專利名稱：模擬駕駛員的控制裝置及汽車仿真系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及汽車仿真技術(shù)，尤其涉及一種模擬駕駛員的控制裝置及汽車仿真系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
利用計算機技術(shù)對汽車的各組成部件及控制策略進行建模與仿真，可起到預測相關部件及整車性能的作用，通過對汽車的各系統(tǒng)進行仿真測試，可測試汽車系統(tǒng)性能是否滿足要求，以便為汽車的設計和生產(chǎn)提供參考。由于前向仿真與后向仿真相比，前向仿真系統(tǒng)更接近于真實的車輛行駛過程，可實現(xiàn)控制信號與能量流的正向傳遞，并且在各部件間可傳遞實際的工作轉(zhuǎn)矩、功率與轉(zhuǎn)速，其仿真過程與真實汽車控制過程類似，從而通過仿真可對汽車的控制策略進行高效的測試及調(diào)整。 汽車前向仿真系統(tǒng)主要包括模擬駕駛員的控制裝置和汽車模型兩大部分，其中，模擬駕駛員的控制裝置是作為前向仿真系統(tǒng)區(qū)別于后向仿真系統(tǒng)的典型特征部件，用于模擬真實駕駛員的實際操作行為；同時，模擬駕駛員的控制裝置也是整個仿真過程的起始環(huán)節(jié)，在汽車仿真系統(tǒng)中起著關鍵作用，因此，也稱為駕駛員模型，其可以根據(jù)車輛行駛需求，發(fā)送控制信號給汽車模型中的執(zhí)行機構(gòu)，從而對需求車速進行較好的跟蹤。目前，模擬駕駛員的控制裝置，即駕駛員模型的輸入信號一般為駕駛員的需求車速與當前車速之間的車速偏差，模擬駕駛員的控制裝置可根據(jù)該車速偏差，利用傳統(tǒng)的比例-積分(PD或比例-微分(PD)控制器產(chǎn)生并輸出控制信號到汽車模型，以控制汽車模型中的各部件工作，使車速運行在駕駛員的需求車速。可以看出，現(xiàn)有模擬駕駛員的控制裝置中的控制回路是一個閉環(huán)控制，其pi或ro控制器對于強非線性、時變的復雜系統(tǒng)和模型不清楚的系統(tǒng)難以達到很好的控制效果，并沒有考慮汽車實際運行中駕駛員操作加速/制動踏板的加速或減速過程。綜上，現(xiàn)有模擬駕駛員的控制裝置僅以車速偏差作為輸入信號，并采用常規(guī)PI或PD控制器，但由于常規(guī)Pi或ro控制器對于汽車及其各重要部件，作為非線性的、時變的和延遲的復雜系統(tǒng)難以達到很好的控制效果，致其輸出的控制信號不準確，與駕駛員實際操作控制差異較大，從而無法滿足模擬汽車實際運行中，汽車系統(tǒng)的強非線性、時變形和延遲特性，使得整個仿真系統(tǒng)的仿真性能較低，仿真效果較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種模擬駕駛員的控制裝置及汽車仿真系統(tǒng)，可有效模擬駕駛員的實際操作行為，提高仿真效果。本發(fā)明提供一種模擬駕駛員的控制裝置，包括加速踏板控制模塊，用于根據(jù)車速偏差和需求加速度，獲得加速踏板控制信號并輸出，其中，所述車速偏差為駕駛員的需求車速與當前車速之差；制動踏板控制模塊，用于根據(jù)車速偏差和需求加速度，獲得制動踏板控制信號并輸出；控制切換模塊，用于根據(jù)車速偏差和需求加速度，切換并調(diào)用所述加速踏板控制模塊或制動踏板控制模塊工作。其中，所述加速踏板控制模塊包括加速開環(huán)控制單元，用于接收需求加速度，獲得與所述需求加速度對應的第一加速轉(zhuǎn)矩；加速閉環(huán)控制單元，用于接收車速偏差，獲得與所述車速偏差對應的第二加速轉(zhuǎn)矩；第一轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換單元，用于在所述控制切換模塊發(fā)送的控制信號的觸發(fā)作用下，接收所述第一加速轉(zhuǎn)矩和第二加速轉(zhuǎn)矩，將所述第一加速轉(zhuǎn)矩和第二加速轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換為加速踏板控制信號，并輸出。所述第一轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換單元包括加速接收子單元，用于在所述控制信號的觸發(fā)作用下，接收所述第一加速轉(zhuǎn)矩、第二加速轉(zhuǎn)矩和汽車阻力力矩； 加速計算子單元，用于將所述第一加速轉(zhuǎn)矩、第二加速轉(zhuǎn)矩和汽車阻力力矩相加得到總加速力矩，并將所述總加速力矩除以設定檔位傳動比得到加速控制力矩；加速轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換子單元，用于將所述加速控制力矩轉(zhuǎn)換為相應的加速踏板控制信號，并輸出。所述制動踏板控制t吳塊包括制動開環(huán)控制單元，用于接收需求加速度，獲得與所述需求加速度對應的第一制動轉(zhuǎn)矩；制動閉環(huán)控制單元，用于接收車速偏差，獲得與所述車速偏差對應的第二制動轉(zhuǎn)矩；第二轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換單元，用于在所述控制切換模塊發(fā)送的控制信號的觸發(fā)作用下，接收所述第一制動轉(zhuǎn)矩和第二制動轉(zhuǎn)矩，將所述第一制動轉(zhuǎn)矩和第二制動轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換為制動踏板控制信號，并輸出。所述第二轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換單元包括制動接收子單元，用于在所述控制信號的觸發(fā)作用下，接收所述第一制動轉(zhuǎn)矩、第二制動轉(zhuǎn)矩和汽車阻力力矩；制動計算子單元，用于將所述第一制動轉(zhuǎn)矩、第二制動轉(zhuǎn)矩和汽車阻力力矩相加得到總制動力矩；制動轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換子單元，用于將所述總制動力矩轉(zhuǎn)換為相應的制動踏板控制信號，并輸出。本發(fā)明提供一種汽車仿真系統(tǒng)，模擬駕駛員的控制裝置和汽車模型，所述模擬駕駛員的控制裝置為采用上述本發(fā)明提供的模擬駕駛員的控制裝置。本發(fā)明提供的模擬駕駛員的控制裝置及汽車仿真系統(tǒng)，通過在模擬駕駛員的控制裝置中設置控制切換模塊，可有效根據(jù)車速偏差，以及需求加速度控制加速控制模塊或制動控制模塊工作，以便對汽車進行加速或制動控制，可有效模擬汽車行駛過程中真實駕駛員的實際操作過程，滿足汽車系統(tǒng)的強非線性、時變性和延遲特性，提高使用該模擬駕駛員的控制裝置的汽車仿真系統(tǒng)的仿真效果。


圖I為本發(fā)明模擬駕駛員的控制裝置實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明模擬駕駛員的控制裝置實施例二中加速踏板控制模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明模擬駕駛員的控制裝置實施例二中第一轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為本發(fā)明模擬駕駛員的控制裝置實施例二中制動踏板控制模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明模擬駕駛員的控制裝置實施例二中第二轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明模擬駕駛員的控制裝置實施例三的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明模擬駕駛員的控制裝置實施例三中加速踏板控制回路的仿真結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本發(fā)明模擬駕駛員的控制裝置實施例三中制動踏板控制回路的仿真結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為本發(fā)明汽車仿真系統(tǒng)實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。圖I為本發(fā)明模擬駕駛員的控制裝置實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖I所示，本實施例控制裝置包括加速踏板控制模塊11、制動踏板控制模塊12和控制切換模塊13，其中，加速踏板控制模塊11用于根據(jù)車速偏差和需求加速度，獲得加速踏板控制信號并輸出，該車速偏差為駕駛員的需求車速與當前汽車的實際車速之差，其中駕駛員的需求車速在仿真模型中為某一循環(huán)工況下的速度，并以數(shù)據(jù)文件的方式導入仿真模型中；制動踏板控制模塊12用于根據(jù)車速偏差和需求加速度，獲得制動踏板控制信號并輸出；控制切換模塊13與加速踏板控制模塊11和制動踏板控制模塊12連接，用于根據(jù)車速偏差和需求加速度，切換并調(diào)用加速踏板控制模塊11或制動踏板控制模塊12工作。本實施例中，可根據(jù)車速偏差，以及駕駛員的需求加速度，確定對汽車進行加速或制動控制，其中需求加速度和需求車速一樣，在仿真模型中為某一循環(huán)工況下的加速度，并以數(shù)據(jù)文件的方式導入仿真模型中，當需要加速時，利用加速踏板控制模塊輸出加速控制信號；當需要制動時，利用制動踏板控制模塊輸出制動控制信號，從而可有效模擬汽車實際運行中駕駛員踩動加速/制動踏板時的加速、制動過程，提高輸出的控制信號的準確性，從而可有效提高應用該模擬駕駛員的控制裝置的汽車仿真系統(tǒng)的仿真效果。本實施例中，可通過實時采集汽車的當前車速，獲得需求車速與當前車速之間的車速偏差，車速偏差為正值，即需求車速大于當前車速時，可通過加速踏板控制模塊來輸出加速控制信號，以控制汽車加速行駛；而當車速偏差為負值，即需求車速小于當前車速時，可通過制動踏板控制模塊來輸出制動控制信號，以控制汽車制動行駛；同時，還可通過需求加速度，來控制汽車加速或制動，當需求加速度為正值，意味著駕駛員需踩下加速踏板加速，該過程可通過加速踏板控制模塊控制，當需求加速度為負值，意味著駕駛員需踩下制動踏板減速，該過程可通過制動踏板控制模塊進控制。可以看出，區(qū)別于常規(guī)控制器中僅以車速偏差作為輸入的閉環(huán)控制，本發(fā)明同時以車速偏差和需求加速度作為輸入來對汽車行駛進行閉環(huán)和開環(huán)復合控制，從而可有效提高汽車駕駛員模型的控制信號的準確性和實時性。本實施例中，控制切換模塊13具體可通過車速偏差值以及需求加速度值與設定的參考值進行比較，切換并調(diào)用加速踏板控制模塊11或制動踏板控制模塊12，以便對汽車 進行加速或減速。本領域技術(shù)人員可以理解的是，由于駕駛員實際操作過程中，會根據(jù)需求車速，通過加速/制動踏板來對車速進行跟蹤，以便將汽車行駛速度提高或降低到一個所要達到的需求車速，本發(fā)明實施例中所述的駕駛員的需求車速和需求加速度可以是某一循環(huán)行駛工況下的速度和加速度，因此，本實施例通過根據(jù)車速偏差和需求加速度而在加速或制動間切換，可有效模擬真實駕駛員的實際操作過程。綜上，本實施例模擬駕駛員的控制裝置通過設置控制切換模塊，可有效根據(jù)車速偏差，以及需求加速度控制加速控制模塊或制動控制模塊工作，以便對汽車進行加速或制動控制，可有效模擬汽車行駛過程中真實駕駛員的實際操作過程，滿足汽車系統(tǒng)的強非線性、時變性和延遲特性，提高使用該模擬駕駛員的控制裝置的汽車仿真系統(tǒng)的仿真效果。圖2為本發(fā)明模擬駕駛員的控制裝置實施例二中加速踏板控制模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。在上述圖I所示實施例技術(shù)方案的基礎上，如圖2所示，本實施例加速踏板控制模塊11具體可包括加速開環(huán)控制單元111、加速閉環(huán)控制單元112和第一轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換單元113，其中，加速開環(huán)控制單元111用于接收需求加速度，獲得與需求加速度對應的第一加速轉(zhuǎn)矩；加速閉環(huán)控制單元112用于接收車速偏差，獲得與車速偏差對應的第二加速轉(zhuǎn)矩；第一轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換單元113與加速開環(huán)控制單元111和加速閉環(huán)控制單元112連接，用于接收第一加速轉(zhuǎn)矩和第二加速轉(zhuǎn)矩，并將第一加速轉(zhuǎn)矩和第二加速轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換為加速踏板控制信號，并輸出。本實施例加速踏板控制模塊11中，加速開環(huán)控制單元111作為主控制單元，可根
據(jù)需求加速度獲得實現(xiàn)該需求加速度所需的由發(fā)動機提供的第一加速轉(zhuǎn)矩，其中第一加速
MATS — M id
轉(zhuǎn)矩的值與需求加速度的關系可由公式=--^-T-^，J = Je+Jm -Ja2 *iG2+JA *iA2
mFzg ' Tdyn + J
和M Acc K確定，同時，加速閉環(huán)控制單元112可根據(jù)車速偏差，得到用于調(diào)整該車
——1G
速偏差所需的由發(fā)動機提供的第二加速轉(zhuǎn)矩，其中第二加速轉(zhuǎn)矩的值與車速偏差的關系可由公式AFpzg-m^ .3.6‘和從>—,確定，并對該第一加速轉(zhuǎn)矩進行修
Fzg1G
正，可以看出，本實施例中駕駛員對踏板的調(diào)整是以轉(zhuǎn)矩的行式體現(xiàn)，并可通過第一轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換單元113對加速開環(huán)控制單元111的輸出轉(zhuǎn)矩和加速閉環(huán)控制單元112輸出的轉(zhuǎn)矩進行疊加后，按公
權(quán)利要求
1.一種模擬駕駛員的控制裝置，其特征在于，包括 加速踏板控制模塊，用于根據(jù)車速偏差和需求加速度，獲得加速踏板控制信號并輸出，其中，所述車速偏差為駕駛員的需求車速與當前車速之差； 制動踏板控制模塊，用于根據(jù)車速偏差和需求加速度，獲得制動踏板控制信號并輸出； 控制切換模塊，用于根據(jù)車速偏差和需求加速度，切換并調(diào)用所述加速踏板控制模塊或制動踏板控制模塊工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的模擬駕駛員的控制裝置，其特征在于，所述加速踏板控制模塊包括 加速開環(huán)控制單元，用于接收需求加速度，獲得與所述需求加速度對應的第一加速轉(zhuǎn)矩； 加速閉環(huán)控制單元，用于接收車速偏差，獲得與所述車速偏差對應的第二加速轉(zhuǎn)矩；第一轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換單元，用于在所述控制切換模塊發(fā)送的控制信號的觸發(fā)作用下，接收所述第一加速轉(zhuǎn)矩和第二加速轉(zhuǎn)矩，將所述第一加速轉(zhuǎn)矩和第二加速轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換為加速踏板控制信號，并輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的模擬駕駛員的控制裝置，其特征在于，所述第一轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換單元包括 加速接收子單元，用于在所述控制信號的觸發(fā)作用下，接收所述第一加速轉(zhuǎn)矩、第二加速轉(zhuǎn)矩和汽車阻力力矩； 加速計算子單元，用于將所述第一加速轉(zhuǎn)矩、第二加速轉(zhuǎn)矩和汽車阻力力矩相加得到總加速力矩，并將所述總加速力矩除以設定檔位傳動比得到加速控制力矩； 加速轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換子單元，用于將所述加速控制力矩轉(zhuǎn)換為相應的加速踏板控制信號，并輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的模擬駕駛員的控制裝置，其特征在于，所述制動踏板控制模塊包括 制動開環(huán)控制單元，用于接收需求加速度，獲得與所述需求加速度對應的第一制動轉(zhuǎn)矩； 制動閉環(huán)控制單元，用于接收車速偏差，獲得與所述車速偏差對應的第二制動轉(zhuǎn)矩；第二轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換單元，用于在所述控制切換模塊發(fā)送的控制信號的觸發(fā)作用下，接收所述第一制動轉(zhuǎn)矩和第二制動轉(zhuǎn)矩，將所述第一制動轉(zhuǎn)矩和第二制動轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換為制動踏板控制信號，并輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的模擬駕駛員的控制裝置，其特征在于，所述第二轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換單元包括 制動接收子單元，用于在所述控制信號的觸發(fā)作用下，接收所述第一制動轉(zhuǎn)矩、第二制動轉(zhuǎn)矩和汽車阻力力矩； 制動計算子單元，用于將所述第一制動轉(zhuǎn)矩、第二制動轉(zhuǎn)矩和汽車阻力力矩相加得到總制動力矩； 制動轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換子單元，用于將所述總制動力矩轉(zhuǎn)換為相應的制動踏板控制信號，并輸出。
6.一種汽車仿真系統(tǒng)，包括模擬駕駛員的控制裝置和汽車模型，其特征在于，所述模擬駕駛員的控制裝置為采用上述權(quán)利要求I 5任一所述的模擬駕駛員的控制裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種模擬駕駛員的控制裝置及汽車仿真系統(tǒng)。該控制裝置包括加速踏板控制模塊，用于根據(jù)車速偏差和需求加速度，獲得加速踏板控制信號并輸出，其中，所述車速偏差為駕駛員的需求車速與當前車速之差；制動踏板控制模塊，用于根據(jù)車速偏差和需求加速度，獲得制動踏板控制信號并輸出；控制切換模塊，用于根據(jù)車速偏差和需求加速度，切換并調(diào)用所述加速踏板控制模塊或制動踏板控制模塊工作。本發(fā)明模擬駕駛員的控制裝置可有效模擬駕駛員的行為意圖，可用于前向仿真的汽車仿真系統(tǒng)中，提高汽車仿真系統(tǒng)的仿真效果。
文檔編號G05B17/02GK102645898SQ201110042829
公開日2012年8月22日 申請日期2011年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月22日
發(fā)明者何強 申請人:北汽福田汽車股份有限公司