CN110871759A - 一种无人驾驶车辆智能惯性节能系统及其控制方法 - Google Patents

一种无人驾驶车辆智能惯性节能系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无人驾驶车辆智能惯性节能系统及其控制方法，特点是包括控制系统、CAN数据解析系统、环境探测系统、位姿估计系统、惯性离合系统和制动能量回收系统组成，CAN数据解析系统、环境探测系统和所述的位姿估计系统分别与控制系统的信号输入端连接，控制系统的信号输出端分别与惯性离合系统和所述的制动能量回收系统连接，优点是惯性能利用最大化，节能、减排。

Description

一种无人驾驶车辆智能惯性节能系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种无人驾驶车辆智能惯性节能系统及其控制方法。
背景技术
尽管有政策大力支持，纯电动车由于车用动力电池成本居高不下，电池能量密度低，续航里程受限，同时充电桩远远没有普及，使得纯电动汽车技术尚未得到大规模推广。《节能与新能源汽车技术路线图》指出，节能汽车要大力发展高效传动系和减少传动系内阻和摩擦。惯性能利用技术充分满足这一要求。
近几年来，惯性能利用技术日趋成为研发热点之一。日本丰田、本田，德国奔驰、宝马、奥迪等已在陆续加推随机利用惯性能的汽车，但其只能随机利用惯性能，有安全隐患。节能效果较好的奥迪Q7中使用的iHEV技术（多种技术的汇总，其中包括惯性能利用）实际使用节能率不超过10%，传祺GS8中爱信6速AT变速箱中也集成了丰田的惯性利用技术。北汽纯电动EU400、比亚迪唐等纯电动和混合动力车通过设置制动回收强度选择挡位供驾驶员调节，可在松油门后最大限度的利用惯性能，增加续驶里程。目前市场上的惯性利用技术主要置于变速箱或变速箱输出端，处于安全考虑速度适用平台窄，节能率在3%-5%，属随机利用。现有惯性节能系统未能有效利用道路环境信息，节能效率低。未集成制动能量回收系统，集成度低，节能效率低；未与无人驾驶平台集成，无法最大化发挥惯性节能系统节能效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种惯性能利用最大化，节能、减排的无人驾驶车辆智能惯性节能系统及其控制方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种无人驾驶车辆智能惯性节能系统，包括控制系统、CAN数据解析系统、环境探测系统、位姿估计系统、惯性离合系统和制动能量回收系统组成，所述的CAN数据解析系统、所述的环境探测系统和所述的位姿估计系统分别与所述的控制系统的信号输入端连接，所述的控制系统的信号输出端分别与所述的惯性离合系统和所述的制动能量回收系统连接。
所述的环境探测系统采用双目立体相机图像处理技术，所述的环境探测系统包括用于探测车辆前方是否有行人的行人探测系统、用于探测交通灯信号的交通灯信号探测系统，用于探测车辆前方的交通拥堵情况的交通拥堵情况探测系统、用于探测车辆前方道路的行驶弯道角度情况的行驶弯道探测系统、用于探测车辆前方道路坡度情况的道路坡度探测系统和用于探测车辆前方道路湿滑情况的路面附着性探测系统。
所述的位姿估计系统采用车载IMU惯性单元，获得车辆的加速度信息和俯仰角信息。
所述的无人驾驶车辆智能惯性节能系统的控制方法，步骤如下：
（1）首先通过CAN数据解析系统对车辆的CAN网络数据进行解析，获取车辆的油门踏板位置数据、制动踏板位置数据和方向盘转角数据；
（2）通过环境探测系统，探测车辆前方的交通灯信号、行人信息、交通拥堵信息、道路坡度、行驶弯道角度和路面附着情况数据；
（3）通过位姿估计系统，获取车辆的加速度信息和俯仰角信息；
（4）判断交通灯可通行条件，对步骤（2）探测得到的交通灯信号进行分析，若交通灯为绿灯，则该条件满足；
（5）判断无行人可通行条件，对步骤（2）探测得到的行人信息进行分析，若车辆正前方10米内没有行人，则该条件满足；
（6）判断交通通畅条件，对步骤（2）探测得到的交通拥堵情况进行分析，若车辆正前方不拥堵，则该条件满足；
（7）判断上坡条件，对步骤（2）探测得到的道路坡度和步骤（3）获取的车辆俯仰角信息进行分析，若探测得到的道路坡度大于2°且车辆俯仰角大于2°，则该条件满足；
（8）判断平坦道路条件，若探测得到的道路坡度的绝对值小于2°且车辆俯仰角的绝对值小于2°，则该条件满足；
（9）判断下坡条件，若探测得到的道路坡度小于-2°且车辆俯仰角小于-2°，则该条件满足；
（10）判断大转弯行驶条件，对步骤（1）获取的方向盘转角数据和步骤（2）探测得到的行驶弯道角度进行分析，若方向盘转角数据的绝对值大于10°或探测得到的行驶弯道角度的绝对值大于5°，则该条件满足；
（11）判断直线行驶条件，若方向盘转角数据的绝对值小于10°并且探测得到的弯道角度的绝对值小于5°，则该条件满足；
（12）判断路面附着性较好条件，对步骤（2）探测得到的车辆前方道路的路面附着情况进行分析，若探测得到的车辆前方道路的路面附着情况较好，即路面无积水，则该条件满足；
（13）判断车辆加速条件，对步骤（1）获取的油门踏板位置数据和步骤（3）获取的车辆加速度信息进行分析，若油门踏板被踩下且车辆加速度数据大于2 m/s2，则该条件满足；
（14）判断车辆减速条件，对步骤（1）获取的制动踏板位置数据和步骤（3）获取的车辆的加速度信息进行分析，若制动踏板被踩下且车辆加速度数据小于-2 m/s2，则该条件满足；
（15）判断车辆匀速条件，若油门踏板被踩下且车辆加速度数据的绝对值小于2 m/s2，则该条件满足；
（16）判断车辆静止条件，若油门踏板未被踩下且车辆加速度数据的绝对值小于2 m/s2，则该条件满足；
（17）如果以上步骤（4）、（5）、（6）、（11）和（12）中有一个条件不满足，则控制系统通过控制信号控制惯性离合系统自动接合驱动桥差速器和车辆半轴的连接，增加车辆的驱动性能和安全性能；
（18）在不满足步骤（17）前提下，则执行步骤（19）；
（19）如果以上步骤（9）和（14）中有一个条件满足，则控制系统通过控制信号控制惯性离合系统自动断开驱动桥差速器和车辆半轴的连接，使车辆在惯性的车速下滑行，并且由控制系统控制制动能量回收系统进行能量回收；
（20）在不满足步骤（17）和（19）的前提下，如果以上步骤（7）、（8）、（10）、（13）、（14）、（15）和（16）中有一个条件满足，则控制系统通过控制信号控制惯性离合系统自动接合驱动桥差速器和车辆半轴的连接，增加车辆的驱动性能。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明公开了一种无人驾驶车辆智能惯性节能系统及其控制方法，将惯性离合系统置于传动系或传动系末端，将原车的单一刚性传动变为刚柔并济的传动系，集成制动能量回收系统。智能惯性节能系统置于无人驾驶平台后消除了驾驶员操纵习惯差异性对节能率的影响，可充分利用惯性能。行驶过程中根据车载环境感知系统控制惯性离合系统的接合和分离，实现更安全、更可靠、更便利的惯性能利用最大化，节能、减排、省材最佳化。
附图说明
图1为本发明无人驾驶车辆智能惯性节能系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
具体实施例一
一种无人驾驶车辆智能惯性节能系统，如图1所示，包括控制系统1、CAN数据解析系统2、环境探测系统3、位姿估计系统4、惯性离合系统5和制动能量回收系统6组成，CAN数据解析系统2、环境探测系统3和位姿估计系统4分别与控制系统1的信号输入端连接，控制系统1的信号输出端分别与惯性离合系统5和制动能量回收系统6连接。
在此具体实施例中，环境探测系统3采用双目立体相机图像处理技术，环境探测系统3包括用于探测车辆前方是否有行人的行人探测系统31、用于探测交通灯信号的交通灯信号探测系统32，用于探测车辆前方的交通拥堵情况的交通拥堵情况探测系统33、用于探测车辆前方道路的行驶弯道角度情况的行驶弯道探测系统34、用于探测车辆前方道路坡度情况的道路坡度探测系统35和用于探测车辆前方道路湿滑情况的路面附着性探测系统36。位姿估计系统4采用车载IMU惯性单元，获得车辆的加速度信息和俯仰角信息。
具体实施例二
一种无人驾驶车辆智能惯性节能系统的控制方法，步骤如下：
（1）首先通过CAN数据解析系统2（CANoe、Vector公司）对车辆的CAN网络数据进行解析，获取车辆的油门踏板位置数据、制动踏板位置数据和方向盘转角数据；
（2）通过环境探测系统3（双目相机采用ZED、Stereolabs，图像计算单元采用TX2，NVIDIA），探测车辆前方的交通灯信号、行人信息、交通拥堵信息、道路坡度、行驶弯道角度和路面附着情况数据；
（3）通过位姿估计系统4（双目相机采用ZED、Stereolabs，图像计算单元采用TX2，NVIDIA），获取车辆的加速度信息和俯仰角信息；
（4）判断交通灯可通行条件，对步骤（2）探测得到的交通灯信号进行分析，若交通灯为绿灯，则该条件满足；
（5）判断无行人可通行条件，对步骤（2）探测得到的行人信息进行分析，若车辆正前方10米内没有行人，则该条件满足；
（6）判断交通通畅条件，对步骤（2）探测得到的交通拥堵情况进行分析，若车辆正前方不拥堵，则该条件满足；
（7）判断上坡条件，对步骤（2）探测得到的道路坡度和步骤（3）获取的车辆俯仰角信息进行分析，若探测得到的道路坡度大于2°且车辆俯仰角大于2°，则该条件满足；
（8）判断平坦道路条件，若探测得到的道路坡度的绝对值小于2°且车辆俯仰角的绝对值小于2°，则该条件满足；
（9）判断下坡条件，若探测得到的道路坡度小于-2°且车辆俯仰角小于-2°，则该条件满足；
（10）判断大转弯行驶条件，对步骤（1）获取的方向盘转角数据和步骤（2）探测得到的行驶弯道角度进行分析，若方向盘转角数据的绝对值大于10°或探测得到的行驶弯道角度的绝对值大于5°，则该条件满足；
（11）判断直线行驶条件，若方向盘转角数据的绝对值小于10°并且探测得到的弯道角度的绝对值小于5°，则该条件满足；
（12）判断路面附着性较好条件，对步骤（2）探测得到的车辆前方道路的路面附着情况进行分析，若探测得到的车辆前方道路的路面附着情况较好，即路面无积水，则该条件满足；
（13）判断车辆加速条件，对步骤（1）获取的油门踏板位置数据和步骤（3）获取的车辆加速度信息进行分析，若油门踏板被踩下且车辆加速度数据大于2m/s2，则该条件满足；
（14）判断车辆减速条件，对步骤（1）获取的制动踏板位置数据和步骤（3）获取的车辆的加速度信息进行分析，若制动踏板被踩下且车辆加速度数据小于-2 m/s2，则该条件满足；
（15）判断车辆匀速条件，若油门踏板被踩下且车辆加速度数据的绝对值小于2 m/s2，则该条件满足；
（16）判断车辆静止条件，若油门踏板未被踩下且车辆加速度数据的绝对值小于2 m/s2，则该条件满足；
（17）如果以上步骤（4）、（5）、（6）、（11）和（12）中有一个条件不满足，则控制系统1（STM32F407、意法半导体）通过控制信号控制惯性离合系统5（腾飞自动离合器）自动接合驱动桥差速器和车辆半轴的连接，增加车辆的驱动性能和安全性能，保障行车安全；
（18）在不满足步骤（17）前提下，则执行步骤（19）；
（19）如果以上步骤（9）和（14）中有一个条件满足，则控制系统1通过控制信号控制惯性离合系统5自动断开驱动桥差速器和车辆半轴的连接，从而减小电动机以及传动系统对车辆半轴的阻力，减小机械损失，使车辆在惯性的车速下滑行，并且由控制系统1控制制动能量回收系统6（i-ELOOP、马自达）进行能量回收，达到节能的效果；
（20）在不满足步骤（17）和（19）的前提下，如果以上步骤（7）、（8）、（10）、（13）、（14）、（15）和（16）中有一个条件满足，则控制系统1通过控制信号控制惯性离合系统5自动接合驱动桥差速器和车辆半轴的连接，增加车辆的驱动性能，保障行车安全。
上述说明并非对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例。本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内，做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种无人驾驶车辆智能惯性节能系统，其特征在于：包括控制系统、CAN数据解析系统、环境探测系统、位姿估计系统、惯性离合系统和制动能量回收系统组成，所述的CAN数据解析系统、所述的环境探测系统和所述的位姿估计系统分别与所述的控制系统的信号输入端连接，所述的控制系统的信号输出端分别与所述的惯性离合系统和所述的制动能量回收系统连接。
2.根据权利要求1所述的一种无人驾驶车辆智能惯性节能系统，其特征在于：所述的环境探测系统采用双目立体相机图像处理技术，所述的环境探测系统包括用于探测车辆前方是否有行人的行人探测系统、用于探测交通灯信号的交通灯信号探测系统，用于探测车辆前方的交通拥堵情况的交通拥堵情况探测系统、用于探测车辆前方道路的行驶弯道角度情况的行驶弯道探测系统、用于探测车辆前方道路坡度情况的道路坡度探测系统和用于探测车辆前方道路湿滑情况的路面附着性探测系统。
3.根据权利要求1所述的一种无人驾驶车辆智能惯性节能系统，其特征在于：所述的位姿估计系统采用车载IMU惯性单元，获得车辆的加速度信息和俯仰角信息。
4.一种根据权利要求1-3中任一项所述的无人驾驶车辆智能惯性节能系统的控制方法，其特征在于步骤如下：
（1）首先通过CAN数据解析系统对车辆的CAN网络数据进行解析，获取车辆的油门踏板位置数据、制动踏板位置数据和方向盘转角数据；
（2）通过环境探测系统，探测车辆前方的交通灯信号、行人信息、交通拥堵信息、道路坡度、行驶弯道角度和路面附着情况数据；
（3）通过位姿估计系统，获取车辆的加速度信息和俯仰角信息；
（4）判断交通灯可通行条件，对步骤（2）探测得到的交通灯信号进行分析，若交通灯为绿灯，则该条件满足；
（5）判断无行人可通行条件，对步骤（2）探测得到的行人信息进行分析，若车辆正前方10米内没有行人，则该条件满足；
（6）判断交通通畅条件，对步骤（2）探测得到的交通拥堵情况进行分析，若车辆正前方不拥堵，则该条件满足；
（7）判断上坡条件，对步骤（2）探测得到的道路坡度和步骤（3）获取的车辆俯仰角信息进行分析，若探测得到的道路坡度大于2°且车辆俯仰角大于2°，则该条件满足；
（8）判断平坦道路条件，若探测得到的道路坡度的绝对值小于2°且车辆俯仰角的绝对值小于2°，则该条件满足；
（9）判断下坡条件，若探测得到的道路坡度小于-2°且车辆俯仰角小于-2°，则该条件满足；
（10）判断大转弯行驶条件，对步骤（1）获取的方向盘转角数据和步骤（2）探测得到的行驶弯道角度进行分析，若方向盘转角数据的绝对值大于10°或探测得到的行驶弯道角度的绝对值大于5°，则该条件满足；
（11）判断直线行驶条件，若方向盘转角数据的绝对值小于10°并且探测得到的弯道角度的绝对值小于5°，则该条件满足；
（12）判断路面附着性较好条件，对步骤（2）探测得到的车辆前方道路的路面附着情况进行分析，若探测得到的车辆前方道路的路面附着情况较好，即路面无积水，则该条件满足；
（13）判断车辆加速条件，对步骤（1）获取的油门踏板位置数据和步骤（3）获取的车辆加速度信息进行分析，若油门踏板被踩下且车辆加速度数据大于2 m/s2，则该条件满足；
（14）判断车辆减速条件，对步骤（1）获取的制动踏板位置数据和步骤（3）获取的车辆的加速度信息进行分析，若制动踏板被踩下且车辆加速度数据小于-2 m/s2，则该条件满足；
（15）判断车辆匀速条件，若油门踏板被踩下且车辆加速度数据的绝对值小于2 m/s2，则该条件满足；
（16）判断车辆静止条件，若油门踏板未被踩下且车辆加速度数据的绝对值小于2 m/s2，则该条件满足；
（17）如果以上步骤（4）、（5）、（6）、（11）和（12）中有一个条件不满足，则控制系统通过控制信号控制惯性离合系统自动接合驱动桥差速器和车辆半轴的连接，增加车辆的驱动性能和安全性能；
（18）在不满足步骤（17）前提下，则执行步骤（19）；
（19）如果以上步骤（9）和（14）中有一个条件满足，则控制系统通过控制信号控制惯性离合系统自动断开驱动桥差速器和车辆半轴的连接，使车辆在惯性的车速下滑行，并且由控制系统控制制动能量回收系统进行能量回收；
（20）在不满足步骤（17）和（19）的前提下，如果以上步骤（7）、（8）、（10）、（13）、（14）、（15）和（16）中有一个条件满足，则控制系统通过控制信号控制惯性离合系统自动接合驱动桥差速器和车辆半轴的连接，增加车辆的驱动性能。
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