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扭矩解析淺談

2022-02-18 22:25:43·  來(lái)源：新能源汽車控制  
　
扭矩解析，顧名思義就是把駕駛員的動(dòng)力請(qǐng)求理解出來(lái)，進(jìn)行量化處理，使得整車的扭矩需求符合駕駛員的預(yù)期。以前，扭矩解析很簡(jiǎn)單，就是把駕駛員踩加速踏板或制動(dòng)
扭矩解析，顧名思義就是把駕駛員的動(dòng)力請(qǐng)求理解出來(lái)，進(jìn)行量化處理，使得整車的扭矩需求符合駕駛員的預(yù)期。
以前，扭矩解析很簡(jiǎn)單，就是把駕駛員踩加速踏板或制動(dòng)踏板的深度采集出來(lái)，再近似線性的映射出一個(gè)請(qǐng)求扭矩。后來(lái)，有了爬行功能，要求不踩踏板時(shí)需要車輛維持一個(gè)較低的車速穩(wěn)定行駛；再后來(lái)，新能源車出來(lái)了，為了提高能量回收效率，要求不踩踏板時(shí)盡量去回收能量；再后來(lái)定速巡航出來(lái)了，要求車輛能在中高車速下維持定速行駛；到了現(xiàn)在，各種底盤穩(wěn)定系統(tǒng)和智能駕駛功能都來(lái)了，例如車身穩(wěn)定系統(tǒng)、自適應(yīng)巡航、自動(dòng)泊車等等，也都對(duì)車輛的扭矩需求提出了新的要求。
不管以后還有什么新的需求，基于以上的幾點(diǎn)，當(dāng)前姑且把扭矩解析可以分為加速踏板扭矩請(qǐng)求、制動(dòng)踏板扭矩請(qǐng)求、爬行扭矩請(qǐng)求、巡航扭矩請(qǐng)求、其他扭矩請(qǐng)求、扭矩耦合、扭矩限制、扭矩?fù)Q向、扭矩濾波等幾部分。具體功能架構(gòu)可以參考下圖：
加速踏板扭矩請(qǐng)求
加速踏板扭矩計(jì)算主要需要考慮駕駛模式、檔位、車速（本文指的都是絕對(duì)車速）、加速踏板開度。駕駛模式主要通過標(biāo)定來(lái)實(shí)現(xiàn)，這里暫不考慮。
在D檔下，輪端扭矩請(qǐng)求與加速踏板開度和車速有關(guān)，如下圖。同一車速下，加速踏板開度越大，請(qǐng)求扭矩越大，來(lái)滿足駕駛員的動(dòng)力需求；同一加速踏板開度下，車速越高，請(qǐng)求扭矩越小，這里主要受到電機(jī)外特性的限制。在小油門下，為了提高能量利用率，輪端扭矩請(qǐng)求為負(fù)值，車輛會(huì)處于滑行回收狀態(tài)，讓電機(jī)回收電能，提高續(xù)駛里程。
需要注意的是，最大的扭矩請(qǐng)求需要綜合考慮電機(jī)的最大能力和路面附著所能支持的最大驅(qū)動(dòng)扭矩。
在R檔下，輪端扭矩請(qǐng)求的趨勢(shì)與D檔基本一致?？紤]到倒擋的安全性，會(huì)對(duì)最大車速做一個(gè)限制。倒擋下車速較低，使用頻率也低，所以倒擋不進(jìn)行滑行回收。
制動(dòng)踏板扭矩請(qǐng)求
制動(dòng)踏板扭矩計(jì)算主要需要考慮駕駛模式、回收等級(jí)、車速、制動(dòng)踏板開度。駕駛模式、回收等級(jí)主要通過標(biāo)定來(lái)實(shí)現(xiàn)，這里暫不考慮。
輪端扭矩請(qǐng)求與制動(dòng)踏板開度和車速有關(guān)，如下圖。同一車速下，制動(dòng)踏板開度越大，請(qǐng)求扭矩越大，來(lái)滿足駕駛員的減速需求和車輛盡量多回收的期望；同一制動(dòng)踏板開度下，車速越高，請(qǐng)求扭矩先減小再增大，這里主要考慮駕駛性的原因。
需要注意的是，這里并沒有隨著制動(dòng)開度的增大而一直加大回收力矩，因?yàn)楫?dāng)前新能源車的制動(dòng)踏板與制動(dòng)液壓系統(tǒng)沒有解耦，當(dāng)制動(dòng)踏板深度加大時(shí)，液壓制動(dòng)會(huì)急劇的增大，如果電制動(dòng)也一直增大，整車的制動(dòng)感會(huì)比較差。以后若干年，線控制動(dòng)可以上車的話，這里可以考慮放開。
爬行扭矩請(qǐng)求
爬行功能，一般為了維持車輛在不踩踏板的情況下以一個(gè)較低的車速行駛，通常采用一個(gè)開環(huán)MAP來(lái)維持車速穩(wěn)定。這個(gè)MAP以車速為橫坐標(biāo)，扭矩請(qǐng)求為縱坐標(biāo)。當(dāng)車速低于目標(biāo)爬行目標(biāo)車速時(shí)，扭矩稍大一些，促使車輛加速；當(dāng)車速高于爬行目標(biāo)，扭矩稍小一些，讓車速減小。整體MAP形狀如下圖：
巡航扭矩請(qǐng)求
定速巡航扭矩計(jì)算比較簡(jiǎn)單，本質(zhì)上計(jì)算跟隨一個(gè)PID控制器的輸出。這個(gè)控制器的目標(biāo)是駕駛員設(shè)置的巡航車速， PID控制器會(huì)一直請(qǐng)求一個(gè)合適的扭矩來(lái)讓實(shí)際車速逐漸接近目標(biāo)車速。當(dāng)巡航功能激活時(shí)，我們需要響應(yīng)該扭矩請(qǐng)求。
其他扭矩請(qǐng)求
其他扭矩請(qǐng)求主要在底盤以及智能駕駛的相關(guān)ECU進(jìn)行計(jì)算，主要包括ESP扭矩請(qǐng)求、ACC扭矩請(qǐng)求、AEB扭矩請(qǐng)求等。VCU需要做的就是做好與其他ECU功能之間的交互，需要時(shí)及時(shí)響應(yīng)。
扭矩耦合
扭矩耦合就是把上面提到的5類扭矩請(qǐng)求融合，最終輸出一個(gè)總的扭矩請(qǐng)求。
一般耦合規(guī)則如下：
1）由于底盤涉及車輛穩(wěn)定，智駕涉及自動(dòng)行駛，所以其他扭矩請(qǐng)求優(yōu)先級(jí)較高，所以當(dāng)這些功能激活時(shí)，一般需要優(yōu)先執(zhí)行它們的請(qǐng)求扭矩，未激活時(shí)則看另外4個(gè)扭矩請(qǐng)求。
2）先定義加速踏板扭矩請(qǐng)求為A、制動(dòng)踏板扭矩請(qǐng)求為B、巡航或爬行扭矩請(qǐng)求為C。對(duì)于A，在小油門為負(fù)，大油門為正；對(duì)于B，一直為負(fù)；對(duì)于C，當(dāng)巡航或爬行功能激活時(shí)，可正可負(fù)。所以，當(dāng)A+B > 0 時(shí)，表示車輛處于驅(qū)動(dòng)，此時(shí)取Max（A+B，C）作為請(qǐng)求扭矩即可；當(dāng)A+B < 0 時(shí)，表示車輛處于制動(dòng)，巡航功能會(huì)退出（C=0），此時(shí)取A+B作為請(qǐng)求扭矩。
理論上A與B只會(huì)有一個(gè)扭矩請(qǐng)求，但是也不排除駕駛員錯(cuò)誤操作同時(shí)踩油門和剎車，此工況各大主機(jī)廠做法有所不同，有的考慮安全以制動(dòng)為主，有的考慮駕駛性保留部分加速扭矩。
扭矩限制
扭矩限制一般主要考慮檔位、最大車速限制、故障等。當(dāng)車輛接近最大車速時(shí)，可以限制請(qǐng)求扭矩下降到一個(gè)比較低的水平，保證車輛僅夠維持最大車速行駛的動(dòng)力。當(dāng)然，車輛處于非驅(qū)動(dòng)檔位時(shí)，扭矩需要限制為0。在某些故障下，為了保證行車安全，也需要進(jìn)行限速處理。
假如輪端最大扭矩請(qǐng)求3000Nm，車輛限速160km/h，則其輪端扭矩限制形狀一般可以如下圖所示。當(dāng)車速未超過最大行駛車速時(shí)，盡量使用電機(jī)外特性能力滿足駕駛需求；當(dāng)車速超過允許的最大車速后，直接限扭矩降速。
扭矩?fù)Q向
一般D檔下，踩下加速踏板請(qǐng)求正扭矩驅(qū)動(dòng)，踩下制動(dòng)踏板請(qǐng)求負(fù)扭矩回收。但是，在某些工況并不是很適用，需要做扭矩方向調(diào)整，使得請(qǐng)求扭矩符合駕駛員預(yù)期。
例如，車輛在向后滑行，此時(shí)踩下制動(dòng)踏板，如果請(qǐng)求一個(gè)負(fù)的扭矩，電機(jī)會(huì)加速向后行駛，與駕駛員踩剎車停車的預(yù)期不符合，這里就需要把請(qǐng)求扭矩變?yōu)檎ぞ亍?
扭矩濾波
扭矩濾波一般通過低通濾波和梯度濾波實(shí)現(xiàn)，主要有兩個(gè)目的：
1）保證請(qǐng)求扭矩盡量平滑，不出現(xiàn)突變等情況；
2）在不同駕駛模式以及部分特殊工況限制扭矩變化速率，調(diào)整車輛的扭矩響應(yīng)特性。
以上，簡(jiǎn)要介紹了扭矩解析的基本功能，可以發(fā)現(xiàn)里面沒有復(fù)雜的算法，更多的是考慮駕駛員的真實(shí)需求，需求分析好了輔以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿?，扭矩解析就是成功的?
扭矩解析更多的細(xì)節(jié)需要在實(shí)踐中去理解、去優(yōu)化，越符合用戶期望的就是越好的。
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