基于加速度的混合动力城市客车加速踏板解析算法_郭俊

Ｔｈｉｓ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｄｒｉｖｅｒｓ＇ ｉｎｔｅｎｓｉｏｎｓ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｖｅ ｐｅｄａｌ ｂｅｔｔｅｒ． Ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
ｈａｓ ａ ｇｏｏｄ ｅｆｆｅｃｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ａｃｃｅｌ ｐｅｄａｌ；ｄｒｉｖｅｒｓ＇ ｉｎｔｅｎｓｉｏｎ；ｈｙｂｒｉｄ ｃｉｔｙ ｂｕｓ
总的来说，驾驶员加速踏板开度 β 从某种意义上 来讲，是当前车速下最高加速度的一个表征量。如果说 当前车速下，驾驶员踩满踏板，得到是当前最大加速度 aｍａｘ 的话，则踏板开度为 β 时所期望获得的最大加速度 aβ＝aｍａ·ｘ β。
而驾驶员踏板开度变化率并非如驾驶员踏板开度 一样具有类似线性的关系，它更多的是驾驶员操作经验 的体现。实际上，根据长期数据统计，可以得到这样的结 论：急踏加速踏板既不利于汽车速度的很快提高，也不利 于节油，同时还存在安全隐患，对乘客的舒适度有一定影 响［５］。与传统汽车不同，混合动力城市客车的加速踏板并 不与汽车发动机节气门或油门直接关联，它是先以电信 号送到整车控制器，通过整车控制算法解析后再到传动 系，也就是说，实际上混合动力城市客车的加速踏板与传 动力矩是解耦的。这样，就可以在整车控制中对不良的驾 驶操作习惯进行部分修正，在踏板解析时，尽量减少驾驶 员踏板开度的剧烈变化。因为在混合动力城市客车整车 控制算法中，如果驾驶员踏板变化很快，尽管踏板并不与 发动机油门直接关联，但需求功率的强烈变化，还是对发 动机有影响的。实际上，驾驶员对踏板操作的变化是一个 经验值，可以为驾驶员踏板变化建立一个经验模型：将驾 驶员踏板开度分段，在不同开度区间，当踏板开度变化为 △β 时，可以将驾驶员所期望踏板变化引起的转矩变化 曲线率设为 λ（i i=β∈［０，１］），λi 依据经验数据设定［６］。为了 使混合动力城市客车与传统客车操控感觉一致，它通过 统计传统客车油门踏板数据分析获得，其曲线见图 １。这 样，驾驶员期望加速度 ad＝aｍａ·ｘ β·λ（i i=β∈［０，１］）。
１ 混合动力城市客车动力学分析
由汽车理论［２］可知，汽车驱动力 Ft=Tｔｑigi０ηT／r。 式中：r 为车轮半径；Tｔｑ 为驱动系统输出的驱动转矩；ig 为变速器的速比；i０ 为主减速器传动比；ηT 表示传动系 的机械效率。
上式中的 Tｔｑ 正是我们从驾驶员踏板动作解析中获
得的要给驱动系统的目标转矩。对于混合动力城市客 车，该转矩由发动机或电机提供，或是它们两者之和。在 混合动力城市客车踏板解析模块中，解析算法的核心目 的就是从驾驶员的踏板动作、踏板开度中，分析出驾驶 员意图，算出驾驶员想要的加速度，从而由发动机或电 机提供相应的驱动转矩。
Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｏｆ Ｈｙｂｒｉｄ Ｃｉｔｙ Ｂｕｓ Ａｃｃｅｌ Ｐｅｄａｌ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ
Ｇｕｏ Ｊｕｎ １， Ｗａｎｇ Ｊｕｎｈｕａ１， Ｗａｎｇ Ｗｅｉ２， Ｗａｎｇ Ｗｅｎｍｉｎｇ２ （１． Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．， Ｌｔｄ， Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ， Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０６４０， Ｃｈｉｎａ；
实际上，当驾驶员加速踏板开度为零，即驾驶员不
踩加速踏板时，其期望加速度应该是小于或等于零的。
这时，驾驶员或是利用地面阻力溜车减速或是踩制动踏
板加制动力减速，那么，当踏板开度为零时，上式中对应
克服风阻和滚阻的驱动力力矩也应该为 ０。这样通过
位置为零时的助力矩，根据上式很容易建立起解析算法
如前所述，在清楚驾驶员的期望加速特性情况下，可 解析出所需求的驾驶员期望传动力矩 Tｔｑ，整车控制器依 据整车控制算法对驾驶员期望传动力矩 Tｔｑ 进行计算之 后，再计算出传动系统期望力矩 Tｓｙｓ，并将其发给发动机 控制器和电机控制器，就能获得相应的实际传动力矩 Tｐｏｗ。
在这一控制算法中，如何从驾驶员踏板动作中获得驾 驶员所期望的加速特性非常关键。实际上驾驶员任何对加 速踏板的动作都是为了通过加速获得不同速度。因此，加 速特性实际上是车辆控制的一个关键点，在驾驶员踏板解 析算法中也是一样。本算法的一个最大亮点就是对于驾驶 员踏板动作的解析是基于驾驶员期望的加速特性。
根据整车设计加速曲线，就可以计算出驾驶员期望 的加速特性。在每个档位、每个车速下，其最大加速度是 一定的，此时驾驶员踏板开度表征的是驾驶员期望力矩 的大小，而驾驶员踏板开度变化率的大小则表征的是驾 驶员期望的力矩变化的快慢。此两个参数是并列的，但
驾驶需求转矩变化系统
驾驶员踏板开度的重要性高于驾驶员踏板开度变化率。 实际上，在驾驶过程中，当驾驶员加速踏板踩得较大而 且踩得较快时，意味着此时驾驶员想快速起步或快速加 速，所以驾驶员期望的力矩较大、较快；反之，则驾驶员 期望的力矩较小、变化缓慢。处于这两种条件之间的情 况有无数种非线性的状态［４］。
２． Ｈｕｎａｎ ＣＳＲ Ｔｉｍｅｓ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｃｏ．， Ｌｔｄ， Ｚｈｕｚｈｏｕ ４１２００７， Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒｓ ｓｈｏｗ ａｎ ａｎａｌｙｔｉｃａｌ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｏｆ ｈｙｂｒｉｄ ｃｉｔｙ ｂｕｓｅｓ＇ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｖｅ ｐｅｄａｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ．
车辆行驶过程中驾驶员会根据车辆运行状态和周 围环境，以及自己的驾驶习惯对加速踏板、制动踏板等 进行控制，以此来实现驾驶意图。在“人一车一路”这一 个大的闭环系统中，驾驶员可以被看作是一个自适应智 能传感器，而驾驶员意图就是将该传感器的信号加以处 理得到的信息。在自动变速系统中，驾驶员只通过加速 踏板来表达自己的期望加速特性，必要时辅以制动踏 板。这里只讨论驾驶员不踩制动踏板的情况，制动状态 下的驾驶员踏板意图解析及换档规律将另文讨论。在装 有电子踏板的混合动力城市客车中，加速踏板开度和油 门开度并不一致，前者反映的是驾驶员意图，后者则是 调节发动机的基础，而用作驾驶员意图识别的是加速踏 板开度 ［１］。
为 １ ｋΩ。与 ＢＯＳＣＨ 油门标准不同的是该两路油门信号
不是 ２：１，而是 １：１ 的关系，它们的电压范围都是 ０￣５ Ｖ。 参考地线、油门信号 １、油门信号 ２ 分别与整车控制器 油门参考地线、油门信号线相连，整车控制器对加速踏 板信号采样，计算出加速踏板开度，然后再按照本文介 绍的解析算法对油门解析，进行整车控制能量分配［８］。
同样，汽车加速行驶时的加速阻力 Fj＝δm×ｄu/ｄt。
作者简介：郭 俊（１９８０－），男，工程师；新能源系统主管；从事新能源汽车系统及整车控制技术研究工作。
第２期
郭 俊，王俊华，汪 伟，等：基于加速度的混合动力城市客车加速踏板解析算法
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式中：m 为汽车质量；ｄu/ｄt 为行驶加速度；δ 为汽车旋
６ ５ ４ ３ ２ １ ０
０ ０．００４ ０．０２ ０．０６ ０．２ ０．４ ０．６ ０．８ ０．０８ １ 加速踏板开度 ／％
图 １ 加速踏板变化率曲线
２６
客车技术与研究
２０１３ 年 ４ 月
3 算法模型与应用实例
按照前面汽车动力学公式的推导，当驾驶员对加速
踏板产生动作，在清楚驾驶员动作对应期望加速特性的
放，日本 ＤＥＮＳＯ 电控高压共轨技术。该车所用的加速踏
板是与发动机配套的油门踏板，该加速踏板信号传感器
与加速踏板（油门）为一体式结构，传感器具有两路信
号：油门信号 １ 和油门信号 ２，其中油门信号 ２ 是用于校
正油门信号 １ 的，它们都可以使电控中心获得油门控制
信号。两路油门信号的输入电压都为 ＋５ Ｖ，油门电阻约
２４ 第 ２ 期
客车技术与研究 ＢＵＳ ＆ ＣＯ客ＡＣＨ车ＴＥ技ＣＨＮ术ＯＬＯ与ＧＹ Ａ研ＮＤ究ＲＥＳＥＡＲＣＨ
Ｎｏ．２ ２０１３２０１３ 年 ４ 月
基于加速度的混合动力城市客车加速踏板解析算法
郭 俊 1，王俊华 1，汪 伟 2，王文明 2
（１． 广州汽车集团股份有限公司 汽车工程研究院，广州 ５１０６４０； ２．中国南车集团 株洲电力机车研究所，湖南 株洲 ４１２００１）
摘 要：以混合动力城市客车为研究对象，提出基于加速度的驾驶员加速踏板的踏板控制算法，从而解析
出驾驶员意图，更好地操控加速踏板。 实际应用效果良好。
关键词：加速踏板；驾驶员意图；混合动力城市客车
中图分类号：U463.21；U469.7
文献标志码：B
文章编号：1006-3331（2013）02-0024-03
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转质量系数，它可用下式计算：１＋δ１＋δ２ig i０ ，这是一个经 验公式［３］，其中 δ１ 取 ０．０４，δ２ 取 ０．００２ ５。
混合动力城市客车主要的爬坡、下坡时段就是上、
下立交桥的时候，所以，此处建模计算不考虑坡度情况，
爬坡阻力 Fi 默认为零。因此，可得混合动力城市客车加
速时的基本动力学方程式：
又根据文献［２］，在汽车行驶范围内，只考虑无风条
２
件下的汽车空气阻力 FW＝CDAuａ ／２１．１５。式中： CD 为空气 阻力系数；A 为迎风面积，即汽车行驶方向上的投影面 积；ua 为汽车行驶速度。对于混合动力城市客车来说，其 迎风面积一般都比较大，此处取经验值 ７．５ ｍ２，而空气阻 力系数则取为 ０．６。
车辆行驶时，滚动阻力等于滚动阻力系数与车轮负荷 之乘积。城市道路一般都是良好的沥青或混凝土路面，在 这种路面上以中、低速行驶时，滚动阻力系数大致在 ０．０１￣０．０１８ 之间。又因为混合动力城市客车车速比较低，所 采用的又是子午线轮胎，所以其滚动阻力系数较小，驱动 力参数变化对其影响也小，在为混合动力城市客车踏板解 析算法建模中，滚动阻力系数根据经验取了定值 ０．０１２［２］。
２
２２
ｄu/ｄt＝［TｔｑigioηT/r－（Gf+CDAua ／２１．１５）］／（［ １＋δ１＋δ２ig i０）m］