CN107804322B - 一种纯电动汽车整车控制器的自适应巡航控制方法 - Google Patents

一种纯电动汽车整车控制器的自适应巡航控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种纯电动汽车整车控制器的自适应巡航控制方法，自动巡航控制计算如下：通过测距传感器测量获得两车相对速度、两车相对距离、本车速度、前车加速度和本车加速度；根据加速度增量Δai计算预计相对速度和两车相对距离；并计算该加速度增量下预期加速度评价指标；遍历车辆允许的加速度增量得到所有加速度增量的评价指标,根据评价指标确定最优加速度增量和最优加速度；根据最优加速度确定控制电机扭矩,根据控制模式判断，扭矩为负时，采用电机扭矩制动与液压制动系统并行控制方法，在驱动轴上附加电动机制动力矩，并将制动能量回馈给电池。提高电动车节能效率，提高续航里程，节约使用成本。

Description

一种纯电动汽车整车控制器的自适应巡航控制方法
技术领域
本发明涉及一种自适应巡航控制，尤其是涉及一种使用在纯电动汽车整车控制器的自适应巡航控制方法。
背景技术
自适应巡航控制(ACC)是高级辅助驾驶系统(ADAS)驾驶一种，是将定速巡航控制系统和车间距离保持系统有机结合，有效减少了驾驶员的驾驶负担，从而提高了车辆的安全性。
电动汽车是新能源汽车一种，也是目前发展趋势，电动汽车整车控制器(VCU)则是电动汽车的核心部件，而电动汽车自适应巡航控制，不仅要求考虑安全性能，还要考虑在加速时的节能和减速时的能量回馈等，以免导致更多的电池能源损耗。因此其控制算法和扭矩控制与常规内燃机的自适应巡航控制有所不同。而目前的VCU在ACC模式下，一般只考虑控制精度而不考虑节能。电动汽车的优势是制动时能量回馈，而目前自适应巡航控制ACC则基本没有考虑这两方面的因素，这两者却都可以使电动汽车增加续航里程。无疑提高电动汽车节能效率，提高电动汽车续航里程，就是节约使用成本，这也是电动汽车主要指标之一。
发明内容
本发明为解决现有电动汽车在进行自适应巡航控制方法中存在着未考虑节能和制动时能量回馈，导致降低电动汽车节能效率和续航里程等现状而提供的一种既可对电动汽车进行自适应巡航控制，可有效提高电动汽车节能效率，提高电动汽车续航里程，节约使用成本的纯电动汽车整车控制器的自适应巡航控制方法。
本发明为解决上述技术问题所采用的具体技术方案为：一种纯电动汽车整车控制器的自适应巡航控制方法，包括自动巡航控制计算和控制扭矩计算，其特征在于：自动巡航控制计算包括如下步骤
通过传感器测量获得两车相对速度、两车相对距离、本车速度、前车加速度和本车加速度的测量获得步骤；
根据本车加速度增量Δai计算预计下一时刻相对速度和两车相对距离的预计计算步骤；
根据评价指标对预计本车加速度增量Δai计算出来的指标进行评价的评价指标计算步骤；
根据是否搜索完毕所有本车允许加速范围的加速度增量判断本车加速度增量是否结束的本车加速度增量判断步骤；
在判断为加速度增量结束的情况下，确定最优加速度的最优本车加速度确定步骤；
在判断为加速度增量未结束的情况下，继续循环至前述根据本车加速度增量Δai计算预计相对速度和两车相对距离的预计计算步骤；
其中加速度增量Δai理解为在当前汽车已有加速度的基础上又附加了一个可行预期加速度增量；Δai在允许加速度范围内以一定间隔搜索得到的所有加速度增量，然后计算出每个预期加速度及其价指标，比较各个预期加速度的评价指标，对应最大的综合评价指标值的预期加速度值，为最优加速度；
在控制扭矩计算步骤中，根据本车预期加速度大小进行控制模式判断，当扭矩为负时，采用电机扭矩制动与液压制动系统并行控制方法，在驱动轴上附加电动机制动力矩，并将电动机制动产生的制动能量回馈给电池。既可对电动汽车进行自适应巡航控制，又可通过增加能量回馈模式，有效提高电动汽车节能效率，提高电动汽车续航里程，节约使用成本。
作为优选，所述测量获得步骤获得的当前前车加速度为acc0，选择本车加速度增量为Δai，令Tp为预定时间，本车计算Tp时的预期加速度acc、速度vcc分别为：
acc＝acc0+Δai
Vcc＝Vcc0+accTp
其中：acc为预期Tp时刻加速度；acc0为当前时刻加速度；vcc为预期Tp时刻速度；vcc0为当前时刻速度。预定时间可以从1秒至5秒设定。
作为优选，所述的两车相对速度和两车相对距离测量计算如下
Vrc＝Vr0+accTp
其中：Di为预期Tp时刻本车距离前车距离；D0当前时刻本车距离前车距离；Vr0为当前相对速度；acc为预期Tp时刻加速度；Vrc为预期Tp时刻本车与前车相对速度。
作为优选，所述的评价指标计算包括安全性指标计算、工效性指标计算、经济型指标计算和综合性指标计算。提高评价指标计算的综合有效性。
作为优选，所述的安全性指标计算如下
如果Rs＞1，则Rs＝1；如果Rs＜0，则Rs＝0；
其中Ss是安全距离，即在紧急刹车时两车最小距离，与两车相对速度和本车行车速度有关；Di为预期Tp时刻本车距离前车距离；Sa为本车距离前车设定的安全距离；Rs为计算的安全性指标。提高安全性指标计算的安全有效性，提高自巡航安全性。
作为优选，所述的工效性指标计算如下
如果Re＞1，则Re＝1；如果Re＜0，则Re＝0；
其中Di为预期Tp时刻本车距离前车距离；Sa为本车距离前车设定的安全距离；Re为计算的工效性指标，也即体现车速快速接近目标的指标。提高自巡航工效有效性。
作为优选，所述的经济型指标计算如下
如果Ra＞1，则Ra＝1；如果Ra＜0，则Ra＝0；
其中amax为本车车辆最大加速度，一般可选为1g；acc为预期Tp时刻加速度；Ra为经济性指标，体现汽车节能性指标。
作为优选，所述的综合性指标计算如下
R＝β1Rs+β2Re+β3Ra
其中β1、β2、β3为权重系数，系数大，体现更重要；Re为计算的工效性指标，Ra为经济性指标，安全性比其他两个要大，安全第一，β2和β3可以根据驾驶员习惯可调，当β2较大时，跟随前车比较快，跟踪精度高，但是经济性不好，反之，经济性好，跟随性较差。提高综合性指标计算有效性。
作为优选，所述的制动能量回馈采用在不改变原有液压制动系统的基础上，在驱动轴上附加一个电机制动力矩方式进行并行制动能量回收控制。提高能量回收回馈效能。
作为优选，所述的控制模式判断包括如下步骤：
当acc＜-0.02g时，不采取制动；
当-0.1g≤acc＜0.02g时，机械制动系统不工作，仅制动电机单独制动；
当-0.7g≤acc＜0.1g时，制动电机和摩擦制动系统联合制动；
当acc＜-0.7g，认为是紧急制动，仅依靠技术成熟可靠的摩擦制动系统制动。提高实现并联能量回馈，提高可续航里程。
本发明的有益效果是：采用的自适应控制算法，通过对车辆驾驶安全性、工效性、经济性评价可以优先出最佳预期加速度，可以在节能和跟随前车快捷上作平衡，是一种最优加速度方案。能够实现电动汽车节能目的，提高续航里程。并且在ACC模式下的能量回馈策略，简单易行，此种控制方法对原有的液压制动系统改动较小且响应较快、易于实现。在减速度极小情况下，不用制动，跟随前面车辆，避免速变化小时，频繁加速减速变化。在减速度比较时采用电机制动就可以，还可以会回收利用能量，只有减速度到达中度制动时才把机械制动加进来。紧急制动采用机械制动，可以实现制动安全性。因此本方案是目前液压制动改动小，又能实现并联能量回馈。提高续航里程。
附图说明：
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
图1是本发明一种纯电动汽车整车控制器的自适应巡航控制方法的自动巡航控制计算算法原理框图示意图。
图2是本发明一种纯电动汽车整车控制器的自适应巡航控制方法的原理框图示意图。
具体实施方式
图1、图2所示的实施例中，一种纯电动汽车整车控制器的自适应巡航控制方法，包括自动巡航控制计算、控制扭矩计算及控制模式判断，自动巡航控制计算包括如下步骤
通过测距传感器10测量获得两车相对速度、两车相对距离、本车速度、前车加速度和本车加速度的测量获得步骤31；
根据本车加速度增量Δai计算预计下一时刻相对速度和两车相对距离的预计计算步骤32；
根据评价指标对预计本车加速度增量Δai计算出来的指标进行评价的评价指标计算步骤33；
根据是否搜索完毕所有本车允许加速范围的加速度增量来判断加速度增量是否结束的本车加速度增量判断步骤34；
在判断为加速度增量结束的情况下，根据评价指标计算出来的评价指标判断确定最优加速度的最优本车加速度确定步骤35；
在判断为加速度增量未结束的情况下，继续循环至前述根据本车加速度增量Δai计算预计相对速度和两车相对距离的预计计算步骤32；
其中加速度增量Δai理解为在当前汽车已有加速度的基础上又附加了一个可行预期加速度增量；Δai在允许加速度范围内以一定间隔搜索所有可能的加速度增量，然后计算出每个预期加速度及其评价指标，比较各个预期加速度的评价指标，对应最大的综合评价指标值的预期加速度值，为最优加速度；
在控制扭矩计算步骤中，根据本车预期加速度大小进行控制模式判断40，当扭矩为负时，采用电机扭矩制动70与液压制动系统80并行控制方法，在驱动轴上附加电动机制动力矩，并将电动机制动产生的制动能量回馈给电池。测距传感器10测量获得目标车距离和相对速度计算20并输送至自动巡航控制计算中；根据参数设定50输入至自动巡航控制计算并获得自动巡航本车状态信息60。
加速度增量选择为：Δai可行预期加速度可以理解为在当前汽车已有加速度的基础上又附加了一个可行预期加速度增量；Δai在允许加速度范围内遍历，当加速度范围内遍历结束，就是加速度增量选择完毕。
测量获得步骤获得的当前前车加速度为acc0，选择本车加速度增量为Δai，令Tp为预定时间，本车计算Tp时的预期加速度acc、速度vcc分别为：
acc＝acc0+Δai
Vcc＝Vcc0+accTp
其中：acc为预期Tp时刻加速度；acc0为当前时刻加速度；vcc为预期Tp时刻速度；vcc0为当前时刻速度。
假设前车在短时间内车速不变，则预期两车相对速度和两车相对距离测量计算如下：
Vrc＝Vr0+accTp
其中：Di为预期Tp时刻本车距离前车距离；D4当前时刻本车距离前车距离；Vr4为当前相对速度；acc为预期Tp时刻加速度；Vrc为预期Tp时刻本车与前车相对速度。
评价指标计算包括安全性指标计算、工效性指标计算、经济型指标计算和综合性指标计算。
安全性指标计算如下：
如果Rs＞1，则Rs＝1；如果Rs＜0，则Rs＝0；
其中Ss是安全距离，即在紧急刹车时两车最小距离，与两车相对速度和本车行车速度有关；Di为预期Tp时刻本车距离前车距离；Sa为本车距离前车设定的安全距离；Rs为计算的安全性指标。
工效性指标计算如下：
如果Re＞1，则Re＝1；如果Re＜0，则Re＝0；
其中Di为预期Tp时刻本车距离前车距离；Sa为本车距离前车设定的安全距离；Re为计算的工效性指标，也即体现车速快速接近目标的指标。
经济型指标计算如下：
如果Ra＞1，则Ra＝1；如果Ra＜0，则Ra＝0；
其中amax为本车车辆最大加速度，一般可选为1g；acc为预期Tp时刻加速度；Ra为经济性指标，体现汽车节能性指标。
综合性指标计算如下：
R＝β1Rs+β2Re+β3Ra
其中β1、β2、β3为权重系数，系数大，体现更重要；Re为计算的工效性指标，Ra为经济性指标，安全性比其他两个要大，安全第一，β2和β3可以根据驾驶员习惯可调，当β2较大时，跟随前车比较快，跟踪精度高，但是经济性不好，反之，经济性好，跟随性较差。
制动能量回馈采用在不改变原有液压制动系统的基础上，在驱动轴上附加一个电机制动力矩方式进行并行制动能量回收控制。
当扭矩为正时，根据扭矩与电机map图，控制电机；
当扭矩为负时，根据下面策略分别电机制动，即电动机产生能量回馈至电池并制动和传统控制方式的液压制动系统相并行控制策略。
制模式判断包括如下步骤：
当acc＜-0.02g时，不采取制动；
当-0.1g≤acc＜0.02g时，机械制动系统不工作，仅制动电机单独制动；
当-0.7g≤acc＜0.1g时，制动电机和摩擦制动系统联合制动；
当acc＜-0.7g，认为是紧急制动，仅依靠技术成熟可靠的摩擦制动系统制动。
以上内容和结构描述了本发明产品的基本原理、主要特征和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解。上述实例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都属于要求保护的本发明范围之内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种纯电动汽车整车控制器的自适应巡航控制方法，包括自动巡航控制计算、控制扭矩计算及控制模式判断，其特征在于：自动巡航控制计算包括如下步骤
通过测距传感器测量获得两车相对速度、两车相对距离、本车速度、前车加速度和本车加速度的测量获得步骤；
根据本车加速度增量Δai计算预计下一时刻相对速度和两车相对距离的预计计算步骤；
根据评价指标对预计计算出来的指标进行评价的评价指标计算步骤；
根据是否搜索完毕所有本车允许加速范围的加速度增量判断本车加速度增量是否结束的本车加速度增量判断步骤；
在判断为本车加速度增量结束的情况下，确定本车最优加速度的最优本车加速度确定步骤；
在判断为加速度增量未结束的情况下，继续循环至前述根据本车加速度增量Δai计算预计相对速度和两车相对距离的预计计算步骤；
其中加速度增量Δai为在当前汽车已有加速度的基础上又附加了一个可行预期加速度增量；Δai在允许加速度范围内以一定间隔搜索得到的所有加速度增量，然后计算出每个预期加速度及其评价指标，比较各个预期加速度的评价指标，对应最大的综合评价指标值的预期加速度值，为最优加速度；
在控制扭矩计算步骤中，根据本车预期加速度大小进行控制模式判断，当扭矩为负时，采用电机扭矩制动与液压制动系统并行控制方法，在驱动轴上附加电动机制动力矩，并将电动机制动产生的制动能量回馈给电池。
2.按照权利要求1所述的纯电动汽车整车控制器的自适应巡航控制方法，其特征在于：所述测量获得步骤获得的当前前车加速度为acc0，选择本车加速度增量为Δai，令Tp为预定时间，本车计算Tp时的预期加速度acc、速度vcc分别为：
acc＝acc0+Δai
Vcc＝Vcc0+accTp
其中：acc为预期Tp时刻加速度；acc0为当前时刻加速度；vcc为预期Tp时刻速度；vcc0为当前时刻速度。
3.按照权利要求1所述的纯电动汽车整车控制器的自适应巡航控制方法，其特征在于：所述的两车相对速度和两车相对距离测量计算如下
Vrc＝Vr0+accTp
其中：Di为预期Tp时刻本车距离前车距离；D0当前时刻本车距离前车距离；Vr0为当前相对速度；acc为预期Tp时刻加速度；Vrc为预期Tp时刻本车与前车相对速度。
4.按照权利要求1所述的纯电动汽车整车控制器的自适应巡航控制方法，其特征在于：所述的评价指标计算包括安全性指标计算、工效性指标计算、经济型指标计算和综合性指标计算。
5.按照权利要求4所述的纯电动汽车整车控制器的自适应巡航控制方法，其特征在于：所述的安全性指标计算如下
如果Rs＞1，则Rs＝1；如果Rs＜0，则Rs＝0；
其中Ss是安全距离，即在紧急刹车时两车最小距离，与两车相对速度和本车行车速度有关；Di为预期Tp时刻本车距离前车距离；Sa为本车距离前车设定的安全距离；Rs为计算的安全性指标。
6.按照权利要求4所述的纯电动汽车整车控制器的自适应巡航控制方法，其特征在于：所述的工效性指标计算如下
如果Re＞1，则Re＝1；如果Re＜0，则Re＝0；
其中Di为预期Tp时刻本车距离前车距离；Sa为本车距离前车设定的安全距离；Re为计算的工效性指标，也即体现车速快速接近目标的指标。
7.按照权利要求4所述的纯电动汽车整车控制器的自适应巡航控制方法，其特征在于：所述的经济型指标计算如下
如果Ra＞1，则Ra＝1；如果Ra＜0，则Ra＝0；
其中amax为本车车辆最大加速度，一般可选为1g；acc为预期Tp时刻加速度；Ra为经济性指标，体现汽车节能性指标。
8.按照权利要求4所述的纯电动汽车整车控制器的自适应巡航控制方法，其特征在于：所述的综合性指标计算如下
R＝β1Rs+β2Re+β3Ra
其中β1、β2、β3为权重系数，系数大，体现更重要；Re为计算的工效性指标，Ra为经济性指标，安全性比其他两个要大，安全第一，β2和β3可以根据驾驶员习惯可调，当β2较大时，跟随前车比较快，跟踪精度高，但是经济性不好，反之，经济性好，跟随性较差。
9.按照权利要求1所述的纯电动汽车整车控制器的自适应巡航控制方法，其特征在于：所述的制动能量回馈采用在不改变原有液压制动系统的基础上，在驱动轴上附加一个电机制动力矩方式进行并行制动能量回收控制。
10.按照权利要求1所述的纯电动汽车整车控制器的自适应巡航控制方法，其特征在于：所述的控制模式判断包括如下步骤
当acc＜-0.02g时，不采取制动；
当-0.1g≤acc＜0.02g时，机械制动系统不工作，仅制动电机单独制动；
当-0.7g≤acc＜0.1g时，制动电机和摩擦制动系统联合制动；
当acc＜-0.7g，认为是紧急制动，仅依靠技术成熟可靠的摩擦制动系统制动。
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