CN111880529B - 基于高精度地图的坡道巡航车速控制方法 - Google Patents
基于高精度地图的坡道巡航车速控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及巡航控制技术领域，具体涉及一种基于高精度地图的坡道巡航车速控制方法。基于高精度地图模块接收的前方道路限速信息、道路坡度信息、车辆位置信息，进行地图重构；根据重构的地图信息，获取车辆当前位置信息以及距离下一个坡道的起点和终点距离信息；基于车辆载重、初始车速和坡道坡度查询预先标定的调速距离MAP表、调速阈值MAP表和调速斜率MAP表，得到调速距离、调速阈值和调速斜率；当车辆行驶至调速距离时，基于调速阈值和调速斜率对车辆的车速进行控制。本方案设置触发调速的调速距离，在车辆达到调速距离时，通过查表的方法基于调速阈值和调速斜率对车辆的车速进行控制，能够将节油率最大化。
Description
技术领域
本发明涉及巡航控制技术领域，具体涉及一种基于高精度地图的坡道巡航车速控制方法。
背景技术
车辆在自动巡航驾驶即采用驾驶员设定的巡航车速进行自动驾驶，该行驶模式在平坦的路面上具有较佳的使用体验，但当路面出现坡度时，如仍然以设定的巡航车速进行自动驾驶，通常会导致燃油消耗率增加。
为了解决这一技术问题，公告号为CN 108068806A的中国专利申请公开了一种汽车发动机巡航节能控制方法及装置，该方法首先检测前方道路坡度情况评估车辆动力调节方案，上坡前提前增大节气门开度加速到与坡度、坡长相适应的速度，下坡前提前减小节气门开度减速到与坡度、坡长相适应的速度，以实现节油的目的。但该具体多大的车速才是与坡度、坡长相适应的速度并不为本领域技术人员所知，导致该方案难以实施。因此，如何合理的设置车速，以达到节约燃油的目的依然是巡航控制在面对坡道时需要面对的一个难题。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种基于高精度地图的坡道巡航车速控制方法，能够合理的设置车速，使车速能够保证动力链平稳的前提下实现最高节油率。
本发明的技术方案为：基于高精度地图模块接收的前方道路限速信息、道路坡度信息、车辆位置信息，进行地图重构；
根据重构的地图信息，获取车辆当前位置信息以及距离下一个坡道的起点和终点距离信息；
基于车辆载重、初始车速和坡道坡度查询预先标定的调速距离MAP表、调速阈值MAP表和调速斜率MAP表，得到调速距离、调速阈值和调速斜率；
当车辆行驶至所述调速距离时，基于所述调速阈值和调速斜率对车辆的车速进行控制。
较为优选的，所述调速距离MAP表基于车辆载重和坡道坡度进行标定，所述标定包括
设定调速距离的初始标定值；
采用控制变量法，以最佳节油率为目标，使车辆在固定工况下行驶若干个驾驶循环，并绘制调速距离和综合油耗的对应曲线；
根据所述调速距离和综合油耗的对应曲线得到当前车辆载重和当前坡道坡度下的最优调速距离；
对各车辆载重和坡道坡度下对应的最优调速距离进行记录，得到初始调速距离MAP表；
对所述初始调速距离MAP表进行微调，得到调速距离MAP表。
较为优选的，所述调速阈值MAP表基于初始车速和坡道坡度进行标定，所述标定包括
设定调速阈值的初始标定值；
采用控制变量法，以最佳节油率为目标，使车辆在固定工况下行驶若干个驾驶循环，并绘制调速阈值和综合油耗的对应曲线；
根据所述调速阈值和综合油耗的对应曲线得到当前初始车速和当前坡道坡度下的最优调速阈值；
对各初始车速和坡道坡度下对应的最优调速阈值进行记录，得到初始调速阈值MAP表；
对所述初始调速阈值MAP表进行微调，得到调速阈值MAP表。
较为优选的，所述调速斜率MAP表基于车辆载重和初始车速进行标定，所述标定包括
设定调速斜率的初始标定值；
采用控制变量法，以最佳节油率为目标，使车辆在固定工况下行驶若干个驾驶循环，并绘制调速斜率和综合油耗的对应曲线；
根据所述调速斜率和综合油耗的对应曲线得到当前车辆载重和初始车速的最优调速斜率；
对各车辆载重和初始车速下对应的最优调速斜率进行记录，得到初始调速斜率MAP表；
对所述初始调速斜率MAP表进行微调，得到调速斜率MAP表。
较为优选的，对所述初始调速距离MAP表、初始调速阈值MAP表和初始调速斜率MAP表进行微调包括
在同一工况下对所述初始调速距离MAP表、初始调速阈值MAP表和初始调速斜率MAP表中的调速距离、调速阈值和调速斜率进行微调，并根据每次微调的结果绘制出一条燃油消耗率曲线；
当一条燃油消耗率曲线最接近设定的目标燃油消耗率曲线时，将该条燃油消耗率曲线对应的调速距离、调速阈值和调速斜率作为该工况下对应的数值更新至初始调速距离MAP表、初始调速阈值MAP表和初始调速斜率MAP表中的对应栏，得到调速距离MAP表、调速阈值MAP表和调速斜率MAP表。
较为优选的，进行标定时，所述车辆载重的变化包括标载、半载和空载，所述标载、半载和空载通过车辆标称进行划分。
较为优选的，进行标定时，所述坡道坡度的变化包括大坡、中坡和小坡，所述大坡、中坡和小坡通过预设的若干个坡度阈值进行划分。
较为优选的，进行标定时，所述初始车速的变化包括小于目标巡航车速、目标巡航车速和大于目标巡航车速，所述小于目标巡航车速、目标巡航车速和大于目标巡航车速通过驾驶员设定的巡航车速进行划分。
本发明的有益效果为：本方案在高精度地图模块的前提下，由整车控制器结合车辆传统巡航状态和接收地图模块提供的道路前方路况，综合调整车辆目标巡航车速，能在上下坡过程中达到节省燃油的目的。本方案设置触发调速的调速距离，在车辆达到调速距离时，通过查表的方法基于调速阈值和调速斜率对车辆的车速进行控制，能够实现节油率最大化。通过控制变量法，以车辆载重、坡道坡度和初始车速对三个MAP表进行实车标定和微调，能够使最终得到的调节参数更好的满足目标燃油消耗率曲线，使车辆在上下坡维持动力链平稳的前提下，最大化节约燃油。
附图说明
图1为本发明控制流程示意图；
图2为本发明进行地图重构前和重构后的车辆当前位置和当前坡度对照示意图；
图3为本发明地图重构后车辆当前位置及当前坡度的简化示意图；
图4为调速距离MAP表示意图；
图5为调速阈值MAP表示意图；
图6为调速斜率MAP表示意图；
图7为传统巡航和理想车速控制的燃油消耗率曲线对照图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
如图1所示，一种基于高精度地图的坡道巡航车速控制方法流程如下：
步骤1，接收的前方道路限速信息、道路坡度信息、车辆位置信息，进行地图重构。如图2所示，整车控制器通过车载高精度地图模块接收前方道路的限速信息，道路坡度信息，车辆位置信息，由于高精度地图总线广播的道路信息为基于ADASIS_v2的标准协议，需要由整车控制器进行相应的地图重构工作，计算输出的结果主要为车辆当前位置以及车辆距离下一个坡道的起终点距离。考虑到车载嵌入式控制器RAM空间利用率最大化，可简化为如图3所示，模型中在RAM中开辟空间存储前方道路有坡度产生的位置和坡度值，而无需记录地图广播的每个点的信息。车辆位置随车辆的运行不断变化。理想中的模型认为车辆应在下一个上坡前提前使车辆加速冲坡，下一个下坡前提前减速滑行的方式来达到减小燃油消耗率的目的，本方法不在这个方面过多延伸。
步骤2，根据重构的地图信息，获取车辆当前位置信息以及距离下一个坡道的起点和终点距离信息。
步骤3，基于车辆载重、初始车速和坡道坡度查询预先标定的调速距离MAP表、调速阈值MAP表和调速斜率MAP表，得到调速距离、调速阈值和调速斜率。
步骤4，当车辆行驶至所述调速距离时，基于所述调速阈值和调速斜率对车辆的车速进行控制。
坡道前的调速距离应与车辆载重信息，道路坡度相适应。调速距离指的是车辆开始调速时，距离坡道起点的距离。目前车辆少有整车载重信息，可与《一种适配多种路况的整车质量估算方法》结合获取整车载重。如条件所限，针对商用车特定的运行工况，可提醒驾驶员在车辆满载时使用该方法以达到最佳的节油率。车辆载重越大，道路坡度越大，坡道前的调速距离越大，反之亦然，但调速距离与两者的关系并非线性关系，与整车的状态，特别是整车档位，行车阻力相关，应实车标定确认。
为使坡道前的调速距离与车辆载重信息，道路坡度相适应，本方案预先对调速距离进行了标定，得到了如图4所示的调速距离MAP表。对该MAP表进行标定的过程如下：
设定调速距离的初始标定值；
采用控制变量法，固定两个变量(车辆载重和坡道坡度)，以最佳节油率为目标，使车辆在固定工况下行驶若干个驾驶循环，并绘制调速距离和综合油耗的对应曲线；
根据调速距离和综合油耗的对应曲线，利用最小二乘法得到当前车辆载重和当前坡道坡度下的最优调速距离；
对各车辆载重和坡道坡度下对应的最优调速距离进行记录，得到初始调速距离MAP表；
对初始调速距离MAP表进行微调，得到调速距离MAP表。
坡道前的调速阈值应与初始车速，车辆载重信息，道路坡度相适应。调速阈值指的是上坡前车辆加速车速的最大值，下坡车辆减速的最小值。初始车速越小，车辆状态不允许较大的车速波动，初始车速越大，过大的调速阈值会导致车辆处于不安全的状态，应结合车辆在高速道路上的常用车速有最大的调速阈值，也就是在80km/h左右的调速阈值最大。同时车辆载重越大，道路坡度越大，坡道前的调速阈值越大，反之亦然。在此基础上，高精度地图也提供了当前道路的限速信息，调速阈值也需要结合当前道路的限速信息进行综合处理。
为使坡道前的调速阈值与车辆载重信息，道路坡度相适应，本方案预先对调速阈值进行了标定，得到了如图5所示的调速阈值MAP表。对该MAP表进行标定的过程如下：
设定调速阈值的初始标定值；
采用控制变量法，固定两个变量(初始车速和坡道坡度)，以最佳节油率为目标，使车辆在固定工况下行驶若干个驾驶循环，并绘制调速阈值和综合油耗的对应曲线；
根据调速阈值和综合油耗的对应曲线得到当前初始车速和当前坡道坡度下的最优调速阈值；
对各初始车速和坡道坡度下对应的最优调速阈值进行记录，利用最小二乘法得到初始调速阈值MAP表；
对初始调速阈值MAP表进行微调，得到调速阈值MAP表。
坡道前的车速调整的斜率应与车辆载重，调速距离以及道路坡度相关。调速斜率指的是车辆在坡道前的车速调整的速率，这个速率直接决定了单个坡道前车速超控是否成功，也即是是否达到节油的关键因素。过大的调速斜率，会导致整车动力链传动损失大大增加，虽然表面上达到了坡道前的调速行为，但燃油消耗率不降反增；过小的调速斜率，虽然达到了坡道前的调速行为，燃油消耗率也有所降低，但收益无法最大化。调速斜率与诸多因素相关，不可一概而论，在实际运用中应实车标定，在无法确定斜率的时候，宁小勿大。
本方案预先对调速斜率进行了标定，得到了如图6所示的调速斜率MAP表。对该MAP表进行标定的过程如下：
设定调速斜率的初始标定值；
采用控制变量法，固定两个变量(车辆载重和初始车速)，以最佳节油率为目标，使车辆在固定工况下行驶若干个驾驶循环，并绘制调速斜率和综合油耗的对应曲线；
根据调速斜率和综合油耗的对应曲线得到当前车辆载重和目标巡航车速的最优调速斜率；
对各车辆载重和目标巡航车速下对应的最优调速斜率进行记录，利用最小二乘法得到初始调速斜率MAP表；
对初始调速斜率MAP表进行微调，得到调速斜率MAP表。
本方案在进行标定时，车辆载重的变化包括标载、半载和空载，标载、半载和空载通过车辆标称进行划分。坡道坡度的变化包括大坡、中坡和小坡，大坡、中坡和小坡通过预设的若干个坡度阈值进行划分。初始车速的变化包括小于目标巡航车速、目标巡航车速和大于目标巡航车速，小于目标巡航车速、目标巡航车速和大于目标巡航车速通过预设的标巡航车速进行划分。
车速控制目标，实际运行过程中，一般车辆载重量是不变的，初始车速也通常为驾驶员设定的巡航车速，通过标定的三个初始MAP表，可以得到离散状态下的调速阈值，调速距离和调速斜率的最优解。实际车辆运行过程中，三个变量之间存在一定的耦合度，为了达到最佳燃油消耗，需要软件在实车标定过程中再次微调，以在调速阈值，调速距离，调速斜率中取得平衡：
调速阈值过大，车速不容易控制且易导致车速超过道路限速；调速阈值过小，无法达到车辆调速节油的目的；
调速距离过大，车速调节易超过调速阈值，虽然这可以使调速斜率有较大的容差，但这对PID以及控制的精度要求过高，易得不偿失；调速距离过小，车速调节作用时间过短，导致无法达到车辆调速节油的目的，且容易使模型逻辑增加调速斜率，导致油耗不减反增；
调速斜率过大，动力链损失必然增加，油耗必然增加；理论上来说，调速斜率越小越好，但应维持在合理水平，否则对模型逻辑以及硬件的精度要求过高，资源利用率过低。
坡度越大，应合理增加调速距离和调速阈值，尽量保证调速斜率的稳定。
本方案具体的微调过程如下：
在同一工况下对初始调速距离MAP表、初始调速阈值MAP表和初始调速斜率MAP表中的调速距离、调速阈值和调速斜率进行微调，并根据每次微调的结果绘制出一条燃油消耗率曲线；
当一条燃油消耗率曲线最接近设定的目标燃油消耗率曲线时，如图7所示，将该条燃油消耗率曲线对应的调速距离、调速阈值和调速斜率作为该工况下对应的数值更新至初始调速距离MAP表、初始调速阈值MAP表和初始调速斜率MAP表中的对应栏，得到调速距离MAP表、调速阈值MAP表和调速斜率MAP表。
该微调的方法可以采用迭代法逐渐优化，直至最终曲线与理想燃油消耗率曲线基本重合。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (7)
1.一种基于高精度地图的坡道巡航车速控制方法，其特征在于：
基于高精度地图模块接收的前方道路限速信息、道路坡度信息、车辆位置信息，进行地图重构；
根据重构的地图信息，获取车辆当前位置信息以及距离下一个坡道的起点和终点距离信息；
基于车辆载重、初始车速和坡道坡度查询预先标定的调速距离MAP表、调速阈值MAP表和调速斜率MAP表，得到调速距离、调速阈值和调速斜率；
当车辆行驶至所述调速距离时，基于所述调速阈值和调速斜率对车辆的车速进行控制；
其中，对初始调速距离MAP表进行微调，得到调速距离MAP表，对初始调速阈值MAP表进行微调，得到调速阈值MAP表，对初始调速斜率MAP表进行微调，得到调速斜率MAP表；
对所述初始调速距离MAP表、初始调速阈值MAP表和初始调速斜率MAP表进行微调包括
在同一工况下对所述初始调速距离MAP表、初始调速阈值MAP表和初始调速斜率MAP表中的调速距离、调速阈值和调速斜率进行微调，并根据每次微调的结果绘制出一条燃油消耗率曲线；
当一条燃油消耗率曲线最接近设定的目标燃油消耗率曲线时，将该条燃油消耗率曲线对应的调速距离、调速阈值和调速斜率作为该工况下对应的数值更新至初始调速距离MAP表、初始调速阈值MAP表和初始调速斜率MAP表中的对应栏，得到调速距离MAP表、调速阈值MAP表和调速斜率MAP表。
2.根据权利要求1所述的基于高精度地图的坡道巡航车速控制方法，其特征在于：所述调速距离MAP表基于车辆载重和坡道坡度进行标定，所述标定包括
设定调速距离的初始标定值；
采用控制变量法，以最佳节油率为目标，使车辆在固定工况下行驶若干个驾驶循环，并绘制调速距离和综合油耗的对应曲线；
根据所述调速距离和综合油耗的对应曲线得到当前车辆载重和当前坡道坡度下的最优调速距离；
对各车辆载重和坡道坡度下对应的最优调速距离进行记录，得到初始调速距离MAP表；
对所述初始调速距离MAP表进行微调，得到调速距离MAP表。
3.根据权利要求2所述的基于高精度地图的坡道巡航车速控制方法，其特征在于：所述调速阈值MAP表基于初始车速和坡道坡度进行标定，所述标定包括
设定调速阈值的初始标定值；
采用控制变量法，以最佳节油率为目标，使车辆在固定工况下行驶若干个驾驶循环，并绘制调速阈值和综合油耗的对应曲线；
根据所述调速阈值和综合油耗的对应曲线得到当前初始车速和当前坡道坡度下的最优调速阈值；
对各初始车速和坡道坡度下对应的最优调速阈值进行记录，得到初始调速阈值MAP表；
对所述初始调速阈值MAP表进行微调，得到调速阈值MAP表。
4.根据权利要求3所述的基于高精度地图的坡道巡航车速控制方法，其特征在于：所述调速斜率MAP表基于车辆载重和初始车速进行标定，所述标定包括
设定调速斜率的初始标定值；
采用控制变量法，以最佳节油率为目标，使车辆在固定工况下行驶若干个驾驶循环，并绘制调速斜率和综合油耗的对应曲线；
根据所述调速斜率和综合油耗的对应曲线得到当前车辆载重和初始车速的最优调速斜率；
对各车辆载重和初始车速下对应的最优调速斜率进行记录，得到初始调速斜率MAP表；
对所述初始调速斜率MAP表进行微调，得到调速斜率MAP表。
5.根据权利要求2所述的基于高精度地图的坡道巡航车速控制方法，其特征在于：进行标定时，所述车辆载重的变化包括标载、半载和空载，所述标载、半载和空载通过车辆标称进行划分。
6.根据权利要求2所述的基于高精度地图的坡道巡航车速控制方法，其特征在于：进行标定时，所述坡道坡度的变化包括大坡、中坡和小坡，所述大坡、中坡和小坡通过预设的若干个坡度阈值进行划分。
7.根据权利要求3所述的基于高精度地图的坡道巡航车速控制方法，其特征在于：进行标定时，所述初始车速的变化包括小于目标巡航车速、目标巡航车速和大于目标巡航车速，所述小于目标巡航车速、目标巡航车速和大于目标巡航车速通过驾驶员设定的巡航车速进行划分。
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