本发明公开了基于纵向动力学的坡道及车辆载荷识别方法。步骤:1.换档控制单元获取实时发动机扭矩及实时车速信息;2.换档控制单元对获取的实时发动机扭矩与实时车速信息做有效性判断;3.换档控制单元用有效实时发动机扭矩与有效车速值更新上一时刻有效扭矩与有效车速;4.换档控制单元对发动机扭矩做低通滤波处理;5.换档控制单元利用滤波后发动机扭矩计算车辆平路行驶加速度;6.换档控制单元对实时车速做微分计算得到车辆实际行驶加速度;7.换档控制单元对车辆实际行驶加速度进行低通滤波处理;8.换档控制单元算出道路坡度及车辆载荷值;9.换档控制单元用当前车辆平路行驶加速度与当前车辆实际行驶加速度更新上一时刻相应信息。
1.一种基于纵向动力学的坡道及车辆载荷识别方法,其特征在于,所述的基于纵向动力学的坡道及车辆载荷识别方法步骤如下:1)换档控制单元通过CAN设备驱动模块与CAN信息处理模块处理和发动机控制单元与ABS控制单元之间CAN数据帧,获取实时发动机扭矩及实时车速信息;2)换档控制单元对获取的实时发动机扭矩信息做有效性判断:若发动机扭矩信息无效,舍弃无效扭矩,使用上一时刻有效扭矩,若发动机扭矩信息有效则转入下一步骤;同时,换档控制单元对获取的实时车速信息做有效性判断:如车速信息无效,舍弃无效车速,使用上一时刻有效车速,若车速信息有效则转入下一步骤;3)换档控制单元用有效实时发动机扭矩更新上一时刻有效扭矩,同时,换档控制单元用有效车速值更新上一时刻有效车速;4)换档控制单元通过发动机扭矩滤波模块对发动机扭矩做低通滤波处理,其算法如下:T_n=C_torqueT_sample+(1-C_torque)T_n-1其中:T_sample
.本次发动机扭矩采样值,T_n-1
.上次发动机扭矩滤波输出值,C_torque.发动机扭矩滤波系数,T_n
.本次发动机扭矩滤波输出值;5)换档控制单元通过车辆平路行驶加速度计算模块,利用滤波后发动机扭矩计算车辆平路行驶加速度:ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>其中:T_tq
.滤波后发动机扭矩(N·m),i_g
.变速器传动比,i₀
.主减速器传动比,n_T
.传动系机械效率,r.轮胎滚动半径(m),g.重力加速度(m/s²),ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="369"/>滚动阻力系数,C_D
.空气阻力系数,A.迎风面积(m²),v.车速(km/h),δ.汽车旋转质量换算系数,m.车辆空载质量(kg),a_平
.是车辆平路行驶加速度(m/s²);6)换档控制单元通过车辆实际行驶加速度计算模块,对实时车速做微分计算,得到车辆实际行驶加速度;7)换档控制单元通过车辆实际行驶加速度滤波模块对车辆实际行驶加速度进行低通滤波处理,低通滤波处理算法如下:a_n=C_acca_sample+(1-C_acc)a_n-1其中:a_sample
.本次车辆实际行驶加速度采样值,a_n-1
.上次车辆实际行驶加速度滤波输出值,C_acc
.车辆实际行驶加速度滤波系数,a_n
.本次车辆实际行驶加速度滤波输出值;8)换档控制单元通过坡道及车辆载荷计算模块,利用当前车辆平路行驶加速度、当前车辆实际行驶加速度、上一时刻车辆平路行驶加速度及上一时刻车辆实际行驶加速度计算出道路坡度及车辆载荷值:ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>其中:i.道路坡度值,g.重力加速度(m/s²),δ.汽车旋转质量换算系数,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="380"/>滚动阻力系数,v.车辆当前车速(km/h),Δm.车辆载荷(kg),m.车辆空载质量(kg)与步骤5)中m相同,al_平、al_实
.是当前车辆平路行驶加速度、当前车辆实际行驶加速度(m/s²),a0_平、a0_实
.是上一时刻车辆平路行驶加速度、上一时刻车辆实际行驶加速度(m/s²);9)换档控制单元用当前车辆平路行驶加速度与当前车辆实际行驶加速度更新上一时刻车辆平路行驶加速度与上一时刻车辆实际行驶加速度。技术领域
本发明涉及一种坡道及车辆载荷识别方法,更具体地说,本发明涉及一种可提高车辆自动变速系统对于坡道及车辆载荷变化适应性的基于纵向动力学的坡道及车辆载荷识别方法。
背景技术
通常情况下车辆自动变速系统换档策略是以车速和油门开度作为控制参数,在水平良好路面,具有令人满意的性能,但在行驶工况比较复杂情况下,这种换档策略会产生换档问题,如换档循环,意外换档等。究其原因是自动变速系统没有理解车辆自身及其所处环境信息。因此自动变速系统迫切需要一种对坡道以及车辆载荷进行识别的方法,以此来增加自动变速系统的舒适性、可靠性、安全性。坡道识别方法有多种:有基于加速度区间判断的坡道识别方法,这种方法理论上可行,但实际应用起来需要标定大量数据;也有利用加速度传感器测得的加速度信号和车辆实际加速度来计算道路坡度的识别方法,该方法需要额外装配加速度传感器,无疑增加了车辆的成本。本发明鉴于上述问题而提出精确识别道路坡度及车辆载荷,使车辆自动变速系统对于坡道及车辆载荷变化具有一定适应性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的问题,提供了一种可提高车辆自动变速系统对于坡道及车辆载荷变化适应性的基于纵向动力学的坡道及车辆载荷识别方法。为解决上述技术问题,本发明是采用如下技术方案实现的:所述的基于纵向动力学的坡道及车辆载荷识别方法步骤如下:1.换档控制单元通过CAN设备驱动模块与CAN信息处理模块处理和发动机控制单元与ABS控制单元之间CAN数据帧,获取实时发动机扭矩及实时车速信息。2.换档控制单元对获取的实时发动机扭矩信息做有效性判断:若发动机扭矩信息无效,舍弃无效扭矩,使用上一时刻有效扭矩,若发动机扭矩信息有效则转入下一步骤。同时,换档控制单元对获取的实时车速信息做有效性判断:如车速信息无效,舍弃无效车速,使用上一时刻有效车速,若车速信息有效则转入下一步骤。3.换档控制单元用有效实时发动机扭矩更新上一时刻有效扭矩,同时,换档控制单元用有效车速值更新上一时刻有效车速。4.换档控制单元通过发动机扭矩滤波模块对发动机扭矩做低通滤波处理,其算法如下:T_n=C_torqueT_sample+(1-C_torque)T_n-1其中:T_sample.本次发动机扭矩采样值,T_n-1.上次发动机扭矩滤波输出值,C_torque.发动机扭矩滤波系数,T_n.本次发动机扭矩滤波输出值。5.换档控制单元通过车辆平路行驶加速度计算模块,利用滤波后发动机扭矩计算车辆平路行驶加速度:ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>其中:T_tq.滤波后发动机扭矩(N·m),i_g.变速器传动比,i₀.主减速器传动比,n_T.传动系机械效率,r.轮胎滚动半径(m),g.重力加速度(m/s²),ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="379"/>滚动阻力系数,C_D.空气阻力系数,A.迎风面积(m²),v.车速(km/h),δ.汽车旋转质量换算系数,m.车辆空载质量(kg),a_平.是车辆平路行驶加速度(m/s²)。6.换档控制单元通过车辆实际行驶加速度计算模块,对实时车速做微分计算,得到车辆实际行驶加速度。7.换档控制单元通过车辆实际行驶加速度滤波模块对车辆实际行驶加速度进行低通滤波处理,低通滤波处理算法如下:a_n=C_acca_sample+(1-C_acc)a_n-1,其中:a_asmple.本次车辆实际行驶加速度采样值,a_n-1.上次车辆实际行驶加速度滤波输出值,C_acc.车辆实际行驶加速度滤波系数,a_n.本次车辆实际行驶加速度滤波输出值。8.换档控制单元通过坡道及车辆载荷计算模块,利用当前车辆平路行驶加速度、当前车辆实际行驶加速度、上一时刻车辆平路行驶加速度及上一时刻车辆实际行驶加速度计算出道路坡度及车辆载荷值:ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>其中i.道路坡度值,g.重力加速度(m/s²),δ.汽车旋转质量换算系数,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="366"/>滚动阻力系数,v.车辆当前车速(km/h),Δm.车辆载荷(kg),m.车辆空载质量(kg)与步骤5中m相同,al_平、al_实.是当前车辆平路行驶加速度、当前车辆实际行驶加速度(m/s²),aO_平、a0_实.是上一时刻车辆平路行驶加速度、上一时刻车辆实际行驶加速度(m/s²)。9.换档控制单元用当前车辆平路行驶加速度与当前车辆实际行驶加速度更新上一时刻车辆平路行驶加速度与上一时刻车辆实际行驶加速度。与现有技术相比本发明的有益效果是:1.本发明所述的基于纵向动力学的坡道及车辆载荷识别方法无需增加额外传感器,具有低成本、简单与实用的特点。2.本发明所述的基于纵向动力学的坡道及车辆载荷识别方法简便、高效可以对坡道及车辆载荷进行精确辨识。3.本发明所述的基于纵向动力学的坡道及车辆载荷识别方法具有通用性和可移植性,该方法可应用于其它各类型自动变速系统中。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明:图1是本发明所述的基于纵向动力学的坡道及车辆载荷识别方法的功能模块构架的示意框图;图2是本发明所述的基于纵向动力学的坡道及车辆载荷识别方法的功能流程框图。图3是本发明所述的基于纵向动力学的坡道及车辆载荷识别方法中的低通滤波处理步骤的流程框图。图4是采用本发明所述的基于纵向动力学的坡道及车辆载荷识别方法仿真实验结果曲线。图5是采用本发明所述的基于纵向动力学的坡道及车辆载荷识别方法实车试验结果曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细的描述:参阅图1,图中是实施本发明所述的基于纵向动力学的坡道及车辆载荷识别方法的计算机程序的功能模块构架的示意框图,实施本发明所述的基于纵向动力学的坡道及车辆载荷识别方法的计算机程序安装与运行于TCU(换档控制单元)中。实施本发明所述的基于纵向动力学的坡道及车辆载荷识别方法的计算机程序的功能模块构架由CAN设备驱动模块、CAN信息处理模块、发动机扭矩滤波模块、车辆实际行驶加速度计算模块、车辆实际行驶加速度滤波模块、车辆平路行驶加速度计算模块、坡道及车辆载荷计算模块组成。在TCU中,相应功能模块程序由TCU任务调度程序调度运行。其中CAN设备驱动模块与CAN信息处理模块在1ms周期任务中被调用;发动机扭矩滤波模块、车辆平路行驶加速计算模块、车辆实际行驶加速度滤波模块在10ms周期任务中被调用;坡道及车辆载荷计算模块、车辆实际行驶加速度计算模块在100ms周期任务中被调用。换档控制单元通过TCU任务调度程序在1ms周期任务中调用CAN设备驱动模块与CAN信息处理模块处理和发动机控制单元、ABS控制单元之间的CAN数据帧,获取实时发动机扭矩及实时车速信息。TCU任务调度程序在10ms周期任务中调用发动机扭矩滤波模块对发动机扭矩做低通滤波处理;车辆平路行驶加速度计算模块利用滤波后发动机扭矩计算车辆平路行驶加速度;车辆实际行驶加速度滤波模块对车辆实际行驶加速度进行低通滤波处理。TCU任务调度程序在100ms周期任务中调用车辆实际行驶加速度模块对实时车速做微分计算得到车辆实际行驶加速度;坡道及车辆载荷计算模块利用当前车辆平路行驶加速度、当前车辆实际行驶加速度及上一时刻车辆平路行驶加速度、上一时刻车辆实际行驶加速度最终计算出道路坡度及车辆载荷精确值。参阅图2,图中是基于纵向动力学的坡道及车辆载荷识别方法的流程框图,该方法包括以下步骤:1.换档控制单元(TCU)通过TCU任务调度程序在1ms周期任务中调用CAN设备驱动模块与CAN信息处理模块处理和发动机控制单元、ABS控制单元之间CAN数据帧,获取实时发动机扭矩及实时车速信息。2.换档控制单元(TCU)依据CAN通信协议定义的发动机扭矩信息有效区间、对获取的实时发动机扭矩信息做有效性判断:若发动机扭矩信息无效,舍弃无效扭矩,使用上一时刻有效扭矩。若发动机扭矩信息有效,则转入下一步骤。同时,换档控制单元(TCU)依据CAN通信协议定义的车速信息有效区间对获取的实时车速信息做有效性判断:如车速信息无效,舍弃无效车速,使用上一时刻有效车速。若车速信息有效,则转入下一步骤。3.换档控制单元(TCU)用有效实时发动机扭矩值更新上一时刻有效扭矩。同时,换档控制单元(TCU)用有效车速值更新上一时刻有效车速。4.换档控制单元(TCU)通过TCU任务调度程序在10ms周期任务中调用发动机扭矩滤波模块对发动机扭矩做低通滤波处理。采用数字低通滤波方法,其算法如下所示:T_n=C_torqueT_sample+(1-C_torque)T_n-1其中:T_sample.本次发动机扭矩采样值,T_n-1.上次发动机扭矩滤波输出值,C_torque.发动机扭矩滤波系数,T_n.本次发动机扭矩滤波输出值。5.换档控制单元(TCU)通过TCU任务调度程序在10ms周期任务中调用车辆平路行驶加速度计算模块,利用滤波后发动机扭矩计算车辆平路行驶加速度。计算公式如下所示:ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>其中:T_tq.滤波后发动机扭矩(N·m),i_g.变速器传动比,i₀.主减速器传动比,n_T.传动系机械效率,r.轮胎滚动半径(m),g.重力加速度(m/s²),ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="369"/>滚动阻力系数,C_D.空气阻力系数,A.迎风面积(m²),v.车速(km/h),δ.汽车旋转质量换算系数,m.车辆空载质量(kg),a_平.是车辆平路行驶加速度(m/s²)。6.换档控制单元(TCU)通过TCU任务调度程序在100ms周期任务中调用车辆实际行驶加速度计算模块,对实时车速做微分计算,得到车辆实际行驶加速度。微分计算时间间隔可取范围为50ms-500ms,具体时间间隔应依据换档控制单元(TCU)采集的实时车速精度而定,本实施例中微分计算时间间隔取为100ms。7.换档控制单元(TCU)通过TCU任务调度程序在10ms周期任务中调用车辆实际行驶加速度滤波模块对车辆实际行驶加速度进行低通滤波处理,低通滤波处理算法如下所示:a_n=C_acca_sample+(1-C_acc)a_n-1其中:a_sample.本次车辆实际行驶加速度采样值,a_n-1.上次车辆实际行驶加速度滤波输出值C_acc.车辆实际行驶加速度滤波系数,a_n.本次车辆实际行驶加速度滤波输出值。8.换档控制单元(TCU)通过TCU任务调度程序在100ms周期任务中调用坡道及车辆载荷计算模块,利用当前车辆平路行驶加速度、当前车辆实际行驶加速度及上一时刻车辆平路行驶加速度、上一时刻车辆实际行驶加速度最终计算出道路坡度及车辆载荷精确值。所用纵向动力学推导式如下所示:ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>其中i.道路坡度值,g.重力加速度(m/s²),δ.汽车旋转质量换算系数,ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="362"/>滚动阻力系数,v.车辆当前车速(km/h),Δm.车辆载荷(kg),m.车辆空载质量(kg)与步骤5中m相同,al_平、al_实.分别是当前车辆平路行驶加速度、当前车辆实际行驶加速度(m/s²)。a0_平、a0_实.分别是上一时刻车辆平路行驶加速度、上一时刻车辆实际行驶加速度(m/s²)。9.换档控制单元(TCU)用当前车辆平路行驶加速度与当前车辆实际行驶加速度更新上一时刻车辆平路行驶加速度与上一时刻车辆实际行驶加速度。参阅图3,图中是本发明所述的基于纵向动力学的坡道及车辆载荷识别方法中低通滤波处理步骤的流程框图。在本实施例中车辆实际行驶加速度滤波模块与发动机扭矩滤波模块均使用了该滤波算法。尽管采用相同滤波算法,但两滤波模块的滤波系数a不尽相同,滤波系数a的选取要依据实验标定。该算法包括以下步骤:1.相应滤波模块获取本次采样值X_n。2.相应滤波模块计算滤波系数a与本次采样值X_n乘积。3.相应滤波模块计算(1-a)与上次滤波输出值Y_n-1乘积。4.相应滤波模块计算本次滤波输出值Y_n。5.相应滤波模块将上次滤波输出值Y_n-1更新为本次滤波输出值Y_n。仿真及试验分析参阅图4与图5,针对本发明所述基于纵向动力学的坡道及车辆载荷识别方法,利用MATLAB/SIMUlink建立了机械式自动变速车辆的整车动力学模型,并在该模型上进行了基于纵向动力学的坡道及车辆载荷识别算法验证。动力学模型模拟了一定工况下车辆行驶状况,并通过本发明所述方法识别道路坡度及车辆载荷。具体工况为:节气门开度值保持在50%,道路坡度值为8%,整车质量为1300kg,其中载荷为100kg,整车空载质量为1200kg。动力学仿真模型验证结果曲线如图4,车辆在6s到7s之间经历1~2升档过程,该时刻计算的车辆平路行驶加速度和车辆实际行驶加速度值产生了一定幅度波动,对道路坡度和车辆载荷识别产生影响,因此换档过程中不应再对道路坡度和车辆载荷进行识别。从图中可见,在1档、2档范围内,车辆平路行驶加速度和车辆实际行驶加速度值始终保持差别。本发明所述基于纵向动力学的坡道及车辆载荷识别方法精确识别出道路坡度值0.08以及车辆载荷值100kg。在动力学模型仿真验证本发明所述基于纵向动力学的坡道及车辆载荷识别方法的基础上,进行实车道路试验,进一步验证基于纵向动力学的坡道及车辆载荷识别方法的实时辨识效果,试验车辆装配5档AMT变速器,车辆空载质量为1125kg,试验中车内乘坐驾驶员一人,并于车内安放上位机监控设备,驾驶员和监控设备总质量为75kg,上位机监控软件使用VECTORxa0CANAPE6.5。试验道路为一长度为120m,包括上坡路段50m、平路路段20m、下坡路段50m的桥,其中坡道坡度角为5°左右(坡度值约为0.1)。道路试验结果曲线如图5,该识别曲线较精确地反应了试验道路坡度及试验车辆载荷情况。动力学模型仿真及实车道路试验结果验证了本发明所述基于纵向动力学的坡道及车辆载荷识别方法切实可行。此外,本发明并不仅限于上述公开实施例,涵盖所附权利要求精神和范围内所包括的各种变型和等同方案。