CN104627180A - 一种半主动巡航控制***及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种半主动巡航控制***及其方法，***包括输入信号单元、整车控制器和控制反馈单元，所述输入信号单元与所述整车控制器相连接，所述整车控制器与所述控制反馈单元相连接；其中：所述输入信号单元包括巡航开关、钥匙、档位器、制动踏板、制动防抱死***、电池管理***、整车故障检测模块和加速踏板，所述整车控制器通过采集到的驾驶员对所述输入信号单元的操作信号判断车辆的当前状态；所述控制反馈单元包括电机控制器和驱动电机，整车控制器通过电机控制器使驱动电机输出相应的控制扭矩，使车辆始终保持匀速行驶。可使车辆在不同工况下均以稳定的速度进行巡航，避免了驾驶员频繁操作双踏板。

Description

一种半主动巡航控制***及其方法
技术领域
本发明涉及新能源汽车的巡航控制领域，具体涉及一种半主动巡航控制***及其方法。
背景技术
随着汽车产业的发展，车辆本身的某些缺点仍然存在，如车辆在下长坡时，一般通过制动***控制车速，但是这样使得大量的能量以热量散失，降低了整车的经济性；同时长时间的制动容易造成制动***失效，影响整车安全性，且长时间踩制动易造成驾驶疲劳，影响驾驶舒适性。又如车辆在丘陵工况下，驾驶员需要频繁切换加速及制动踏板，在一定程度上影响驾乘舒适性。
针对于车辆本身的缺点，包括定速巡航和自适应巡航在内的辅助功能在车上得到不同程度的应用，其中定速巡航可以很好地缓解驾驶疲劳，但是一般仅用于较平缓、封闭的道路，应用工况有限，在较大坡道的下坡工况时，定速巡航的车速会高于设定车速，在长下坡工况也不能节省燃料；在路况不确定的工况下，定速巡航的设定、解除频繁，不利于操作和驾驶安全；目前的自适应巡航***多用在传统高端车型上，在新能源汽车领域鲜有应用，而传统车上的自适应巡航***在检测到车辆与前车之间距离过小时，是通过与制动防抱死***、发动机控制***协调动作使车轮适当制动从而达到自动降速的目的，但是在此过程中因车辆减速产生的能量是直接以热量的形式损失了，一定程度上影响整车经济性。此外，自适应巡航控制的应用成本高，阻碍了其进一步的广泛应用。而且雷达在工况较复杂的山区道路检测容易出现盲区或误判，直接影响整车的安全性能。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种半主动巡航控制***及其方法，旨在使巡航控制的车速趋于稳定。
本发明采用的技术方案具体为：
一种半主动巡航控制***，包括输入信号单元、整车控制器和控制反馈单元，所述输入信号单元与所述整车控制器相连接，所述整车控制器与所述控制反馈单元相连接；其中：所述输入信号单元包括巡航开关、钥匙、档位器、制动踏板、制动防抱死***、电池管理***、整车故障检测模块和加速踏板，所述整车控制器通过采集到的驾驶员对所述输入信号单元的操作信号判断车辆的当前状态；所述控制反馈单元包括电机控制器和驱动电机，整车控制器通过电机控制器使驱动电机输出相应的控制扭矩，使车辆始终保持匀速行驶。
在上述半主动巡航控制***中，还包括预警单元，所述预警单元与所述整车控制器相连接，所述报警单元包括坡度传感器和报警装置。
在上述半主动巡航控制***中，还包括测距装置，所述测距装置与所述整车控制器相连接。
一种半主动巡航控制***的控制方法，具体包括以下步骤：
在钥匙开启、档位处于前进档、动力电池以及驱动电机均无故障的前提下，开启巡航按钮，进入半主动巡航状态；
进入半主动巡航状态后，在平路工况时，以驾驶员松开加速踏板以及制动踏板时刻的车速作为目标车速，整车控制器内的巡航控制算法对车速进行闭环控制，保持车速为目标车速；
进入在上坡工况时，按原有扭矩驱动车辆，会使车辆巡航车速下降；此时，整车控制器通过计算当前车速与目标车速的差值，将当前车速与目标车速的差值与扭矩调节系数的乘积值循环累加至原输出驱动扭矩值，直至调节到当前车速与目标车速相等时，保持以该输出驱动扭矩值驱动车辆；
进入下坡工况时，车辆无需发送驱动扭矩，车速仍自动升高，则整车控制器通过电机控制器控制驱动电机处于发电状态，主动回收能量；回收扭矩的算法为：
整车控制器通过计算当前车速与目标车速的差值，将当前车速与目标车速的差值与扭矩调节系数的乘积值循环累加至原输出回收扭矩值，直至调节到当前车速与目标车速相等时，保持以该输出回收扭矩值进行能量回收；
若加速踏板和/或制动踏板的开度≠0，则巡航控制暂停，转为人工控制，直至加速踏板和制动踏板的开度均为0，巡航控制恢复。
在上述半主动巡航控制***的控制方法中，进入上坡工况后，当上坡的坡度减小时，按照当前扭矩值驱动，车辆车速会自动升高，此时，整车控制器通过计算当前车速与目标车速的差值，将当前车速与目标车速的差值与扭矩调节系数的乘积值循环累减至原输出驱动扭矩值，直至调节到当前车速与目标车速相等时，保持以该输出驱动扭矩值驱动车辆；当上坡的坡度增加时，按照当前扭矩值驱动，车辆车速会自动降低，此时，整车控制器通过计算当前车速与目标车速的差值，将当前车速与目标车速的差值与扭矩调节系数的乘积值循环累加至原输出驱动扭矩值，直至调节到当前车速与目标车速相等时，保持以该输出驱动扭矩值驱动车辆。
在上述半主动巡航控制***的控制方法中，当车辆处于起步工况为坡道时，由于当前车速为0km/h，因此在驾驶员不踩加速踏板和制动踏板的情况下，整车控制器自动按照目标车速为0km/h进行闭环控制，完成了坡道起步的辅助功能。
在上述半主动巡航控制***的控制方法中，加速踏板和/或制动踏板的开度≠0的情况包括：若驾驶员感觉车速过高，则会踩下制动踏板，此时制动的控制策略转为人工制动策略；当车速达到驾驶员的期望车速时，驾驶员松开制动踏板，此时整车控制器再进入以当前车速为目标车速的闭环控制；若驾驶员感觉车速过低，则会踩下加速踏板，此时制动的控制策略转为人工加速策略；当车速达到驾驶员期望车速时，驾驶员松开加速踏板，此时整车控制器再进行以当前车速为目标车速的闭环控制。
在上述半主动巡航控制***的控制方法中，当坡度传感器监测的坡度工况与驱动电机状态不相符时，车辆的报警装置触发，***退出半主动巡航状态。
在上述半主动巡航控制***的控制方法中，当测距装置监测的车辆与前方障碍物的距离小于设定值时，车辆的报警装置触发，***退出半主动巡航状态。
在上述半主动巡航控制***的控制方法中，所述设定值为10-20m
本发明产生的有益效果是：
本发明的半主动巡航控制方法可使车辆在上下坡、平路等各个不同工况下均能够以稳定的速度进行巡航。在当前巡航车速过高/过低时，可通过制动/加速踏板调节至适当车速后继续巡航。避免了驾驶员频繁操作双踏板，减轻了驾驶疲劳程度，并能在一定程度上改善了因不良的驾驶习惯导致的续驶里程缩短的情况，提高了整车的经济性。
且利用该***还可实现坡道起步的辅助功能，节省了传统车辆实现坡道起步辅助所需的控制器硬件及线路，在几乎不额外增加额外硬件成本的前提下，提升了功能的可扩展性。本发明的半主动巡航***可用于纯电动汽车，还可扩展应用于混合动力汽车及燃料电池汽车等新能源汽车。
附图说明
当结合附图考虑时，能够更完整更好地理解本发明。此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明一种半主动巡航控制***的结构示意图；
图2为本发明一种半主动巡航控制方法的流程框图。
图中：1、巡航开关 2、钥匙 3、档位器 4、制动踏板 5、制动防抱死***ABS 6、电池管理***BMS 7、整车故障检测模块8、加速踏板 9、整车控制器VCU 10、车辆仪表ICM 11、电机控制器MCU 12、驱动电机。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步详细的说明。
如图1所示的一种半主动巡航控制***，包括输入信号单元、整车控制器9和控制反馈单元，输入信号单元与整车控制器9相连接，整车控制器9与控制反馈单元相连接；其中：
输入信号单元包括巡航开关1、钥匙2、档位器3、制动踏板4、制动防抱死***5、电池管理***6、整车故障检测模块7和加速踏板8，整车控制器8通过采集到的驾驶员对输入信号单元的操作信号判断车辆的当前状态；
控制反馈单元包括电机控制器11和驱动电机12，整车控制器9通过半主动巡航控制算法通过电机控制器11使驱动电机12输出相应的控制扭矩，使车辆始终保持以驾驶员期望的车速匀速行驶。
还包括与整车控制器9相连接的车辆仪表10，用于显示巡航指示灯的信号。
如图2所示，上述半主动巡航控制***的控制方法具体为：
在钥匙开启、档位处于前进档、动力电池以及驱动电机均无故障的前提下，开启巡航按钮，进入半主动巡航状态；
进入半主动巡航状态后，在平路工况时，以驾驶员松开加速踏板以及制动踏板时刻的车速作为目标车速，整车控制器内的巡航控制算法对车速进行闭环控制，保持车速为目标车速，即车辆处于平路时，整车控制器9发送相应的扭矩指令至电机控制器11，驱动电机12在电机控制器的控制下始终以目标车速匀速行驶，车辆此时具备基本的定速巡航功能；
进入上坡工况(即坡度大于0％)时，由于滚动阻力、空气阻力以及坡道阻力的存在，按原有扭矩驱动车辆，会使车辆巡航车速下降。此时，整车控制器通过计算当前车速与目标车速的差值，将当前车速与目标车速的差值与扭矩调节系数的乘积值循环累加至原输出驱动扭矩值，直至调节到当前车速与目标车速相等时，保持以该输出驱动扭矩值驱动车辆；
当上坡的坡度减小时，按照当前扭矩值驱动，车辆车速会自动升高，此时，整车控制器通过计算当前车速与目标车速的差值，将当前车速与目标车速的差值与扭矩调节系数的乘积值循环累减至原输出驱动扭矩值，直至调节到当前车速与目标车速相等时，保持以该输出驱动扭矩值驱动车辆；
当上坡的坡度增加时，按照当前扭矩值驱动，车辆车速会自动降低，此时，整车控制器通过计算当前车速与目标车速的差值，将当前车速与目标车速的差值与扭矩调节系数的乘积值循环累加至原输出驱动扭矩值，直至调节到当前车速与目标车速相等时，保持以该输出驱动扭矩值驱动车辆。
因此车辆具备无需驾驶员踩加速踏板即可实现工况切换下的定速巡航功能。
进入坡度较大的下坡工况时，由于车辆重力克服车辆的行驶阻力(如车辆处于坡道>5％的下坡路)，此时车辆无需发送驱动扭矩，车速仍自动升高时，则整车控制器9通过电机控制器11控制驱动电机12处于发电状态，主动回收能量；回收扭矩的算法为：整车控制器通过计算当前车速与目标车速的差值，将当前车速与目标车速的差值与扭矩调节系数的乘积值循环累加至原输出回收扭矩值，直至调节到当前车速与目标车速相等时，保持以该输出回收扭矩值进行能量回收；
若加速踏板和/或制动踏板的开度≠0，则巡航控制暂停，转为人工控制，直至加速踏板和制动踏板的开度均为0，巡航控制恢复。
其中的扭矩调节系数根据不同车型需要标定，单位为Nm/(km/h)，取值为0-1之间的某个值，优选为0.5。
因此，车辆具备将车辆势能转化成电能储存用于后续驱动，而不是通过热量散失方式浪费能源，提高了整车经济性。
当车辆处于起步工况为坡道时，由于车辆车速为0km/h，因此在驾驶员不踩加速踏板和制动踏板的情况下，整车控制器自动按照目标车速为0km/h进行闭环控制，因此具备坡道起步辅助功能，有效防止车辆坡道起步溜坡现象。
若驾驶员感觉车速过高(例如前方有车辆、行人等)，则会踩下制动踏板，此时制动的控制策略转为人工制动策略；当车速达到驾驶员的期望车速时，驾驶员松开制动踏板，此时整车控制器9再进入以当前车速为目标车速的闭环控制；
若驾驶员感觉车速过慢时(例如前方道路空旷或当前车速过低)，则会踩下加速踏板，此时制动的控制策略转为人工加速策略；当车速达到驾驶员期望车速时，驾驶员松开加速踏板，此时整车控制器9再进行以当前车速为目标车速的闭环控制。
因此，此模式较适用于车辆行人较少、行驶工况相对稳定的空旷郊区路段，以及山村上下坡、环线桥上下坡等工况。
整车控制器首先计算出当前车速与目标车速的差值，然后将差值乘以扭矩调节系数的乘积累加到原有扭矩上，当当前车速等于目标车速时，即当前车速与目标车速的差值为0，因此乘积值也为零，累加后的扭矩值也就不会再增加了，即等同于保持当前的扭矩值。
此外，本发明的半主动巡航控制***还可进一步增加坡度传感器，引入坡度信号，当车辆处于半主动巡航状态下，且车辆处于上坡工况或平路工况下，若监测到电机状态为发电状态，说明此时不符合实际驾驶需求。***自动退出半主动巡航状态，并通过报警装置告知驾驶员。增加坡度传感器的优点在于：由于电动汽车的整车控制多依赖于电信号，当出现诸如线路短路、电磁干扰或者黑客侵入整车网络等情况下，现有的算法可能使车辆在巡航行驶状态时受到干扰。因此，增加坡度传感器，相当于引入了信号增加算法，进一步保证了***工作的稳定性和可靠性。
也可以增加厘米波雷达，引入雷达探测与前方障碍物(车辆、行人等)的距离信号。当车辆处于半主动巡航状态下，若监测到电机状态为电动状态，且此时车辆与前方障碍物的距离<10-20m，则***自动退出半主动巡航状态，并通过提示报警装置告知驾驶员。增加厘米波雷达的优点在于：通过采用低成本的硬件配置，当车辆在巡航行驶状态时，如出现诸如制动***故障或者驾驶员分心等情况时，通过***自动退出，使车辆不会持续保持巡航车速继续行驶，提高了整车安全性。
如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，显然，只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果、对本领域的技术人员来说是显而易见的变形，也均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种半主动巡航控制***，其特征在于，包括输入信号单元、整车控制器和控制反馈单元，所述输入信号单元与所述整车控制器相连接，所述整车控制器与所述控制反馈单元相连接；其中：
所述输入信号单元包括巡航开关、钥匙、档位器、制动踏板、制动防抱死***、电池管理***、整车故障检测模块和加速踏板，所述整车控制器通过采集到的驾驶员对所述输入信号单元的操作信号判断车辆的当前状态；
所述控制反馈单元包括电机控制器和驱动电机，整车控制器通过电机控制器使驱动电机输出相应的控制扭矩，使车辆始终保持匀速行驶。
2.根据权利要求1所述的半主动巡航控制***，其特征在于，还包括预警单元，所述预警单元与所述整车控制器相连接，所述报警单元包括坡度传感器和报警装置。
3.根据权利要求2所述的半主动巡航控制***，其特征在于，还包括测距装置，所述测距装置与所述整车控制器相连接。
4.一种半主动巡航控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
在钥匙开启、档位处于前进档、动力电池以及驱动电机均无故障的前提下，开启巡航按钮，进入半主动巡航状态；
进入半主动巡航状态后，在平路工况时，以驾驶员松开加速踏板以及制动踏板时刻的车速作为目标车速，整车控制器内的巡航控制算法对车速进行闭环控制，保持车速为目标车速；
进入在上坡工况时，按原有扭矩驱动车辆，会使车辆巡航车速下降；此时，整车控制器通过计算当前车速与目标车速的差值，将当前车速与目标车速的差值与扭矩调节系数的乘积值循环累加至原输出驱动扭矩值，直至调节到当前车速与目标车速相等时，保持以该输出驱动扭矩值驱动车辆；
进入下坡工况时，车辆无需发送驱动扭矩，车速仍自动升高，则整车控制器通过电机控制器控制驱动电机处于发电状态，主动回收能量；回收扭矩的算法为：
整车控制器通过计算当前车速与目标车速的差值，将当前车速与目标车速的差值与扭矩调节系数的乘积值循环累加至原输出回收扭矩值，直至调节到当前车速与目标车速相等时，保持以该输出回收扭矩值进行能量回收；
若加速踏板和/或制动踏板的开度≠0，则巡航控制暂停，转为人工控制，直至加速踏板和制动踏板的开度均为0，巡航控制恢复。
5.根据权利要求4所述的半主动巡航控制方法，其特征在于，进入上坡工况后，当上坡的坡度减小时，按照当前扭矩值驱动，车辆车速会自动升高，此时，整车控制器通过计算当前车速与目标车速的差值，将当前车速与目标车速的差值与扭矩调节系数的乘积值循环累减至原输出驱动扭矩值，直至调节到当前车速与目标车速相等时，保持以该输出驱动扭矩值驱动车辆；当上坡的坡度增加时，按照当前扭矩值驱动，车辆车速会自动降低，此时，整车控制器通过计算当前车速与目标车速的差值，将当前车速与目标车速的差值与扭矩调节系数的乘积值循环累加至原输出驱动扭矩值，直至调节到当前车速与目标车速相等时，保持以该输出驱动扭矩值驱动车辆。
6.根据权利要求4所述的半主动巡航控制方法，其特征在于，当车辆处于起步工况为坡道时，由于当前车速为0km/h，因此在驾驶员不踩加速踏板和制动踏板的情况下，整车控制器自动按照目标车速为0km/h进行闭环控制，完成了坡道起步的辅助功能。
7.根据权利要求4所述的半主动巡航控制方法，其特征在于，加速踏板和/或制动踏板的开度≠0的情况包括：
若驾驶员感觉车速过高，则会踩下制动踏板，此时制动的控制策略转为人工制动策略；当车速达到驾驶员的期望车速时，驾驶员松开制动踏板，此时整车控制器再进入以当前车速为目标车速的闭环控制；
若驾驶员感觉车速过低，则会踩下加速踏板，此时制动的控制策略转为人工加速策略；当车速达到驾驶员期望车速时，驾驶员松开加速踏板，此时整车控制器再进行以当前车速为目标车速的闭环控制。
8.根据权利要求4所述的半主动巡航控制方法，其特征在于，当坡度传感器监测的坡度工况与驱动电机状态不相符时，车辆的报警装置触发，***退出半主动巡航状态。
9.根据权利要求8所述的半主动巡航控制方法，其特征在于，当测距装置监测的车辆与前方障碍物的距离小于设定值时，车辆的报警装置触发，***退出半主动巡航状态。
10.根据权利要求9所述的半主动巡航控制方法，其特征在于，所述设定值为10-20m。
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