CN104553798A - 一种手动变速箱汽车的巡航控制系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种手动变速箱汽车的巡航控制系统及其控制方法，该系统以点火开关、巡航请求开关、巡航加/减速开关作为驾驶员意图的基本输入信号，以档位信号、刹车开关信号、离合器开关信号、油门踏板信号等为辅助输入信号，以车速信号为主要输入信号，通过控制节气门开度(控制进气量来控制发动机的输出扭矩)，对巡航目标车速进行闭环控制，从而实现车辆的巡航控制功能。本发明系统及其控制方法结构简单，控制方法合理，运行安全可靠。
Description
技术领域
本发明涉及汽车电子控制领域，尤其涉及汽车自动巡航技术。
背景技术
汽车巡航控制可以改善驾驶员高速路上长途驾驶的舒适性，随着驾驶员对于汽车舒适性的提高，巡航已经成为一种基本需求，未来势必将在汽车上实现标准配置。
汽车巡航技术在国内汽车上已经应用，但针对保有量较大的手动挡汽车，缺乏自动巡航控制系统，因此需要设计一种能够满足手动挡汽车需求的自动巡航控制系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是实现一种适用于手动挡汽车的自动巡航系统及其控制方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种手动变速箱汽车的巡航控制系统，巡航控制系统在设有向ECU输入控制命令的巡航控制按键，所述ECU设有指示灯，并采集车辆点火开关信号、刹车信号、离合器信号、油门踏板信号、车速信号。
所述巡航控制按键包括巡航车速设定加、减请求信号的“SET/+”和“SET/-”按键，以及控制系统开关的“CCS ON/OFF”按键。
基于手动变速箱汽车巡航控制系统的控制方法：
系统启动：点火开关处于ON状态，且巡航请求开关处于ON状态则进入巡航开启准备阶段；
巡航准备阶段：若按下预设的进入巡航的按键时，系统检测是否满足进入巡航的条件，若条件满足则进入巡航阶段，若条件不满足，则返回巡航准备阶段；所述进入巡航的条件为没有踩下离合器踏板、没有踩下刹车踏板、没有踩下油门踏板、车辆处于最高档位且车速在预设范围内；
巡航阶段：以进入巡航的按键时的车速，控制电子节气门是车辆匀速行驶；
系统关闭：若驾驶员将巡航请求开关按至OFF状态，或者换挡使车辆档位处于非最高档位，则关闭系统。
所述巡航开启准备阶段指示灯闪烁，若在设定时间内未操作进入巡航阶段，或者巡航请求开关处于OFF状态，则关闭系统，指示灯熄灭。
所述进入巡航的条件还有无巡航控制相关故障。
所述巡航阶段通过“SET/+”键和“SET/-”键调整巡航车速，所述“SET/+”键和“SET/-”键以固定的频率请求一次，每次增减额定车速，且增减车速范围在进入巡航的条件的预设车速范围内。
所述巡航阶段：
若驾驶员踩下电子油门踏板，则暂时退出巡航状态，车辆加速，当驾驶员再次松开电子油门踏板后，如果驾驶员没有按键请求，仍旧按照踩下电子油门踏板前的巡航车速进入巡航控制；如果驾驶员按键请求，则巡航车速为按下按键时的车速行驶，若此时车速高于进入巡航的条件的预设车速范围，则以进入巡航的条件的预设车速范围的最高车速行驶。
若驾驶员踩下刹车踏板，则暂时退出巡航状态，车辆减速，当驾驶员再次松开刹车踏板后，若车速低于进入巡航的条件的预设车速范围，则直接退出巡航状态；若在范围内，且驾驶员没有按键请求，则仍旧按照踩下刹车踏板前的巡航车速进入巡航控制；若在范围内，且驾驶员有按键请求，则巡航车速为按下按键时的车速行驶。
若驾驶员踩下离合器踏板，则暂时退出巡航状态，若车速低于进入巡航的条件的预设车速范围，则直接退出巡航状态；若在范围内，且驾驶员没有按键请求，则仍旧按照踩下离合器踏板前的巡航车速进入巡航控制；若在范围内，且驾驶员有按键请求，则巡航车速为按下按键时的车速行驶。
所述巡航阶段：在系统关闭情况下驾驶员通过电子踏板信号作为驾驶员扭矩需求，此时PedPos为踏板开度，通过踏板特性计算驾驶员离合扭矩需求，当系统启动且巡航阶段后，PedPos＝0,踏板离合扭矩需求TqrPed＝0,驾驶员离合扭矩需求TqrDrv选择巡航控制离合扭矩需求TqrDrvCrs作为扭矩控制的输入量进行巡航车速控制当PedPos≠0,不在巡航控制状态，巡航离合扭矩需求TqrDrvCrs＝0,驾驶员离合扭矩需求TqrDrv选择踏板离合扭矩需求TqrPed作为扭矩控制的输入量进行非巡航状态下的控制。
所述巡航阶段：巡航离合扭矩需求的计算由两部分组成：a、巡航控制基本离合扭矩需求，根据巡航目标车速VspCrs查表CUR_TqrDrvCrs_Vsp,确定不同巡航目标车速下的基本离合扭矩需求，其中CUR_TqrDrvCrs_Vsp针对不同车辆通过标定确定；b、确定巡航目标车速的基本离合扭矩需求后，对车速进行闭环控制，巡航目标车速VspCrs和实际车速Vsp的差值dVspCrs作为车速闭环控制输入,dVspCrs和VAL_fVspCrsP的乘积作为P部分的调节量。巡航车速I调节使用积分器来实现，dVspCrs为积分器的输入，VAL_tTqrCrsI确定积分器的时间常数，I部分的积分结果要进行最大值和最小值限制，巡航使能条件和巡航请求开关同时置位作为积分器的使能条件，巡航使能条件复位或者巡航请求开关复位作为积分器的初始化条件，初始化值为0。
本发明以点火开关、巡航请求开关、巡航加/减速开关作为驾驶员意图的基本输入信号，以档位信号、刹车开关信号、离合器开关信号、油门踏板信号等为辅助输入信号，以车速信号为主要输入信号，通过控制节气门开度(控制进气量来控制发动机的输出扭矩)，对巡航目标车速进行闭环控制，从而实现车辆的巡航控制功能。本发明系统及其控制方法结构简单，控制方法合理，运行安全可靠。
附图说明
下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容作简要说明：
图1为本发明一种手动变速箱汽车的巡航控制系统结构；
图2为巡航控制逻辑算法流程图；
图3为巡航车速闭环控制及扭矩需求算法策略模型。
具体实施方式
如图1所示，本发明手动变速箱汽车的巡航控制系统，设有一个ECU，ECU设有指示灯，并设有输入控制命令的巡航控制按键，巡航控制按键包括巡航车速设定加、减请求信号的“SET/+”和“SET/-”按键，以及控制系统开关的“CCSON/OFF”按键。此外，ECU采集车辆点火开关信号、刹车信号、离合器信号、油门踏板信号、车速信号作为辅助信号。，用于对巡航控制的策略算法进行建模。
巡航控制使能时，当前车速和巡航目标车速进行闭环控制，车速的控制是由发动机输出扭矩确定的，而发动机的输出扭矩由进气量决定。因此，巡航的车速闭环控制是由电子节气门的开度控制来实现的。同时，ECU也要告诉驾驶者当前巡航控制系统的控制状态，这由ECU驱动巡航指示灯(CCS指示灯)来实现。CCS指示灯灭，表示巡航控制请求关闭；CCS指示灯闪烁，表示巡航控制准备就绪或者巡航控制指示灯使能条件未满足；CCS指示灯常亮，表示当前控制处于巡航控制中。
巡航控制系统的控制策略算法由上述的基础信号作为输入，进行功能策略算法的建模，集成于ECU软件中。巡航控制系统的输出控制为电子节气门和巡航指示灯。本发明的ECU电子控制单元同发动机控制器是同一个控制器。既降低成本，又减少了控制器和传感器、执行器之间的信息交互，控制系统更加简单。
如图2所示，控制方法将系统定义为状态：系统启动、巡航准备阶段、巡航阶段和系统关闭，
系统启动：点火开关处于ON状态(及车辆运转)，且巡航请求开关处于ON状态则进入巡航开启准备阶段；
巡航准备阶段：此时巡航指示灯闪烁，若在设定时间内未操作进入巡航阶段，或者巡航请求开关处于OFF状态，则关闭系统，指示灯熄灭，若要进入系统需要重新按下巡航请求开关。需求确认进入巡航阶段，需要按下预设的进入巡航的按键，这里假定为“SET/-”键，意味着指示灯闪烁时，只有驾驶员按下“SET/-”键才能够进入巡航阶段。
如果驾驶员按下“SET/-”键，意味着驾驶员要进入巡航控制。系统确认巡航使能条件是否满足。如果巡航使能条件满足，则进入巡航控制状态，巡航车速为按下“SET/-”键时的车速。如果巡航使能条件不满足，则仍旧处于巡航准备状态，巡航指示灯闪烁，需要重新通过“SET/-”键操作，在巡航使能条件满足的时候才能进入巡航控制；
巡航使能条件：巡航使能条件置位必须同时满足以下所有条件：进入巡航的条件为没有踩下离合器踏板、没有踩下刹车踏板、没有踩下油门踏板、车辆处于最高档位(例如5档)、车速在预设范围内(推荐最高车速130km/h和最低车速40km/h，具体需求可通过标定确定)、无巡航控制相关故障(具体有离合器开关、刹车开关、油门踏板信号和电机、车速信号、发动机转速信号等)。
巡航阶段：以进入巡航的按键时的车速，控制电子节气门是车辆匀速行驶；
巡航状态下，手动设置车速。巡航状态下，只要使能条件满足，可以通过“SET/+”键和“SET/-”键调整巡航车速。“SET/+”键和“SET/-”键以固定的频率(推荐小于0.5秒)请求一次，每次车速增、减量为2km/h，长按巡航目标车速持续增减；
巡航过程中的四种请求：
加速电子油门踏板请求。当在巡航控制时，驾驶员踩下电子油门踏板，巡航指示灯常亮，但退出巡航状态。当驾驶员再次松开电子油门踏板后，如果驾驶员没有对“SET/-”键请求，仍旧按照踩下电子油门踏板前的巡航车速进入巡航控制。如果驾驶员有对“SET/-”键请求，则巡航车速为按下“SET/-”键时的车速，当然，若再次松开电子油门踏板时车速高于设定车速，则直接退出巡航。
刹车踏板请求。当在巡航控制时，驾驶员踩下刹车踏板，巡航指示灯常亮，但退出巡航状态。当驾驶员再次松开刹车踏板后，如果驾驶员没有对“SET/-”键请求，仍旧按照踩下刹车踏板前的巡航车速进入巡航控制。如果驾驶员有对“SET/-”键请求，则巡航车速为按下“SET/-”键时的车速；当然，若再次松开刹车踏板时车速低于设定车速，则直接退出巡航。
离合器踏板请求。当在巡航控制时，驾驶员踩下离合器踏板，巡航指示灯常亮，但退出巡航状态。当驾驶员再次松开离合器踏板后，如果驾驶员没有对“SET/-”键请求，仍旧按照踩下离合器踏板前的巡航车速进入巡航控制。如果驾驶员有对“SET/-”键请求，则巡航车速为按下“SET/-”键时的车速。若再次松开离合器踏板时车速低于设定车速，则直接退出巡航。
换档请求。巡航档位推荐手动变速箱的最高档(即最佳燃油经济性的档位)，如5档手动变速箱的巡航档位为5档。当ECU检测到当前档位不在5档时，立即退出巡航控制，巡航指示灯闪烁。要想再次进入巡航状态，需要重新设置。
注意：以上4种请求，如若过程中出现巡航使能条件不满足的情况，例如：巡航系统故障、车速超出巡航车速上下限等，即退出巡航控制，巡航指示灯闪烁。要想再次进入巡航状态，需要重新设置。
系统关闭：若驾驶员将巡航请求开关按至OFF状态，或者换挡使车辆档位处于非最高档位，则关闭系统。
如图3所示为巡航车速闭环控制及扭矩需求算法策略模型。在没有巡航的情况下，驾驶员通过电子踏板信号(PedPos为踏板开度)作为驾驶员扭矩需求，通过踏板特性计算驾驶员离合扭矩需求。当进入巡航控制时，PedPos＝0,踏板离合扭矩需求TqrPed＝0,驾驶员离合扭矩需求TqrDrv选择巡航控制离合扭矩需求TqrDrvCrs作为扭矩控制的输入量进行巡航车速控制。当PedPos≠0,不在巡航控制状态，巡航离合扭矩需求TqrDrvCrs＝0,驾驶员离合扭矩需求TqrDrv选择踏板离合扭矩需求TqrPed作为扭矩控制的输入量进行非巡航状态下的控制。
巡航离合扭矩需求的计算由两部分组成：
(1)巡航控制基本离合扭矩需求，根据巡航目标车速VspCrs查表CUR_TqrDrvCrs_Vsp,确定不同巡航目标车速下的基本离合扭矩需求。其中CUR_TqrDrvCrs_Vsp针对不同车辆通过标定确定；
(2)确定了巡航目标车速的基本离合扭矩需求后，因为道路阻力的变化、车辆的差异等导致车辆并不一定能够准确的以巡航目标车速行驶，这个时候需要对车速进行闭环控制，巡航目标车速VspCrs和实际车速Vsp的差值dVspCrs作为车速闭环控制输入,dVspCrs和VAL_fVspCrsP(巡航车速P部分调节系数，标定变量)的乘积作为P部分的调节量。巡航车速I调节使用积分器来实现，dVspCrs为积分器的输入，VAL_tTqrCrsI(巡航控制积分时间常数，标定变量)确定积分器的时间常数。I部分的积分结果要进行最大值和最小值限制。巡航使能条件和巡航请求开关同时置位作为积分器的使能条件，巡航使能条件复位或者巡航请求开关复位作为积分器的初始化条件，初始化值为0.具体I部分的算法如下：
(1)积分器使能：
积分器的使能条件必须同时具体两个条件：巡航请求开关置位(B_CrsSwOn＝True)和巡航使能条件置位(B_CrsEn＝True).
积分器使能，积分器计算如下：
输出dTqrCrsI(新值)＝dTqrCrsI(老值)+输入dVspCrs×dt/VAL_tTqrCrsI.
但积分器输出值dTqrCrsI收到最大值与最小值的限制，VAL_dTqrCrsIMx≤dTqrCrsI≤VAL_dTqrCrsIMn。
(2)积分器初始化：
积分器的初始化条件下面两个条件之一具备即可：巡航请求开关复位(B_CrsSwOn＝False)或者巡航使能条件复位(B_CrsEn＝False).
积分器初始化时，积分器的输出值dTqrCrsI＝0.
巡航目标车速对应的基本离合扭矩需求加上目标车速的闭环控制PI调节量就组成了巡航控制总体离合扭矩需求。这样就可以在进行巡航车速控制的时候，在不同阻力偏差的情况下实现车辆在巡航车速下的稳定运行。巡航离合扭矩需求像踏板离合扭矩需求一样作为独立的一路驾驶员离合扭矩需求进行控制，在巡航控制和非巡航控制之间进行离合扭矩需求计算的切换，都作为驾驶员离合扭矩的的一种需求。
Claims (8)
1.一种手动变速箱汽车的巡航控制系统，其特征在于：巡航控制系统在设有向ECU输入控制命令的巡航控制按键，所述ECU设有指示灯，并采集车辆点火开关信号、刹车信号、离合器信号、油门踏板信号、车速信号。
2.根据权利要求1所述的手动变速箱汽车的巡航控制系统，其特征在于：所述巡航控制按键包括巡航车速设定加、减请求信号的“SET/+”和“SET/-”按键，以及控制系统开关的“CCS ON/OFF”按键。
3.基于手动变速箱汽车巡航控制系统的控制方法，其特征在于：
系统启动：点火开关处于ON状态，且巡航请求开关处于ON状态则进入巡航开启准备阶段；
巡航准备阶段：若按下预设的进入巡航的按键时，系统检测是否满足进入巡航的条件，若条件满足则进入巡航阶段，若条件不满足，则返回巡航准备阶段；所述进入巡航的条件为没有踩下离合器踏板、没有踩下刹车踏板、没有踩下油门踏板、车辆处于最高档位且车速在预设范围内；
巡航阶段：以进入巡航的按键时的车速，控制电子节气门是车辆匀速行驶；
系统关闭：若驾驶员将巡航请求开关按至OFF状态，或者换挡使车辆档位处于非最高档位，则关闭系统。
4.根据权利要3所述的基于手动变速箱汽车巡航控制系统的控制方法，其特征在于：所述巡航开启准备阶段指示灯闪烁，若在设定时间内未操作进入巡航阶段，或者巡航请求开关处于OFF状态，则关闭系统，指示灯熄灭。
5.根据权利要3所述的基于手动变速箱汽车巡航控制系统的控制方法，其特征在于：所述进入巡航的条件还有无巡航控制相关故障。
所述巡航阶段通过“SET/+”键和“SET/-”键调整巡航车速，所述“SET/+”键和“SET/-”键以固定的频率请求一次，每次增减额定车速，且增减车速范围在进入巡航的条件的预设车速范围内。
6.根据权利要3所述的基于手动变速箱汽车巡航控制系统的控制方法，其特征在于，所述巡航阶段：
若驾驶员踩下电子油门踏板，则暂时退出巡航状态，车辆加速，当驾驶员再次松开电子油门踏板后，如果驾驶员没有按键请求，仍旧按照踩下电子油门踏板前的巡航车速进入巡航控制；如果驾驶员按键请求，则巡航车速为按下按键时的车速行驶，若此时车速高于进入巡航的条件的预设车速范围，则以进入巡航的条件的预设车速范围的最高车速行驶。
若驾驶员踩下刹车踏板，则暂时退出巡航状态，车辆减速，当驾驶员再次松开刹车踏板后，若车速低于进入巡航的条件的预设车速范围，则直接退出巡航状态；若在范围内，且驾驶员没有按键请求，则仍旧按照踩下刹车踏板前的巡航车速进入巡航控制；若在范围内，且驾驶员有按键请求，则巡航车速为按下按键时的车速行驶。
若驾驶员踩下离合器踏板，则暂时退出巡航状态，若车速低于进入巡航的条件的预设车速范围，则直接退出巡航状态；若在范围内，且驾驶员没有按键请求，则仍旧按照踩下离合器踏板前的巡航车速进入巡航控制；若在范围内，且驾驶员有按键请求，则巡航车速为按下按键时的车速行驶。
7.根据权利要3、4、5或6所述的基于手动变速箱汽车巡航控制系统的控制方法，其特征在于，所述巡航阶段：在系统关闭情况下驾驶员通过电子踏板信号作为驾驶员扭矩需求，此时PedPos为踏板开度，通过踏板特性计算驾驶员离合扭矩需求，当系统启动且巡航阶段后，PedPos＝0,踏板离合扭矩需求TqrPed＝0,驾驶员离合扭矩需求TqrDrv选择巡航控制离合扭矩需求TqrDrvCrs作为扭矩控制的输入量进行巡航车速控制当PedPos≠0,不在巡航控制状态，巡航离合扭矩需求TqrDrvCrs＝0,驾驶员离合扭矩需求TqrDrv选择踏板离合扭矩需求TqrPed作为扭矩控制的输入量进行非巡航状态下的控制。
8.根据权利要7所述的基于手动变速箱汽车巡航控制系统的控制方法，其特征在于，所述巡航阶段：巡航离合扭矩需求的计算由两部分组成：a、巡航控制基本离合扭矩需求，根据巡航目标车速VspCrs查表CUR_TqrDrvCrs_Vsp,确定不同巡航目标车速下的基本离合扭矩需求，其中CUR_TqrDrvCrs_Vsp针对不同车辆通过标定确定；b、确定巡航目标车速的基本离合扭矩需求后，对车速进行闭环控制，巡航目标车速VspCrs和实际车速Vsp的差值dVspCrs作为车速闭环控制输入,dVspCrs和VAL_fVspCrsP的乘积作为P部分的调节量；巡航车速I调节使用积分器来实现，dVspCrs为积分器的输入，VAL_tTqrCrsI确定积分器的时间常数，I部分的积分结果要进行最大值和最小值限制，巡航使能条件和巡航请求开关同时置位作为积分器的使能条件，巡航使能条件复位或者巡航请求开关复位作为积分器的初始化条件，初始化值为0。
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