速随时间变化关系；

S40、根据多个模拟车速随时间变化关系得到多个急动度随时间变化关系；

S50、判断各所述急动度随时间变化关系中的急动度是否处于设定的舒适区间范围内，得到始终处于设定的舒适区间范围内的急动度随时间变化关系的数量与步骤S40中得到的急动度随时间变化关系总数量的比例，若所述比例不小于预设比例，则预设的变速器挡位随时间变化关系符合舒适性要求。

步骤S10中的“车辆直线加速模型”为“优化后的车辆直线加速模型”，优选地，优化后的车辆直线加速模型中还包括换挡逻辑，换挡逻辑可以表示为：

i(t)＝i(T_e(t),V(t))…………………(26)

因而优化后的车辆直线加速模型在实际使用时，其计算区段可以表示为：

/>

其余区段可以表示为：

在公式(27)、(28)中，T_e(t)、i(t)、V(t)和为未知状态，B、C、D、E、C_d、x、g(i(t))、τ(i(t))、g_f、η_f、r_w、A、g、f_s、K和ω_R1(t)-ω_C1(t)均已经固定；m、ρ、β和V_w为操作人员根据需要模拟的实际需求，人为进行预先设定。

由于公式(27)与公式(28)之间的区别在于公式(28)中的传动轴损失扭矩为0。因而优化后的车辆直线加速模型可以仅有公式(27)进行表达，在其余区段时，直接将公式(27)中的传动轴损失扭矩置换为0即可。

可以在步骤S10与步骤S20之间增加步骤：

S11、向优化后的车辆直线加速模型内输入m、ρ、β和V_w的具体数值。

步骤S20中，要模拟的发动机扭矩随时间变化关系的数量可以为10-100个，例如，10、20、30、40、50、60、70、80、90或100等，且多个要模拟的发动机扭矩随时间变化关系之间均不相同。

此外，预设的变速器挡位随时间变化关系为发动机扭矩和车速的函数即，换挡逻辑；也即，在步骤S20中人为确定公式(26)。

步骤S30中，以计算区段同时对应于起始生成区段、恒定生成区段和中间生成区段为例，其中起始生成区段和中间生成区段中的角速度差随时间变化关系(ω_R1(t)-ω_C1(t))均已确定，恒定生成区段的角速度差随时间变化关系中的角速度差为0°/s，只是恒定生成区段的时长不确定。

因而，在优化后的车辆直线加速模型进行模拟时，可以向优化后的车辆直线加速模型输入要模拟的发动机扭矩随时间变化关系(对应T_e(t))及换挡逻辑(对应i(t)＝i(T_e(t),V(t)))，优化后的车辆直线加速模型先根据公式(27)模拟计算区段，在计算区段中，由于计算区段的时长(0-t6时间段)和角速度随时间变化关系确定，且在该区段的挡位从一挡开始，因而可通过公式(27)模拟出0-t4时间段的模拟车速随时间变化关系，继续根据公式(27)进行后续模拟t4-t5时间段的的车速，由于恒定预设区段(t4-t5时间段)中，传动轴的两端的角速度差为0°/s，因而可继续根据公式(27)继续向后进行模拟得到相应的模拟车速，在模拟车速V(t)与发动机扭矩T_e(t)满足换挡逻辑中一挡转换为二挡的条件时，此时的时间点便为t5时点，由于t5时点的确定，便可确定中间预设区段(t5-t6时间段)，因而可以继续按照公式(27)继续模拟直至t6时点止，因而，可在输入要模拟的发动机扭矩随时间变化关系及换挡逻辑后便可模拟出计算区段(对应于0-t6时间段)的模拟车速随时间变化关系，同时也可得到计算区段终止点的车速(t6时点)V_计终。

从t6时点往后，根据要模拟的发动机扭矩随时间变化关系及换挡逻辑及公式(28)，其中公式(28)中的t终为t6，模拟得到其余区段(t6时点往后)的模拟车速随时间变化关系，将计算区段的模拟车速随时间变化关系和其余区段的模拟车速随时间变化关系拼合在一起，便可得到模拟车速随时间变化关系。

由于具有多个要模拟的发动机扭矩随时间变化关系，因而在步骤S30中可以得到对应的多个模拟车速随时间变化关系；当然同时也可以得到对应的多个模拟加速度随时间变化关系。

步骤S40中，将模拟车速随时间变化关系求导两次得到急动度随时间变化关系，或者将模拟加速度随时间变化关系求导一次得到急动度随时间变化关系。由于具有多个模拟车速随时间变化关系，可得到对应的多个急动度随时间变化关系。

步骤S50中，判断每个急动度随时间变化关系中的急动度是否属于设定的舒适区间范围内，如果单个急动度随时间变化关系中的急动度均在舒适区间范围内(由于车辆在起步阶段的急动度会处于舒适区间范围外，因而可以对起步阶段的急动度不予判断，起步阶段对应于起始预设区段。当然，也可以将起步阶段的急动度与舒适区间进行对比判断，作为判断舒适性的依据。)，则说明该急动度随时间变化关系符合舒适性要求；如单个急动度随时间变化关系中存在舒适度位于舒适区间范围外时，则说明该急动度随时间变化关系不符合舒适性要求，对每个急动度随时间变化关系均进行上述判断，因而可得到符合舒适性要求的急动度随时间变化关系的数量N1，进而得到N1与急动度随时间变化关系的总数量N2的比例，如该比例不小于预设比例，则说明前述的预设的换挡逻辑符合舒适性要求。

其中比例的表达公式可表达为：

预设比例为80％-100％，例如为80％，85％，90％，95％或100％等。

所述步骤S50还包括：

若所述比例小于预设比例，则所述预设的变速器挡位随时间变化关系(前述换挡逻辑，公式(26))不符合舒适性要求，对所述预设的变速器挡位随时间变化关系进行调整，之后转入步骤S20。

“对所述预设的变速器挡位随时间变化关系进行调整”就是对预设的换挡逻辑进行调整。然后再重新进行验证，直至得到满足舒适性的换挡逻辑。

本发明所提供的方法可用来验证预设的换挡逻辑在多个的要模拟的发动机扭矩随时间变化关系的输入条件下是否满足舒适性，为得到符合舒适性的换挡逻辑提供数据支持。

应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本申请的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本申请的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种用于评价车辆舒适性的车辆直线加速模型的建立方法，所述车辆直线加速模型用于模拟汽车从起步阶段开始后的直线加速过程；其特征在于，包括步骤：

S100、对实际车辆以0km/h的初速度进行直线加速测试，并采集实际车速随时间变化关系、实际发动机扭矩随时间变化关系、实际变速器挡位随时间变化关系、传动轴输入端角速度随时间变化关系和传动轴输出端角速度随时间变化关系；

S200、根据传动轴输入端角速度随时间变化关系和传动轴输出端角速度随时间变化关系确定传动轴损失扭矩随时间变化关系；

S300、建立初始的车辆直线加速模型，所述初始的车辆直线加速模型包括主动轮纵向力、从动轮纵向力与车速的对应关系；其中，所述主动轮纵向力根据发动机扭矩、变速器挡位、变速器挡位对应的传动比和变速器挡位对应的传动效率、减速器传动比、减速器的传动效率以及所述传动轴损失扭矩随时间变化关系确定；所述从动轮纵向力F_xf为：

F_xf＝Dsin(Carctan(Bx-E(Bx-arctan(Bx))))；

其中，B为刚度因子系数，C为曲线形状因子系数，D为峰值因子系数，E为曲线曲率因子系数，x表示从动轮的滑移率；

S400、利用遗传算法确定初始的车辆直线加速模型中各参数的优化值；其中，遗传算法中的参数种群包括多组参数组，每一个所述参数组包括参数B、C、D、E；适应度函数和终止条件根据以实际发动机扭矩随时间变化关系、实际变速器挡位随时间变化关系作为输入时，初始的车辆直线加速模型输出的模拟车速随时间变化关系和作为目标的实际车速随时间变化关系确定；

S500、将步骤S400中得到的参数种群中的各参数的优化值代入到所述初始的车辆直线加速模型中，得到优化后的车辆直线加速模型。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S200包括步骤：

S211、根据传动轴输入端角速度随时间变化关系和传动轴输出端角速度随时间变化关系确定传动轴两端的实际角速度差随时间变化关系；

S212、确定传动轴损失扭矩随时间变化关系，其中，所述传动轴损失扭矩随时间变化关系中包括依次设置的计算区段和其余区段，所述计算区段的传动轴损失扭矩根据所述实际角速度差随时间变化关系中的起始预设区段确定，其余区段的传动轴损失扭矩设置为0；

其中，所述起始预设区段的终止点为所述实际角速度差随时间变化关系中角速度差第二次满足第一预设值的点，所述第一预设值小于或者等于0.1°/s，且大于或者等于0°/s。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S200包括步骤：

S221、根据传动轴输入端角速度随时间变化关系和传动轴输出端角速度随时间变化关系确定传动轴两端的实际角速度差随时间变化关系；

其中，所述实际角速度差随时间变化关系中包括起始预设区段和中间预设区段，所述起始预设区段的终止点为角速度差第二次满足第二预设值的点，所述第二预设值小于或者等于0.1°/s，且大于或者等于0°/s；所述中间预设区段的起始点为与实际变速器挡位随时间变化关系中初次一挡转换为二挡对应的点，终止点为起始点往后的预设时间之后角速度差初次满足达到第三预设值的点，所述预设时间大于等于0.08s，小于等于0.2s，所述第三预设值小于或者等于0°/s，且大于或者等于-0.1°/s，

S222、确定角速度差随时间变化关系，其中，所述角速度差随时间变化关系中包括依次设置的起始生成区段、恒定生成区段和中间生成区段，所述起始生成区段的角速度差随时间变化关系与所述起始预设区段的实际角速度差随时间变化关系相同，所述中间生成区段的角速度差随时间变化关系与所述中间预设区段的实际角速度差随时间变化关系相同，所述中间生成区段的起始点为模拟时变速器挡位初次一挡转换为二挡时对应的点，所述恒定生成区段的角速度差设置为0°/s；

S223、确定传动轴损失扭矩随时间变化关系，其中，所述传动轴损失扭矩随时间变化关系中包括依次设置的计算区段和其余区段，所述计算区段的传动轴损失扭矩随时间变化关系根据所述起始生成区段、恒定生成区段和中间生成区段中角速度差随时间变化关系确定，其余区段的传动轴损失扭矩设置为0。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，步骤S200中，在所述计算区段内，所述传动轴损失扭矩随时间变化关系为：

其中，T_loss(t)为t时刻传动轴损失扭矩，f_s为传动轴的旋转阻尼系数，ω_R1(t)为传动轴输入端角速度随时间变化关系中t时刻的输入端角速度，ω_C1(t)为传动轴输出端角速度随时间变化关系t时刻的输出端角速度，K为传动轴的弹簧刚度。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，

步骤S300中，在所述计算区段内，初始的车辆直线加速模型为：

其中，t的取值范围为计算区段，n为前轴或后轴上的车轮数量，i(t)为t时刻变速器的挡位，g(i(t))为变速器在挡位i(t)时的传动比，τ(i(t))为变速器在挡位i(t)时的传动效率，T_e(t)为t时刻发动机的输出扭矩，g_f为减速器传动比，η_f为减速器传动效率，r_w为主动轮半径，C_d为风阻系数，ρ为空气密度，A为汽车的迎风面积，V(t)为车辆直线加速模型中t时刻的模拟车速，V_w为风速，m为汽车的质量，为车辆直线加速模型中t时刻的模拟加速度，g为重力加速度，β为坡道角度；

在所述其余区段内，初始的车辆直线加速模型为：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤S400中，每一个所述参数组还包括参数C_d；参数种群中的各参数B、C、D、E和C_d的取值范围为，5≤B≤50，1≤C≤10，1≤D≤10，0.5≤E≤5，0.2≤C_d≤0.4。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

步骤S400中，所述适应度函数为

其中，y为仿真运行次数，S_y为第y次仿真时的取样总次数，V(t)^y为第y次仿真时所述初始的车辆直线加速模型输出的t时刻的模拟车速，V(t)'为t时刻的实际车速；

所述终止条件为MSE(y)小于预设数值，所述预设数值为0-0.25。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述步骤S400包括步骤：

S410、随机生成初始的参数种群；其中，初始的参数种群包括N组参数组，N大于或者等于20且小于或者等于50；

S420、将各参数组分别作为个体，以实际发动机扭矩随时间变化关系、实际变速器挡位随时间变化关系作为输入对初始的车辆直线加速模型进行仿真，得到每个个体的模拟车速随时间变化关系，并分别计算每个个体对应的适应度，所述适应度为根据适应度函数所得到的数值；

S430、判断是否有满足终止条件的个体，如有，则执行步骤S450；没有则执行步骤S440；

S440、选择适应度最低的预设数量的个体作为父代，进行交叉和/或变异，得到新的参数种群，并返回步骤S420；

S450、输出满足终止条件的个体作为较优参数组，并根据所述较优参数组确定初始的车辆直线加速模型中各参数的优化值。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤S450中，在满足终止条件的个体具有多个时，以适应度最小的个体作为各系数的优化值。

10.一种利用车辆直线加速模型评价换挡逻辑是否满足车辆舒适性的方法，其特征在于，包括步骤：

S10、使用权利要求1-9任一项所述的建立方法获得车辆直线加速模型；

S20、获取预设的变速器挡位随时间变化关系以及与其对应的多个要模拟的发动机扭矩随时间变化关系；其中，所述预设的变速器挡位随时间变化关系为发动机扭矩和车速的函数；

S30、将多个要模拟的发动机扭矩随时间变化关系和预设的变速器挡位随时间变化关系分别作为车辆直线加速模型的输入，得到多个模拟车速随时间变化关系；

S40、根据多个模拟车速随时间变化关系得到多个急动度随时间变化关系；

S50、判断各所述急动度随时间变化关系中的急动度是否处于设定的舒适区间范围内，得到始终处于设定的舒适区间范围内的急动度随时间变化关系的数量与步骤S40中得到的急动度随时间变化关系总数量的比例，若所述比例不小于预设比例，则预设的变速器挡位随时间变化关系符合舒适性要求。