CN112428990A - 一种纯电动汽车前碰预警控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纯电动汽车前碰预警控制方法，采用整车数据采集模块实时采集整车运行数据，并反馈至车载雷达监测及处理模块；车载雷达监测及处理模块采集前方障碍物相对速度，对自身车辆与障碍物数据进行对比运算，将运算数据传递至整车VCU控制模块，并根据自车相对距离与预设定安全距离进行比较，输出警报信号；整车VCU控制模块判定是否对自车进行报警及向制动执行模块发送制动回馈扭矩大小的指令；制动执行模块接收到指令后，控制电驱动系统执行相应回馈力矩，使车速平滑降至0。本发明采用电驱动系统产生的回馈力矩作为制动力制动过程柔和平滑，优化特殊情况下的体验感。采用电驱动系统回馈制动替代其它节点进行制动控制，减少电量损耗。

Description

一种纯电动汽车前碰预警控制方法

技术领域

本发明属于纯电动汽车电驱动系统控制技术领域，一种纯电动汽车前碰预警控制方法。

背景技术

近年来伴随着新能源汽车技术快速发展，整车“三电”（电池、电驱、电控）一直是技术提升的主要方向；针对新能源汽车用户重点关注其动力性及运行时安全性。由于纯电动汽车静音度很高，在整车低速起步或者运行阶段（V< 15km/h）会由于盲区存在或者驾驶员注意力不集中而存在一些低速行驶安全隐患。

通过电驱动系统实现前碰预警控制的难点在于：

1、电驱动在低转速段（电机转速<1000rpm）回馈扭矩控制不稳定，易导致前碰预警触发时降低驾驶体验感；

2、前碰触发后在整车静止后回馈力矩降为0Nm后导致整车前溜及后溜距离过大导致紧急情况下整车失控的假象。

专利文献1《一种纯电动汽车的前碰撞预警系统及预警方法》（公开号：CN107791943 A）提出一种前碰预警系统，采集自车数据及前车数据判断安全距离及碰撞时间；根据所检测安全距离及碰撞时间判定是否发出安全警报以及自车制动。

现有技术存在以下缺陷：

（1）现有技术主要通过安全气囊、防抱死等方式保护驾驶员属于被动预警控制；

（2）现有技术主要通过整车外挂式设备进行自车制动增加了电量损耗；

（3）低速阶段危险触发后外挂式设备驻车，无法保证驻车过程的柔顺性容易对驾驶员产生冲击损伤，且未从切断动力源处考虑对整车进行制动，存在安全风险。

现有技术主要是从判定自车及前车的安全距离、安全车速、碰撞时间对驾驶员进行声音或者图像的警告；紧急情况进行发出短促连续报警声、制动防抱死系统刹车、避让指令和强制转向指令等等措施，以上方式大多在速度稍高时比较适用；在低速起步或者蠕行状态下以上控制方式过于激进粗暴，从控制成本考虑也不太适用；特殊情况下未考虑从动力输出源考虑切断动力的输出；制动停止过程中也未考虑制动平顺性，不属于主动安全驻车。

发明内容

本发明目的是：提供一种纯电动汽车前碰预警控制方法，有效利用电驱动系统的回馈功能，根据实时车速及安全距离，主动通过控制回馈力矩的平滑输出，在障碍物前使车辆平滑缓慢停止并切断动力源，保证低速起步及运行时的安全性，同时有效降低系统成本，简化功能实现的复杂性。

本发明的技术方案是：

一种纯电动汽车前碰预警控制方法，采用整车数据采集模块、车载雷达监测及处理模块、整车VCU控制模块和制动执行模块实现；所述控制方法包括：

S1、所述整车数据采集模块实时采集整车运行数据，并将采集到的整车运行数据信号反馈至车载雷达监测及处理模块；

S2、所述车载雷达监测及处理模块采集前方障碍物相对速度，对自身车辆与障碍物数据进行对比运算，将运算数据传递至整车VCU控制模块，并根据自车相对距离与预设定安全距离进行比较，输出一定频率的警报信号；

S3、所述整车VCU控制模块根据定义的安全车距及相对车速判定是否对自车进行报警及向制动执行模块发送制动回馈扭矩大小的指令；

S4、所述制动执行模块接收到整车VCU控制模块的指令后，控制电驱动系统执行相应回馈力矩，使车速平滑降至0。

优选的，所述整车数据采集模块实时采集的整车运行数据，包括自车车速、自车加速度、自车电机转速，整车数据采集模块将采集到的当前整车运行数据通过CAN总线传递至车载雷达监测及处理模块；

所述整车数据采集模块还根据自车车速、自车加速度、自车电机转速对自车车况进行评估，如有车速异常、加速度异常、电机转速异常，将上报VCU控制模块进行进一步处理。

优选的，所述车载雷达监测及处理模块工作过程包括：

S201、所述车载雷达监测及处理模块采集障碍物信息，包括计算障碍物相对自车距离、计算障碍物相对自车当前速度，根据监测到的相对自车距离进行分等级处理；

S202、车载雷达监测及处理模块对当前相对车速Vy、当前自车车速vx进行数据采集，对相对自车距离Dy、预定相对距离dx实时计算；然后根据（Vy、vx），（Dy、dx）比较结果判定是否需要给碰撞信号预警使能位flag赋值，以及所需要发出碰撞预警信号的频率fx。

S203、步骤S202发出的碰撞预警信号，通过CAN总线反馈信息至整车VCU控制模块，整车VCU控制模块根据音频、视频设备根据信号频率间歇性提示驾驶员。

优选的，所述整车VCU控制模块工作过程包括：

S301、所述整车VCU控制模块根据接收到的预警使能位flag信号、碰撞预警信号的频率fx指令，驱动提示设备进行间歇性提示驾驶员；

S302、整车VCU控制模块接收到数据采集模块、车载雷达监测及处理模块反馈的当前相对自车距离、相对车速进行预警判定，将自车相对距离与预设定距离进行比较，将相对车速与预设定相对车速进行比较，根据比较结果判定整车VCU控制模块是否需要下发回馈制动力矩以及制动力矩大小，制动力矩大小根据当前实际车速及相对距离进行实际工况进行标定所得，如需进行回馈制动，整车VCU控制模块将下发回馈制动力矩指令以及制动力矩大小。

优选的，所述执行模块实现电驱动系统执行整车VCU控制模块回馈制动力矩，保证车辆接触障碍物前处于静止状态；电驱动系统根据数据采集模块反馈的车速及电机转速信息，需通过计算电机滑动平均滤波转速与当前瞬时转速差对整车VCU控制模块的指令扭矩进行补偿；实际电驱动系统执行的回馈制动力矩为Tp=Tr+Td，其中，Tp为电驱动执行总扭矩，Tr为整车VCU控制模块请求扭矩，Td为电机转速波动产生的补偿扭矩。

优选的，所述补偿扭矩的计算方式为：

S401、采样电机瞬时转速k，保存上一时刻瞬时转速值k(n-1)，计算当前电机瞬时转速差值E1；保存采样时间t内N个电机瞬时转速，求取时间t内速度累加平均值ks=k(sum)/(N-1)；（k(sum)=k0+k1+.....k(n-1)+k），求取转速平均滤波与瞬时转速差值E2；

S402、补偿扭矩计算公式为Td=E1*f1+E2*m5，其中E1=k(n-1)-k，E2=ks-k，fx为E1调节参数、my为E2调节参数；

S403、根据实际工况需求应对补偿扭矩进行分工况阈值限定，前碰预警出发后电驱动执行力矩为回馈制动力矩也即电机状态保持回馈状态，执行扭矩Tp=（Tr+Td）<0。

本发明的优点是：

本发明提出的纯电动汽车前碰预警控制方法，在不增加硬件成本下容易实现，采用电驱动系统产生的回馈力矩作为制动力制动过程柔和平滑，优化特殊情况下的体验感。采用电驱动系统回馈制动替代其它节点进行制动控制，减少电量损耗。采用电驱动系统产生回馈制动简化其它节点控制复杂性易于实现，整车实际应用效果较好。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1 本发明实施例提供的纯电动汽车前碰预警控制原理框图；

图2 本发明实施例提供的前碰预警使能位及语音视频警报频率判断方法流程图；

图3 本发明实施例提供的前碰撞预警控制方法流程图。

具体实施方式

本发明方案主要从电驱动系统方向考虑实现整车低速（V<15km/h）前碰预警控制的功能以保证低速运行时的安全性，在安全距离外进行安全警告，在安全距离内采用电机回馈方式进行紧急制动；以提升低速运行的安全性以及制动过程中的平顺性。

如图1所示，本发明的纯电动汽车前碰预警控制方法，技术方案采用整车数据采集模块、车载雷达监测及处理模块、整车VCU控制模块、制动执行模块实现；所述整车数据采集模块通过CAN总线实时采集整车运行数据，并将采集到的车速、电机转速信号反馈至车载雷达监测及处理模块；所述雷达监测及处理模块主要用于采集前方障碍物相对速度，所述整车数据采集模块对自身车辆与障碍物数据进行对比运算，将相关运算数据传递至整车VCU控制模块，并根据自车相对距离与预设定安全距离进行比较，输出一定频率的警报信号；整车VCU控制模块根据定义的安全车距及相对车速判定是否对自车进行报警及发送制动回馈扭矩；所述制动执行模块接收到整车VCU控制模块指令后电驱动执行相应回馈力矩，使车速平滑降至0，实现预警及执行降速的目的。如图1所示为一种纯电动汽车前碰预警控制方法逻辑图。

如图3所示，本发明的纯电动汽车前碰预警控制方法的流程如下：

（1）整车数据采集模块

所述整车数据采集模块主要采集整车数据信息，包括自车车速、自车加速度、自车电机转速等自身车辆的相关数据，整车数据采集模块采集到的当前整车数据，通过CAN总线传递至车载雷达监测模块；

整车数据采集模块一方面主要是对整车数据进行监测，针对自车车况进行评估，如有异常现象（车速异常、加速度异常、电机转速异常等）将上报整车VCU控制模块进行进一步处理；另一方面为前碰预警功能提供核心实时数据，保证数据的精确性，为后期整车VCU控制模块回馈力矩大小提供数据支撑。

（2）车载雷达监测及处理模块

S201所述车载雷达监测与处理模块主要用于采集障碍物信息，包括障碍物相对自车距离计算，障碍物相对自车当前速度计算，车载雷达监测及处理模块根据监测到的相对自车距离进行分等级处理。

S202车载雷达监测与处理模块对当前相对车速Vy、当前自车车速vx进行数据采集，对相对自车距离Dy、预定相对距离dx实时计算；然后根据（Vy、vx），（Dy、dx）比较结果判定是否需要给碰撞信号预警使能位flag赋值（flag ==1标志前碰预警触发，否则flag ==0），以及所需要发出碰撞预警信号的频率fx。附图2具体描述预警频率判断逻辑图（x、y表示变量下标1、2、3………）。

S203所述S201输出的碰撞预警信号频率fx，通过CAN总线反馈信息至整车VCU控制模块，整车VCU控制模块根据音频、视频设备根据信号频率间歇性提示驾驶员。

（3）整车VCU控制模块

S301如S202所述整车VCU控制模块根据接收到的预警使能位flag信号、碰撞预警信号频率fx指令，驱动相关设备进行间歇性提示驾驶员。

S302整车VCU控制模块接收到整车数据采集模块、车载雷达监测及处理模块反馈的当前相对自车距离、相对车速进行预警判定，将自车相对距离与预设定距离进行比较，将相对车速与预设定相对车速进行比较，根据比较结果判定整车VCU控制模块是否需要下发回馈制动力矩以及制动力矩大小（制动力矩触发不响应油门踏板控制），制动力矩大小根据当前实际车速及相对距离进行实际工况进行标定所得，如需进行回馈制动，VCU将下发回馈制动力矩指令以及制动力矩大小。

（4）制动执行模块

所述制动执行模块主要实现电驱动系统执行VCU回馈制动力矩，保证车辆接触障碍物前处于静止状态。由于在低速工段电驱动系统回馈扭矩不稳定，电驱动系统根据数据采集模块反馈的车速及电机转速信息，需通过计算电机滑动平均滤波转速与当前瞬时转速差对VCU指令扭矩进行补偿，以保证车辆回馈制动停止过程中比较顺滑从而避免轮胎抱死或者车速波动影响驾驶体验感；实际电驱动系统执行的回馈制动力矩为Tp=Tr+Td（Tp：电驱动执行总扭矩，Tr：VCU请求扭矩，Td:电机转速波动产生的补偿扭矩）其中补偿扭矩计算方式如下：

S401：采样电机瞬时转速k，保存上一时刻瞬时转速值k(n-1)，计算当前电机瞬时转速差值E1；保存采样时间t内N个电机瞬时转速，求取时间t内速度累加平均值ks=k(sum)/(N-1)；（k(sum)=k0+k1+.....k(n-1)+k）求取转速平均滤波与瞬时转速差值E2。

S402：补偿扭矩计算公式为Td=E1*f1+E2*m5，其中E1=k(n-1)-k，E2=ks-k，fx为E1调节参数、my为E2调节参数（x\y为下标数字1、2、3....）。

S403：根据实际工况需求应对补偿扭矩进行分工况进行阈值[maxmin]限定，如上所述前碰预警出发后电驱动执行力矩为回馈制动力矩也即电机状态保持回馈状态，执行扭矩Tp=（Tr+Td）<0。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种纯电动汽车前碰预警控制方法，其特征在于，采用整车数据采集模块、车载雷达监测及处理模块、整车VCU控制模块和制动执行模块实现；所述控制方法包括：

S1、所述整车数据采集模块实时采集整车运行数据，并将采集到的整车运行数据信号反馈至车载雷达监测及处理模块；

S2、所述车载雷达监测及处理模块采集前方障碍物相对速度，对自身车辆与障碍物数据进行对比运算，将运算数据传递至整车VCU控制模块，并根据自车相对距离与预设定安全距离进行比较，输出一定频率的警报信号；

S3、所述整车VCU控制模块根据定义的安全车距及相对车速判定是否对自车进行报警及向制动执行模块发送制动回馈扭矩大小的指令；

S4、所述制动执行模块接收到整车VCU控制模块的指令后，控制电驱动系统执行相应回馈力矩，使车速平滑降至0。

2.根据权利要求1所述的纯电动汽车前碰预警控制方法，其特征在于，所述整车数据采集模块实时采集的整车运行数据，包括自车车速、自车加速度、自车电机转速，整车数据采集模块将采集到的当前整车运行数据通过CAN总线传递至车载雷达监测及处理模块；

所述整车数据采集模块还根据自车车速、自车加速度、自车电机转速对自车车况进行评估，如有车速异常、加速度异常、电机转速异常，将上报VCU控制模块进行进一步处理。

3.根据权利要求2所述的纯电动汽车前碰预警控制方法，其特征在于，所述车载雷达监测及处理模块工作过程包括：

S201、所述车载雷达监测及处理模块采集障碍物信息，包括计算障碍物相对自车距离、计算障碍物相对自车当前速度，根据监测到的相对自车距离进行分等级处理；

S202、车载雷达监测及处理模块对当前相对车速Vy、当前自车车速vx进行数据采集，对相对自车距离Dy、预定相对距离dx实时计算；然后根据（Vy、vx），（Dy、dx）比较结果判定是否需要给碰撞信号预警使能位flag赋值，以及所需要发出碰撞预警信号的频率fx；

S203、步骤S202发出的碰撞预警信号，通过CAN总线反馈信息至整车VCU控制模块，整车VCU控制模块根据音频、视频设备根据信号频率间歇性提示驾驶员。

4.根据权利要求3所述的纯电动汽车前碰预警控制方法，其特征在于，所述整车VCU控制模块工作过程包括：

S301、所述整车VCU控制模块根据接收到的预警使能位flag信号、碰撞预警信号的频率fx指令，驱动提示设备进行间歇性提示驾驶员；

S302、整车VCU控制模块接收到数据采集模块、车载雷达监测及处理模块反馈的当前相对自车距离、相对车速进行预警判定，将自车相对距离与预设定距离进行比较，将相对车速与预设定相对车速进行比较，根据比较结果判定整车VCU控制模块是否需要下发回馈制动力矩以及制动力矩大小，制动力矩大小根据当前实际车速及相对距离进行实际工况进行标定所得，如需进行回馈制动，整车VCU控制模块将下发回馈制动力矩指令以及制动力矩大小。

5.根据权利要求4所述的纯电动汽车前碰预警控制方法，其特征在于，

所述执行模块实现电驱动系统执行整车VCU控制模块回馈制动力矩，保证车辆接触障碍物前处于静止状态；电驱动系统根据数据采集模块反馈的车速及电机转速信息，需通过计算电机滑动平均滤波转速与当前瞬时转速差对整车VCU控制模块的指令扭矩进行补偿；实际电驱动系统执行的回馈制动力矩为Tp=Tr+Td，其中，Tp为电驱动执行总扭矩，Tr为整车VCU控制模块请求扭矩，Td为电机转速波动产生的补偿扭矩。

6.根据权利要求5所述的纯电动汽车前碰预警控制方法，其特征在于，所述补偿扭矩的计算方式为：

S401、采样电机瞬时转速k，保存上一时刻瞬时转速值k(n-1)，计算当前电机瞬时转速差值E1；保存采样时间t内N个电机瞬时转速，求取时间t内速度累加平均值ks=k(sum)/(N-1)；（k(sum)=k0+k1+.....k(n-1)+k），求取转速平均滤波与瞬时转速差值E2；

S402、补偿扭矩计算公式为Td=E1*f1+E2*m5，其中E1=k(n-1)-k，E2=ks-k，fx为E1调节参数、my为E2调节参数；

S403、根据实际工况需求应对补偿扭矩进行分工况阈值限定，前碰预警出发后电驱动执行力矩为回馈制动力矩也即电机状态保持回馈状态，执行扭矩Tp=（Tr+Td）<0。

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