一种车辆仿真参数的计算方法和装置与流程

本发明涉及汽车模拟仿真领域，尤其涉及一种车辆仿真参数的计算方法和装置。

背景技术：

如图1所示，是现有方案一的建模仿真方法的流程图。根据NEDC(欧洲油耗及排放评定标准)测试循环标准模块输出目标车速和目标档位。车身模块会根据输入轮胎等数据计算轮胎转速，轮胎转速传递到变速器模块计算发动机转速。同时目标车速和目标档位也会输入到阻力模块计算车辆行驶的空气阻力、转动阻力等。这些阻力通过扭矩模块计算发动机的目标输出扭矩。油耗模块通过发动机转速和扭矩根据出入的万有数据估算油耗。如果考虑25度环境温度模块会将计算油耗乘以一个常量。

仿真方法1没有考虑油门或者节气门开度，这样无法实现换挡策略的模拟。从而影响了仿真的精度。仿真方法1在计算完百公里油耗后会乘以一个参数实现由于温度对于仿真结构的影响，由于不同发动机的排量、气缸数和缸形等不同会直接影响升温速度。同时由于起停技术和能量回收技术等的应用。由于温度影响的油耗百分比会有变化。单变比的油耗修改肯定造成很大的仿真误差。

如图2所示，是现有方案二的建模仿真方法的流程图。根据NEDC测试循环标准模块输出目标车速。油门踏板模块根据车身模块计算的实际车速控制其开启角度。发动机模块根据发动机转速和油门开启角度计算输出扭矩和转速。变速器模块在根据发动机输出扭矩和转速计算变速器的输出扭矩和转速。车身模块根据输入的扭矩和计算的整车负载计算车速。最后通过负载和发动机转速计算平均油耗。

仿真方法2没有考虑温度的影响。仿真方法2的油耗估算是根据万有 曲线的油门开启角度和扭矩插值查表。这样的计算方法在传统拉线自然吸气发动机可以实现比较精确的仿真。可是现在大部分汽车使用电子节气门和增压器。这些技术的使用会导致油门开启角度和扭矩对应油耗不是唯一的关系。因此如果继续使用这样的计算会产生一定的误差。

现有方案三中，现在有一些模型可以实现计算发动机温度对于扭矩和燃油效率的影响。通过热力学和力学公式计算不同温度下发动机的扭矩损失。

方法3是通过温度计算对发动机负载的计算，可是在进行NEDC仿真的时候没有时间对应发动机温度的曲线。因此此类模块或公式无法使用，没有系统模块的仿真产品实现。

技术实现要素：

为了克服现有技术中对发动机油耗仿真方法不准确及无仿真产品实现的技术问题，本发明提供了一种车辆仿真参数的计算方法和装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种车辆仿真参数的计算方法，所述方法包括：

获取一用户设定的目标车速及循环测试时间，进行循环测试；

当目标车速大于零且速差不小于零时，获取当前油门踏板开度，根据预设的油门踏板开度、发动机转速与节气门踏板开度的对应关系，得到当前油门开度下节气门开度，所述速差为目标车速与获取的循环测试中第N次测试的仿真车速的差值，N为大于0的整数；

根据节气门开度、发动机转速与发动机输出扭矩的对应关系，计算发动机输出扭矩；

获取发动机输出扭矩和发电机输出扭矩，根据速比和主减速比得到变速器输出扭矩；

根据变速器输出扭矩和车辆在行驶时产生的阻力计算第N+1次测试的仿真车速；

利用时间和发动机冷却液温度离线训练一个神经网络，神经网络输出的温度通过查表计算对应的发动机怠速转速；如果是怠速工况系统使用怠速转速计 算发动机仿真油耗，如果是非怠速工况系统使用仿真发动机转速计算发动机仿真油耗。

进一步来说，所述的车辆仿真参数的计算方法中，所述获取一用户设定的目标车速及循环测试时间，进行循环测试步骤之后还包括：

当目标车速为零或者目标车速大于零且速差小于零时，激活刹车控制；

根据获取的刹车扭矩和车辆在行驶时产生的阻力计算第N+1次测试仿真的仿真车速。

进一步来说，所述的车辆仿真参数的计算方法中，所述利用时间和发动机冷却液温度离线训练一个神经网络，神经网络输出的温度通过查表计算对应的发动机怠速转速；如果是怠速工况系统使用怠速转速计算发动机仿真油耗，如果是非怠速工况系统使用仿真发动机转速计算发动机仿真油耗步骤之后还包括：

计算仿真油耗与测定的油耗对比，根据两者误差通过训练算法函数修正训练一个神经网络，生成一个油耗补偿系数；在进行仿真运算时运算的仿真油耗结果乘以该油耗补偿系数。

进一步来说，所述的车辆仿真参数的计算方法中，所述获取一用户设定的目标车速及循环测试时间，进行循环测试步骤之后还包括：

接收发动机停止信号，发动机的仿真转速为零，此时的仿真油耗为零；

接收发动机启动信号，发动机的仿真转速为预设的怠速，同时输出启动油耗。

进一步来说，所述的车辆仿真参数的计算方法中，所述根据节气门开度、发动机转速与发动机输出扭矩的对应关系，得到发动机输出扭矩步骤之后还包括：

利用电机对发动机的输出扭矩进行回收，具体为：

电机在充电时，根据电机的输入转速和输入扭矩查表计算发电量；当电机在驱动工况时，根据转速和输出电量查表计算输出扭矩。

本发明还提供了一种车辆仿真参数的计算装置，所述装置包括：

测试循环模块，用于获取一用户设定的目标车速及循环测试时间，进行循环测试；

油门和节气门开度控制模块，用于当目标车速大于零且速差不小于零时， 获取当前油门踏板开度，根据预设的油门踏板开度、发动机转速与节气门踏板开度的对应关系，得到当前油门开度下节气门开度，所述速差为目标车速与获取的循环测试中第N次测试的仿真车速的差值，N为大于0的整数；

发动机模块，用于根据节气门开度、发动机转速与发动机输出扭矩的对应关系，计算发动机输出扭矩；

变速器模块，用于获取发动机输出扭矩和发电机输出扭矩，根据速比和主减速比得到变速器输出扭矩；

车速仿真模块，用于根据变速器输出扭矩和车辆在行驶时产生的阻力计算第N+1次测试的仿真车速；

油耗计算模块，用于利用时间和发动机冷却液温度离线训练一个神经网络，神经网络输出的温度通过查表计算对应的发动机怠速转速；如果是怠速工况系统使用怠速转速计算发动机仿真油耗，如果是非怠速工况系统使用仿真发动机转速计算发动机仿真油耗。

进一步来说，所述的车辆仿真参数的计算装置中，所述装置还包括：

刹车控制模块，用于当目标车速为零或者目标车速大于零且速差小于零时，激活刹车控制；

所述车速仿真模块根据获取的刹车扭矩和车辆在行驶时产生的阻力计算第N+1次测试仿真的仿真车速。

进一步来说，所述的车辆仿真参数的计算装置中，所述装置还包括：

油耗补偿模块，用于计算仿真油耗与测定的油耗对比，根据两者误差通过训练算法函数修正训练一个神经网络，生成一个油耗补偿系数；在进行仿真运算时运算的仿真油耗结果乘以该油耗补偿系数。

进一步来说，所述的车辆仿真参数的计算装置中，所述装置还包括：

发动机启停模块，用于：

接收发动机停止信号，发动机的仿真转速为零，此时的仿真油耗为零；

接收发动机启动信号，发动机的仿真转速为预设的怠速，同时输出启动油耗。

进一步来说，所述的车辆仿真参数的计算装置中，所述装置还包括：

能量回收模块，用于：

利用电机对发动机的输出扭矩进行回收，具体为：

电机在充电时，根据电机的输入转速和输入扭矩查表计算发电量；当电机在驱动工况时，根据转速和输出电量查表计算输出扭矩。

本发明的有益效果是：本发明的仿车辆仿真参数的计算方法通过温度的补偿提高了仿真油耗的精度；可以提供不同循环不同时刻的发动机温度，为起停仿真提供依据；该方法可以体现发动机起停和能量回收对油耗上面的影响。另外，该方法可以体现不同的变速器换挡策略对于油耗的影响，还可以用于整车厂发动机和变速器的匹配计算和基于模型的变速器标定。

附图说明

图1表示现有技术中第一种汽车仿真油耗测试方法的流程示意图；

图2表示现有技术中第二种汽车仿真油耗测试方法的流程示意图；

图3表示本发明实施例中车辆仿真参数的计算方法的流程图；

图4表示本发明实施例中油门开度控制和刹车踏板控制的流程示意图；

图5表示本发明实施例中能量回收过程示意图；

图6表示本发明实施例中油耗计算过程示意图；

图7表示本发明实施例中车辆仿真参数的计算装置的构成及执行流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。

参照图3所示，本发明提供了一种车辆仿真参数的计算方法，所述方法包括：步骤100，获取一用户设定的目标车速及循环测试时间，进行循环测试；步骤200，当目标车速大于零且速差不小于零时，获取当前油门踏板开度，根据预设的油门踏板开度、发动机转速与节气门踏板开度的对应关系，得到当前油门开度下节气门开度，所述速差为目标车速与获取的循环测试中第N次测试的仿真车速的差值，N为大于0的整数；步骤300，根据节气门开度、发动机转速与发动机输出扭矩的对应关系，计算发动机输出扭矩；步骤400，获取发动机输出扭矩和发电机输出扭矩，根据速比和主减速比得到变速器输出扭矩；步骤500， 根据变速器输出扭矩和车辆在行驶时产生的阻力计算第N+1次测试的仿真车速；步骤600，利用时间和发动机冷却液温度离线训练一个神经网络，神经网络输出的温度通过查表计算对应的发动机怠速转速；如果是怠速工况系统使用怠速转速计算发动机仿真油耗，如果是非怠速工况系统使用仿真发动机转速计算发动机仿真油耗。

本发明实施例中的车辆仿真参数的计算方法结构简单，适用于很多仿真系统的编译；优化了查表计算的结构，有效减小了由于插值运算所产生的误差；使用了两个神经网络进行针对仿真油耗的补偿，大大的缩小了仿真和实测的误差，同时也可以用于包括起停和能量回收的控制策略开发。

具体来说，根据不同地区和测试要求，获取用户对目标车速和测试循环时间进行设定后，进行循环测试。并通过目标车速和前一次仿真测试的仿真车速的差值来判断是进行油门控制还是进行刹车控制。测试循环以时间作为横坐标轴，目标车速作为纵坐标轴输出信号。由于计算会使用积分、微分和延迟计算，因此测试循环的输出需要确定采样时间。采样时间决定了仿真的精度和速度。如果采样时间过大会影响精度，采样时间过小会影响仿真计算时间，建议取值范围在0.01到1秒之间。

利用时间和发动机冷却液温度离线训练一个神经网络，根据仿真系统计算百公里的综合油耗，同时通过神经网络学习在转鼓设备上的实测数据针对发动机冷却液温度对于油耗的影响，同时可以提供起停控制依据。计算方法是使用输出扭矩和转速查表来确定消耗燃油，如表1所示。

表1发动机消耗与输出扭矩和转速的对应关系

当进行油耗计算后，还包括一油耗补偿的过程：计算仿真油耗与测定的油耗对比，根据两者误差通过训练算法函数修正训练一个神经网络，生成一个油耗补偿系数；在进行仿真运算时运算的仿真油耗结果乘以该油耗补偿系数。

参照图6所示，对于油耗的计算部分的具体表述如下：学习发动机冷却液 温度调节怠速工况下发动机转速，如果需要提供发动机起停参考依据。学习方法是使用在相应测试循环转鼓平台下的实验数据，输入分别是时间和发动机冷却液温度离线训练一个神经网络。将训练好的发动机冷却液温度神经网络放入仿真系统中。神经网络输出的温度通过查表计算对应的发动机怠速转速。如果是怠速工况系统使用怠速转速，如果是非怠速工况系统使用仿真发动机转速。根据温度修正怠速后，系统解决了由于温度影响怠速导致仿真系统油耗的误差。可是系统还是存在一些物理公式所不能表达的误差，这个误差可以通过一个新的神经网络学习进行补偿。仿真系统计算仿真油耗，同实测油耗对比。根据两者误差通过训练算法函数修正训练一个神经网络。神经网络通过有效的学习策略可以生成一个油耗补偿系数。在进行仿真运算时运算的结果乘以补偿神经网络计算的因子便可实现较精准的动态油耗仿真。

参照图4所示，当目标车速大于零且速差不小于零时，获取当前油门踏板开度，根据预设的油门踏板开度、发动机转速与节气门踏板开度的对应关系，得到当前油门开度下节气门开度，并以此获得计算发动机输出扭矩和变速器输出扭矩。作为本方法的另外一种实施方式，当目标车速为零或者目标车速大于零且速差小于零时，激活刹车控制；根据获取的刹车扭矩和车辆在行驶时产生的阻力计算第N+1次测试仿真的仿真车速。油门和节气门开度控制和刹车控制模块原理相同都是使用PI控制器调节，但是激活条件和限制条件不同。当目标车速为零或者目标车速大于零速差小于零时激活刹车控制。当目标车速大于零同时速差大于等于零时激活油门控制。每次油门控制和刹车控制切换时都会激活延时，根据经验生理反应延迟一般在0.5—1秒。延迟执行时输出速差为零，当经过延迟时间后将会实时的输出速差。PI控制器调节要依旧不同的测试法规，调节后保证控制误差在规定范围内。同时分别根据油门踏板和刹车踏板的开启范围分别设置PI控制器的控制输出最小和最大数值。考虑到机械结构的响应速度控制信号将会通过传递函数修正其线性响应。

油门开度控制是通过一个二维数据查表法实现，如附图横轴为发动机转速，竖轴为油门踏板的开度。数据为节气门开度。置于试验台上的被测试的汽车，通过记录不同发动机转速和油门开度的对应关系，得到如下表1。

表1发动机转速和油门开度对应关系表

对发动机输出扭矩的计算也是通过一个二维数据查表法实现，如表2中，横轴为发动机转速，竖轴为节气门开度。数据为输出扭矩。发动机模块的实际输出扭矩还要考虑转动惯量的影响和泵损，其公式可以表达如下：

T_{发动机输出}＝T_发动机-I_发动机a_发动机-T_泵损。

表2发动机输出扭矩和节气门开度对照表

进一步来说，变速器的计算和仿真可以分成两大类：第一类有液力变矩器的变速器，如自动变速器(AT)和无级变速器(CVT)。第二类似有离合器的变速器，如手动变速器(MT)、机械式自动变速器(AMT)和双离合变速器(DCT)。

1.带液力变矩器的变速器，计算公式可以根据液力变矩器锁止和非锁止两个工况。

2.有离合器的变速器

在液力变矩器锁止和解锁时，根据系统机械响应时间使用传递函数修正其 线性响应曲线。离合器类的变速器在换挡时根据换挡时间使用传递函数修正其线性响应曲线。锁止控制策略和换挡策略需根据实际情况模拟，给出锁止信号和相应仿真模拟时间点的变速器速比。

作为本方法的一种优选的方式，在计算车速中考虑外界阻力对车速的影响。基于车辆纵向动力学系统的建模方法。行驶阻力考虑车轮阻力、空气阻力、坡度阻力和加速阻力。

车轮阻力：F_车轮＝f_r×G_载荷；

空气阻力：

坡度阻力：F_坡度＝G_载荷×sinα。

作为对本计算方法的补充，增加了根据发动机起停控制来计算发动机的动力学参数。根据目标车速、仿真车速、刹车和油门提供给油耗计算模块发动机起停请求。模块的控制策略可以根据不同发动机自行编译。当发送发动机停止信号，系统仿真发动机转速为零，油耗为零。当发送发动机启动信号，系统恢复发动机怠速转速，同时输出启动油耗。仿真系统发动机启动信号需要传递函数过滤。可以为整车厂和发动机相关的供应商提供新技术针对不同车型和发动机的节油效果。

作为对本计算方法的补充，增加了根据能量回收来计算发动机的动力学参数。根据仿真车速、刹车、油门等仿真信号和控制策略，执行能量回收或者给动力系统提供扭矩。如附图能量回收模块包含电机和电瓶两部分。根据控制策略车辆可以提供扭矩给电机发电储存在电瓶，或者电瓶提供电流驱动发电实现阻力驱动。可以为整车厂和发动机相关的供应商提供新技术针对不同车型和发动机的节油效果。

能量回收的物理公式在仿真的时候存在很大误差，还有不同的系统存在很大差异。根据针对不同系统特性分析。能量回收模块使用数据查表的方法实现。参照表3和表4所示，在电机充电工况时根据输入转速和输入扭矩查表计算发电量。或者当电机在驱动工况时根据转速和输出电量查表计算输出扭矩。能量回收系统的查表计算方法可以有效的表现电机的发动和驱动性能，避开了基于物理公式仿真的误差大公式难的问题。

表3电机充电工况时输入转速和输入扭矩对应关系表

表4电机在驱动工况时转速和输出电量对应关系表

对应上述的计算方法，本发明还提供了一种车辆仿真参数的计算装置，所述装置包括：测试循环模块，用于获取一用户设定的目标车速及循环测试时间，进行循环测试；油门和节气门开度控制模块，用于当目标车速大于零且速差不小于零时，获取当前油门踏板开度，根据预设的油门踏板开度、发动机转速与节气门踏板开度的对应关系，得到当前油门开度下节气门开度，所述速差为目标车速与获取的循环测试中第N次测试的仿真车速的差值，N为大于0的整数；发动机模块，用于根据节气门开度、发动机转速与发动机输出扭矩的对应关系，计算发动机输出扭矩；变速器模块，用于获取发动机输出扭矩和发电机输出扭矩，根据速比和主减速比得到变速器输出扭矩；车速仿真模块，用于根据变速器输出扭矩和车辆在行驶时产生的阻力计算第N+1次测试的仿真车速；油耗计算模块，用于利用时间和发动机冷却液温度离线训练一个神经网络，神经网络输出的温度通过查表计算对应的发动机怠速转速；如果是怠速工况系统使用怠速转速计算发动机仿真油耗，如果是非怠速工况系统使用仿真发动机转速计算发动机仿真油耗。

本发明实施例中的车辆仿真参数的计算装置构成简单，适用于很多仿真系统的编译；优化了查表计算的结构，有效减小了由于插值运算所产生的误差；使用了两个神经网络进行针对仿真油耗的补偿，大大的缩小了仿真和实测的误差，同时也可以用于包括起停和能量回收的控制策略开发。

进一步来说，所述装置还包括：刹车控制模块，用于当目标车速为零或者 目标车速大于零且速差小于零时，激活刹车控制；所述车速仿真模块根据获取的刹车扭矩和车辆在行驶时产生的阻力计算第N+1次测试仿真的仿真车速。

进一步来说，所述装置还包括：油耗补偿模块，用于计算仿真油耗与测定的油耗对比，根据两者误差通过训练算法函数修正训练一个神经网络，生成一个油耗补偿系数；在进行仿真运算时运算的仿真油耗结果乘以该油耗补偿系数。

进一步来说，所述装置还包括：发动机启停模块，用于：接收发动机停止信号，发动机的仿真转速为零，此时的仿真油耗为零；接收发动机启动信号，发动机的仿真转速为预设的怠速，同时输出启动油耗。

进一步来说，所述装置还包括：能量回收模块，用于：利用电机对发动机的输出扭矩进行回收，具体为：电机在充电时，根据电机的输入转速和输入扭矩查表计算发电量；当电机在驱动工况时，根据转速和输出电量查表计算输出扭矩。

发明实施例中，模块可以用软件实现，以便由各种类型的处理器执行。举例来说，一个发动机模块可以包括计算机指令的一个或多个物理或者逻辑块，举例来说，其可以被构建为对象、过程或函数。尽管如此，发动机模块的可执行代码无需物理公式于一起，而是可以包括存储在不同位里上的不同的指令，当这些指令逻辑上结合在一起时，其构成模块并且实现该模块的规定目的。

实际上，发动机模块可以是单条指令或者是许多条指令，并且甚至可以分布在多个不同的代码段上，分布在不同程序当中，以及跨越多个存储器设备分布。同样地，操作数据可以在模块内被识别，并且可以依照任何适当的形式实现并且被组织在任何适当类型的数据结构内。所述操作数据可以作为单个数据集被收集，或者可以分布在不同位置上(包括在不同存储设备上)，并且至少部分地可以仅作为电子信号存在于系统或网络上。

在模块可以利用软件实现时，考虑到现有硬件工艺的水平，所以可以以软件实现的模块，在不考虑成本的情况下，本领域技术人员都可以搭建对应的硬件电路来实现对应的功能，所述硬件电路包括常规的超大规模集成(VLSI)电路或者门阵列以及诸如逻辑芯片、晶体管之类的现有半导体或者是其它分立的元件。模块还可以用可编程硬件设备，诸如现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑设备等实现。

以上所述的是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本发明的保护范围内。