CN108068802A - 一种车辆蠕行控制方法及利用其的自动泊车方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种自动泊车方法及其车辆蠕行控制方法。所述车辆蠕行控制方法包括：利用变速箱控制系统判断变速箱是否实现低速挡位下的硬连接；若变速箱实现低速挡位下的硬连接，变速箱控制系统向发动机管理系统发出怠速控制请求；发动机管理系统响应怠速控制请求，给出维持当前挡位硬连接的发动机输出扭矩以及相应的发动机转速，并维持上述扭矩和转速；变速箱控制系统根据接收的发动机输出扭矩计算离合器压盘离曲轴端的位置，通过调整离合器的啮合程度来调整车速至目标车速。本发明通过在泊车时维持发动机输出扭矩不变，并通过调整离合器啮合程度来调整车速，实现了泊车过程中发动机不增扭，因而不会产生发动机高声响，并使泊车过程更加平顺。
Description
技术领域
本发明涉及汽车控制技术领域，尤其涉及一种车辆蠕行控制方法及利用其的自动泊车方法。
背景技术
自动驾驶技术是当今热门的汽车电子技术之一，它的运用可以极大地降低因驾驶操作不当而导致交通事故的概率，同时还可以极大地减轻驾驶员的脑力、体力劳动强度。
自动泊车是自动驾驶的一种，泊车过程中驾驶员对车辆的平顺性和舒适性的要求在整车性能评价中极为重要。现在市场上自动泊车技术主要是博世汽车公司主导的，以自动泊车控制系统和制动电子稳定程序系统为控制主体，实现目标速度的控制。其中，由自动泊车系统发出泊车指令，通过制动电子稳定程序系统实现动力和制动控制，并且通过电子动力转向控制系统实现转向控制。根据博世的现有方案，制动电子稳定程序系统实现动力和制动控制时，会根据实际工况向发动机管理系统发出扭矩指令，发动机管理系统会根据扭矩指令实现增扭或减扭，同时制动电子稳定程序系统根据自动泊车控制系统发来的目标距离等信息通过制动实现目标速度。
在博世的自动泊车技术方案中，由于从车辆泊车起步加速、定速行驶直到减速前，制动电子稳定程序系统不断给发动机管理系统发送增扭指令，同时制动电子稳定程序系统不断通过制动调整车速。这样会出现在底盘制动时发动机却在增扭，车辆会在发动机高声响中行驶泊车，导致车辆整体不够平顺，舒适性较差，并且更加耗油，特别是在发动机管理系统相关标定工作做的不好的时候，这种现象更加明显。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种车辆蠕行控制方法，该车辆蠕行控制方法能够避免车辆低速行驶时的发动机高声响，并能够更好地保证车辆行驶的平稳性和舒适性。
本发明提供的车辆蠕行控制方法，包括：利用变速箱控制系统判断变速箱是否实现低速挡位下的硬连接；若变速箱实现低速挡位下的硬连接，变速箱控制系统向发动机管理系统发出怠速控制请求；发动机管理系统响应怠速控制请求，给出维持当前挡位硬连接的曲轴端输出扭矩以及相应的发动机转速；变速箱控制系统根据接收的曲轴端输出扭矩计算离合器压盘离曲轴端的位置，通过调整离合器的啮合程度来调整车速至目标车速。
根据本发明的一个实施例，在利用变速箱控制系统判断变速箱是否实现低速挡位下的硬连接的步骤之前还包括：制动电子稳定程序系统根据自动泊车系统的矢量纵向加速度计算出对应的车辆纵向控制扭矩；制动电子稳定程序系统根据车辆的运动状态以及发动机、变速箱、自动泊车系统的运行状态或相关交互请求计算车辆的四轮制动压力或力矩之和；发动机管理系统根据车辆纵向控制扭矩计算虚拟油门踏板开度；变速箱控制系统根据虚拟油门踏板开度和车辆的四轮制动压力或力矩之和控制变速箱实现低速挡位的硬连接。
根据本发明的一个实施例，发动机管理系统根据车辆纵向控制扭矩计算虚拟油门踏板开度时，由发动机管理系统根据车辆纵向控制扭矩在系统内置的油门踏板曲线中反向查表，从而计算出虚拟油门踏板开度。
根据本发明的一个实施例，变速箱控制系统根据虚拟油门踏板开度和车辆的四轮制动压力或力矩之和控制变速箱实现低速挡位下的硬连接时还结合车辆的目标挡位来控制，车辆的目标挡位由制动电子稳定程序系统根据自动泊车系统的挡位请求和车辆的内外环境状态来计算。
根据本发明的一个实施例，所述车辆蠕行控制方法在调整车速至目标车速后，还包括：利用制动电子稳定程序系统监控车速，并根据自动泊车系统的挡位请求决定是否需要调整挡位；如果需要调整挡位则重新计算出车辆四轮制动压力或扭矩之和并告知变速箱控制系统，由变速箱控制系统根据改变后的车辆四轮制动压力或扭矩之和控制变速箱实现低速挡位的硬连接；如果不需要调整挡位，则持续通过变速箱控制系统根据曲轴端输出扭矩计算离合器压盘离曲轴端的位置值并以此来调整离合器的啮合程度。
根据本发明的一个实施例，所述车辆蠕行控制方法适用于自动泊车的泊入定速运行阶段。
本发明提供的自动泊车方法，包括泊入起步加速阶段、泊入定速运行阶段以及泊入减速阶段，所述泊入定速运行阶段采用上述的车辆蠕行控制方法。
根据本发明的一个实施例，在泊入起步加速阶段之前还包括泊车准备阶段，泊车准备阶段包括：启动自动泊车功能；搜索对应边车位；车辆停止，准备泊入车位。
根据本发明的一个实施例，泊入起步加速阶段包括：制动电子稳定程序系统根据泊车目标距离控制发动机增扭；电子动力转向控制系统根据泊车目标角度进行转向控制。
根据本发明的一个实施例，泊入定速运行阶段包括倒车定速运行阶段以及车前行定速运行阶段。
本发明的自动泊车及车辆蠕行控制方法在自动泊车的过程中，利用变速箱控制系统根据车辆挡位、车辆四轮制动压力或扭矩之和、以及虚拟油门踏板开度控制实现低速挡位的硬连接，并利用发动机管理系统给出维持当前挡位硬连接的发动机扭矩，使发动机不熄火，并根据离合器输入扭矩的大小调节变速箱离合器的啮合程度来实现车辆速度的控制，从而在维持发动机输出扭矩不变的前提下，通过变速箱控制系统的控制来调整车速。由于在此过程中不需要外界调节发动机的输出扭矩，更不需要发动机增扭，因而无额外的油耗，并且由于不需要进行发动机增扭，因而不存在现有技术中存在的在底盘制动时发动机却在增扭的矛盾，因此车辆不会在发动机高声响中泊车，也不会出现泊车过程中车辆不够平顺的问题，并且由于整个泊车控制过程独立于发动机管理系统的标定，因而不受发动机标定的影响。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1为本发明自动泊车方法所涉及的相关系统的示意图。
图2为本发明自动泊车方法流程的示意图。
图3a至图3e为利用本发明自动泊车方法与博世的自动泊车技术进行泊车的仿真数据示意图，其中，图3a至图3d依次为本发明的泊入状态曲线图、挡位变换曲线图、绝对车速变化曲线图、曲轴端输出扭矩(变速箱离合器输入端扭矩)曲线图，图3e为博世自动泊车技术的曲轴端输出扭矩曲线图，上述图中的曲线在时域中对应。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明详细说明如下。
本发明的车辆蠕行控制方法可以应用于自动驾驶技术、自适应巡航技术、或其它类似的技术中。其中，本发明的车辆蠕行控制方法在自动驾驶技术中的应用又可体现在自动泊车技术中的应用。
下面以本发明的车辆蠕行控制方法在自动泊车技术中的应用为例对本发明进行说明。
如图1所示，应用本发明车辆蠕行控制方法的自动泊车方法所涉及的系统主要包括自动泊车控制系统(Active Park Assist，简称APA)、电动助力转向系统(ElectricPower Steering，简称EPS)、制动电子稳定程序系统(Electronic Stability Program，简称ESP)、变速箱控制系统(Transmission Control Unit，简称TCU)和发动机管理系统(Engine Management System，简称EMS)。
其中，自动泊车控制系统包括环境数据采集系统、中央处理器和车辆策略控制系统。环境数据采集系统包括图像采集系统和车载距离探测系统，用于采集图像数据及周围物体距车身的距离数据，并通过数据线传输给中央处理器。中央处理器用于分析和处理采集到的数据，以得出汽车的当前位置、目标位置以及周围的环境参数，依据上述参数得出自动泊车策略，并将其转换成电信号。车辆策略控制系统接受电信号后，依据指令作出汽车的行驶如角度、方向、挡位、动力支援等方面的自动操控。其中，汽车的行驶角度和方向由电动助力转向系统来控制实现。
制动电子稳定程序系统综合了防抱死制动系统(antilock brake system，简称ABS)、制动辅助系统(Brake Assist System，简称BAS)、加速防滑控制系统(AccelerationSlip Regulation，简称ASR)等系统的功能，通过对从转向传感器、车轮传感器、侧滑传感器、横向加速度传感器等传感器传来的车辆行驶状态信息进行分析，然后向防抱死制动系统、加速防滑控制系统发出纠偏指令，来帮助车辆维持动态平衡。制动电子稳定程序系统可以使车辆在各种状况下保持最佳的稳定性，在转向过度或转向不足的情形下效果更加明显。
变速箱控制系统用于分析由变速箱内的各种传感器(例如油压传感器、油温传感器、位移传感器、转速传感器、压力传感器等)传来的信息，以判断变速箱的工作状态，例如，变速箱离合器的啮合状态，变速箱是否实现挡位硬连接等，并对变速箱工作状态进行控制，从而最终实现对车速的控制。
发动机管理系统可通过各种传感器把发动机吸入空气量、冷却水温度、发动机转速与加减速等状况信息转换成电信号，并将上述状况信息与储存的信息比较，精确计算后输出控制信号。发动机管理系统不仅可以精确控制燃油供给量，以取代传统的化油器，而且可以控制点火提前角和怠速空气流量等，极大地提高了发动机性能。
如图2所示，应用本发明车辆蠕行控制方法的自动泊车方法包括泊车准备阶段、泊入起步加速阶段、泊入定速运行阶段以及泊入减速阶段。
其中，泊车准备阶段包括以下步骤：
步骤S20：利用自动泊车控制系统接收自动泊车开始信号；
在该步骤中，自动泊车开始信号在驾驶员按下自动泊车功能开关后发送给自动泊车控制系统。在驾驶员按下自动泊车功能开关后通常还需要打开车位对应侧的转向灯。
步骤S21：自动泊车控制系统接收到自动泊车开始信号后进行系统初始化；
步骤S22：自动泊车系统准备与电子助力转向系统和制动电子稳定程序系统握手；
步骤S23：搜索对应边车位；
步骤S24：自动泊车系统建立与电子助力转向系统和制动电子稳定程序系统的握手；
步骤S25：车辆停止，准备泊车入位。
当泊车准备工作做好之后，自动泊车方法进入泊入起步加速阶段，请继续参阅图2，泊入起步加速阶段包括如下步骤：
步骤S30：制动电子稳定程序系统根据泊车目标距离控制发动机增扭；
步骤S31：电子动力转向控制系统根据泊车目标角度进行转向控制。
泊入起步加速阶段完成之后，自动泊车方法进入泊入定速运行阶段，泊入定速运行阶段包括倒车定速运行阶段以及车前行定速运行阶段。本发明的车辆蠕行控制方法即应用于泊入定速运行阶段。如图2所示，泊入定速运行阶段(即本发明的车辆蠕行控制方法)主要包括如下步骤：
步骤S41：利用制动电子稳定程序系统根据自动泊车系统的矢量纵向加速度计算出对应的车辆纵向控制扭矩；
在本实施例中，矢量纵向加速度指车辆运行方向的加速度。车辆纵向控制扭矩与矢量纵向加速度呈对应关系。
步骤S42：制动电子稳定程序系统根据自动泊车系统的挡位请求和/或车辆的内外环境状态计算车辆的目标挡位；
本步骤的主要目的是为了消除或降低车辆运行时的意外情况对本发明的影响。例如，在自动泊车时，自动泊车系统请求车辆挂入倒车挡，但由于车辆前方突然出现障碍物(例如人或动物等)而需要将车辆挂入驻车挡，此时，制动电子稳定程序系统需根据车辆的外部环境状态将车辆挡位调整为驻车挡。又例如，在需要自动泊车时，驾驶员挂入驻车挡，激活自动泊车功能，自动泊车系统通过控制车辆内部档位的变化(自动泊车时车辆内部档位变化可参图3b)进行泊车动作，如果此过程的某一时刻系统传来的信息表明刹车系统出现故障，此时，制动电子稳定程序系统需根据自动泊车系统当前的挡位请求和车辆的内部环境状态将自动泊车系统的当前挡位调整为驻车挡。再例如，在自动泊车时，自动泊车系统请求车辆挂入倒车挡，此时系统传来的信息表明车辆处于正常的运行状态，即不存在需要调整挡位的事项，则制动电子稳定程序系统根据自动泊车系统的挡位请求将车辆挡位调整为倒车挡。
步骤S43：制动电子稳定程序系统根据车辆的运动状态(如制动、滑行等)以及发动机、变速箱、自动泊车系统等的运行状态或相关交互请求，计算车辆的四轮制动压力或力矩之和；
在步骤中，自动泊车系统的运行状态包括自动泊车系统传给制动制动电子稳定程序系统的加速度请求、以及自动泊车系统获得的目标距离等信息。
步骤S44：发动机管理系统根据计算出的车辆纵向控制扭矩计算虚拟油门踏板开度；
在本步骤中，在计算虚拟油门踏板开度时，发动机管理系统根据车辆纵向控制扭矩由系统内置的油门踏板曲线(反映油门踏板开度和发动机扭矩的关系)中反向查表，计算出虚拟油门踏板开度。
步骤S45：变速箱控制系统根据虚拟油门踏板开度由系统内置的换挡曲线(反映油门踏板开度、发动机转速或扭矩以及挡位的关系)中正向查表，计算出对应的发动机转速或扭矩，并综合制动电子稳定程序系统计算出的车辆目标挡位、车辆的四轮制动压力或力矩之和等因素，控制变速箱实现低速挡位的硬连接。
在本发明中，挡位的硬连接指离合器不打滑，发动机输出轴(即离合器输入轴)的转速与离合器输出轴的转速同步。
在本步骤中，变速箱控制系统在控制变速箱的过程中实时采集变速箱中各传感器的信号，根据上述信号判断变速箱是否实现了低速挡位(本步骤中主要指前进一挡或倒挡)的硬连接，若根据上述信号判定变速箱实现了低速挡位下的硬连接，则向发动机管理系统发出怠速控制请求。步骤S46：若变速箱实现低速挡位下的硬连接，则变速箱控制系统向发动机管理系统发出怠速控制请求；
在本发明中，车辆的怠速状态指驾驶员没有踩油门踏板和刹车踏板时车辆的运行状态，车辆的怠速状态可以是挡位无硬连接的状态(即发动机空转状态)，也可以是有挡位硬连接的状态(即发动机输出扭矩基本维持不变)。
步骤S47：发动机管理系统响应怠速控制请求，并给出维持当前挡位硬连接的发动机扭矩以及相应的发动机转速，发动机管理系统根据目标转速(即维持当前挡位硬连接的转速)调整转速，维持发动机不熄火，并输出相应的曲轴端扭矩；
在本步骤中，维持当前挡位硬连接的发动机扭矩及相应的发动机转速为预先标定好后存储于发动机管理系统中。
在本步骤中，发动机管理系统以给出的发动机转速和曲轴端输出扭矩运转，目的是为了维持发动机不熄火。
步骤S48：变速箱控制系统根据接收的发动机曲轴端扭矩计算离合器输入扭矩，并根据离合器的输入扭矩查表(反映离合器输入扭矩与离合器压盘离曲轴端位置的关系)计算离合器压盘离曲轴端的位置，通过调整离合器的啮合程度来进行滑磨动作，最终将车速调整至目标车速；
在本步骤中，变速箱控制系统根据接收的发动机曲轴端扭矩计算离合器输入扭矩时需考虑扭矩损耗、以及四轮制动压力(或力矩)之和与虚拟油门踏板开度的影响，系统在综合考虑上述因素的基础之上，内置有发动机曲轴端扭矩与离合器输入扭矩的计算公式，利用上述公式由发动机曲轴端扭矩计算得到离合器的输入扭矩。
步骤S49：当车速调整至目标车速后，制动电子稳定程序系统还在车辆运动时实时监控车速，并根据自动泊车系统的挡位请求决定是否需要调整挡位，如果需要调整挡位(例如泊入定速的车前行定速阶段，需要从倒挡切换到前进挡)，则重新计算出车辆四轮制动压力或扭矩之和并告知变速箱控制系统，由变速箱控制系统根据虚拟油门踏板开度、车辆的目标档位、以及车辆的四轮制动压力或力矩之和控制变速箱实现低速挡位的硬连接，并在实现低速档位的硬连接后重复步骤S46至步骤S48；如果不需要调整挡位，则持续通过变速箱控制系统根据曲轴端输出扭矩查表计算离合器压盘离曲轴端的位置值并以此来调整离合器的啮合程度，进行滑磨动作，以将车速维持在恒定速度。
在定速蠕行控制完成后，车辆进入泊入减速阶段，进行减速直到停止。
综上所述，本发明的自动泊车及车辆蠕行控制方法在自动泊车的过程中，利用变速箱控制系统根据车辆挡位、车辆四轮制动压力或扭矩之和、以及虚拟油门踏板开度控制实现低速挡位的硬连接，并利用发动机管理系统给出维持当前挡位硬连接的发动机扭矩，使发动机不熄火，并根据离合器输入扭矩的大小调节变速箱离合器的啮合程度来实现车辆速度的控制，从而在维持发动机输出扭矩不变的前提下，通过变速箱控制系统的控制来调整车速。由于在此过程中不需要外界调节发动机的输出扭矩，更不需要发动机增扭，因而无额外的油耗，并且由于不需要进行发动机增扭，因而不存在现有技术中存在的在底盘制动时发动机却在增扭的矛盾，因此车辆不会在发动机高声响中泊车，也不会出现泊车过程中车辆不够平顺的问题，并且由于整个泊车控制过程独立于发动机管理系统的标定，因而不受发动机标定的影响。
为验证本发明的有益效果，申请人特提供了利用本发明和博世的自动泊车技术进行泊车的仿真数据。
图3a至图3d依次为泊入状态曲线图、挡位变换曲线图、绝对车速变化曲线图、曲轴端输出扭矩(变速箱离合器输入端扭矩)曲线图，图3e为博世自动泊车技术的曲轴端输出扭矩曲线图，上述图中的曲线在时域中对应。在图3a至图3e中，从时刻0s到20s为泊车准备阶段，约从时刻20s到23s为泊入起步加速，约从时刻23s到43s为泊入定速运行，约从时刻43s到60s为泊入减速完成。对泊入定速运行，整个过程都是通过蠕行控制实现的，大概从时刻23s到33s期间为倒车定速运行，时刻33s到36s为挡位切换，时刻36s到43s为车前行定速运行。从图3d可以看出，在车辆泊入定速运行阶段，除了时刻33s到36s挡位切换时段，其他两个时段，曲轴端输出扭矩都趋近于0Nm。从图3e可以看出，博世的技术方案，在这两个时段的曲轴端输出扭矩在80Nm到150Nm间。由于曲轴端输出扭矩的大小是影响车辆平顺性、舒适性、油耗的因素之一，所以在对同等条件的车辆、同等条件的工况，该发明是优于博世现有的自动泊车技术方案的。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种车辆蠕行控制方法，其特征在于：其包括：
利用变速箱控制系统判断变速箱是否实现低速挡位下的硬连接；
若变速箱实现低速挡位下的硬连接，变速箱控制系统向发动机管理系统发出怠速控制请求；
发动机管理系统响应怠速控制请求，给出维持当前挡位硬连接的曲轴端输出扭矩以及相应的发动机转速；
变速箱控制系统根据接收的曲轴端输出扭矩计算离合器压盘离曲轴端的位置，通过调整离合器的啮合程度来调整车速至目标车速。
2.根据权利要求1所述的车辆蠕行控制方法，其特征在于：在利用变速箱控制系统判断变速箱是否实现低速挡位下的硬连接的步骤之前还包括：
制动电子稳定程序系统根据自动泊车系统的矢量纵向加速度计算出对应的车辆纵向控制扭矩；
制动电子稳定程序系统根据车辆的运动状态以及发动机、变速箱、自动泊车系统的运行状态或相关交互请求计算车辆的四轮制动压力或力矩之和；
发动机管理系统根据车辆纵向控制扭矩计算虚拟油门踏板开度；
变速箱控制系统根据虚拟油门踏板开度和车辆的四轮制动压力或力矩之和控制变速箱实现低速挡位的硬连接。
3.根据权利要求2所述的车辆蠕行控制方法，其特征在于：发动机管理系统根据车辆纵向控制扭矩计算虚拟油门踏板开度时，由发动机管理系统根据车辆纵向控制扭矩在系统内置的油门踏板曲线中反向查表，从而计算出虚拟油门踏板开度。
4.根据权利要求2所述的车辆蠕行控制方法，其特征在于：变速箱控制系统根据虚拟油门踏板开度和车辆的四轮制动压力或力矩之和控制变速箱实现低速挡位下的硬连接时还结合车辆的目标挡位来控制，车辆的目标挡位由制动电子稳定程序系统根据自动泊车系统的挡位请求和车辆的内外环境状态来计算。
5.根据权利要求2所述的车辆蠕行控制方法，其特征在于：所述车辆蠕行控制方法在调整车速至目标车速后，还包括：
利用制动电子稳定程序系统监控车速，并根据自动泊车系统的挡位请求决定是否需要调整挡位；
如果需要调整挡位则重新计算出车辆四轮制动压力或扭矩之和并告知变速箱控制系统，由变速箱控制系统根据改变后的车辆四轮制动压力或扭矩之和控制变速箱实现低速挡位的硬连接；
如果不需要调整挡位，则持续通过变速箱控制系统根据曲轴端输出扭矩计算离合器压盘离曲轴端的位置值并以此来调整离合器的啮合程度。
6.根据权利要求1所述的车辆蠕行控制方法，其特征在于：所述车辆蠕行控制方法适用于自动泊车的泊入定速运行阶段。
7.一种自动泊车方法，包括泊入起步加速阶段、泊入定速运行阶段以及泊入减速阶段，其特征在于：所述泊入定速运行阶段采用如权利要求1-6中任一项所述的车辆蠕行控制方法。
8.根据权利要求7所述的自动泊车方法，其特征在于：在泊入起步加速阶段之前还包括泊车准备阶段，泊车准备阶段包括：
启动自动泊车功能；
搜索对应边车位；
车辆停止，准备泊入车位。
9.根据权利要求7所述的自动泊车方法，其特征在于：泊入起步加速阶段包括：
制动电子稳定程序系统根据泊车目标距离控制发动机增扭；
电子动力转向控制系统根据泊车目标角度进行转向控制。
10.根据权利要求7所述的自动泊车方法，其特征在于：泊入定速运行阶段包括倒车定速运行阶段以及车前行定速运行阶段。
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