CN109849683B - 一种基于无人驾驶电动汽车的坡道防溜控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无人驾驶电动汽车的坡道防溜控制方法，该系统可利用安装在汽车上的传感器采集周边环境信息和车况信息经VCU计算后控制各执行机构，克服纯电动汽车坡道起步时的后溜问题，并且可根据环境条件和车况信息对该系统进行针对性升级以满足汽车在使用过程中对性能和安全性的要求，通过计算机将指定升级包上传到云控制平台，通过5G移动网络与各目标车辆实现互联，系统重启后整车控制器及其他控制器均能以升级后的新程序运行。本发明提高了无人驾驶电动汽车坡道起步时的安全性，保证了汽车能以最佳的性能工作在不同的环境和车况条件下，同时针对不同工况和车况下的车辆推送特定升级包也提升了整车控制器软件升级的时效性与效率。

Description

一种基于无人驾驶电动汽车的坡道防溜控制方法

技术领域

本发明属于智能驾驶和车联网技术领域，尤其涉及一种基于无人驾驶电动汽车的坡道防溜控制方法。

背景技术

无人驾驶汽车从根本上改变了传统的“人一车一路”闭环控制方式，将不可控的驾驶员从该闭环系统中请出去，从而大大提高了交通系统的效率和安全性同时解放了驾驶员。但是无人驾驶电动汽车不同于传统燃油汽车，电动汽车的动力来源于驱动电机，在电机驱动过程中，当车辆处于平路上进行起步时，车辆自身重力在Y轴上产生的分力为零，不会造成车辆向后的溜动动作，而当车辆处于坡道上进行起步操作时，如果未进行合理控制，就会造成车辆溜坡情况，进而可能会造成危险甚至坡道起步不成功，这是无人驾驶电动汽车需要解决的问题。

随着汽车电子技术的高速发展，整车控制器正逐渐朝着高集成度和高智能化的方向发展。汽车在使用过程中，环境因素与车况信息是不断变化的，整车控制器原厂的标定数据不可能在适应多种变化因素的条件下还能够使汽车的使用性能和安全性能处于最佳状态。于是不定期的对整车控制器系统进行更新升级就显得十分必要，但传统的升级方式需要将汽车开到指定的维护地点，由人工将系统升级包通过有线的方式下载到整车控制器中进行升级。上述有线升级方式十分繁琐，并且不能使整车控制器的软件得以及时的升级，效率较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于无人驾驶电动汽车的坡道防溜控制方法，提升了汽车在坡道上由驻车状态进入起步状态的安全性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于无人驾驶电动汽车的坡道防溜控制方法，该方法包括以下步骤，S1，整车控制器采集油门和制动踏板的开度信号，同时环境感知模块中的陀螺仪将测得的坡度信号送入VCU(整车控制器)中与储存在内存中的坡度MAP(坡度油门开度曲线)进行比对，计算出爬坡所需的电机输出基础转矩，然后依据安装于悬架弹簧顶部的压力传感器所测得的汽车簧上质量对电机基础输出转矩进行修正，最后VCU计算出最佳油门开度信号并转化为驱动伺服电机转动的电信号使踏板工作在目标开度，电机驱动模块根据采集到的目标踏板开度信号驱动电机，同时关闭电子驻车制动器；

S2，VCU获取轮速传感器传入的信号，信号包括驱动轮的转速和旋转方向，若方向为负且转速大于或等于0，则表示汽车在后溜，如果此时后方安全距离内无障碍物则执行S3，若存在障碍物则执行S4；

S3，控制驱动电机转矩按每0.1s增加15％(可标定)，直到车速大于零，然后执行S5；

S4，超声波雷达检测到无人驾驶电动汽车与障碍物的距离小于最小安全距离，此时车轮旋转方向仍然为负，电子驻车制动器开启，车辆紧急停车；

S5，车速为正且小于前车车速时，驱动电机输出初始转矩为50％(可标定)，如检测到车辆加速度小于0.1m/s2(可标定),则由伺服电机控制油门开度大小使驱动电机的转矩单次按每0.2s增加10％(可标定)，并(由前向毫米波雷达)检测出前车车速，与前车保持安全距离的条件下将车速限制小于等于前车车速；

S6，车速为正且大于前车车速时，给初始10％的制动转矩，然后按每0.2s增加10％的制动转矩，直到车速降到等于前车车速；

S7，在坡道驻车的过程中，若前向毫米波雷达监测到前车处在后溜状态，VCU控制喇叭进行鸣笛以警示前车。

按上述技术方案，所述步骤S1中，无人驾驶电动汽车通过三个伺服电机分别控制油门、制动踏板的开度以及前轮的转向角度。

按上述技术方案，所述步骤S1中无人驾驶汽车的环境感知模块通过安装在汽车上的各传感器采集道路环境信息，根据环境信息计算控制信号，并将控制信号传递至所述VCU；VCU采集油门踏板行程、制动踏板行程、转向角度信号与环境感知模块采集到的环境信息进行融合，计算出坡道防溜控制系统所需的整车控制参数，对比坡度MAP图选择最佳油门开度进而控制车辆行驶状态。

按上述技术方案，其中所述的控制驱动电机转矩、车辆加速度、驱动电机输出初始转矩、伺服电机控制油门开度大小使驱动电机的转矩单次增加量，在对应于不同行驶工况、车辆状态和环境因素时，将其升级包分别上传到云控制平台进行升级，包括以下步骤：

K1，主机厂计算机将各升级包上传到云控制平台；升级包的识别属性包括：软件版本信息、软件版本下的类型信息、车载传感器反馈的车辆行驶工况以及车况信息；

K2，通过主机厂计算机数据库内存储的汽车ID和上次升级信息来确定待升级车辆(若为首次升级，则参考原始配置)，若存在待升级车辆，则执行K4，否则结束；所述上次升级信息包括各车辆控制器当前软件版本号、各车辆最近一次升级的反馈信号；

K3，对目标整车控制器发送请求升级信号，集成在整车控制器里的通讯模块接收到请求升级信号，对其进行识别后等待用户选择是否确认升级；收到用户的允许升级或拒绝升级信息后，云控制平台向主机厂计算机发送升级反馈信号，若确认升级，则执行K5，否则发送拒绝升级的反馈信号后结束；

K4，整车控制器通过5G网络接收主机厂计算机的回复信息并下载主机厂计算机指定版本的升级包，通过CAN总线对整车控制器中的坡道防溜系统进行新程序的传输；所述主机厂计算机指定的升级包根据升级反馈信号中的当前软件版本号和汽车内部各传感器收集到的车辆行驶工况以及车况信息综合获得。整车控制器的内部存储空间按其控制器的个数分为几个部分，整车控制器在接收升级包时将不同控制器的升级程序放置在整车控制器内对应的存储空间内，再通过CAN总线对程序进行传输，这一升级过程并不仅仅局限于坡道防溜系统，还可用于车身稳定系统、电子转向系统、制动防抱死系统等类似系统的升级。

K5，安装升级包，整车控制器的系统自动重启后以升级后新程序运行，并对主机厂进行反馈；

K6，所有车辆都有升级反馈信号后，停止升级服务。

按上述技术方案，所述步骤K1中，车辆行驶工况根据汽车内部传感器收集到的车辆行驶环境信息和车速确定，车辆行驶环境信息包括：车辆行驶环境下气压、温度和湿度；所述车况信息包括车辆胎压、刹车片磨损状态、制动踏板和油门踏板的有效行程、电池组最大容量、电池组工作温度、各个传感器的型号以及是否存在传感器故障信息。软件版本下的类型信息包括工况类别：大气温度、压力，坡度；以及车况类别：刹车片的厚度、汽车簧上质量、车辆胎压、制动踏板和油门踏板的有效行程、电池组最大容量、电池组工作温度、各个传感器的型号。

按上述技术方案，所述步骤K3中，请求升级信号包括：加密后的安全访问密码；请求升级代码；待升级的软件版本号；所述升级反馈信号包括：允许升级代码或拒绝升级代码；当前软件版本号；待升级的软件版本号；汽车内部各传感器收集到的车辆行驶工况以及车况信息。

按上述技术方案，所述步骤K5中系统自动重启升级包括以下条件：电机转速为0r/min；车速为0km/h；整车控制器与5G通讯模块处在通信状态。

本发明产生的有益效果是：提升了汽车在坡道上由驻车状态进入起步状态的安全性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例无人驾驶电动汽车坡道防溜控制方法的控制策略流程示意图；

图2是本发明实施例坡道防溜控制方法中的升级流程示意图；

图3是本发明实施例中基于车联网远程无人驾驶电动汽车控制器的升级架构示意图；

图4是本发明实施例中基于车联网的远程无人驾驶电动汽车控制器的升级架构汽车内部通讯图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例中，如图1所示，是本发明实施例无人驾驶电动汽车坡道防溜控制方法的控制策略流程示意图，该方法包括以下步骤，S1，整车控制器采集油门和制动踏板的开度信号，同时环境感知模块中的陀螺仪将测得的坡度信号送入VCU中与储存在内存中的坡度MAP进行比对，计算出爬坡所需的电机输出基础转矩，然后依据安装于悬架弹簧顶部的压力传感器所测得的汽车簧上质量对电机基础输出转矩进行修正，最后VCU计算出最佳油门开度信号并转化为驱动伺服电机转动的电信号使踏板工作在目标开度，电机驱动模块根据采集到的目标踏板开度信号驱动电机，同时关闭电子驻车制动器；

S2，VCU获取轮速传感器传入的信号，信号包括驱动轮的转速和旋转方向，若方向为负且转速大于或等于0，则表示汽车在后溜，如果此时后方安全距离内无障碍物则执行S3，若存在障碍物则执行S4；

S3，由伺服电机控制油门开度使驱动电机转矩按每0.1s增加15％(可标定)，直到车速大于零，然后执行S5；

S4，超声波雷达检测到无人驾驶电动汽车与障碍物的距离小于最小安全距离，此时车轮旋转方向仍然为负，电子驻车制动器开启，车辆紧急停车；

S5，车速为正且小于前车车速时，由伺服电机控制油门开度使驱动电机的输出初始转矩为50％(可标定)，如检测到车辆加速度小于0.1m/s2(可标定),则控制驱动电机转矩单次按每0.2s增加10％(可标定)，并由前向毫米波雷达检测出前车车速，与前车保持安全距离的条件下将车速限制小于等于前车车速；

S6，车速为正且大于前车车速时，给初始10％的制动转矩，然后按每0.2s增加10％的制动转矩，直到车速降到等于前车车速；

S7，在坡道驻车的过程中，若前向毫米波雷达监测到前车处在后溜状态，VCU控制喇叭进行鸣笛以警示前车。

如图2所示，为本发明实施例坡道防溜控制方法中的升级流程示意图，包括以下步骤：

K1.主机厂计算机将坡道防溜程序升级包上传到云控制平台；所述升级包包括：多个对应于不同行驶工况和车辆状态的升级包；升级包的识别属性包括：软件版本信息；软件版本下的类型信息：车载传感器反馈的车辆行驶工况以及车况信息；具体来说：软件版本下的类型信息包括工况类别：市区、郊区快速路和高原地区；以及车况类别：正常和低胎压；

车辆行驶工况根据汽车内部各传感器收集到的车辆行驶环境信息和车速确定，车辆行驶环境信息包括：车辆行驶环境下气压、温度和湿度；

车况信息包括车辆胎压、刹车片磨损状态、制动踏板和油门踏板的有效行程、电池组最大容量、电池组工作温度、各个传感器的型号以及是否存在传感器故障等信息；

K2.通过主机厂计算机数据库内存储的汽车ID和上次升级信息来确定待升级车辆，若存在待升级车辆，则执行K3，否则结束；所述上次升级信息包括各车辆控制器当前软件版本号；各车辆最近一次升级的反馈信号；

K3.对目标整车控制器发送请求升级信号，集成在整车控制器里的5G通讯模块接收到请求升级信号，对其进行识别后等待用户选择是否确认升级；收到用户的允许升级或拒绝升级信息后，整车控制器向主机厂计算机发送升级反馈信号若确认升级，则执行K4，否则发送拒绝升级的反馈信号后结束；

请求升级信号包括：加密后的安全访问密码；请求升级代码；待升级的软件版本号；

升级反馈信号包括：允许升级代码或拒绝升级代码；当前软件版本号；待升级的软件版本号；汽车内部各传感器收集到的车辆行驶工况以及车况信息；

K4.整车控制器通过网络接收主机厂计算机的回复信息并下载主机厂计算机指定的升级包，通过CAN总线对其他控制器进行新程序的传输，并对主机厂进行反馈；

具体如下：整车控制器的内部存储空间按其控制器的个数分为几个部分，整车控制器在接收升级包时将不同控制器的升级程序放置在整车控制器内对应的存储空间内，再通过CAN总线对程序进行传输；

主机厂计算机指定的升级包根据升级反馈信号中的当前软件版本号和汽车内部各传感器收集到的车辆行驶工况以及车况信息综合获得；

通过反馈的信息确定最适合该车辆的升级包的具体步骤如下：

根据升级反馈信号中的当前软件版本号和汽车内部各传感器收集到的车辆行驶工况以及车况信息综合选择获得：

比如若环境气压过低，选择适用于高原环境下行驶的升级包；

若胎压较低，选择适用于较低胎压下行驶的升级包；若胎压过低，则对驾驶员发出警告；

若电池组温度较低导致容量和电流输出性能下降，则选择具有低温电机驱动补偿的升级包；

若刹车片厚度较薄导致制动性能下降，制动踏板空行程延长，则选择对伺服电机控制带有修正量的升级包；

若传感器发生故障需要更换，更换的传感器是非原装传感器(其他的品牌或型号)，则选择与更换后的传感器相同品牌和型号的程序，增加不同品牌和型号传感器的通用性以便于维修和更换。

K5.安装升级包，整车控制器的系统自动重启后以升级后新程序运行；系统自动重启升级包括以下条件：电机处于停转状态；车速为0；整车控制器与5G通讯模块处于数据交换状态；

K6.所有车辆都有升级反馈信号后，停止升级服务。

如图3所示，为一种基于车联网的远程无人驾驶电动汽车坡道防后溜系统的升级架构。升级架构主要包括主机厂内的计算机和云控制平台，以及各目标车辆。它们之间的通讯方式为：计算机和云控制平台通过网络相连接，云控制平台再通过高速的5G无线网络与各目标车型内的5G网络通信模块进行数据传输，最后整车控制器通过CAN获取通讯信息。

计算机可以用来进行新程序的开发和测试，技术人员将新程序用新的软件版本号命名后将其通过网络上传至云控制平台。计算机内还有庞大的数据库，存储着各电动汽车的ID、各电动汽车当前软件版本号以及各电动汽车最近一次升级反馈信号。

云控制平台的主要功能是获取各目标车辆的软件信息和汽车在运行过程中采集到的环境信息及车况信息，经过计算分析比对后与整车控制器进行数据交换，通过高速的5G无线网络将新版本的软件程序下载到整车控制器的内存中，同时接收整车控制器的升级反馈信号，并将其发送和存储至计算机中。

如图4所示，为一种基于车联网的远程无人驾驶电动汽车坡道防后溜系统的升级架构汽车内部通讯图。整车控制器由电源模块、CAN总线通讯模块、微处理器模块、5G无线通讯模块、信号采集与处理模块等通过电路连接组成，它能够通过CAN总线对无人驾驶电动汽车每个系统的工作状态进行监控与管理，同时通过集成的5G无线通讯模块与云控制平台建立通讯，获得在线升级并对升级结果进行反馈。

整车控制器与其它控制器通过CAN进行数据交换，其它控制器包括：电机控制器、电池管理系统、制动防抱死系统、车身稳定系统等。升级包下载并存储在整车控制器内部不同控制器对应的存储空间，再通过CAN总线与对应的控制器进行通讯。

提供一种基于无人驾驶电动汽车的坡道防溜控制方法，提升了汽车在坡道上由驻车状态进入起步状态的安全性。进一步地，提升了整车控制器软件升级的时效性与效率，同时能够根据环境与车辆状态信息进行针对性升级。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于无人驾驶电动汽车的坡道防溜控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤，S1，整车控制器采集油门和制动踏板的开度信号，同时环境感知模块中的陀螺仪将测得的坡度信号送入VCU中与储存在内存中的坡度MAP进行比对，计算出爬坡所需的电机输出基础转矩，然后依据安装于悬架弹簧顶部的压力传感器所测得的汽车簧上质量对电机基础输出转矩进行修正，最后VCU计算出最佳油门开度信号并转化为驱动伺服电机转动的电信号使踏板工作在目标开度，电机驱动模块根据采集到的目标踏板开度信号驱动电机，同时关闭电子驻车制动器；

S2，VCU获取轮速传感器传入的信号，信号包括驱动轮的转速和旋转方向，若方向为负且转速大于或等于0，如果此时后方安全距离内无障碍物则执行S3，若存在障碍物则执行S4；

S3，控制驱动电机转矩按每0.1s增加15％，直到车速大于零，然后执行S5；

S4，超声波雷达检测到无人驾驶电动汽车与障碍物的距离小于最小安全距离，此时车轮旋转方向仍然为负，电子驻车制动器开启，车辆紧急停车；

S5，车速为正且小于前车车速时，驱动电机输出初始转矩为50％，如检测到车辆加速度小于0.1m/s2,则由伺服电机控制油门开度大小使驱动电机的转矩单次按每0.2s增加10％，并检测出前车车速，与前车保持安全距离的条件下将车速限制小于等于前车车速；

S6，车速为正且大于前车车速时，给初始10％的制动转矩，然后按每0.2s增加10％的制动转矩，直到车速降到等于前车车速；

S7，在坡道驻车的过程中，若雷达监测到前车处在后溜状态，VCU控制喇叭进行鸣笛以警示前车。

2.根据权利要求1所述的基于无人驾驶电动汽车的坡道防溜控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，无人驾驶电动汽车通过三个伺服电机分别控制油门、制动踏板的开度以及前轮的转向角度。

3.根据权利要求1或2所述的基于无人驾驶电动汽车的坡道防溜控制方法，其特征在于，所述步骤S1中无人驾驶汽车的环境感知模块通过安装在汽车上的各传感器采集道路环境信息，根据环境信息计算控制信号，并将控制信号传递至所述VCU；VCU采集油门踏板行程、制动踏板行程、转向角度信号与环境感知模块采集到的环境信息进行融合，计算出坡道防溜控制系统所需的整车控制参数，对比坡度MAP图选择最佳油门开度进而控制车辆行驶状态。

4.根据权利要求1或2所述的基于无人驾驶电动汽车的坡道防溜控制方法，其特征在于，其中所述的控制驱动电机转矩、车辆加速度、驱动电机输出初始转矩、伺服电机控制油门开度大小使驱动电机的转矩单次增加量，在对应于不同行驶工况、车辆状态和环境因素时，将其升级包分别上传到云控制平台进行升级，包括以下步骤：

K1，主机厂计算机将各升级包上传到云控制平台；升级包的识别属性包括：软件版本信息、软件版本下的类型信息、车载传感器反馈的车辆行驶工况以及车况信息；

K2，通过主机厂计算机数据库内存储的汽车ID和上次升级信息来确定待升级车辆，若存在待升级车辆，则执行K4，否则结束；所述上次升级信息包括各车辆控制器当前软件版本号、各车辆最近一次升级的反馈信号；

K3，对目标整车控制器发送请求升级信号，集成在整车控制器里的通讯模块接收到请求升级信号，对其进行识别后等待用户选择是否确认升级；收到用户的允许升级或拒绝升级信息后，云控制平台向主机厂计算机发送升级反馈信号，若确认升级，则执行K5，否则发送拒绝升级的反馈信号后结束；

K4，整车控制器通过网络接收主机厂计算机的回复信息并下载主机厂计算机指定版本的升级包，通过CAN总线对整车控制器中的坡道防溜系统进行新程序的传输；

K5，安装升级包，整车控制器的系统自动重启后以升级后新程序运行，并对主机厂进行反馈；

K6，所有车辆都有升级反馈信号后，停止升级服务。

5.根据权利要求4所述的基于无人驾驶电动汽车的坡道防溜控制方法，其特征在于，所述步骤K1中，车辆行驶工况根据汽车内部传感器收集到的车辆行驶环境信息和车速确定，车辆行驶环境信息包括：车辆行驶环境下气压、温度和湿度；所述车况信息包括车辆胎压、刹车片磨损状态、制动踏板和油门踏板的有效行程、电池组最大容量、电池组工作温度、各个传感器的型号以及是否存在传感器故障信息。

6.根据权利要求4所述的基于无人驾驶电动汽车的坡道防溜控制方法，其特征在于，所述步骤K3中，请求升级信号包括：加密后的安全访问密码；请求升级代码；待升级的软件版本号；所述升级反馈信号包括：允许升级代码或拒绝升级代码；当前软件版本号；待升级的软件版本号；汽车内部各传感器收集到的车辆行驶工况以及车况信息。

7.根据权利要求4所述的基于无人驾驶电动汽车的坡道防溜控制方法，其特征在于，所述步骤K5中系统自动重启升级包括以下条件：电机转速为0r/min；车速为0km/h；整车控制器与5G通讯模块处在通信状态。

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