一種基于汽車動力學(xué)的動態(tài)坡度計算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明涉及一種坡度計算方法，具體涉及一種基于汽車動力學(xué)的動態(tài)坡度計算方 法。
【背景技術(shù)】：
[0002] 現(xiàn)有自動變速器的換檔策略多為三參數(shù)（車速、油門開度和加速度）換檔法，未考 慮坡度、汽車質(zhì)量等對汽車的影響，這將導(dǎo)致變速器在坡道上循環(huán)換檔或者意外升檔等狀 況，不僅影響汽車的動力性及行車安全性，而且加劇機(jī)械部件的磨損，降低舒適性。除此以 外，坡度識別在離合器控制、坡道輔助起步中也是必須的，如果能更好地識別坡度，將會為 這些問題的解決帶來方便。
[0003]目前，坡度識別多采用傳感器采集法，單個傳感器采集的信號容易受汽車運(yùn)行狀 態(tài)的影響，靜態(tài)時還可反應(yīng)汽車狀態(tài)，動態(tài)時采得的信息并不能真實(shí)反應(yīng)實(shí)際狀態(tài)，多傳感 器信息融合的方法雖然準(zhǔn)確度提高，但測量成本也大大提高。所以亟需一種新型的動態(tài)坡 度識別方法。

【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0004] 本發(fā)明的目的是為了準(zhǔn)確計算汽車運(yùn)行中的坡度信息，提供了一種基于汽車動力 學(xué)的動態(tài)坡度計算方法。這種方法簡便、實(shí)用、高效，滿足AMT運(yùn)行過程中所需的實(shí)時坡度 信息，而且該方法沒有附加成本。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：
[0006] -種基于汽車動力學(xué)的動態(tài)坡度計算方法，包括
[0007] 通過采集CAN總線數(shù)據(jù)，實(shí)時計算出發(fā)動機(jī)輸出扭矩以及換檔前和換檔間隙時汽 車加速度；然后根據(jù)換檔前和換檔間隙的汽車驅(qū)動力與行駛阻力的變化的規(guī)律，基于換檔 前和換檔間隙的汽車驅(qū)動力與行駛阻力的平衡關(guān)系式結(jié)合發(fā)動機(jī)輸出扭矩以及換檔前和 換檔間隙時汽車加速度計算得到汽車質(zhì)量m和坡度i。
[0008] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，換檔前汽車驅(qū)動力與行駛阻力平衡關(guān)系式，如下式所 示：
[0010] 式中：Ttq表示發(fā)動機(jī)輸出扭矩，i 變速器速比，i。為主減速器速比，η τ表示傳 動系的機(jī)械效率，r為車輪半徑，G為汽汽車質(zhì)量力，f為道路阻力系數(shù)，i為坡道阻力系數(shù)， Cd為汽車空氣阻力系數(shù)，A為迎風(fēng)面積，1!3為汽車行駛速度（km/h)，δ為為旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系 數(shù)，m為汽車質(zhì)量，
為換檔前汽車加速度（m/s);
[0011] 由于換檔時間比較短，視為換檔前后行駛阻力沒有突變，而汽車驅(qū)動力在換檔間 隙由于動力中斷而降為〇,則換檔間隙汽車驅(qū)動力與行駛阻力平衡關(guān)系式，如下式所示：
[0013] 式中：
為換檔間隙時的汽車加速度；
[0014] 聯(lián)立公式⑴和公式⑵得
[0016] 由公式（3)得到汽車質(zhì)量m，再將汽車質(zhì)量m代入公式（1)或公式（2)式得坡度 i〇
[0017] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，發(fā)動機(jī)輸出扭矩Ttq的計算公式如下：
[0018] Ttq= (Pact-Pf) *Tref (4)
[0019] 式中：為發(fā)動機(jī)實(shí)際發(fā)出的扭矩百分比；
[0020] Pf為發(fā)動機(jī)名義摩擦扭矩百分比；
[0021] Iref為發(fā)動機(jī)參考扭矩。
[0022] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，換檔前和換檔間隙時汽車加速度根據(jù)CAN總線數(shù)據(jù)的 EBC2報文中的Front axle speed車速微分計算。
[0023] 相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0024] 本發(fā)明對換檔規(guī)律進(jìn)行詳細(xì)分析，根據(jù)汽車動力學(xué)中行駛阻力與驅(qū)動力的平衡關(guān) 系以及換檔前后驅(qū)動力與行駛阻力的變化，實(shí)時獲取CAN總線相關(guān)數(shù)據(jù)，來計算汽車質(zhì)量 和坡度。本發(fā)明計算簡單，實(shí)時性高，滿足汽車動態(tài)運(yùn)行過程中的需要，同時該計算結(jié)果可 大大提高汽車運(yùn)行安全性和舒適性。與傳統(tǒng)傳感器采集法相比，該方法無需額外加裝傳感 器設(shè)備，成本大大降低。另外，實(shí)時性提高，解決了傳感器動態(tài)精度低的問題。
【附圖說明】：
[0025] 圖1為換檔過程中信號監(jiān)測圖。
【具體實(shí)施方式】：
[0026] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0027] 本發(fā)明一種基于汽車動力學(xué)的動態(tài)坡度計算方法，包括通過采集CAN總線數(shù)據(jù)， 實(shí)時計算出發(fā)動機(jī)輸出扭矩以及換檔前和換檔間隙時汽車加速度；然后根據(jù)換檔前和換檔 間隙的汽車驅(qū)動力與行駛阻力的變化的規(guī)律，基于換檔前和換檔間隙的汽車驅(qū)動力與行駛 阻力的平衡關(guān)系式結(jié)合發(fā)動機(jī)輸出扭矩以及換檔前和換檔間隙時汽車加速度計算得到汽 車質(zhì)量 m和坡度i。
[0028] 其中，換檔前汽車驅(qū)動力與行駛阻力平衡關(guān)系式，如下式所示：
[0030] 式中：Ttq表示發(fā)動機(jī)輸出扭矩，i #變速器速比，i。為主減速器速比，η τ表示傳動 系的機(jī)械效率，r為車輪半徑，G為汽汽車質(zhì)量力，f為道路阻力系數(shù)，i為坡道阻力系數(shù)，Cd 為汽車空氣阻力系數(shù)，A為迎風(fēng)面積，1!3為汽車行駛速度（km/h)，δ為旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)， m為汽車質(zhì)量，
為換檔前汽車加速度（m/s)。
[0031] 如圖1所示，在每一個換檔過程中，車速均有一個小波峰。升檔前，汽車有一小段 加速運(yùn)動，換檔間隙動力中斷，汽車有一個減速運(yùn)動的過程，所以換檔前和換檔過程中車速 出現(xiàn)一個小波峰，前后加速度不同。汽車質(zhì)量和坡度的計算正是利用該規(guī)律。由于換檔時 間比較短，視為換檔前后行駛阻力沒有突變，而汽車驅(qū)動力在換檔間隙由于動力中斷而降 為〇,則換檔間隙汽車驅(qū)動力與行駛阻力平衡關(guān)系式，如下式所示：
[0033] 式中
-為換檔間隙時的汽車加速度；
[0034] 聯(lián)立公式⑴和公式⑵得
[0036] 由公式（3)得到汽車質(zhì)量m，再將汽車質(zhì)量m代入公式⑴或公式⑵式得坡度 i〇
[0037] 通過前述分析，汽車質(zhì)量和坡度計算，首先需要利用換檔前和換檔間隙時驅(qū)動力 與行駛阻力變化規(guī)律，簡化汽車動力學(xué)中汽車驅(qū)動力與行駛阻力平衡關(guān)系式，簡化結(jié)果如 公式（3)，式中換檔前后加速度和發(fā)動機(jī)輸出扭矩可通過CAN總線相關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)時獲取計算 得出，變速器速比i g、主減速器速比％、傳動系的機(jī)械效率ητ以及車輪半徑r根據(jù)汽車實(shí) 際狀況選取。相關(guān)參數(shù)獲取后，可通過公式（3)計算出汽車質(zhì)量m，再通過公式（1)或公式 (2)計算出坡度i。
[0038] 1)發(fā)動機(jī)輸出扭矩計算
[0039] CAN報文中與發(fā)動機(jī)扭矩相關(guān)的報文有EEC1、EEC3、EC1。如下表所示：
[0040] 表1發(fā)動機(jī)扭矩相關(guān)CAN報文 [0041 ]
[0042] 從表中可以看出，在發(fā)動機(jī)實(shí)際發(fā)出扭矩中排除發(fā)動機(jī)名義摩擦損失扭矩即為發(fā) 動機(jī)實(shí)際傳輸給傳動系的扭矩。報文EECl第3byte中，Actual engine percent torque 是發(fā)動機(jī)實(shí)際發(fā)出的扭矩百分比Pa(：t，EEC3報文第lbyte中，Nominal friction percent torque是發(fā)動機(jī)名義摩擦扭矩百分比Pf，ECl報文中Reference engine torque，是發(fā)動機(jī) 參考扭矩!。據(jù)此可知，發(fā)動機(jī)輸出扭矩Ttq的計算公式如下：
[0043] Ttq= (Pact-Pf)^Tref (4)
[0044] 2)汽車換檔前和換檔過程中加速度計算
[0045] 換檔前和換檔間隙時汽車加速度根據(jù)EBC2報文中的Front axle speed車速微分 計算。在CAN報文中有多組數(shù)據(jù)與車速相關(guān)，但是ABS傳感器采集到的車速信號更直接，精 度也更高。而且商用車多采用后輪驅(qū)動的方式，后輪更易打滑，車速信號相對不準(zhǔn)確。故該 方法采用EBC2報文中的前軸車速信號。
[0046] 加速度的計算難點(diǎn)在于換檔前和換擋過程的界定。在計算過程中加入離合器位移 信號，離合器由分離到接合的過程，可以認(rèn)為變速器在換檔，此期間，動力系統(tǒng)中斷，汽車滑 行，車速勻速下降。而離合器分離之前的一小段時間內(nèi)，汽車為升檔而加速運(yùn)行。據(jù)此可以 準(zhǔn)確界定波峰前后的車速，從而通過微分計算加速度。
[0047] 另外，為提高加速度的準(zhǔn)確性，本發(fā)明將車速信號預(yù)先進(jìn)行濾波處理。
[0048] 3)汽車質(zhì)量m和坡度i計算
[0049] 根據(jù)（3)式計算汽車質(zhì)量，式中的常用參數(shù)，、為換檔前變速器速比，i。為主減速 器速比，η τ表示傳動系的機(jī)械效率，r為車輪半徑，可根據(jù)汽車實(shí)際狀況選取。將前面計 算得到的發(fā)動機(jī)實(shí)際傳輸扭矩、換檔前和換檔過程的加速度值以及上述經(jīng)驗參數(shù)，代入式 (3)，即可得到汽車質(zhì)量。再將計算得到的汽車質(zhì)量m，代入公式（1)或公式（2)算出坡度 i〇
[0050] 本發(fā)明在汽車動力學(xué)中驅(qū)動力與行駛阻力的平衡關(guān)系基礎(chǔ)上，對變速器換檔過程 進(jìn)行詳細(xì)分析，巧妙利用換檔前和換檔間隙的驅(qū)動力與行駛阻力變化規(guī)律，提出了一種動 態(tài)坡度識別算法。該方法計算簡單，實(shí)時性高，無需額外加裝傳感器設(shè)備，為今后解決坡度 動態(tài)識別提供參考。
【主權(quán)項】
1. 一種基于汽車動力學(xué)的動態(tài)坡度計算方法，其特征在于，包括 通過采集CAN總線數(shù)據(jù)，實(shí)時計算出發(fā)動機(jī)輸出扭矩以及換檔前和換檔間隙時汽車加 速度；然后根據(jù)換檔前和換檔間隙的汽車驅(qū)動力與行駛阻力的變化的規(guī)律，基于換檔前和 換檔間隙的汽車驅(qū)動力與行駛阻力的平衡關(guān)系式結(jié)合發(fā)動機(jī)輸出扭矩以及換檔前和換檔 間隙時汽車加速度計算得到汽車質(zhì)量m和坡度i。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于汽車動力學(xué)的動態(tài)坡度計算方法，其特征在于，換 檔前汽車驅(qū)動力與行駛阻力平衡關(guān)系式，如下式所示：式中：Ttq表示發(fā)動機(jī)輸出扭矩，i 變速器速比，i。為主減速器速比，nT表示傳動系 的機(jī)械效率，r為車輪半徑，G為汽汽車質(zhì)量力，f?為道路阻力系數(shù)，i為坡道阻力系數(shù)，CdS汽車空氣阻力系數(shù)，A為迎風(fēng)面積，113為汽車行駛速度（km/h)，S為旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)，m由于換檔時間比較短，視為換檔前后行駛阻力沒有突變，而汽車驅(qū)動力在換檔間隙由 于動力中斷而降為〇,則換檔間隙汽車驅(qū)動力與行駛阻力平衡關(guān)系式，如下式所示：由公式⑶得到汽車質(zhì)量m，再將汽車質(zhì)量m代入公式⑴或公式⑵式得坡度i。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于汽車動力學(xué)的動態(tài)坡度計算方法，其特征在于， 發(fā)動機(jī)輸出扭矩Ttq的計算公式如下： Ttq= (Pact-Pf) *Tref (4) 式中：Part為發(fā)動機(jī)實(shí)際發(fā)出的扭矩百分比； Pf為發(fā)動機(jī)名義摩擦扭矩百分比； Iref為發(fā)動機(jī)參考扭矩。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于汽車動力學(xué)的動態(tài)坡度計算方法，其特征在于， 換檔前和換檔間隙時汽車加速度根據(jù)CAN總線數(shù)據(jù)的EBC2報文中的Frontaxlespeed車 速微分計算。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于汽車動力學(xué)的動態(tài)坡度計算方法，通過采集CAN總線數(shù)據(jù)，實(shí)時計算出發(fā)動機(jī)輸出扭矩以及換檔前和換檔間隙時汽車加速度；然后根據(jù)換檔前和換檔間隙的汽車驅(qū)動力與行駛阻力的變化的規(guī)律，基于換檔前和換檔間隙的汽車驅(qū)動力與行駛阻力的平衡關(guān)系式結(jié)合發(fā)動機(jī)輸出扭矩以及換檔前和換檔間隙時汽車加速度計算得到汽車質(zhì)量m和坡度i。本發(fā)明計算簡單，實(shí)時性高，滿足汽車動態(tài)運(yùn)行過程中的需要，同時該計算結(jié)果可大大提高汽車運(yùn)行安全性和舒適性。與傳統(tǒng)傳感器采集法相比，該方法無需額外加裝傳感器設(shè)備，成本大大降低。另外，實(shí)時性提高，解決了傳感器動態(tài)精度低的問題。
【IPC分類】G06F19/00
【公開號】CN105046050
【申請?zhí)枴緾N201510341316
【發(fā)明人】范珊珊, 聶幸福, 孫文軍
【申請人】陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年6月18日