CN111409633A - 一种车辆自适应巡航中的控制方法和装置 - Google Patents

一种车辆自适应巡航中的控制方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及车辆自适应巡航技术。在一个实施例中，提供了一种车辆自适应巡航中的控制装置，包括：需求加速度计算模块，根据车辆的行驶参数计算需求加速度；控制加速度计算模块，根据需求加速度计算控制加速度；目标车速计算模块，根据控制加速度计算目标车速；开环需求扭矩计算模块，根据控制加速度计算开环需求扭矩；闭环需求扭矩计算模块，根据目标车速计算闭环需求扭矩；扭矩控制模块，根据开环需求扭矩与闭环需求扭矩之和来控制所述车辆的发动机输出扭矩；制动触发模块，当满足制动触发条件时，触发制动器进行刹车；以及制动释放模块，当制动触发条件不满足，并且满足制动释放条件时，停止制动器的刹车。

Description

一种车辆自适应巡航中的控制方法和装置
技术领域
本发明总体上涉及车辆自适应巡航技术，并且更具体地，涉及一种车辆自适应巡航中的控制方法和装置。
背景技术
近年来，随着汽车智能化的发展，自适应巡航(ACC,Adaptive Cruise Control)技术也快速发展。图1示出了自适应巡航系统的示例架构。如图1所示，自适应巡航系统的通常工作模式是：自适应巡航模块101通过雷达等车载传感器采集前方车辆的车距与车速等信号。当车距过小或前方车辆减速时，自适应巡航模块101可以通过发送相关指令给发动机控制模块(ECM)102和/或刹车控制模块(EBCM)103，以减小发动机输出扭矩和/或刹车来实现一定的控制目的，例如，与前方车辆保持安全距离的目的。
通常地，在自适应巡航控制中会根据车辆车速、与前方车辆距离、前方车辆车速等参数，通过相关汽车动力学方程计算出车辆后续运动所需的加速度。然而，发动机控制模块是无法通过给定加速度来精确计算出能够达到该加速度的所需的车轮端扭矩的，其只能根据给定扭矩来输出相应扭矩。此外，刹车控制模块亦无法自行判断在何种加速度情况中应实施刹车，或释放刹车。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种车辆自适应巡航中的控制方法和装置，以通过加速度—扭矩的转换来实现自适应巡航中的车速控制功能。此外，根据本发明的一些实施例，还可在上述控制的基础上进一步地设置刹车触发和释放的控制，以更好地实现自适应巡航中的车速控制功能。
本发明的一个方面提供了一种车辆自适应巡航中的控制方法，包括如下步骤：根据车辆的行驶参数计算需求加速度；根据需求加速度计算控制加速度；根据控制加速度计算目标车速以及开环需求扭矩；根据目标车速计算闭环需求扭矩；以及根据开环需求扭矩与闭环需求扭矩之和来控制车辆的发动机输出扭矩。
本发明的另一个方面提供了一种车辆自适应巡航中的控制装置，包括：需求加速度计算模块，其配置为，根据车辆的行驶参数计算需求加速度；控制加速度计算模块，其配置为，根据需求加速度计算控制加速度；目标车速计算模块，其配置为，根据控制加速度计算目标车速；开环需求扭矩计算模块，其配置为，根据控制加速度计算开环需求扭矩；闭环需求扭矩计算模块，其配置为，根据目标车速计算闭环需求扭矩；以及扭矩控制模块，其配置为，根据开环需求扭矩与闭环需求扭矩之和来控制所述车辆的发动机输出扭矩。
本发明的又一个方面提供了一种计算机存储介质，其中存储有计算机程序，该计算机程序可被处理器执行以实现上述方法。
附图说明
从结合附图的以下详细说明中，将会使本发明的上述和其他目的及优点更加完整清楚。在可能的情况下，所有附图中使用相同的参考编号来指代相同或相似的元素或零件。
图1示出了自适应巡航系统的示例架构。
图2示出了根据本发明一实施例的车辆自适应巡航中的控制方法的示例流程图。
图3示出了根据本发明一实施例的车辆自适应巡航中的控制装置的示例框图。
具体实施方式
下文是本发明示范实施例的详细描述，附图中图示了这些实施例的示例。应注意的是，下文的描述是为了解释和说明，因此不应视为对本发明的限制。在不背离本发明原理的前提下，本领域技术人员可以根据实际需要对这些实施例进行电、机械、逻辑和结构上的更改，而不脱离本发明的范围。此外，本领域技术人员可以理解，针对任何具体的应用场景或实际需要，可以将下文描述的不同实施例的一个或多个特征进行组合。
图2示出了根据本发明一实施例的车辆自适应巡航中的控制方法的示例流程图。如图2所示，该流程开始于方框201。
在方框202处，根据车辆的行驶参数计算需求加速度。车辆的行驶参数是指车辆本身的行驶状态参数，以及周围其他车辆的相关参数，其可包括，例如：车辆的车速、与前方车辆之间的距离、前方车辆的车速等参数的一个或多个。根据车辆的行驶参数，可通过相关汽车动力学方程计算出车辆后续运动所需的加速度，即需求加速度。
在方框203处，根据需求加速度计算控制加速度。根据需求加速度，可以计算用来对扭矩及刹车进行控制的控制加速度。
在一个实施例中，考虑到驾驶舒适性的要求，在进行控制时可以对需求加速度的变化率和最大值最小值进行限制，该变化率和最大值、最小值可通过标定给出，限制后的加速度作为后续扭矩及刹车控制的控制加速度。
在另一个实施例中，可以用如下的公式(1)来计算控制加速度：
上式中，a为需求加速度；
An为根据需求加速度得出的控制加速度；
α为给定的控制加速度的变化率；
Amin为控制加速度允许的最小值；
Amax为控制加速度允许的最大值；以及
t为控制算法中的运算周期。
这样，通过步进迭代的方式，使得计算次数n增大时(即多次以运算周期t进行计算)，控制加速度An越来越趋近于需求加速度a。并且，通过设定控制加速度允许的最小值Amin、控制加速度允许的最大值Amax、以及变化率α，可使得控制加速度An限定在一定范围，避免车辆过快地加速或减速，以提高驾驶的舒适性。
在方框204处，根据控制加速度计算目标车速以及开环需求扭矩。自适应巡航的控制结果最终是体现在车速上，因此在控制中不能简单的将加速度作为控制目标，而需要将控制加速度转换为目标速度。因此，根据控制加速度，进一步地计算目标车速以及发动机的开环需求扭矩。
在一个实施例中，可通过如下的公式(2)来计算目标车速：
上式中，VT为计算所得目标车速；
V为车辆的车速；
A为根据需求加速度得出的控制加速度；
VTmin为目标车速允许的最小值；
VTmax为目标车速允许的最大值；以及
t为控制算法中的运算周期。
这样，通过步进迭代的方式，对每一运算周期t，可以根据控制加速度A得到目标车速VT。此外，可以根据不同的行车工况(例如：弯道、前方车辆距离过近等)，对计算得出的目标车速的最大值、最小值进行限制，以使得目标车速更好地符合实际的行车工况。
在一个实施例中，可通过如下的公式(3)来计算发动机的开环需求扭矩：
上式中，Tol为开环需求扭矩；
m为车身质量；
A为根据需求加速度得出的控制加速度；
r为轮胎半径；
Tf为车轮端所受到的阻力扭矩，该扭矩可由发动机控制模块标定后给出；
Aslope为坡道加速度；
aIMU是由车载惯性测量单元(IMU)测得的惯性加速度；
aveh为根据车辆的车速求得的车辆加速度；以及
V为车辆的车速。
这样，根据控制加速度A，可得到发动机的开环需求扭矩Tol。
在方框205处，根据目标车速计算闭环需求扭矩。在一个实施例中，可根据目标车速，运用“比例积分微分”(PID)的闭环运算来计算得到发动机的闭环需求扭矩。其中，PID的控制参数可分别根据目标车速和车辆的车速来进行标定，以确保稳定快速地控制车速。
在一个实施例中，可通过如下的公式(4)来计算发动机的开环需求扭矩：
上式中，Tcl为发动机闭环需求扭矩；
VT为计算所得目标车速；
V为车辆的车速；
p为PID的比例控制参数；
i为PID的积分控制参数；以及
d为PID的微分控制参数。
在方框206处，根据开环需求扭矩与闭环需求扭矩之和来控制车辆的发动机输出扭矩。将开环需求扭矩Tol与闭环需求扭矩Tcl之和作为发动机需求扭矩Te，以进行发动机输出扭矩的控制。这样，采用了开环与闭环扭矩计算相结合的方法，可以保证车速更精确地控制到目标车速。
在一个实施例中，可将发动机需求扭矩Te作为发动机控制模块的输入参数，以进行发动机输出扭矩的控制。
在另一个实施例中，可通过如下的公式(5)来计算发动机需求扭矩：
上式中，Tcl为发动机闭环需求扭矩；
Tol为发动机开环需求扭矩；
Te为发动机需求扭矩；
Tmin为发动机控制模块允许的车轮端扭矩最小值；
Tmax为发动机控制模块允许的车轮端扭矩最大值；
Tf为车轮端所受到的阻力扭矩，该扭矩由发动机控制模块标定后给出；
Aslope为坡道加速度；
m为车身质量；
r为轮胎半径；
Amin为控制加速度允许的最小值；以及
Amax为控制加速度允许的最大值。
这样，可将开环需求扭矩Tol与闭环需求扭矩Tcl之和作为发动机需求扭矩Te，以进行发动机输出扭矩的控制。此外，可通过发动机控制模块允许的车轮端扭矩最小值、最大值；控制加速度允许的最小值、最大值等来对发动机需求扭矩Te进行限制，使得其处于合理范围，以更好地符合实际的行车工况等的要求。
可选地，在一个实施例中，在方框207处，当满足制动触发条件时，触发制动器进行刹车。其中，制动触发条件为：控制加速度A满足第一制动触发阈值或者车辆的车速相对于目标车速VT或自适应巡航的设定车速的差值满足第二制动触发阈值，并且开环需求扭矩Tol与闭环需求扭矩Tcl之和小于发动机控制模块允许的车轮端扭矩最小值Tmin。
也就是说，设定：
“控制加速度A满足第一制动触发阈值”为x；
“车辆的车速相对于目标车速VT或自适应巡航的设定车速的差值满足第二制动触发阈值”为y；
“开环需求扭矩Tol与闭环需求扭矩Tcl之和小于发动机控制模块允许的车轮端扭矩最小值Tmin”为z；
上述制动触发条件的逻辑关系是：(x或y)与z。
这样，通过开环需求扭矩Tol与闭环需求扭矩Tcl来判断刹车的触发，可以更好地实现自适应巡航中的车速控制。
可选地，在一个实施例中，第一制动触发阈值可以是通过滑行实验测得的、在发动机断油工况时，外部阻力给予车辆的减速度值Adel。所谓滑行实验是指：在车辆滑行过程中测量相关参数的试验，其通常可以在水平路面且无风的条件下，使车辆加速至某预定速度后，带档滑行，让车辆利用自身的动能和动力与传动系统给予的阻力进行继续行驶的减速运动，以在此过程中测量相关参数。这样，采用滑行实验的方法来确定刹车阈值，可以更好地配合发动机减速断油策略，并使得刹车触发的控制更为合理。
可选地，在一个实施例中，在方框208处，当制动触发条件不满足，并且满足制动释放条件时，停止所述制动器的刹车。其中，制动释放条件是：控制加速度A满足第一制动释放阈值或者车辆的车速相对于所述目标车速VT的差值满足第二制动释放阈值。使用该差值作为制动释放的判断条件，可避免刹车控制模块的相应延迟导致车辆的车速相对目标车速减速的下冲量过大。
可选地，在一个实施例中，第一制动释放阈值可以是通过滑行实验测得的、在发动机断油工况时，外部阻力给予所述车辆的减速度值Adel的基础上设定的迟滞值。这样，设定迟滞值作为制动释放阈值，可避免制动器在触发与释放间频繁切换。
上述流程结束于方框209。
图3示出了根据本发明一实施例的车辆自适应巡航中的控制装置的示例框图。应理解的是，图3所示的装置可用来执行或实施上文中参照图2描述的各实施例的方法或流程。
如图3所示，根据本发明的实施例的车辆自适应巡航中的控制装置301可包括，包括：需求加速度计算模块302，其配置为，根据车辆的行驶参数计算需求加速度；控制加速度计算模块303，其配置为，根据需求加速度计算控制加速度；目标车速计算模块304，其配置为，根据控制加速度计算目标车速；开环需求扭矩计算模块305，其配置为，根据控制加速度计算开环需求扭矩；闭环需求扭矩计算模块306，其配置为，根据目标车速计算闭环需求扭矩；以及扭矩控制模块307，其配置为，根据开环需求扭矩与闭环需求扭矩之和来控制车辆的发动机输出扭矩。
可选地，在一个实施例中，车辆自适应巡航中的控制装置301还可包括：制动触发模块308，其配置为，当满足制动触发条件时，触发制动器进行刹车；该制动触发条件是：控制加速度满足第一制动触发阈值或者车辆的车速相对于目标车速或自适应巡航的设定车速的差值满足第二制动触发阈值，并且开环需求扭矩与闭环需求扭矩之和小于发动机控制模块允许的车轮端扭矩最小值。
也就是说，设定：
“控制加速度满足第一制动触发阈值”为x；
“车辆的车速相对于目标车速或自适应巡航的设定车速的差值满足第二制动触发阈值”为y；
“开环需求扭矩与闭环需求扭矩之和小于发动机控制模块允许的车轮端扭矩最小值”为z；
上述制动触发条件的逻辑关系是：(x或y)与z。
可选地，在一个实施例中，第一制动触发阈值是通过滑行实验测得的、在发动机断油工况时，外部阻力给予所述车辆的减速度值。
可选地，在一个实施例中，车辆自适应巡航中的控制装置301还可包括：制动释放模块309，其配置为，当所述制动触发条件不满足，并且满足制动释放条件时，停止所述制动器的刹车；该制动释放条件是：控制加速度满足第一制动释放阈值或者车辆的车速相对于目标车速的差值满足第二制动释放阈值。
可选地，在一个实施例中，第一制动释放阈值是通过滑行实验测得的、在发动机断油工况时，外部阻力给予所述车辆的减速度值的基础上设定的迟滞值。
需要说明的是，图3中所示的装置及其各模块可以全部地或部分地与图1中所示的各模块相结合地实现。例如，扭矩控制模块307可以在发动机控制模块102中实现，或者，制动触发模块308和制动释放模块309可以在刹车控制模块103中实现。或者，图3中所示的装置及其各模块也可全部地或部分地独立于图1中所示的各模块而实现。本发明对此不做限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行配置。
此外，需要说明的是，本文中所示的流程/装置方框图是功能实体，可以但不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。本领域技术人员可以采用软件形式来实现这些功能实体。例如，可以用软件编程实现这些功能，并将这些计算机程序指令加载到计算机或其他可编程数据处理器上以使一系列的操作在计算机或其他可编程处理器上执行，以便构成计算机实现的进程，以使计算机或其他可编程数据处理器上执行的这些指令提供用于实施此流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能。
相应地，本发明的一个方面提供一种计算机存储介质，其中存储有计算机程序，所述计算机程序可被处理器(可以是各种合适的通用或专用的处理器、计算装置、信息处理设备等)执行以实现上文中参照图2描述的各实施例的方法或流程。
还应该注意在一些备选实现中，除非另有明确的相反说明或技术内容有明确的相反限定，流程方框图的方框中所示的功能/操作可以不按流程图所示的次序来发生。例如，依次示出的两个框实际可以基本同时地执行，或这些框有时可以按逆序执行，具体取决于实际情况和所涉及的功能/操作。
以上示例主要说明了本发明的主要实施例。尽管只对其中一些本发明的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明原理及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。

Claims (11)

1.一种车辆自适应巡航中的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
根据车辆的行驶参数计算需求加速度；
根据所述需求加速度计算控制加速度；
根据所述控制加速度计算目标车速以及开环需求扭矩；
根据所述目标车速计算闭环需求扭矩；以及
根据所述开环需求扭矩与所述闭环需求扭矩之和来控制所述车辆的发动机输出扭矩。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
当满足制动触发条件时，触发制动器进行刹车；
所述制动触发条件是：所述控制加速度满足第一制动触发阈值或者所述车辆的车速相对于所述目标车速或自适应巡航的设定车速的差值满足第二制动触发阈值，并且所述开环需求扭矩与所述闭环需求扭矩之和小于发动机控制模块允许的车轮端扭矩最小值。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，其中：
所述第一制动触发阈值是通过滑行实验测得的、在发动机断油工况时，外部阻力给予所述车辆的减速度值。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：
当所述制动触发条件不满足，并且满足制动释放条件时，停止所述制动器的刹车；
所述制动释放条件是：所述控制加速度满足第一制动释放阈值或者所述车辆的车速相对于所述目标车速的差值满足第二制动释放阈值。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，其中：
所述第一制动释放阈值是通过滑行实验测得的、在发动机断油工况时，外部阻力给予所述车辆的减速度值的基础上设定的迟滞值。
6.一种车辆自适应巡航中的控制装置，其特征在于，包括：
需求加速度计算模块，其配置为，根据车辆的行驶参数计算需求加速度；
控制加速度计算模块，其配置为，根据所述需求加速度计算控制加速度；
目标车速计算模块，其配置为，根据所述控制加速度计算目标车速；
开环需求扭矩计算模块，其配置为，根据所述控制加速度计算开环需求扭矩；
闭环需求扭矩计算模块，其配置为，根据所述目标车速计算闭环需求扭矩；以及
扭矩控制模块，其配置为，根据所述开环需求扭矩与所述闭环需求扭矩之和来控制所述车辆的发动机输出扭矩。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：
制动触发模块，其配置为，当满足制动触发条件时，触发制动器进行刹车；
所述制动触发条件是：所述控制加速度满足第一制动触发阈值或者所述车辆的车速相对于所述目标车速或自适应巡航的设定车速的差值满足第二制动触发阈值，并且所述开环需求扭矩与所述闭环需求扭矩之和小于发动机控制模块允许的车轮端扭矩最小值。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，其中：
所述第一制动触发阈值是通过滑行实验测得的、在发动机断油工况时，外部阻力给予所述车辆的减速度值。
9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括：
制动释放模块，其配置为，当所述制动触发条件不满足，并且满足制动释放条件时，停止所述制动器的刹车；
所述制动释放条件是：所述控制加速度满足第一制动释放阈值或者所述车辆的车速相对于所述目标车速的差值满足第二制动释放阈值。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，其中：
所述第一制动释放阈值是通过滑行实验测得的、在发动机断油工况时，外部阻力给予所述车辆的减速度值的基础上设定的迟滞值。
11.一种计算机存储介质，其中存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序可被处理器执行以实现如权利要求1-5中任一项所述的方法。
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