CN104614187B - 一种基于虚拟车辆的真实驾驶循环测试装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于虚拟车辆的真实驾驶循环测试装置和方法，该方法包括以下步骤：在人‑车‑路建模平台软件中选择车辆模型、道路模型、司机模型自动驾驶或真实司机驾驶；开启人‑车‑路实时平台，将人‑车‑路建模平台中建立的司机模型或者真实司机操作、车辆模型和道路模型导入到实时平台中；运行实时运行平台；司机模型或真实司机在选定的道路模型和车辆模型下完成驾驶后，实时平台停止运行，基础台架***停止运行；若为真实司机操作，人‑车‑路建模平台将司机的操作信息保存成特定格式的文件，并提取司机的特征参数，更新到当前司机模型中。本方法实现了整车的标定以及实验。

Description

一种基于虚拟车辆的真实驾驶循环测试装置和方法

技术领域

本发明涉及一种发动机实验平台及其功能实现方法，特别是涉及基于虚拟车辆的真实驾驶循环测试实验装置和方法。

背景技术

随着对环境问题日益重视，各国政府不断出台法规来要求降低车辆尾气污染物的排放，而随着经济发展而带来的石油资源的加速使用，使得人们日益关注车辆燃油的经济性。

目前，汽车行业常常采用几条比较固定的驾驶循环测试方式来对发动机性能进行测试其排放性。这样的测试方式最大的缺点，就是测试工况是固定的、已知的，整车厂可以预先针对该工况对整车进行优化，由此出现在固定的驾驶循环测试下整车的排放表现要比车辆实际工作过程中的排放性要好的情况。

对于这样的情况，美国提出了真实驾驶循环测试Real Drive Cycle，下文简称RDC。在RDC工况中，没有预先设定的循环工况，由司机在随机选择的路段上按照当前实际的道路状况自由驾驶至终点，在这个过程中对整车的排放性进行测试。RDC与固定驾驶循环相比更接近于真实的工况，是排放测试循环标准发展的方向。

在固定驾驶循环排放测试时，可以在台架上让动力总成按照固定的速度和扭矩曲线运行，从而进行的排放性能进行测试，然而，在RDC测试中，没有固定的速度和扭矩曲线，而结合实际道路情况的司机操作成为了测试的基准，因此，传统的发动机测试台架无法满足车辆RDC的测试要求。

通过专利查询，没有发现在台架上基于虚拟整车进行RDC测试的做法，但有一些结构上接近或类似的专利：

中国专利CN101916519A公开的一种用于电动汽车动力***试验台架的驾驶模拟试验方法，该方法是通过对目标车速——时间参数、不同车辆技术参数等的设置，通过整车动力计算和匹配得到不同车速下的转速、转矩、油门、制动、离合、档位等不同命令，让电动汽车动力试验台架各部件进行相应动作，从而完成预定不同道路工况、不同车辆模型下的驾驶模拟实验，在试验结束后可根据采集记录到的相关数据进行分析，从而得到动力***的相关性能分析报告，完成电动汽车动力***在试验台架上的司机模拟实验。专利CN101916519A是以目标车速为目标，通过仿真计算来控制电动汽车的运行，没有真实司机的参与，和实际的司机驾驶会有出入，没有使用模拟驾驶舱，没有涉及司机模型以及司机模型随着真实司机的操作而实时更新，没有体现出真实驾驶循环的思想，而且其研究对象是基于电动汽车，和内燃机车有不少控制和实现上的区别。

中国专利CN103149027A公开的一种车辆传动***试验方法及实施该方法的试验台中，该试验方法首先由驾驶员操作驾驶模拟单元，根据驾驶模拟单元中存储的路况信息，模拟各种工况下传动***的工作状况，并将驾驶员操作试验过程数据存储到数据存储模块中，在驾驶员对各种工况都模拟完之后，开始进入无驾驶员操作模式，由控制***根据数据存储模块中存储的数据对被测传动***进行控制，通过在无驾驶员操作模式下，反复模拟各种工况，完成相关试验。解决了传统车辆传动***试验台固有工况循环***不能准确反应汽车实际运行过程中的动力性、经济性等相关性能指标的问题。专利CN103149027A中在不同道路工况下，用驾驶员来操作驾驶模拟单元来操作车辆传动***，并将其操作保存下来，供以后在无驾驶员的情况下循环使用，在一定程度上解决了固有工况循环不能准确反应汽车实际运行的性能指标，但其思想只是用几次实际的驾驶员操作来对汽车运行进行测试，没有涉及到司机模型，以及司机模型的更新，这样的测试方式没有归纳出真实司机驾驶操作的本质，没有代表性和可扩展性，其道路模型是驾驶模拟单元自带的，其精确性和真实性并不十分可靠，而且其工况有限，不易扩展。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的不足，提供一种能够在台架上实现真实驾驶循环测试的一种基于虚拟车辆的真实驾驶循环测试装置和方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明的一种基于虚拟车辆的真实驾驶循环测试装置，它包括基础台架***，所述的基础台架***包括动力总成单元,所述的动力总成单元包括发动机，所述的发动机通过离合器和驱动电机输入轴联接，驱动电机输出动力到手自一体变速器，手自一体变速器连接电力测功机，所述的驱动电机与蓄电池采用电缆连接，用于实现电能的双向流动；所述的发动机通过发动机控制器与整车控制器相连，驱动电机通过驱动电机控制器与整车控制器相连，蓄电池通过电池管理单元与整车控制器相连，手自一体变速器通过变速器控制器与整车控制器相连，它还包括人-车-路建模平台、人-车-路实时平台和驾驶模拟舱；

所述的人-车-路建模平台，用于建立司机模型、车辆模型和道路模型；

所述的司机模型读取车辆模型输出的当前的车辆状态信息以及道路模型输出的目标车速信息和当前的路况信息，并依据这些信息计算获得车辆模型所需要的整车控制信息，并将以上控制信息发送给车辆模型；

所述的车辆模型是一个不含动力总成单元的整车动力学模型，车辆模型与基础台架***上的动力总成单元构成一个半实物虚拟整车；车辆模型读取司机模型输出的操作信息或驾驶模拟舱输出的真实司机驾驶操作信息，处理后将驾驶操作信息发送给基础台架***中的整车控制器，由整车控制器下发指令到动力总成单元各个单元控制器，实现对基础台架***的动力总成单元的运行控制，同时车辆模型读取整车控制器中的动力总成单元的状态信息以及道路模型的路况信息，输出到司机模型或者驾驶模拟舱的显示器上，车辆模型依据动力总成单元的状态信息、道路模型输出的路况信息计算当前车辆动力总成单元所受的阻力矩，并将该阻力矩信息发送给测功机控制器，通过电力测功机实现该阻力矩；

所述的道路模型包括道路车辆信息、行人信息、红绿灯信息、道路的弯道信息、道路的坡度信息和道路路面材质信息；它从车辆模型读取车辆行驶里程，查询道路模型预置的脉谱图，获得当前位置上的路况信息和目标车速信息并输出给司机模型，同时将路况信息输出到车辆模型；

所述的人-车-路实时运行平台，是一个基于实时操作***的运行环境，用于使人-车-路建模平台中建立的司机模型、车辆模型和道路模型在其内部实时运行，车辆模型和道路模型的控制信息通过整车控制器和测功机控制器操作基础台架***，并从基础台架***得到反馈，形成整个真实驾驶循环装置的运行闭环；当车辆模型的控制信息来自于驾驶模拟舱时，实时平台还负责接收来自于驾驶模拟舱的整车控制信息，并传递给车辆模型；

所述的驾驶模拟舱，包括液晶显示屏、方向盘、加速踏板、离合踏板、制动踏板、手动换挡机构、自动换挡机构、钥匙开关以及信号调理转换模块；司机操作驾驶舱中的方向盘、加速踏板、离合踏板、制动踏板、手动换挡机构或自动换挡机构用以实现模拟驾驶，驾驶操作信息通过所述的信号调理转换模块将司机的操作信息发送至所述的人-车-路实时平台；同时驾驶模拟舱接收来自于实时平台的车辆状态信息和道路路况信息并以3D动画的形式显示到显示屏中。

一种基于虚拟车辆的真实驾驶循环测试方法，它包括以下步骤：

步骤一：连接好各个线路，给整个***供电，打开人-车-路建模平台软件，打开驾驶模拟舱显示器，给基础台架***供水、供油；

步骤二：在人-车-路实时平台建模平台软件中选择车辆模型、道路模型、司机模型自动驾驶或真实司机驾驶，司机模型中有着不同司机的驾驶风格特征，若是新司机驾驶，则新建司机模型；若司机之前操作过驾驶模拟舱，则在真实司机驾驶类型下选择该司机模型，真实司机的驾驶操作信息会被记录下来用于更新当前选择的司机模型；

步骤三：开启人-车-路实时平台，将人-车-路建模平台中建立的司机模型或者真实司机操作、车辆模型和道路模型导入到人-车-路实时平台中；

步骤四：运行人-车-路实时平台，司机模型或真实司机操作驾驶模拟舱，控制虚拟车辆起步，液晶显示器实时显示当前路况和车辆信息；司机模型将操作信息发送给车辆模型，或由驾驶模拟舱将真实司机根据路况和车辆信息进行的各种操作信息发送给车辆模型，由人-车-路实时平台将对车辆模型的控制信息传递给整车控制器，再通过动力总成单元各个控制器控制离合器、驱动电机、发动机以及变速箱各个执行机构的操作，人-车-路实时平台将车辆模型计算的当前车辆动力总成单元所受的阻力矩发送给测功机控制器，由测功机控制器控制电力测功机运行模拟行驶阻力，实现对基础台架***的操作；

步骤五：司机模型或真实司机在选定的道路模型和车辆模型下完成驾驶后，人-车-路实时平台停止运行，基础台架***停止运行；若为真实司机操作，人-车-路建模平台将司机的操作信息保存成特定格式的文件，并提取司机的特征参数，更新到当前司机模型中，使得更新的司机模型能更真实的反映该司机的操作特征；

步骤六：结束实验。

本发明的有益效果是：结合当前先进的数据库技术，与传统的发动机台架实验不同，在实验室中实现了真实司机的驾驶，实现了整车的标定以及实验，控制策略验证等，大大的节约了整车研发人力物力成本和时间成本，并大大提高了整车实验的安全性。

附图说明

图1为本发明的基于虚拟车辆的真实驾驶循环测试装置的结构图；

图2为图1所示的装置中的模拟驾驶舱结构图；

图3为本发明的基于虚拟车辆的真实驾驶循环测试方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明加以详细说明。

如图1和2所示的本发明的一种基于虚拟车辆的真实驾驶循环测试装置，它包括基础台架***1，所述的基础台架***1包括动力总成单元5,所述的动力总成单元5包括发动机6，所述的发动机6通过离合器17和驱动电机16输入轴联接，驱动电机16输出动力到手自一体变速器14，手自一体变速器14连接电力测功机13，所述的驱动电机16与蓄电池15采用电缆连接，用于实现电能的双向流动；所述的发动机6通过发动机控制器7与整车控制器相连，驱动电机通过驱动电机控制器8与整车控制器相连，蓄电池15通过电池管理单元10与整车控制器相连，手自一体变速器14通过变速器控制器11与整车控制器相连，它还包括人-车-路建模平台2、人-车-路实时平台3和驾驶模拟舱4；

所述的人-车-路建模平台2，用于建立司机模型、车辆模型和道路模型；

所述的司机模型读取车辆模型输出的当前的车辆状态信息以及道路模型输出的目标车速信息和当前的路况信息，并依据这些信息计算获得车辆模型所需要的整车控制信息，并将以上控制信息发送给车辆模型；

所述的车辆模型是一个不含动力总成单元的整车动力学模型，车辆模型与基础台架***上的动力总成单元5构成一个半实物虚拟整车；车辆模型读取司机模型输出的操作信息或驾驶模拟舱输出的真实司机驾驶操作信息，处理后将驾驶操作信息发送给基础台架***1中的整车控制器9，由整车控制器9下发指令到动力总成单元各个单元控制器，实现对基础台架***的动力总成单元5的运行控制，同时车辆模型读取整车控制器9中的动力总成单元5的状态信息以及道路模型的路况信息，输出到司机模型或者驾驶模拟舱的显示器上，车辆模型依据动力总成单元5的状态信息、道路模型输出的路况信息计算当前车辆动力总成单元所受的阻力矩，并将该阻力矩信息发送给测功机控制器12，通过电力测功机13实现该阻力矩；

所述的道路模型包括道路车辆信息、行人信息、红绿灯信息、道路的弯道信息、道路的坡度信息和道路路面材质信息；它从车辆模型读取车辆行驶里程，查询道路模型预置的脉谱图，获得当前位置上的路况信息和目标车速信息并输出给司机模型，同时将路况信息输出到车辆模型；

所述的人-车-路实时平台，是一个基于实时操作***的运行环境，用于使人-车-路建模平台中建立的司机模型、车辆模型和道路模型在其内部实时运行，车辆模型和道路模型的控制信息通过整车控制器和测功机控制器操作基础台架***，并从基础台架***得到反馈，形成整个真实驾驶循环装置的运行闭环；当车辆模型的控制信息来自于驾驶模拟舱时，实时运行平台还负责接收来自于驾驶模拟舱的整车控制信息，并传递给车辆模型；

所述的驾驶模拟舱4，包括液晶显示屏26、方向盘19、加速踏板20、离合踏板21、制动踏板22、手动换挡机构23、自动换挡机构24、钥匙开关18以及信号调理转换模块25；司机操作驾驶模拟舱中的方向盘19、加速踏板20、离合踏板21、制动踏板22、手动换挡机构23或自动换挡机构24用以实现模拟驾驶，驾驶操作信息通过所述的信号调理转换模块25将司机的操作信息发送至所述的人-车-路实时平台3；同时驾驶模拟舱接收来自于人-车-路实时平台的车辆状态信息和道路路况信息并以3D动画的形式显示到显示屏中。

优选的所述的人-车-路建模平台2对外有模型接口，所述的模型接口用于接收外来的模型并将其更新到自身的模型中进行模型的完善。

优选的每一次真实司机在所述驾驶模拟舱的操作行为特征会在司机操作结束后保存到人-车-路建模平台中，用于更新当前司机模型。

优选的所述的人-车-路建模平台的道路模型信息是从真实的道路中提取的特征信息，并模拟出真实的道路。

如图3所示的本发明一种基于虚拟车辆的真实驾驶循环测试方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：连接好各个线路，给整个***供电，打开人-车-路建模平台软件，打开驾驶模拟舱显示器，给基础台架***供水、供油；

步骤二：在人-车-路建模平台软件中选择车辆模型(车辆模型根据发动机、驱动电机、电池和变速箱等参数来确定)、道路模型(不同的道路模型反映不同的路况，如红绿灯，道路宽窄，弯道，距离等信息)、司机模型(自动驾驶)或真实司机驾驶，司机模型中有着不同司机的驾驶风格特征(不同的换挡时机、行驶速度、踏板开度等)，若是新司机驾驶，则新建司机模型；若司机之前操作过驾驶模拟舱，则在真实司机驾驶类型下选择该司机模型，真实司机的驾驶操作信息会被记录下来用于更新当前选择的司机模型；

步骤三：开启人-车-路实时平台，将人-车-路建模平台中建立的司机模型或者真实司机操作、车辆模型和道路模型导入到实时平台中；

步骤四：运行人-车-路实时平台，司机模型或真实司机操作驾驶模拟舱，控制虚拟车辆起步，液晶显示器实时显示当前路况和车辆信息；司机模型将操作信息发送给车辆模型，或由驾驶模拟舱将真实司机根据路况和车辆信息进行的(包括换挡、加速以及制动在内)各种操作信息发送给车辆模型，由人-车-路实时平台将对车辆模型的控制信息传递给整车控制器，再通过动力总成单元各个控制器控制离合器、驱动电机、发动机以及变速箱各个执行机构的操作，人-车-路实时平台将车辆模型计算的当前车辆动力总成单元所受的阻力矩发送给测功机控制器，由测功机控制器控制电力测功机运行模拟行驶阻力，实现对基础台架***的操作；

步骤五：司机模型或真实司机在选定的道路模型和车辆模型下完成驾驶后，人-车-路实时平台停止运行，基础台架***停止运行；若为真实司机操作，人-车-路建模平台将司机的操作信息保存成特定格式(如可以为Excel格式)的文件，并提取司机的特征参数，更新到当前司机模型中，使得更新的司机模型能更真实的反映该司机的操作特征；

步骤六：结束实验。

Claims (4)

1.一种基于虚拟车辆的真实驾驶循环测试装置，它包括基础台架***(1)，所述的基础台架***(1)包括动力总成单元(5),所述的动力总成单元(5)包括发动机(6)，所述的发动机(6)通过离合器(17)和驱动电机(16)输入轴联接，驱动电机(16)输出动力到手自一体变速器(14)，手自一体变速器(14)连接电力测功机(13)，所述的驱动电机(16)与蓄电池(15)采用电缆连接，用于实现电能的双向流动；所述的发动机(6)通过发动机控制器(7)与整车控制器相连，驱动电机通过驱动电机控制器(8)与整车控制器相连，蓄电池(15)通过电池管理单元(10)与整车控制器相连，手自一体变速器(14)通过变速器控制器(11)与整车控制器相连，其特征在于，该测试装置还包括人-车-路建模平台(2)、人-车-路实时平台(3)和驾驶模拟舱(4)；

所述的人-车-路建模平台(2)，用于建立司机模型、车辆模型和道路模型；

所述的司机模型读取车辆模型输出的当前的车辆状态信息以及道路模型输出的目标车速信息和当前的路况信息，并依据这些信息计算获得车辆模型所需要的整车控制信息，并将以上控制信息发送给车辆模型；

所述的车辆模型是一个不含动力总成单元的整车动力学模型，车辆模型与基础台架***上的动力总成单元(5)构成一个半实物虚拟整车；车辆模型读取司机模型输出的操作信息或驾驶模拟舱输出的真实司机驾驶操作信息，处理后将驾驶操作信息发送给基础台架***(1)中的整车控制器(9)，由整车控制器(9)下发指令到动力总成单元的各个单元控制器，实现对基础台架***的动力总成单元(5)的运行控制，同时车辆模型读取整车控制器(9)中的动力总成单元(5)的状态信息以及道路模型的路况信息，输出到司机模型或者驾驶模拟舱的显示器上，车辆模型依据动力总成单元(5)的状态信息、道路模型输出的路况信息计算当前车辆动力总成单元所受的阻力矩，并将该阻力矩信息发送给测功机控制器(12)，通过电力测功机(13)实现该阻力矩；

所述的道路模型包括道路车辆信息、行人信息、红绿灯信息、道路的弯道信息、道路的坡度信息和道路路面材质信息；该道路模型从车辆模型读取车辆行驶里程，查询道路模型预置的脉谱图，获得当前位置上的路况信息和目标车速信息并输出给司机模型，同时将路况信息输出到车辆模型；

所述的人-车-路实时平台，是一个基于实时操作***的运行环境，用于使人-车-路建模平台中建立的司机模型、车辆模型和道路模型在其内部实时运行，根据车辆模型和道路模型的控制信息通过整车控制器和测功机控制器操作基础台架***，并从基础台架***得到反馈，形成整个真实驾驶循环测试装置的运行闭环；当车辆模型的控制信息来自于驾驶模拟舱时，人-车-路实时平台还负责接收来自于驾驶模拟舱的整车控制信息，并传递给车辆模型；

所述的驾驶模拟舱(4)，包括液晶显示屏(26)、方向盘(19)、加速踏板(20)、离合踏板(21)、制动踏板(22)、手动换挡机构(23)、自动换挡机构(24)、钥匙开关(18)以及信号调理转换模块(25)；司机操作驾驶模拟舱中的方向盘(19)、加速踏板(20)、离合踏板(21)、制动踏板(22)、手动换挡机构(23)或自动换挡机构(24)用以实现模拟驾驶，通过所述的信号调理转换模块(25)将司机的操作信息发送至所述的人-车-路实时平台(3)；同时驾驶模拟舱接收来自于人-车-路实时平台的车辆状态信息和道路路况信息并以3D动画的形式显示到液晶显示屏中，每一次真实司机在所述驾驶模拟舱的操作行为特征会在司机操作结束后保存到人-车-路建模平台中，用于更新当前司机模型。

2.根据权利要求1所述的基于虚拟车辆的真实驾驶循环测试装置，其特征在于：所述的人-车-路建模平台(2)对外有模型接口，所述的模型接口用于接收外来的模型并将其更新到自身的模型中进行模型的完善。

3.根据权利要求1或者2所述的基于虚拟车辆的真实驾驶循环测试装置，其特征在于：所述的人-车-路建模平台的道路模型信息是从真实的道路中提取的特征信息，并模拟出真实的道路。

4.一种基于如权利要求1-3任意一项所述的测试装置的基于虚拟车辆的真实驾驶循环测试方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一：连接好各个线路，给整个***供电，打开人-车-路建模平台软件，打开驾驶模拟舱显示器，给基础台架***供水、供油；

步骤二：在人-车-路建模平台软件中选择车辆模型、道路模型、司机模型自动驾驶或真实司机驾驶，司机模型中有着不同司机的驾驶风格特征，若是新司机驾驶，则新建司机模型；若司机之前操作过驾驶模拟舱，则在真实司机驾驶类型下选择该司机模型，真实司机的驾驶操作信息会被记录下来用于更新当前选择的司机模型；

步骤三：开启人-车-路实时平台，将人-车-路建模平台中建立的司机模型自动驾驶或者真实司机驾驶、车辆模型和道路模型导入到人-车-路实时平台中；

步骤四：运行人-车-路实时平台，司机模型自动驾驶或真实司机操作驾驶模拟舱，控制虚拟车辆起步，液晶显示屏实时显示当前路况和车辆信息；司机模型将操作信息发送给车辆模型，或由驾驶模拟舱将真实司机根据路况和车辆信息进行的各种操作信息发送给车辆模型，由人-车-路实时平台将对车辆模型的控制信息传递给整车控制器，再通过动力总成单元的各个单元控制器控制离合器、驱动电机、发动机以及手自一体变速器各个执行机构的操作，人-车-路实时平台将车辆模型计算的当前车辆动力总成单元所受的阻力矩发送给测功机控制器，由测功机控制器控制电力测功机运行模拟行驶阻力，实现对基础台架***的操作；

步骤五：司机模型或真实司机在选定的道路模型和车辆模型下完成驾驶后，人-车-路实时平台停止运行，基础台架***停止运行；若为真实司机操作，人-车-路建模平台将司机的操作信息保存成特定格式的文件，并提取司机的特征参数，更新到当前司机模型中，使得更新的司机模型能更真实的反映该司机的操作特征；

步骤六：结束实验。