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基于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩信號(hào)的離合狀態(tài)識(shí)別研究

2019-06-09 20:39:28·  來(lái)源：EDC電驅(qū)未來(lái)  作者：劉長(zhǎng)運(yùn)  
　
目前國(guó)內(nèi)手動(dòng)擋(Manual Transmission，MT)配置車(chē)型仍占據(jù)較大的市場(chǎng)，特別是各車(chē)型的中低配置，其中也有配置EPB的車(chē)型。對(duì)應(yīng)這部分車(chē)型EPB的自動(dòng)駛離功能，需要
目前國(guó)內(nèi)手動(dòng)擋(Manual Transmission，MT)配置車(chē)型仍占據(jù)較大的市場(chǎng)，特別是各車(chē)型的中低配置，其中也有配置EPB的車(chē)型。對(duì)應(yīng)這部分車(chē)型EPB的自動(dòng)駛離功能，需要判斷駕駛員離合踏板操作，目前的做法有：(1)采用單獨(dú)的離合行程傳感器；(2)采用高低位離合開(kāi)關(guān)；(3)不依賴(lài)實(shí)際的離合踏板物理信號(hào)。其中：?jiǎn)为?dú)的離合行程傳感器成本較高，目前的趨勢(shì)是逐步取消；采用高低位離合開(kāi)關(guān)對(duì)部分車(chē)型也需要增加一定成本，且無(wú)法準(zhǔn)確識(shí)別離合是否結(jié)合。本文作者針對(duì)無(wú)任何離合踏板物理信號(hào)的情況，采用發(fā)動(dòng)機(jī)輸出參數(shù)對(duì)離合踏板狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別，從而在不增加車(chē)輛生產(chǎn)成本的前提下，實(shí)現(xiàn)MT車(chē)型EPB系統(tǒng)可靠的自動(dòng)駛離功能。
 
1 離合識(shí)別策略
1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩輸出
EPB在執(zhí)行自動(dòng)駛離功能時(shí)，需要獲取發(fā)動(dòng)機(jī)工作數(shù)據(jù)，目前發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)EMS(Engine Management System)都具備CAN總線功能。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，EMS會(huì)在總線上發(fā)出如表1所示信號(hào)。
對(duì)于自動(dòng)擋車(chē)型，非空/P擋位下，踩下加速踏板后，TqEng減去TqEng_Loss的部分，近似等于驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的輪邊扭矩，直接用于坡道起步邏輯判斷即可。但對(duì)于MT車(chē)型，則需要額外考慮離合器是否充分結(jié)合。原因是在離合器未充分結(jié)合時(shí)釋放EPB駐車(chē)制動(dòng)力就可能引起車(chē)輛溜車(chē)，從而發(fā)生危險(xiǎn)。
表1 EMS發(fā)出的CAN總線數(shù)據(jù)表
1.2 識(shí)別方法
非空擋狀態(tài)下，當(dāng)踩下油門(mén)后，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩是否傳遞到驅(qū)動(dòng)輪上，取決于離合器是否處于結(jié)合狀態(tài)，而發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩未傳遞到驅(qū)動(dòng)輪上時(shí)，扭矩會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速快速上升到較高值。因此EPB控制軟件可以從表1列出的信號(hào)來(lái)間接計(jì)算離合踏板狀態(tài)的。
文中采用的識(shí)別策略是直接估算傳遞到輪邊的有效輸出扭矩，并且：
TqWheel>TqWheel_min 離合踏板結(jié)合
否則離合踏板未結(jié)合
(1)
當(dāng)輪邊輸出扭矩>最小輸出扭矩時(shí)，識(shí)別為離合踏板結(jié)合，其中最小輸出扭矩TqWheel_min根據(jù)EPB自動(dòng)駛離功能平順性要求和輪邊輸出扭矩計(jì)算誤差在實(shí)車(chē)匹配階段定義，文中為5 N·m，而輪邊輸出扭矩TqWheel則是將發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)前扭矩(燃燒扭矩)除掉各種損失扭矩，計(jì)算策略如下：
TqWheel=(TqEng-TqJ_Sys-Tqfriction-TqLoss)i
(2)
式中：i為變速箱和主減速器的減速比；TqJ_Sys為慣性環(huán)節(jié)損失的扭矩；Tqfriction為摩擦阻力損失的扭矩，其中：
TqJ_Sys=JSys·βEng
(3)
式中：JSys為系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，包括發(fā)動(dòng)機(jī)、飛輪、離合器等系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；βEng為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速加速度，該值由rEng差分計(jì)算而得到，即：
(4)
式中：k為換算系數(shù)；ΔT為計(jì)算周期；rEng_0為ΔT前的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。
摩擦損失的扭矩為T(mén)qfriction，文中考慮滑動(dòng)摩擦阻力和黏性摩擦阻力，并用下式擬合計(jì)算：
Tqfriction=Tq0+kq·rEng
(5)
式中：Tq0、kq為扭矩?fù)p失擬合系數(shù)。有些車(chē)型的發(fā)動(dòng)機(jī)EMS，會(huì)將Tqfriction也作為扭矩?fù)p失的一部分發(fā)送到整車(chē)CAN總線上，則不需要進(jìn)行該項(xiàng)扭矩的計(jì)算。
式(2)中的TqLoss主要包括泵氣損失扭矩、附件扭矩，而其中附件扭矩又包括空調(diào)壓縮機(jī)負(fù)載、發(fā)電機(jī)負(fù)載、液壓助力負(fù)載；TqLoss需要根據(jù)不同車(chē)型情況進(jìn)行計(jì)算，有的車(chē)型發(fā)送在CAN總線上的數(shù)據(jù)TqEng_Loss已經(jīng)是計(jì)算好的扭矩?fù)p失，即TqLoss=TqEng_Loss，此時(shí)可以直接使用總線上的扭矩?fù)p失數(shù)據(jù)。
2 結(jié)果驗(yàn)證
2.1 實(shí)車(chē)數(shù)據(jù)
某車(chē)型的實(shí)車(chē)相應(yīng)參數(shù)數(shù)據(jù)如表2所示。
表2 某車(chē)型實(shí)車(chē)參數(shù)表
2.2 計(jì)算和分析結(jié)果
圖1為某車(chē)型實(shí)車(chē)所測(cè)試離合器踩到底時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出數(shù)據(jù)曲線，圖中自上而下分別對(duì)應(yīng)：psnAccPdl、rEng、TqEng、TqEng_Loss。
圖1 離合器踩到底時(shí)的實(shí)車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出曲線
可以看出，加速踏板踩下且扭矩輸出后，rEng信號(hào)上升需要等待一定時(shí)間，同時(shí)考慮通過(guò)差分計(jì)算βEng引起的延時(shí)，需要將加速踏板位置變化后的TqWheel計(jì)算延遲一定時(shí)間以防止加速踏板位置變化后開(kāi)始這段時(shí)間內(nèi)計(jì)算值偏大。文中延遲時(shí)間設(shè)置為0.25 s，踩下加速踏板時(shí)間內(nèi)，不更新離合踏板狀態(tài)。
在離合未結(jié)合時(shí)，需要保證EPB不會(huì)因?yàn)椴燃铀偬ぐ遄詣?dòng)釋放，這種工況下的實(shí)車(chē)測(cè)試數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果如圖2所示。
圖2 離合器未結(jié)合油門(mén)持續(xù)踩下時(shí)的曲線
圖2中，Clutch_Cal為計(jì)算得到的離合信號(hào)，信號(hào)為1時(shí)表示離合踩到底，即未結(jié)合狀態(tài)，Clutch_Real為實(shí)際的離合低位開(kāi)關(guān)信號(hào)(離合松開(kāi)但未結(jié)合或剛開(kāi)始結(jié)合時(shí)觸發(fā)該開(kāi)關(guān))?？梢钥闯?，在離合未結(jié)合的情況下，油門(mén)持續(xù)踩下時(shí)，計(jì)算的Clutch_Cal一直為1，EPB 可以識(shí)別出當(dāng)前駕駛員離合踏板未結(jié)合，從而不執(zhí)行自動(dòng)釋放功能。說(shuō)明該方法具備很好的可靠性，能夠保證在離合結(jié)合后才執(zhí)行自動(dòng)釋放，有效避免了EPB自動(dòng)釋放功能的誤觸發(fā)。
松開(kāi)離合起步時(shí)的操作，考慮緩慢踩油門(mén)同時(shí)松離合、踩油門(mén)后緩慢松開(kāi)離合、快速踩油門(mén)同時(shí)松離合幾種常見(jiàn)情況，這些工況下的實(shí)車(chē)測(cè)試數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果分別如圖3—圖5所示。
測(cè)試場(chǎng)景包括：緩慢踩油門(mén)同時(shí)松離合起步(圖3)、踩油門(mén)后緩慢松開(kāi)離合起步(圖4)、快速踩油門(mén)同時(shí)松離合起步(圖5)?？梢钥闯?，在松開(kāi)離合到結(jié)合點(diǎn)正常踩油釋放時(shí)，計(jì)算的離合信號(hào)可以反映出實(shí)際的駕駛員操作情況，EPB 可以識(shí)別出當(dāng)前駕駛員離合踏板已經(jīng)結(jié)合，從而正常執(zhí)行自動(dòng)釋放功能。實(shí)際車(chē)輛起步過(guò)程中，為了保證起步過(guò)程的平順性，需要控制離合識(shí)別的最大時(shí)間。從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，各種情況下離合識(shí)別的時(shí)間可以控制在0.3 s內(nèi)，可以滿足EPB起步自動(dòng)釋放的性能要求。
圖3 緩慢踩油門(mén)同時(shí)松離合起步時(shí)的曲線
圖4 踩油門(mén)后緩慢松開(kāi)離合起步時(shí)的曲線
圖5 快速踩油門(mén)同時(shí)松離合起步時(shí)的曲線
3 結(jié)論
采用發(fā)動(dòng)機(jī)輸出參數(shù)對(duì)離合踏板狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別，可以在不依賴(lài)實(shí)際的離合踏板物理信號(hào)前提下，通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩輸出的流向分析，獲得用于驅(qū)動(dòng)車(chē)輛行駛的部分，進(jìn)而識(shí)別出駕駛員是否松開(kāi)離合踏板。該實(shí)現(xiàn)方法已在多個(gè)車(chē)型中實(shí)施，識(shí)別時(shí)間及其準(zhǔn)確性可以滿足EPB產(chǎn)品的設(shè)計(jì)需求，在離合未松開(kāi)時(shí)不存在誤釋放現(xiàn)象，在正常起步時(shí)可以及時(shí)識(shí)別并觸發(fā)自動(dòng)釋放。
 
 
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