CN108891304A - 无人驾驶电动车的加速控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出无人驾驶电动车的加速控制方法及装置。方法包括：接收无人驾驶电动车的上层路径规划模块发来的加速命令，该命令携带目标加速度；根据目标加速度计算所述电动车所需基础扭矩；根据所述电动车的实际加速度与目标加速度的差值，计算所述电动车的比例积分微分PID扭矩；将所述电动车所需基础扭矩与PID扭矩之和作为所述电动车所需扭矩，将所述电动车所需扭矩发送给所述电动车的电机。本发明提高了对无人驾驶电动车的加速控制的准确性。

Description

无人驾驶电动车的加速控制方法及装置
技术领域
本发明涉及纯电动车技术领域，尤其涉及无人驾驶电动车的加速控制方法及装置。
背景技术
目前，无人驾驶电动车在加速控制策略方面存在很大的缺陷，在加速过程中目标加速度与实际加速度存在一定的差值，通过路径规划得到车辆目标加速度值，大多数目标加速度实现是根据车辆的质量、路面摩擦力、风阻等因素计算出所需牵引力，从而得出所需扭矩，由电机输出实现加速控制，这样得出的加速度理论上是正确的，但是路面摩擦力、风阻等因素都是在变化的，因此得出的加速度不是理想值。
没有充分考虑路面、风阻、路况的变化对于车辆加速度的影响，目标加速度与实际加速度的偏差影响车辆运行状态以及车辆行驶轨迹，甚至有可能给无人驾驶车辆带来危险，危害人身安全。
发明内容
本发明提供无人驾驶电动车的加速控制方法及装置，以提高对无人驾驶电动车的加速控制的准确性。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种无人驾驶电动车的加速控制方法，该方法包括：
接收无人驾驶电动车的上层路径规划模块发来的加速命令，该命令携带目标加速度；
根据目标加速度计算所述电动车所需基础扭矩；
根据所述电动车的实际加速度与目标加速度的差值，计算所述电动车的比例积分微分PID扭矩；
将所述电动车所需基础扭矩与PID扭矩之和作为所述电动车所需扭矩，将所述电动车所需扭矩发送给所述电动车的电机。
所述接收无人驾驶电动车的上层路径规划模块发来的加速命令之后、根据目标加速度计算所述电动车所需基础扭矩之前进一步包括：
判断当前是否满足如下三个条件：目标加速度低于预设目标加速度阈值、无紧急制动控制命令和车速低于预设车速阈值，若满足，执行所述根据目标加速度计算所述电动车所需基础扭矩的动作。
所述将所述电动车所需基础扭矩与PID扭矩之和作为所述电动车所需扭矩之后、将所述电动车所需扭矩发送给所述电动车的电机之前进一步包括：
根据所述电动车的当前动力电池电压、动力电池允许最大电流、空调加热器消耗功率、直流电源转直流电源DCDC模块消耗功率和空调压缩机消耗功率，计算所述电动车的允许最大扭矩；
判断所述电动车所需扭矩是否不大于所述电动车的允许最大扭矩，若不大于，则保持所述电动车所需扭矩不变；否则，以所述电动车的允许最大扭矩替换所述电动车所需扭矩。
所述计算所述电动车的PID扭矩包括：
计算
其中，TPID为所述电动车的PID扭矩，KP为比例系数，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数，e(t)为实际加速度与目标加速度的差值；KP、Ti、Td通过预先进行的PID调试得到，在PID调试过程中，在设定目标加速度下，通过改变KP、Ti和Td的取值，计算所述电动车的PID扭矩，进而得到所述电动车所需扭矩，测量电机采用所述电动车所需扭矩时所述电动车的实际加速度，并计算所述电动车的实际加速度与目标加速度之间的误差，重复上述过程，当误差在一定时长内持续小于预设误差阈值时，将当前的KP、Ti和Td的取值作为最终使用的取值。
所述根据目标加速度计算所述电动车所需基础扭矩包括：
计算Tb＝(δ*m*a+f1+f2(A，v，Cw))*r/i
其中，Tb为所述电动车所需基础扭矩，δ为旋转质量转换系数，m为车辆质量，a为目标加速度，f1为滚动阻力，r为车辆轮胎半径，i为减速比，f2(A，v，Cw)为空气阻力，f2(A，v，Cw)＝1/16·A·Cw·v2，A为汽车横截面积，v为当前车速，Cw为风阻系数。
一种无人驾驶电动车的加速控制装置，该装置包括：
加速命令接收模块，用于接收无人驾驶电动车的上层路径规划模块发来的加速命令，该命令携带目标加速度，将目标加速度发送给基础扭矩计算模块和PID扭矩计算模块；
基础扭矩计算模块，用于根据目标加速度计算所述电动车所需基础扭矩；
PID扭矩计算模块，用于根据所述电动车的实际加速度与目标加速度的差值，计算所述电动车的比例积分微分PID扭矩；
车辆所需扭矩计算模块，用于将所述电动车所需基础扭矩与PID扭矩之和作为所述电动车所需扭矩，将所述电动车所需扭矩发送给所述电动车的电机。
所述加速命令接收模块将目标加速度发送给基础扭矩计算模块和PID扭矩计算模块之前进一步用于，
判断当前是否满足如下三个条件：目标加速度低于预设目标加速度阈值、无紧急制动控制命令和车速低于预设车速阈值，若满足，执行所述将目标加速度发送给基础扭矩计算模块和PID扭矩计算模块的动作。
所述车辆所需扭矩计算模块将所述电动车所需扭矩发送给所述电动车的电机之前进一步用于，
根据所述电动车的当前动力电池电压、动力电池允许最大电流、空调加热器消耗功率、直流电源转直流电源DCDC模块消耗功率和空调压缩机消耗功率，计算所述电动车的允许最大扭矩；判断所述电动车所需扭矩是否不大于所述电动车的允许最大扭矩，若不大于，则保持所述电动车所需扭矩不变；否则，以所述电动车的允许最大扭矩替换所述电动车所需扭矩。
所述PID扭矩计算模块计算所述电动车的PID扭矩包括：
计算
其中，TPID为所述电动车的PID扭矩，KP为比例系数，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数，e(t)为实际加速度与目标加速度的差值；KP、Ti、Td通过预先进行的PID调试得到，在PID调试过程中，在设定目标加速度下，通过改变KP、Ti和Td的取值，计算所述电动车的PID扭矩，进而得到所述电动车所需扭矩，测量电机采用所述电动车所需扭矩时所述电动车的实际加速度，并计算所述电动车的实际加速度与目标加速度之间的误差，重复上述过程，当误差在一定时长内持续小于预设误差阈值时，将当前的KP、Ti和Td的取值作为最终使用的取值。
所述基础扭矩计算模块根据目标加速度计算所述电动车所需基础扭矩包括：
计算Tb＝(δ*m*a+f1+f2(A，v，Cw))*r/i
其中，Tb为所述电动车所需基础扭矩，δ为旋转质量转换系数，m为车辆质量，a为目标加速度，f1为滚动阻力，r为车辆轮胎半径，i为减速比，f2(A，v，Cw)为空气阻力，f2(A，v，Cw)＝1/16·A·Cw·v2，A为汽车横截面积，v为当前车速，Cw为风阻系数。
本发明在接收到加速命令后，在计算电动车所需扭矩时，既考虑了基础扭矩，又考虑了PID扭矩，通过PID扭矩弥补了基础扭矩，从而使得最终计算得到的电动车所需扭矩更加接近于目标加速度所需扭矩，提高了对无人驾驶电动车的加速控制的准确性。
附图说明
以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。
图1是本发明一实施例提供的无人驾驶电动车的加速控制方法流程图；
图2是本发明另一实施例提供的无人驾驶电动车的加速控制方法流程图；
图3为本发明实施例提供的无人驾驶电动车的加速控制装置的结构示意图。
具体实施方式
为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
图1是本发明一实施例提供的无人驾驶电动车的加速控制方法流程图，其具体步骤如下：
步骤101：无人驾驶电动车的VCU(Vehicle Control Unit，整车控制单元)接收上层路径规划模块发来的加速命令，该命令携带目标加速度。
步骤102：VCU判断当前是否满足：电动车的目标加速度低于预设目标加速度阈值、电动车未接收到紧急制动控制命令且车速低于预设车速阈值，若满足，执行步骤103；否则，丢弃该命令，本流程结束。
其中，目标加速度阈值的取值范围为：2m/s2～4m/s2，较佳地，取3m/s2；车速阈值的取值范围为：70km/h～90km/h，较佳地，取80km/h。
步骤103：VCU根据电动车的目标加速度、质量以及路面摩擦系数和车速等，计算电动车行驶阻力，从而得出电动车所需基础扭矩。
步骤104：VCU根据电动车的实际加速度与目标加速度的差值进行PID计算，得出电动车的PID扭矩。
步骤105：VCU将电动车所需基础扭矩与PID扭矩之和作为电动车所需扭矩，将电动车所需扭矩发送给电机。
图2是本发明另一实施例提供的无人驾驶电动车的加速控制方法流程图，其具体步骤如下：
步骤201：无人驾驶电动车的VCU接收上层路径规划模块发来的加速命令，该命令携带目标加速度。
步骤202：VCU判断当前是否满足：电动车的目标加速度低于3m/s2、电动车未接收到紧急制动控制命令且车速低于80km/h，若满足，执行步骤203；否则，丢弃该命令，本流程结束。
步骤203：VCU根据电动车的当前动力电池电压、动力电池允许最大电流，以及电动车的当前空调加热器消耗功率、DCDC(Direct Current-Direct Current，直流电源转直流电源)消耗功率和空调压缩机消耗功率，计算出电动车的允许最大扭矩。
步骤204：VCU计算电动车所需基础扭矩Tb：
Tb＝(δ*m*a+f1+f2(A，v，Cw))*r/i
其中，δ为旋转质量转换系数，旋转质量转换系数能够将旋转质量的惯性阻力矩转换成平移质量的惯性阻力，δ的取值预先设定，取值范围通常为：1.1～1.4；
m为电动车的质量；
a为电动车的目标加速度；
f1为滚动阻力，f1＝m*路面摩擦系数，其中，路面摩擦系数为预先设定的值，例如：正常干燥沥青路面的摩擦系数通常为0.6±10％，雨天路面的摩擦系数通常为0.4±10％，雪天路面的摩擦系数通常为0.28±10％，结冰路面的摩擦系数通常为0.18±10％；
r为电动车的轮胎半径；
i为减速比＝电机输入转速/电机输出转速；
f2(A，v，Cw)为空气阻力，f2(A，v，Cw)＝1/16·A·Cw·V2，其中，A为电动车的横截面积，v为当前车速，Cw为预先设定的风阻系数，Cw的取值范围通常为：0.3～0.6，具体取值可根据车身形状确定。
步骤205：VCU计算电动车的PID扭矩TPID：
其中，KP为比例系数，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数，e(t)为实际加速度与目标加速度之差。
KP、Ti、Td通过预先进行的PID调试得到，在PID调试过程中，在一设定目标加速度下，计算电动车所需基础扭矩，并通过改变KP、Ti和Td的取值，计算电动车的PID扭矩，进而计算出电动车所需扭矩，测量电机采用计算得到的电动车所需扭矩时电动车的实际加速度，并计算电动车的实际加速度与目标加速度之间的误差，重复上述过程，当误差在一定时长内持续小于预设误差阈值时，将当前的KP、Ti和Td的取值作为最终使用的取值。
需要说明的是，在PID调试过程中，也可以同时调试基础扭矩计算公式Tb＝(δ*m*a+f1+f2(A，v，Cw))*r/i中的参数δ、路面摩擦系数、Cw，得到最佳的δ、路面摩擦系数、Cw取值，从而得到所有参数δ、路面摩擦系数、Cw、KP、Ti和Td的最佳取值。
步骤206：VCU将电动车所需基础扭矩与PID扭矩之和作为电动车所需扭矩。
步骤207：VCU判断电动车所需扭矩是否不大于电动车的允许最大扭矩，若是，执行步骤209；否则，执行步骤208。
步骤208：VCU将电动车的允许最大扭矩替代电动车所需扭矩。
步骤209：VCU将电动车所需扭矩发送给电机。
需要说明的是，VCU在收到加速命令后，会根据目标加速度实时、循环采用上述步骤201-209计算电动车所需扭矩。
另外，为保证车辆行驶安全性，步骤209中，在将电动车所需扭矩发送给电机之前，可将电动车所需扭矩与ESP输出扭矩进行协调，为保证车辆行驶的稳定性，与ESP(Electronic Stability Program，电子稳定系统)协调后得到的扭矩再进行滤波，将滤波后的扭矩输出给电机。
图3为本发明实施例提供的无人驾驶电动车的加速控制装置的结构示意图，该装置主要包括：加速命令接收模块31、基础扭矩计算模块32、PID扭矩计算模块33和车辆所需扭矩计算模块34，其中：
加速命令接收模块31，用于接收无人驾驶电动车的上层路径规划模块发来的加速命令，该命令携带目标加速度，将目标加速度发送给基础扭矩计算模块32和PID扭矩计算模块33。
基础扭矩计算模块32，用于根据目标加速度计算电动车所需基础扭矩，将电动车所需基础扭矩发送给车辆所需扭矩计算模块34。
PID扭矩计算模块33，用于根据电动车的实际加速度与目标加速度的差值，计算电动车的PID扭矩，将电动车的PID扭矩发送给车辆所需扭矩计算模块34。
车辆所需扭矩计算模块34，用于将电动车所需基础扭矩与PID扭矩之和作为电动车所需扭矩，将电动车所需扭矩发送给电动车的电机。
在实际应用中，加速命令接收模块31将目标加速度发送给基础扭矩计算模块32和PID扭矩计算模块33之前进一步用于，判断当前是否满足如下三个条件：目标加速度低于预设目标加速度阈值、无紧急制动控制命令和车速低于预设车速阈值，若满足，执行将目标加速度发送给基础扭矩计算模块32和PID扭矩计算模块33的动作。
在实际应用中，车辆所需扭矩计算模块34将电动车所需扭矩发送给所述电动车的电机之前进一步用于，根据电动车的当前动力电池电压、动力电池允许最大电流、空调加热器消耗功率、DCDC模块消耗功率和空调压缩机消耗功率，计算电动车的允许最大扭矩；判断电动车所需扭矩是否不大于电动车的允许最大扭矩，若不大于，则保持电动车所需扭矩不变；否则，以电动车的允许最大扭矩替换所述电动车所需扭矩。
在实际应用中，PID扭矩计算模块33计算所述电动车的PID扭矩包括：
计算
其中，TPID为电动车的PID扭矩，KP为比例系数，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数，e(t)为实际加速度与目标加速度的差值；KP、Ti、Td通过预先进行的PID调试得到，在PID调试过程中，在设定目标加速度下，通过改变KP、Ti和Td的取值，计算所述电动车的PID扭矩，进而得到所述电动车所需扭矩，测量电机采用所述电动车所需扭矩时所述电动车的实际加速度，并计算所述电动车的实际加速度与目标加速度之间的误差，重复上述过程，当误差在一定时长内持续小于预设误差阈值时，将当前的KP、Ti和Td的取值作为最终使用的取值。
在实际应用中，基础扭矩计算模块32根据目标加速度计算电动车所需基础扭矩包括：
计算Tb＝(δ*m*a+f1+f2(A，v，Cw))*r/i
其中，Tb为电动车所需基础扭矩，δ为旋转质量转换系数，m为车辆质量，a为目标加速度，f1为滚动阻力，r为车辆轮胎半径，i为减速比，f2(A，v，Cw)为空气阻力，f2(A，v，Cw)＝1/16·A·Cw·v2，A为汽车横截面积，v为当前车速，Cw为预先设定的风阻系数。
本发明的有益技术效果如下：
本发明在接收到加速命令后，在计算电动车所需扭矩时，既考虑了基础扭矩，又考虑了PID扭矩，通过PID扭矩弥补了基础扭矩，从而使得最终计算得到的电动车所需扭矩更加接近于目标加速度所需扭矩，提高了对无人驾驶电动车的加速控制的准确性；
进一步地，在进行PID调试时，同时对基础扭矩的计算参数进行调试，使得基础扭矩更接近加速度所需基础扭矩，为PID控制提供了稳定基础；
进一步地，将电动车所需扭矩与电动车的允许最大扭矩进行比较，当前者大于后者时，以后者替代前者，从而保护了电动车自身以及电池的安全。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，而并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无人驾驶电动车的加速控制方法，其特征在于，该方法包括：
接收无人驾驶电动车的上层路径规划模块发来的加速命令，该命令携带目标加速度；
根据目标加速度计算所述电动车所需基础扭矩；
根据所述电动车的实际加速度与目标加速度的差值，计算所述电动车的比例积分微分PID扭矩；
将所述电动车所需基础扭矩与PID扭矩之和作为所述电动车所需扭矩，将所述电动车所需扭矩发送给所述电动车的电机。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收无人驾驶电动车的上层路径规划模块发来的加速命令之后、根据目标加速度计算所述电动车所需基础扭矩之前进一步包括：
判断当前是否满足如下三个条件：目标加速度低于预设目标加速度阈值、无紧急制动控制命令和车速低于预设车速阈值，若满足，执行所述根据目标加速度计算所述电动车所需基础扭矩的动作。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述电动车所需基础扭矩与PID扭矩之和作为所述电动车所需扭矩之后、将所述电动车所需扭矩发送给所述电动车的电机之前进一步包括：
根据所述电动车的当前动力电池电压、动力电池允许最大电流、空调加热器消耗功率、直流电源转直流电源DCDC模块消耗功率和空调压缩机消耗功率，计算所述电动车的允许最大扭矩；
判断所述电动车所需扭矩是否不大于所述电动车的允许最大扭矩，若不大于，则保持所述电动车所需扭矩不变；否则，以所述电动车的允许最大扭矩替换所述电动车所需扭矩。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算所述电动车的PID扭矩包括：
计算
其中，TPID为所述电动车的PID扭矩，KP为比例系数，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数，e(t)为实际加速度与目标加速度的差值；KP、Ti、Td通过预先进行的PID调试得到，在PID调试过程中，在设定目标加速度下，通过改变KP、Ti和Td的取值，计算所述电动车的PID扭矩，进而得到所述电动车所需扭矩，测量电机采用所述电动车所需扭矩时所述电动车的实际加速度，并计算所述电动车的实际加速度与目标加速度之间的误差，重复上述过程，当误差在一定时长内持续小于预设误差阈值时，将当前的KP、Ti和Td的取值作为最终使用的取值。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据目标加速度计算所述电动车所需基础扭矩包括：
计算Tb＝(δ*m*a+f1+f2(A，v，Cw))*r/i
其中，Tb为所述电动车所需基础扭矩，δ为旋转质量转换系数，m为车辆质量，a为目标加速度，f1为滚动阻力，r为车辆轮胎半径，i为减速比，f2(A，v，Cw)为空气阻力，f2(A，v，Cw)＝1/16·A·Cw·v2，A为汽车横截面积，v为当前车速，Cw为风阻系数。
6.一种无人驾驶电动车的加速控制装置，其特征在于，该装置包括：
加速命令接收模块，用于接收无人驾驶电动车的上层路径规划模块发来的加速命令，该命令携带目标加速度，将目标加速度发送给基础扭矩计算模块和PID扭矩计算模块；
基础扭矩计算模块，用于根据目标加速度计算所述电动车所需基础扭矩；
PID扭矩计算模块，用于根据所述电动车的实际加速度与目标加速度的差值，计算所述电动车的比例积分微分PID扭矩；
车辆所需扭矩计算模块，用于将所述电动车所需基础扭矩与PID扭矩之和作为所述电动车所需扭矩，将所述电动车所需扭矩发送给所述电动车的电机。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述加速命令接收模块将目标加速度发送给基础扭矩计算模块和PID扭矩计算模块之前进一步用于，
判断当前是否满足如下三个条件：目标加速度低于预设目标加速度阈值、无紧急制动控制命令和车速低于预设车速阈值，若满足，执行所述将目标加速度发送给基础扭矩计算模块和PID扭矩计算模块的动作。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述车辆所需扭矩计算模块将所述电动车所需扭矩发送给所述电动车的电机之前进一步用于，
根据所述电动车的当前动力电池电压、动力电池允许最大电流、空调加热器消耗功率、直流电源转直流电源DCDC模块消耗功率和空调压缩机消耗功率，计算所述电动车的允许最大扭矩；判断所述电动车所需扭矩是否不大于所述电动车的允许最大扭矩，若不大于，则保持所述电动车所需扭矩不变；否则，以所述电动车的允许最大扭矩替换所述电动车所需扭矩。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述PID扭矩计算模块计算所述电动车的PID扭矩包括：
计算
其中，TPID为所述电动车的PID扭矩，KP为比例系数，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数，e(t)为实际加速度与目标加速度的差值；KP、Ti、Td通过预先进行的PID调试得到，在PID调试过程中，在设定目标加速度下，通过改变KP、Ti和Td的取值，计算所述电动车的PID扭矩，进而得到所述电动车所需扭矩，测量电机采用所述电动车所需扭矩时所述电动车的实际加速度，并计算所述电动车的实际加速度与目标加速度之间的误差，重复上述过程，当误差在一定时长内持续小于预设误差阈值时，将当前的KP、Ti和Td的取值作为最终使用的取值。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述基础扭矩计算模块根据目标加速度计算所述电动车所需基础扭矩包括：
计算Tb＝(δ*m*a+f1+f2(A，v，Cw))*r/i
其中，Tb为所述电动车所需基础扭矩，δ为旋转质量转换系数，m为车辆质量，a为目标加速度，f1为滚动阻力，r为车辆轮胎半径，i为减速比，f2(A，v，Cw)为空气阻力，f2(A，v，Cw)＝1/16·A·Cw·v2，A为汽车横截面积，v为当前车速，Cw为风阻系数。
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