專利名稱：模擬駕駛員的控制裝置及汽車仿真系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽車仿真技術(shù)，尤其涉及一種模擬駕駛員的控制裝置及汽車仿真系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)汽車的各組成部件及控制策略進(jìn)行建模與仿真，可起到預(yù)測(cè)相關(guān)部件及整車性能的作用，通過(guò)對(duì)汽車的各系統(tǒng)進(jìn)行仿真測(cè)試，可測(cè)試汽車系統(tǒng)性能是否滿足要求，以便為汽車的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)提供參考。由于前向仿真與后向仿真相比，前向仿真系統(tǒng)更接近于真實(shí)的車輛行駛過(guò)程，可實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)與能量流的正向傳遞，并且在各部件間可傳遞實(shí)際的工作轉(zhuǎn)矩、功率與轉(zhuǎn)速，其仿真過(guò)程與真實(shí)汽車控制過(guò)程類似，從而通過(guò)仿真可對(duì)汽車的控制策略進(jìn)行高效的測(cè)試及調(diào)整。 汽車前向仿真系統(tǒng)主要包括模擬駕駛員的控制裝置和汽車模型兩大部分，其中，模擬駕駛員的控制裝置是作為前向仿真系統(tǒng)區(qū)別于后向仿真系統(tǒng)的典型特征部件，用于模擬真實(shí)駕駛員的實(shí)際操作行為；同時(shí)，模擬駕駛員的控制裝置也是整個(gè)仿真過(guò)程的起始環(huán)節(jié)，在汽車仿真系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用，因此，也稱為駕駛員模型，其可以根據(jù)車輛行駛需求，發(fā)送控制信號(hào)給汽車模型中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而對(duì)需求車速進(jìn)行較好的跟蹤。目前，模擬駕駛員的控制裝置，即駕駛員模型的輸入信號(hào)一般為駕駛員的需求車速與當(dāng)前車速之間的車速偏差，模擬駕駛員的控制裝置可根據(jù)該車速偏差，利用傳統(tǒng)的比例-積分(PD或比例-微分(PD)控制器產(chǎn)生并輸出控制信號(hào)到汽車模型，以控制汽車模型中的各部件工作，使車速運(yùn)行在駕駛員的需求車速?？梢钥闯觯F(xiàn)有模擬駕駛員的控制裝置中的控制回路是一個(gè)閉環(huán)控制，其pi或ro控制器對(duì)于強(qiáng)非線性、時(shí)變的復(fù)雜系統(tǒng)和模型不清楚的系統(tǒng)難以達(dá)到很好的控制效果，并沒有考慮汽車實(shí)際運(yùn)行中駕駛員操作加速/制動(dòng)踏板的加速或減速過(guò)程。綜上，現(xiàn)有模擬駕駛員的控制裝置僅以車速偏差作為輸入信號(hào)，并采用常規(guī)PI或PD控制器，但由于常規(guī)Pi或ro控制器對(duì)于汽車及其各重要部件，作為非線性的、時(shí)變的和延遲的復(fù)雜系統(tǒng)難以達(dá)到很好的控制效果，致其輸出的控制信號(hào)不準(zhǔn)確，與駕駛員實(shí)際操作控制差異較大，從而無(wú)法滿足模擬汽車實(shí)際運(yùn)行中，汽車系統(tǒng)的強(qiáng)非線性、時(shí)變形和延遲特性，使得整個(gè)仿真系統(tǒng)的仿真性能較低，仿真效果較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種模擬駕駛員的控制裝置及汽車仿真系統(tǒng)，可有效模擬駕駛員的實(shí)際操作行為，提高仿真效果。本發(fā)明提供一種模擬駕駛員的控制裝置，包括加速踏板控制模塊，用于根據(jù)車速偏差和需求加速度，獲得加速踏板控制信號(hào)并輸出，其中，所述車速偏差為駕駛員的需求車速與當(dāng)前車速之差；制動(dòng)踏板控制模塊，用于根據(jù)車速偏差和需求加速度，獲得制動(dòng)踏板控制信號(hào)并輸出；控制切換模塊，用于根據(jù)車速偏差和需求加速度，切換并調(diào)用所述加速踏板控制模塊或制動(dòng)踏板控制模塊工作。其中，所述加速踏板控制模塊包括加速開環(huán)控制單元，用于接收需求加速度，獲得與所述需求加速度對(duì)應(yīng)的第一加速轉(zhuǎn)矩；加速閉環(huán)控制單元，用于接收車速偏差，獲得與所述車速偏差對(duì)應(yīng)的第二加速轉(zhuǎn)矩；第一轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換單元，用于在所述控制切換模塊發(fā)送的控制信號(hào)的觸發(fā)作用下，接收所述第一加速轉(zhuǎn)矩和第二加速轉(zhuǎn)矩，將所述第一加速轉(zhuǎn)矩和第二加速轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換為加速踏板控制信號(hào)，并輸出。所述第一轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換單元包括加速接收子單元，用于在所述控制信號(hào)的觸發(fā)作用下，接收所述第一加速轉(zhuǎn)矩、第二加速轉(zhuǎn)矩和汽車阻力力矩； 加速計(jì)算子單元，用于將所述第一加速轉(zhuǎn)矩、第二加速轉(zhuǎn)矩和汽車阻力力矩相加得到總加速力矩，并將所述總加速力矩除以設(shè)定檔位傳動(dòng)比得到加速控制力矩；加速轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換子單元，用于將所述加速控制力矩轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的加速踏板控制信號(hào)，并輸出。所述制動(dòng)踏板控制t吳塊包括制動(dòng)開環(huán)控制單元，用于接收需求加速度，獲得與所述需求加速度對(duì)應(yīng)的第一制動(dòng)轉(zhuǎn)矩；制動(dòng)閉環(huán)控制單元，用于接收車速偏差，獲得與所述車速偏差對(duì)應(yīng)的第二制動(dòng)轉(zhuǎn)矩；第二轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換單元，用于在所述控制切換模塊發(fā)送的控制信號(hào)的觸發(fā)作用下，接收所述第一制動(dòng)轉(zhuǎn)矩和第二制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，將所述第一制動(dòng)轉(zhuǎn)矩和第二制動(dòng)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換為制動(dòng)踏板控制信號(hào)，并輸出。所述第二轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換單元包括制動(dòng)接收子單元，用于在所述控制信號(hào)的觸發(fā)作用下，接收所述第一制動(dòng)轉(zhuǎn)矩、第二制動(dòng)轉(zhuǎn)矩和汽車阻力力矩；制動(dòng)計(jì)算子單元，用于將所述第一制動(dòng)轉(zhuǎn)矩、第二制動(dòng)轉(zhuǎn)矩和汽車阻力力矩相加得到總制動(dòng)力矩；制動(dòng)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換子單元，用于將所述總制動(dòng)力矩轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的制動(dòng)踏板控制信號(hào)，并輸出。本發(fā)明提供一種汽車仿真系統(tǒng)，模擬駕駛員的控制裝置和汽車模型，所述模擬駕駛員的控制裝置為采用上述本發(fā)明提供的模擬駕駛員的控制裝置。本發(fā)明提供的模擬駕駛員的控制裝置及汽車仿真系統(tǒng)，通過(guò)在模擬駕駛員的控制裝置中設(shè)置控制切換模塊，可有效根據(jù)車速偏差，以及需求加速度控制加速控制模塊或制動(dòng)控制模塊工作，以便對(duì)汽車進(jìn)行加速或制動(dòng)控制，可有效模擬汽車行駛過(guò)程中真實(shí)駕駛員的實(shí)際操作過(guò)程，滿足汽車系統(tǒng)的強(qiáng)非線性、時(shí)變性和延遲特性，提高使用該模擬駕駛員的控制裝置的汽車仿真系統(tǒng)的仿真效果。


圖I為本發(fā)明模擬駕駛員的控制裝置實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明模擬駕駛員的控制裝置實(shí)施例二中加速踏板控制模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明模擬駕駛員的控制裝置實(shí)施例二中第一轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為本發(fā)明模擬駕駛員的控制裝置實(shí)施例二中制動(dòng)踏板控制模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明模擬駕駛員的控制裝置實(shí)施例二中第二轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明模擬駕駛員的控制裝置實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明模擬駕駛員的控制裝置實(shí)施例三中加速踏板控制回路的仿真結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本發(fā)明模擬駕駛員的控制裝置實(shí)施例三中制動(dòng)踏板控制回路的仿真結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為本發(fā)明汽車仿真系統(tǒng)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。圖I為本發(fā)明模擬駕駛員的控制裝置實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖I所示，本實(shí)施例控制裝置包括加速踏板控制模塊11、制動(dòng)踏板控制模塊12和控制切換模塊13，其中，加速踏板控制模塊11用于根據(jù)車速偏差和需求加速度，獲得加速踏板控制信號(hào)并輸出，該車速偏差為駕駛員的需求車速與當(dāng)前汽車的實(shí)際車速之差，其中駕駛員的需求車速在仿真模型中為某一循環(huán)工況下的速度，并以數(shù)據(jù)文件的方式導(dǎo)入仿真模型中；制動(dòng)踏板控制模塊12用于根據(jù)車速偏差和需求加速度，獲得制動(dòng)踏板控制信號(hào)并輸出；控制切換模塊13與加速踏板控制模塊11和制動(dòng)踏板控制模塊12連接，用于根據(jù)車速偏差和需求加速度，切換并調(diào)用加速踏板控制模塊11或制動(dòng)踏板控制模塊12工作。本實(shí)施例中，可根據(jù)車速偏差，以及駕駛員的需求加速度，確定對(duì)汽車進(jìn)行加速或制動(dòng)控制，其中需求加速度和需求車速一樣，在仿真模型中為某一循環(huán)工況下的加速度，并以數(shù)據(jù)文件的方式導(dǎo)入仿真模型中，當(dāng)需要加速時(shí)，利用加速踏板控制模塊輸出加速控制信號(hào)；當(dāng)需要制動(dòng)時(shí)，利用制動(dòng)踏板控制模塊輸出制動(dòng)控制信號(hào)，從而可有效模擬汽車實(shí)際運(yùn)行中駕駛員踩動(dòng)加速/制動(dòng)踏板時(shí)的加速、制動(dòng)過(guò)程，提高輸出的控制信號(hào)的準(zhǔn)確性，從而可有效提高應(yīng)用該模擬駕駛員的控制裝置的汽車仿真系統(tǒng)的仿真效果。本實(shí)施例中，可通過(guò)實(shí)時(shí)采集汽車的當(dāng)前車速，獲得需求車速與當(dāng)前車速之間的車速偏差，車速偏差為正值，即需求車速大于當(dāng)前車速時(shí)，可通過(guò)加速踏板控制模塊來(lái)輸出加速控制信號(hào)，以控制汽車加速行駛；而當(dāng)車速偏差為負(fù)值，即需求車速小于當(dāng)前車速時(shí)，可通過(guò)制動(dòng)踏板控制模塊來(lái)輸出制動(dòng)控制信號(hào)，以控制汽車制動(dòng)行駛；同時(shí)，還可通過(guò)需求加速度，來(lái)控制汽車加速或制動(dòng)，當(dāng)需求加速度為正值，意味著駕駛員需踩下加速踏板加速，該過(guò)程可通過(guò)加速踏板控制模塊控制，當(dāng)需求加速度為負(fù)值，意味著駕駛員需踩下制動(dòng)踏板減速，該過(guò)程可通過(guò)制動(dòng)踏板控制模塊進(jìn)控制?？梢钥闯?，區(qū)別于常規(guī)控制器中僅以車速偏差作為輸入的閉環(huán)控制，本發(fā)明同時(shí)以車速偏差和需求加速度作為輸入來(lái)對(duì)汽車行駛進(jìn)行閉環(huán)和開環(huán)復(fù)合控制，從而可有效提高汽車駕駛員模型的控制信號(hào)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。本實(shí)施例中，控制切換模塊13具體可通過(guò)車速偏差值以及需求加速度值與設(shè)定的參考值進(jìn)行比較，切換并調(diào)用加速踏板控制模塊11或制動(dòng)踏板控制模塊12，以便對(duì)汽車 進(jìn)行加速或減速。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，由于駕駛員實(shí)際操作過(guò)程中，會(huì)根據(jù)需求車速，通過(guò)加速/制動(dòng)踏板來(lái)對(duì)車速進(jìn)行跟蹤，以便將汽車行駛速度提高或降低到一個(gè)所要達(dá)到的需求車速，本發(fā)明實(shí)施例中所述的駕駛員的需求車速和需求加速度可以是某一循環(huán)行駛工況下的速度和加速度，因此，本實(shí)施例通過(guò)根據(jù)車速偏差和需求加速度而在加速或制動(dòng)間切換，可有效模擬真實(shí)駕駛員的實(shí)際操作過(guò)程。綜上，本實(shí)施例模擬駕駛員的控制裝置通過(guò)設(shè)置控制切換模塊，可有效根據(jù)車速偏差，以及需求加速度控制加速控制模塊或制動(dòng)控制模塊工作，以便對(duì)汽車進(jìn)行加速或制動(dòng)控制，可有效模擬汽車行駛過(guò)程中真實(shí)駕駛員的實(shí)際操作過(guò)程，滿足汽車系統(tǒng)的強(qiáng)非線性、時(shí)變性和延遲特性，提高使用該模擬駕駛員的控制裝置的汽車仿真系統(tǒng)的仿真效果。圖2為本發(fā)明模擬駕駛員的控制裝置實(shí)施例二中加速踏板控制模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。在上述圖I所示實(shí)施例技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，如圖2所示，本實(shí)施例加速踏板控制模塊11具體可包括加速開環(huán)控制單元111、加速閉環(huán)控制單元112和第一轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換單元113，其中，加速開環(huán)控制單元111用于接收需求加速度，獲得與需求加速度對(duì)應(yīng)的第一加速轉(zhuǎn)矩；加速閉環(huán)控制單元112用于接收車速偏差，獲得與車速偏差對(duì)應(yīng)的第二加速轉(zhuǎn)矩；第一轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換單元113與加速開環(huán)控制單元111和加速閉環(huán)控制單元112連接，用于接收第一加速轉(zhuǎn)矩和第二加速轉(zhuǎn)矩，并將第一加速轉(zhuǎn)矩和第二加速轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換為加速踏板控制信號(hào)，并輸出。本實(shí)施例加速踏板控制模塊11中，加速開環(huán)控制單元111作為主控制單元，可根
據(jù)需求加速度獲得實(shí)現(xiàn)該需求加速度所需的由發(fā)動(dòng)機(jī)提供的第一加速轉(zhuǎn)矩，其中第一加速
MATS — M id
轉(zhuǎn)矩的值與需求加速度的關(guān)系可由公式=--^-T-^，J = Je+Jm -Ja2 *iG2+JA *iA2
mFzg ' Tdyn + J
和M Acc K確定，同時(shí)，加速閉環(huán)控制單元112可根據(jù)車速偏差，得到用于調(diào)整該車
——1G
速偏差所需的由發(fā)動(dòng)機(jī)提供的第二加速轉(zhuǎn)矩，其中第二加速轉(zhuǎn)矩的值與車速偏差的關(guān)系可由公式AFpzg-m^ .3.6‘和從>—,確定，并對(duì)該第一加速轉(zhuǎn)矩進(jìn)行修
Fzg1G
正，可以看出，本實(shí)施例中駕駛員對(duì)踏板的調(diào)整是以轉(zhuǎn)矩的行式體現(xiàn)，并可通過(guò)第一轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換單元113對(duì)加速開環(huán)控制單元111的輸出轉(zhuǎn)矩和加速閉環(huán)控制單元112輸出的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行疊加后，按公
權(quán)利要求
1.一種模擬駕駛員的控制裝置，其特征在于，包括 加速踏板控制模塊，用于根據(jù)車速偏差和需求加速度，獲得加速踏板控制信號(hào)并輸出，其中，所述車速偏差為駕駛員的需求車速與當(dāng)前車速之差； 制動(dòng)踏板控制模塊，用于根據(jù)車速偏差和需求加速度，獲得制動(dòng)踏板控制信號(hào)并輸出； 控制切換模塊，用于根據(jù)車速偏差和需求加速度，切換并調(diào)用所述加速踏板控制模塊或制動(dòng)踏板控制模塊工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的模擬駕駛員的控制裝置，其特征在于，所述加速踏板控制模塊包括 加速開環(huán)控制單元，用于接收需求加速度，獲得與所述需求加速度對(duì)應(yīng)的第一加速轉(zhuǎn)矩； 加速閉環(huán)控制單元，用于接收車速偏差，獲得與所述車速偏差對(duì)應(yīng)的第二加速轉(zhuǎn)矩；第一轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換單元，用于在所述控制切換模塊發(fā)送的控制信號(hào)的觸發(fā)作用下，接收所述第一加速轉(zhuǎn)矩和第二加速轉(zhuǎn)矩，將所述第一加速轉(zhuǎn)矩和第二加速轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換為加速踏板控制信號(hào)，并輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的模擬駕駛員的控制裝置，其特征在于，所述第一轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換單元包括 加速接收子單元，用于在所述控制信號(hào)的觸發(fā)作用下，接收所述第一加速轉(zhuǎn)矩、第二加速轉(zhuǎn)矩和汽車阻力力矩； 加速計(jì)算子單元，用于將所述第一加速轉(zhuǎn)矩、第二加速轉(zhuǎn)矩和汽車阻力力矩相加得到總加速力矩，并將所述總加速力矩除以設(shè)定檔位傳動(dòng)比得到加速控制力矩； 加速轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換子單元，用于將所述加速控制力矩轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的加速踏板控制信號(hào)，并輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的模擬駕駛員的控制裝置，其特征在于，所述制動(dòng)踏板控制模塊包括 制動(dòng)開環(huán)控制單元，用于接收需求加速度，獲得與所述需求加速度對(duì)應(yīng)的第一制動(dòng)轉(zhuǎn)矩； 制動(dòng)閉環(huán)控制單元，用于接收車速偏差，獲得與所述車速偏差對(duì)應(yīng)的第二制動(dòng)轉(zhuǎn)矩；第二轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換單元，用于在所述控制切換模塊發(fā)送的控制信號(hào)的觸發(fā)作用下，接收所述第一制動(dòng)轉(zhuǎn)矩和第二制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，將所述第一制動(dòng)轉(zhuǎn)矩和第二制動(dòng)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換為制動(dòng)踏板控制信號(hào)，并輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的模擬駕駛員的控制裝置，其特征在于，所述第二轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換單元包括 制動(dòng)接收子單元，用于在所述控制信號(hào)的觸發(fā)作用下，接收所述第一制動(dòng)轉(zhuǎn)矩、第二制動(dòng)轉(zhuǎn)矩和汽車阻力力矩； 制動(dòng)計(jì)算子單元，用于將所述第一制動(dòng)轉(zhuǎn)矩、第二制動(dòng)轉(zhuǎn)矩和汽車阻力力矩相加得到總制動(dòng)力矩； 制動(dòng)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換子單元，用于將所述總制動(dòng)力矩轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的制動(dòng)踏板控制信號(hào)，并輸出。
6.一種汽車仿真系統(tǒng)，包括模擬駕駛員的控制裝置和汽車模型，其特征在于，所述模擬駕駛員的控制裝置為采用上述權(quán)利要求I 5任一所述的模擬駕駛員的控制裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種模擬駕駛員的控制裝置及汽車仿真系統(tǒng)。該控制裝置包括加速踏板控制模塊，用于根據(jù)車速偏差和需求加速度，獲得加速踏板控制信號(hào)并輸出，其中，所述車速偏差為駕駛員的需求車速與當(dāng)前車速之差；制動(dòng)踏板控制模塊，用于根據(jù)車速偏差和需求加速度，獲得制動(dòng)踏板控制信號(hào)并輸出；控制切換模塊，用于根據(jù)車速偏差和需求加速度，切換并調(diào)用所述加速踏板控制模塊或制動(dòng)踏板控制模塊工作。本發(fā)明模擬駕駛員的控制裝置可有效模擬駕駛員的行為意圖，可用于前向仿真的汽車仿真系統(tǒng)中，提高汽車仿真系統(tǒng)的仿真效果。
文檔編號(hào)G05B17/02GK102645898SQ201110042829
公開日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2011年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月22日
發(fā)明者何強(qiáng) 申請(qǐng)人:北汽福田汽車股份有限公司