CN109263655A - 一种分布式电驱动无人履带车辆的整车控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种分布式电驱动无人履带车辆的整车控制方法，包括：对所述车辆的各用电设备进行低、高压上电；判断所述车辆是否处于人工制动状态；是，则进入人工制动模式；否，则进一步判断当前的车辆驾驶方式，如果驾驶方式是有人驾驶，驾驶员通过操纵遥控驾驶仪对所述车辆进行有人驾驶；如果驾驶方式是无人驾驶，则所述车辆在上层规划决策系统的控制下进行无人驾驶。本发明保证了车辆在有人驾驶和无人驾驶时的行驶安全性和自由切换，制动模式分为普通制动和紧急制动，既保证了车辆的正常停车，又能应对各种突发的紧急状况；行进模式下的前进和倒退又可分别细分为直驶和转向子模式，可充分发挥分布式电驱动履带车辆的通过性和灵活的转向性能。

Description

一种分布式电驱动无人履带车辆的整车控制方法
技术领域
本发明涉及无人驾驶车辆领域，尤其涉及一种分布式电驱动无人履带车辆的整车控制方法。
背景技术
无人驾驶车辆的整车逻辑切换是其安全、平顺、稳定行驶的前提，其中涉及底层多种设备的控制以及设备之间的协调工作，是目前无人驾驶车辆控制领域的核心技术之一。现有的整车控制逻辑主要针对全无人状态，即包含的控制模式均对应于无人模式，忽略了驾驶员对无人驾驶车辆的控制。但很多情况下，例如无人驾驶车辆在试验初期很不成熟，测试期间需要驾驶员的多次干预，因此有人与无人驾驶之间的快速切换显得尤为重要。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种分布式电驱动无人履带车辆的整车控制方法，实现履带车辆的有人驾驶与无人驾驶之间的切换以及驾驶过程中不同模式之间的切换。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一种无人驾驶履带车辆的整车控制方法，包括以下步骤：
步骤S1、对所述车辆的各用电设备进行低、高压上电；
步骤S2、低、高压上电正常后，判断所述车辆是否处于人工制动状态；是，则进入人工制动模式；否，则进一步判断当前的车辆驾驶方式，如果驾驶方式是有人驾驶，则进入步骤S3；如果驾驶方式是无人驾驶，则进入步骤S4；
步骤S3、驾驶员通过操纵遥控驾驶仪对所述车辆进行有人驾驶；
步骤S4、所述车辆在上层规划决策系统的控制下进行无人驾驶。
进一步地，所述步骤S1具体包括，
步骤S110、所述车辆的整车控制器控制低压上电模块按设定的顺序给车载各低压用电设备上电；
步骤S120、判断各低压用电设备工作是否正常；是，则进入S130；否，则通过CAN网络反馈低压用电设备的故障代码，整车控制器识别故障代码，确定故障设备，并控制所述车辆进入紧急制动模式，同时禁止高压上电；
步骤S130、判断是否有上高压指令；是，则对车载高压用电设备进行高压上电，之后进入步骤S2；否，则不对车载设备进行高压上电，并检测是否有低压下电指令；是，则对车载低压设备按设定的顺序下电；否，则正常保持低压上电，并返回步骤S120。
在上、下电过程中避免了对低压电路产生比较大的冲击电流，从而损坏低压设备；避免了高压系统继电器的带电分断有可能使继电器粘连而导致车辆故障。
进一步地，所述紧急制动模式下，整车控制器向电机控制器下发反向转矩，向ESC控制器下发制动压力；电机制动与液压制动同时工作，当电机转速降低到刹车转速阈值时，电机运行模式变为自由转，并撤除液压制动。
通过电机制动与液压制动同时工作，是电机转速迅速下向，当电机转速降低到刹车转速阈值以下时，通过电机运行模式变为自由转，并撤除液压制动，以防止制动力矩在电机转速较低时出现车辆沿反方向行驶的情况。
进一步地，所述人工制动模式，由遥控驾驶仪产生制动信号和制动程度指令，下发到整车控制器；制动程度越强，向电机下发的制动力矩越大，超过阈值则触发紧急制动模式。
人工制动模式与紧急制动模式的切换，既保证了车辆的正常停车，又能应对各种突发的紧急状况。
进一步地，在有人驾驶时，
驾驶员通过遥控驾驶仪的“上/下高压”按钮对整车进行高压上电或高压下电控制；
驾驶员通过遥控驾驶仪的“前进/倒退/自由滑行”按钮控制无人车辆前进、倒退或自由滑行；
驾驶员通过遥控驾驶仪的“转向控制握柄”的位置控制车辆的转向和程度；
驾驶员通过遥控驾驶仪的“换挡按钮”选择无人车辆行驶的档位；整车控制器根据选择的档位，向AMT控制器下发期望挡位命令；
驾驶员通过遥控驾驶仪上的“自动/人工切换”按钮，选择有人驾驶或无人驾驶。
对无人驾驶车辆设计有人驾驶模式，有利于无人驾驶车辆在试验初期不成熟时，测试期间的驾驶员干预驾驶；并且在有人驾驶时，驾驶员通过操作驾驶仪上的按钮即可切换至无人模式，便于实际测试。
进一步地，所述步骤S4具体包括：
步骤S410、无人车辆按照上层规划决策系统实时发送的车辆行驶指令在设定的车辆行进模式下行驶；
步骤S420、在行驶过程中，根据模式转换指令，转换相应的驾驶模式，所述模式转换指令包括“人工切换”指令、和“换挡”指令，相应的驾驶模式包括有人驾驶模式和换挡模式。
进一步地，所述车辆行进模式的控制方法包括，
判断是否有前驶信号；是，则进入前驶状态；否，则进入倒车状态；
进入前驶状态，判断车辆的转向程度是否为0；是，则车辆进行前进直驶；否，则进一步判断转向程度是否小于90％；是，则在前进行驶间，按照转向程度进行行进间转向；否，则在前进行驶间，按照转向程度进行中心转向；
进入倒车状态，判断车辆的转向程度是否为0；是，则车辆进行倒车直驶；否，则进一步判断转向程度是否小于90％；是，则在倒车行驶间，按照转向程度进行行进间转向；否，则在倒车行驶间，按照转向程度进行中心转向。
进一步地，所述行进间转向是指转向程度小于90％时，车辆内侧电机转速降低，外侧电机转速不变；两侧履带行驶方向相同，存在速差。
进一步地，所述中心转向是指转向程度大于90％时，内侧履带倒驶，外侧履带前驶，且两侧履带速度大小相同，方向不同，车辆绕其质心做转向半径为0的转向。
进一步地，所述换挡模式下，首先车辆电机变为自由转动，AMT挂至空挡；此后AMT通过换挡调节电机转速；一次换挡失败后继续换挡，最多进行三次换挡过程，若仍无法换至期望挡位，则AMT换挡失败，并返回步骤S120上报故障。
通过不同模式间的切换保证了车辆在有无人驾驶时的行驶安全性；行进模式下的前进和倒退又可分别细分为直驶和转向子模式，可充分发挥分布式电驱动履带车辆的通过性和灵活的转向性能。
本发明有益效果如下：
本发明提出了一种针对无人驾驶履带车辆的整车控制方法，具体包括上、下电模式、有人驾驶与无人驾驶模式、制动模式、换挡模式、行进模式，其中行进模式又包括前进和倒退两个方向。通过不同模式间的切换保证了车辆在有人驾驶和无人驾驶时的行驶安全性；在有人驾驶时，驾驶员通过操作驾驶仪上的按钮即可切换至无人模式，便于实际测试；根据不同的制动条件，制动模式分为普通制动和紧急制动，既保证了车辆的正常停车，又能应对各种突发的紧急状况；行进模式下的前进和倒退又可分别细分为直驶和转向子模式，可充分发挥分布式电驱动履带车辆的通过性和灵活的转向性能。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明实施例的整车控制方法流程图；
图2为本发明实施例的遥控驾驶仪面板示意图；
图3为本发明实施例的车辆的行进模式控制方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
本发明的一个具体实施例，公开了一种无人驾驶履带车辆的整车控制方法；
其中，本发明实施例所涉及的无人驾驶履带车辆搭载的用电设备包括低压用电设备和高压用电设备；通过低压上电模块和高压上电模块分别控制低压用电设备和高压用电设备的上电和下电。
低压用电设备可分为上层规划决策系统、感知系统、底层控制系统、驾驶仪、显示器以及其他低压设备等；
其中，上层规划决策系统包括规划工控机、惯导和卫星接收机；
所述感知系统包括感知工控机、相机、毫米波雷达和激光雷达；
所述底层控制系统包括整车控制器、电机控制器、AMT控制器、BMS控制器、能量控制器、APU控制器和ESC控制器。
高压用电设备包括，发动机-发电机组、DC/DC模块(给低压蓄电池充电)、DC/AC模块(给散热系统上电)、左电机、右电机。
如图1所示，本发明实施例的无人驾驶履带车辆的整车控制方法，包括以下步骤：
步骤S1、对无人驾驶履带车辆的各用电设备进行高、低压上电；
具体的上电过程包括：
步骤S110、所述车辆的整车控制器控制低压上电模块按设定的顺序给车载各低压用电设备上电；
为了避免同时上电会对低压电路产生比较大的冲击电流，
设定的上电顺序为低压上电模块上电，上层规划决策系统上电，感知系统上电，底层控制系统上电，驾驶仪、显示器以及其他低压设备上电。
步骤S120、判断各低压用电设备工作是否正常；是，则进入S130；否，则通过CAN网络反馈低压用电设备的故障代码，整车控制器识别故障代码，确定故障设备，并控制所述车辆进入紧急制动模式，同时禁止高压上电；
特殊的，在紧急制动模式下，整车控制器向电机控制器下发反向转矩，向ESC控制器下发制动压力；电机制动与液压制动同时工作，电机制动力矩为300Nm，液压制动压力为5Mpa，当电机转速降低到设定的刹车转速阈值100rpm以下时，电机运行模式变为自由转，并撤除液压制动，以防止制动力矩在电机转速较低时出现车辆沿反方向行驶的情况。
步骤S130、判断是否有上高压指令；是，则对车载高压用电设备进行高压上电，之后进入步骤S2；否，则不对车载设备进行高压上电，并检测是否有低压下电指令；是，则对车载低压设备按设定的顺序下电；否，则正常保持低压上电，并返回步骤S120。
特殊的，设定的下电顺序为上层规划决策系统下电，感知系统下电，驾驶仪、显示器及其他设备下电，底层控制系统下电，低压上电模块下电。
步骤S2、低、高压上电正常后，判断所述车辆是否处于人工制动状态；是，则进入人工制动模式；否，则进一步判断当前的车辆驾驶方式，如果驾驶方式是有人驾驶，则进入步骤S3；如果驾驶方式是无人驾驶，则进入步骤S4；
特殊的，人工制动模式在本发明实施例的方法中，优先权最高，当处于人工制动模式时，遥控驾驶仪产生制动信号和制动程度指令，下发到整车控制器，整车控制器控制电机制动；制动程度越强，向电机下发的制动力矩越大，超过阈值则触发紧急制动模式。
步骤S3、驾驶员通过操纵遥控驾驶仪对所述车辆进行有人驾驶；
在本实施例中，有人驾驶过程，指驾驶员操作车上配备的遥控驾驶仪实现对车辆的驾驶控制，
具体的，遥控驾驶仪包括：
转速控制单元，用于控制电机的转速和制动程度；
转向控制单元，用于控制车辆转弯方向(转向)和转弯程度(程度)；
控制指令单元；用于产生发送驾驶车辆所需的控制开关量。
转速控制单元包括电机转速控制模块和制动控制模块，由驾驶仪面板上转速控制区的转速控制杆控制，当转速控制杆位于转速控制区的转速控制标尺0位置以上区域，电机转速控制模块下发命令对电机的转速进行相应的控制，0位置以下区域，制动控制模块下发制动指令控制车辆的制动程度；其中制动程度以百分比表示，大小为0-100％，制动百分比越大，制动程度越强，向电机下发的制动力矩越大，超过阈值则触发紧急制动模式；
转向控制单元，包括“转向控制握柄”，根据驾驶员控制转向控制握柄下发命令控制车辆的转向和程度，大小为0至100％，转向方式包括行进间转向和中心转向两种模式；
特殊的，行进间转向模式是指转向程度小于90％，内侧电机转速降低，外侧电机转速不变；此时两侧履带行驶方向仍是相同的，同时前进或者同时倒退，只是存在速差。
特殊的，中心转向模式是指转向程度大于90％时，内侧履带倒驶，外侧履带前驶，且两侧履带速度大小相同，只是方向不同，车辆绕其质心做转向半径为0的转向。
两种转向模式切换的条件为，当处于行进间转向模式下时，转向程度对应内侧电机转速的下降百分比，转向程度超过阈值后则触发中心转向模式。
可选的，控制指令单元，包括紧急制动按钮、上/下高压按钮、前进/倒退/自由滑行按钮、自动/人工切换按钮和换挡按钮；
其中，
紧急制动按钮，用于驾驶员在遇到紧急情况时启动紧急制动模式；
上/下高压按钮，用于控制车载各设备的高压是否接通；
前进/倒退/自由滑行按钮，用于控制车辆的行驶方向和电机的运行模式；
自动/人工切换按钮，用于控制车辆的驾驶状态时自动或人工；
换挡按钮，用于控制车辆行驶时的档位，共用三个位置，对应一档、二档、空挡。
有人驾驶时，驾驶员通过驾驶仪下发控制量，整车控制器进行解析后切换至相应模式，进而实现对车辆的控制；无人驾驶时，将驾驶仪上的自动/人工切换按钮扳至自动位置，此时上层规划决策系统接管对车辆的控制。
如图2所示，遥控驾驶仪面板的转速控制区与转速控制单元对应；转向控制区与转向控制单元对应；各个控制开关与控制指令单元对应。
具体的有人驾驶过程中，
1)驾驶员通过遥控驾驶仪的“上/下高压”按钮对整车进行高压上电或高压下电控制；有人驾驶时，驾驶员需确认遥控驾驶仪“上/下高压”按钮扳至“上高压”位置，即整车已经加高压，无人车辆的两电机达到起步状态；
2)驾驶员通过遥控驾驶仪的“前进/倒退/自由滑行”按钮控制无人车辆前进、倒退或自由滑行；
具体的，将遥控驾驶仪的“前进/倒退/自由滑行”按钮扳至“前进”位置；整车控制器向电机控制器下发正转模式以及转速指令，车辆开始前进；将遥控驾驶仪的“前进/倒退/自由滑行”按钮扳至“倒退”位置时，整车控制器向电机控制器下发反转模式以及转速指令，车辆开始倒退；将遥控驾驶仪的“前进/倒退/自由滑行”按钮扳至“自由滑行”位置；整车控制器停止电机控制器下发指令，电机进行自由转动；
3)驾驶员通过遥控驾驶仪的“转向控制握柄”的位置控制车辆的转向和程度；整车控制器根据转向控制握柄的位置，控制无人车辆转向；
4)驾驶员通过遥控驾驶仪的“换挡按钮”选择无人车辆行驶的档位；整车控制器根据选择的档位，向AMT控制器下发期望挡位命令；使电机按照选定的档位转动。
5)驾驶员通过遥控驾驶仪上的“自动/人工切换”按钮，选择有人驾驶或无人驾驶；在人工驾驶过程中，驾驶员将“自动/人工切换”按钮切换到“自动”位置，控制车辆进入无人驾驶状态；同样，在无人驾驶过程中，驾驶员将“自动/人工切换”按钮切换到“人工”位置，控制车辆进入有人驾驶状态。
步骤S4、无人车辆在上层规划决策系统的控制下进行无人驾驶。
具体包括，
步骤S410、无人车辆按照上层规划决策系统实时发送的车辆行驶指令在设定的车辆行进模式下行驶；
其中，在无人驾驶模式下，上层决策规划系统根据感知系统得到周围环境信息，包括各种障碍物以及可通行区域等，进而规划出可行驶路径，并根据路径曲率以及车辆特性进行速度规划，之后将得到的期望车速、期望行进模式以及期望转向程度下发至整车控制器。
特殊的，无人驾驶时的行进模式分为前驶和倒驶两种状态，两种状态又分别对应行进间转向和中心转向，当上层规划决策系统下发的转向程度小于90％时，则采用行进间转向模式；当上层规划决策系统下发的转向程度大于90％时，则采用中心转向模式。
如图3所示，车辆的行进模式控制方法：
1)判断是否有前驶信号；是，则进入前驶状态；否，则进入倒车状态；
2)进入前驶状态，判断车辆的转向程度是否为0；是，则车辆进行前进直驶；否，则进一步判断转向程度是否小于90％；是，则在前进行驶间，按照转向程度进行行进间转向；否，则在前进行驶间，按照转向程度进行中心转向。
3)进入倒车状态，判断车辆的转向程度是否为0；是，则车辆进行倒车直驶；否，则进一步判断转向程度是否小于90％；是，则在倒车行驶间，按照转向程度进行行进间转向；否，则在倒车行驶间，按照转向程度进行中心转向。
步骤S420、在行驶过程中，根据模式转换指令，转换相应的驾驶模式，所述模式转换指令包括“人工切换”指令、“换挡”指令，相应的驾驶模式包括有人驾驶模式和换挡模式。
具体包括：
1)判断是否有“人工切换”指令；是，则转入步骤S3的有人驾驶；否，则继续当前行进模式的无人驾驶；
2)判断是否有换挡指令；是，则进入换挡模式；否，则按照上层规划决策系统指定的行进模式行驶；无人驾驶时的行进模式分为前驶和倒驶两种状态。
特殊的，车辆进入换挡模式后，首先车辆电机变为自由转动，AMT挂至空挡；此后AMT通过换挡调节电机转速；一次换挡失败后继续换挡，最多进行三次换挡过程，若仍无法换至期望挡位，则AMT换挡失败，并返回步骤S120上报故障。
在本发明实施例中，车辆的紧急制动模式、普通制动模式、换挡模式和行进模式，整车控制器均向电机控制器下发控制指令，具体的，控制指令包括控制模式、运行模式、电机转速和电机转矩；
其中，控制模式是指电机属于转速控制还是转矩控制，当行进模式下，向电机下发转速控制模式，直接向电机下发转速；制动模式下，向电机下发转矩控制模式，直接向电机下发制动转矩。
运行模式是指电机的正转、反转和自由转。转速模式下，向电机下发正转速电机即正转，向电机下发负转速，电机即反转。转矩模式下，向电机下发正转矩电机即正转，向电机下发负转矩，电机即反转。自由转模式下，电机控制器不再执行收到的转速或转矩指令，因外界阻力的存在，电机会减速直至转速为0。
综上所述，本发明实施例提出的针对无人驾驶履带车辆的整车控制方法，通过不同模式间的切换保证了车辆在有人驾驶和无人驾驶时的行驶安全性；在有人驾驶时，驾驶员通过操作驾驶仪上的按钮即可切换至无人模式，便于实际测试；根据不同的制动条件，制动模式分为普通制动和紧急制动，既保证了车辆的正常停车，又能应对各种突发的紧急状况；行进模式下的前进和倒退又可分别细分为直驶和转向子模式，可充分发挥分布式电驱动履带车辆的通过性和灵活的转向性能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无人驾驶履带车辆的整车控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、对所述车辆的各用电设备进行低、高压上电；
步骤S2、低、高压上电正常后，判断所述车辆是否处于人工制动状态；是，则进入人工制动模式；否，则进一步判断当前的车辆驾驶方式，如果驾驶方式是有人驾驶，则进入步骤S3；如果驾驶方式是无人驾驶，则进入步骤S4；
步骤S3、驾驶员通过操纵遥控驾驶仪对所述车辆进行有人驾驶；
步骤S4、所述车辆在上层规划决策系统的控制下进行无人驾驶。
2.根据权利要求1所述的整车控制方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括，
步骤S110、所述车辆的整车控制器控制低压上电模块按设定的顺序给车载各低压用电设备上电；
步骤S120、判断各低压用电设备工作是否正常；是，则进入S130；否，则通过CAN网络反馈低压用电设备的故障代码，整车控制器识别故障代码，确定故障设备，并控制所述车辆进入紧急制动模式，同时禁止高压上电；
步骤S130、判断是否有上高压指令；是，则对车载高压用电设备进行高压上电，之后进入步骤S2；否，则不对车载设备进行高压上电，并检测是否有低压下电指令；是，则对车载低压设备按设定的顺序下电；否，则正常保持低压上电，并返回步骤S120。
3.根据权利要求2所述的整车控制方法，其特征在于，所述紧急制动模式下，整车控制器向电机控制器下发反向转矩，向ESC控制器下发制动压力；电机制动与液压制动同时工作，当电机转速降低到刹车转速阈值时，电机运行模式变为自由转，并撤除液压制动。
4.根据权利要求1所述的整车控制方法，其特征在于，所述人工制动模式，由遥控驾驶仪产生制动信号和制动程度指令，下发到整车控制器；制动程度越强，向电机下发的制动力矩越大，超过阈值则触发紧急制动模式。
5.根据权利要求1所述的整车控制方法，其特征在于，在有人驾驶时，
驾驶员通过遥控驾驶仪的“上/下高压”按钮对整车进行高压上电或高压下电控制；
驾驶员通过遥控驾驶仪的“前进/倒退/自由滑行”按钮控制无人车辆前进、倒退或自由滑行；
驾驶员通过遥控驾驶仪的“转向控制握柄”的位置控制车辆的转向和程度；
驾驶员通过遥控驾驶仪的“换挡按钮”选择无人车辆行驶的档位；整车控制器根据选择的档位，向AMT控制器下发期望挡位命令；
驾驶员通过遥控驾驶仪上的“自动/人工切换”按钮，选择有人驾驶或无人驾驶。
6.根据权利要求1所述的整车控制方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：
步骤S410、无人车辆按照上层规划决策系统实时发送的车辆行驶指令在设定的车辆行进模式下行驶；
步骤S420、在行驶过程中，根据模式转换指令，转换相应的驾驶模式，所述模式转换指令包括“人工切换”指令、和“换挡”指令，相应的驾驶模式包括有人驾驶模式、换挡模式。
7.根据权利要求6所述的整车控制方法，其特征在于，
所述车辆行进模式的控制方法包括，
判断是否有前驶信号；是，则进入前驶状态；否，则进入倒车状态；
进入前驶状态，判断车辆的转向程度是否为0；是，则车辆进行前进直驶；否，则进一步判断转向程度是否小于90％；是，则在前进行驶间，按照转向程度进行行进间转向；否，则在前进行驶间，按照转向程度进行中心转向；
进入倒车状态，判断车辆的转向程度是否为0；是，则车辆进行倒车直驶；否，则进一步判断转向程度是否小于90％；是，则在倒车行驶间，按照转向程度进行行进间转向；否，则在倒车行驶间，按照转向程度进行中心转向。
8.根据权利要求7所述的整车控制方法，其特征在于，
所述行进间转向是指转向程度小于90％时，车辆内侧电机转速降低，外侧电机转速不变；两侧履带行驶方向相同，存在速差。
9.根据权利要求7所述的整车控制方法，其特征在于，
所述中心转向是指转向程度大于90％时，内侧履带倒驶，外侧履带前驶，且两侧履带速度大小相同，方向不同，车辆绕其质心做转向半径为0的转向。
10.根据权利要求6所述的整车控制方法，其特征在于，
所述换挡模式下，首先车辆电机变为自由转动，AMT挂至空挡；此后AMT通过换挡调节电机转速；一次换挡失败后继续换挡，最多进行三次换挡过程，若仍无法换至期望挡位，则AMT换挡失败，并返回步骤S120上报故障。
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