CN112918468A - 无人驾驶纯电动汽车整车能量管理系统及工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无人驾驶纯电动汽车整车能量管理系统，包括无人驾驶控制器、整车控制器和车辆信息，所述无人驾驶控制器包括障碍物检测模块、车辆位置检测模块、交通信息模块和车辆控制决策模块；所述车辆控制决策模块通过由障碍物检测模块获取的障碍物信息、车辆位置模块获取的车辆当前的实时位置、交通信息模块获取的道路状态信息以及由整车控制器获取的车辆一段时间内所能提供的加速及制动能力，计算出车辆的控制模式，整车控制器控制电机转速需求通过上述方式，本发明基于无人驾驶控制器与整车控制器信息的有效传递，实现路况信息与车辆信息的有效融合，预判未来一段时间内的车辆行驶工况，快速的通过路口，提高车辆系统的系统效率，降低车辆的电耗。

Description

无人驾驶纯电动汽车整车能量管理系统及工作方法
技术领域
本发明涉及无人驾驶汽车及新能源汽车整车控制系统领域，特别是涉及一种无人驾驶纯电动汽车整车能量管理系统。
背景技术
当前新能源汽车已经成为国家战略，而无人驾驶车辆也成为当前的研发热点，因此基于纯电动架构的无人驾驶车辆的系统也愈发成为一种趋势。当前的无人驾驶纯电动车辆普遍采用单独控制的形式，即：无人驾驶控制器只关注于实现车辆的无人驾驶功能，整车控制器只关注于实现整车控制的功能，两者之间无有效的信息沟通，从而导致无人驾驶纯电动车辆的电耗基本与传统的纯电动车辆一致，未能有效的利用无人驾驶车辆的传感器资源所感知到的路况信息。
专利CN103502073A中提到了一种基于路况信息的混合动力汽车的能量管理方法，该方法只利用了有限的GPS信息来感知车辆的未来路况中是否有上下坡来决策车辆的动力系统能量分配，从而提升整车的系统效率，降低整车的油耗。
专利DE102006033930A1中同样提到了一种基于路况信息的适用于混合动力汽车的能量管理方法，该方法基于已有的行驶工况来预测未来一段时间内的行驶工况，从而对混合动力系统的部件进行优化控制，提升系统的效率。
以上两个专利均是针对混合动力汽车的应用，纯电动车辆中由于只有单一的动力源，因此以上方法不能有效的适用于纯电动车辆，同时无人驾驶车辆的车速是由无人驾驶控制器来决策的，而非来自于驾驶员的操作，并且无人驾驶车辆具有更多的传感器，可以更有效的利用车端的信息，因此以上专利中提到的方法并不能有效的适用于无人驾驶车辆。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种无人驾驶纯电动汽车整车能量管理系统及工作方法，基于无人驾驶控制器与整车控制器信息的有效传递，实现路况信息与车辆信息的有效融合，预判未来一段时间内的车辆行驶工况，快速的通过路口，提升车辆的平均车速，实现车辆的驱动、制动功能，在满足车辆需求车速的前提下，制定合理的工作模式，提高车辆系统的系统效率，降低车辆的电耗。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种无人驾驶纯电动汽车整车能量管理系统，包括无人驾驶控制器，所述无人驾驶控制器包括障碍物检测模块、车辆位置检测模块、交通信息模块和车辆控制决策模块；
所述障碍物检测模块确定车辆的前方是否存在车辆、行人等障碍物以及障碍物的位置及速度等信息；
所述车辆位置检测模块确定车辆当前的实时位置；
所述交通信息模块确定当前车辆所处路段有无路口、一段时间内路口的交通灯信号状态以及当前所处道路的车速限值等；
所述车辆控制决策模块通过由障碍物检测模块获取的障碍物信息、车辆位置模块获取的车辆当前的实时位置、交通信息模块获取的道路状态信息以及由整车控制器获取的车辆一段时间内所能提供的加速及制动能力，计算出车辆的控制模式；
整车控制器控制电机转速需求。
进一步的是，所述障碍物检测模块通过采集毫米波雷达、摄像头以及激光雷达的数据，确定车辆的前方是否存在车辆、行人等障碍物以及障碍物的位置及速度等信息。
进一步的是，所述车辆位置检测模块通过采集GPS/IMU以及MAP的信息，确定车辆当前的实时位置。
进一步的是，所述交通信息模块通过采集V2I的信息，结合车辆位置检测模块的车辆实时位置信息，确定当前车辆所处路段有无路口、一段时间内路口的交通灯信号状态以及当前所处道路的车速限值等。
一种无人驾驶纯电动汽车整车能量管理系统工作方法，其特征在于包括以下工作步骤：
依据障碍物检测模块的信息确定是否存在车辆及行人等障碍物；
存在障碍物，则计算障碍物的距离，如果该距离小于值value1，为保证安全，应进行紧急制动；如果该距离在值value1和value2之间，认为车辆的前方存在障碍物，但该距离大于紧急制动的距离，车辆进入制动跟随模式；如果该距离大于value2 ，则认为障碍物距离本车较远，利用交通信息模块的道路路口信息来判断当前车辆的位置距离路口的距离是否小于value3，如果小于value3，则认为车辆当前需要通过路口；如果车辆当前的位置距离路口的距离大于value3，则认为车辆不需要通过路口，车辆进入常规行驶模式。
进一步的是，所述如果小于value3，则认为车辆当前需要通过路口，结合交通信息模块的交通灯信号信息，即当前绿灯的时间长度，计算车辆顺利通过路口所需要的车速，如果车辆通过路口所需要的车速小于车辆允许车速值，则认为车辆可以顺利通过路口，车辆进入驱动通过路口模式； 如果车辆通过路口所需要的车速大于车辆允许车速值，则认为车辆不可能在允许的时间内通过路口，车辆进入制动到路口的模式。
进一步的是，所述车辆当前最高车速能力限值计算的方法为整车控制器中的10s加速能力计算模块通过获取电机的10s功率、转矩能力及动力电池的10s功率能力，结合车重估算模块中的车重信息，计算出车辆的10s加速能力；整车控制器中的60s加速能力计算模块通过获取电机的60s功率、转矩能力及动力电池的60s功率能力，结合车重估算模块中的车重信息，计算出车辆的60s加速能力；车辆加速能力计算模块通过插值的方法，计算得到不同时间段：10s、20s、30s …. 60s内的车辆加速能力限值，无人驾驶控制器通过V2I获取的信号灯状态时间T0，计算得到T0时间内车辆的最高车速信息，结合V2I中获知的当前路段内最高可允许的车速信息，车辆车速能力限值模块即可以计算得到车辆的最高车速能力。
本发明的有益效果是：本发明一种无人驾驶纯电动汽车整车能量管理系统及工作方法，基于无人驾驶控制器与整车控制器信息的有效传递，实现路况信息与车辆信息的有效融合，预判未来一段时间内的车辆行驶工况，快速的通过路口，提升车辆的平均车速，实现车辆的驱动、制动功能，在满足车辆需求车速的前提下，制定合理的工作模式，提高车辆系统的系统效率，降低车辆的电耗。
附图说明
图1是本发明无人驾驶纯电动汽车整车能量管理系统框图；
图2是本发明无人驾驶纯电动汽车整车能量管理系统工作方法框图；
图3是本发明无人驾驶纯电动汽车整车能量管理系统的车辆当前最高车速能力限值计算的框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明较佳实施例进行详细阐述，以使发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1，本发明实施例包括：一种无人驾驶纯电动汽车整车能量管理系统，在车辆工作时，无人驾驶控制器的障碍物检测模块通过采集毫米波雷达、摄像头以及激光雷达的数据，确定车辆的前方是否存在车辆、行人等障碍物以及障碍物的位置及速度等信息；无人驾驶控制器的车辆位置检测模块通过采集GPS/IMU以及MAP的信息，确定车辆当前的实时位置；无人驾驶控制器的交通信息模块通过采集V2I的信息，结合车辆位置检测模块的车辆实时位置信息，确定当前车辆所处路段有无路口、一段时间内路口的交通灯信号状态以及当前所处道路的车速限值等；无人驾驶控制器的车辆控制决策模块通过由障碍物检测模块获取的障碍物信息、车辆位置模块获取的车辆当前的实时位置、交通信息模块获取的道路状态信息以及由整车控制器获取的车辆一段时间内所能提供的加速及制动能力，计算出车辆的控制模式。
请参阅图2和图3，本发明实施例包括：一种无人驾驶纯电动汽车整车能量管理系统的工作方法，依据障碍物检测模块的信息确定是否存在车辆及行人等障碍物，如果存在障碍物，则计算障碍物的距离，如果该距离小于值value1，为保证安全，应进行紧急制动，即全部采用机械制动来有效的保证车辆制动的效果，车辆进入紧急制动模式；
如果该距离在值value1和value2之间，认为车辆的前方存在障碍物，但该距离大于紧急制动的距离，为保证车辆的舒适性及有效的回收制动能量，利用电机来进行制动跟随，车辆进入制动跟随模式；如果该距离大于value2 ，则认为障碍物距离本车较远，因此利用交通信息模块的道路路口信息来判断当前车辆的位置距离路口的距离是否小于value3，如果小于value3，则认为车辆当前需要通过路口；结合交通信息模块的交通灯信号信息，即当前绿灯的时间长度，计算车辆顺利通过路口所需要的车速，如果车辆通过路口所需要的车速小于车辆允许车速值，则认为车辆可以顺利通过路口，车辆进入驱动通过路口模式； 如果车辆通过路口所需要的车速大于车辆允许车速值，则认为车辆不可能在允许的时间内通过路口，车辆进入制动到路口的模式；如果车辆当前的位置距离路口的距离大于value3，则认为车辆不需要通过路口，车辆进入常规行驶模式。
车辆当前最高车速能力限值计算的方法：
整车控制器中的10s加速能力计算模块通过获取电机的10s功率、转矩能力及动力电池的10s功率能力，结合车重估算模块中的车重信息，计算出车辆的10s加速能力；整车控制器中的60s加速能力计算模块通过获取电机的60s功率、转矩能力及动力电池的60s功率能力，结合车重估算模块中的车重信息，计算出车辆的60s加速能力；车辆加速能力计算模块通过插值的方法，计算得到不同时间段：10s,20s,30s …. 60s内的车辆加速能力限值。无人驾驶控制器通过V2I获取的信号灯状态时间T0，计算得到T0时间内车辆的最高车速信息，结合V2I中获知的当前路段内最高可允许的车速信息，车辆车速能力限值模块即可以计算得到车辆的最高车速能力。
本发明一种无人驾驶纯电动汽车整车能量管理系统及工作方法，基于无人驾驶控制器与整车控制器信息的有效传递，实现路况信息与车辆信息的有效融合，预判未来一段时间内的车辆行驶工况，快速的通过路口，提升车辆的平均车速，实现车辆的驱动、制动功能，在满足车辆需求车速的前提下，制定合理的工作模式，提高车辆系统的系统效率，降低车辆的电耗。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种无人驾驶纯电动汽车整车能量管理系统，其特征在于：包括无人驾驶控制器、整车控制器和车辆信息，所述无人驾驶控制器包括障碍物检测模块、车辆位置检测模块、交通信息模块和车辆控制决策模块；
所述障碍物检测模块确定车辆的前方是否存在车辆、行人等障碍物以及障碍物的位置及速度等信息；
所述车辆位置检测模块确定车辆当前的实时位置；
所述交通信息模块确定当前车辆所处路段有无路口、一段时间内路口的交通灯信号状态以及当前所处道路的车速限值等；
所述车辆控制决策模块通过由障碍物检测模块获取的障碍物信息、车辆位置模块获取的车辆当前的实时位置、交通信息模块获取的道路状态信息以及由整车控制器获取的车辆一段时间内所能提供的加速及制动能力，计算出车辆的控制模式；
整车控制器控制电机转速需求。
2.根据权利要求1所述的无人驾驶纯电动汽车整车能量管理系统，其特征在于：所述障碍物检测模块通过采集毫米波雷达、摄像头以及激光雷达的数据，确定车辆的前方是否存在车辆、行人等障碍物以及障碍物的位置及速度等信息。
3.根据权利要求1所述的无人驾驶纯电动汽车整车能量管理系统，其特征在于：所述车辆位置检测模块通过采集GPS/IMU以及MAP的信息，确定车辆当前的实时位置。
4.根据权利要求1所述的无人驾驶纯电动汽车整车能量管理系统，其特征在于：所述交通信息模块通过采集V2I的信息，结合车辆位置检测模块的车辆实时位置信息，确定当前车辆所处路段有无路口、一段时间内路口的交通灯信号状态以及当前所处道路的车速限值等。
5.一种无人驾驶纯电动汽车整车能量管理系统工作方法，其特征在于包括以下工作步骤：
依据障碍物检测模块的信息确定是否存在车辆及行人等障碍物；
存在障碍物，则计算障碍物的距离，如果该距离小于值value1，为保证安全，应进行紧急制动；如果该距离在值value1和value2之间，认为车辆的前方存在障碍物，但该距离大于紧急制动的距离，车辆进入制动跟随模式；如果该距离大于value2 ，则认为障碍物距离本车较远，利用交通信息模块的道路路口信息来判断当前车辆的位置距离路口的距离是否小于value3，如果小于value3，则认为车辆当前需要通过路口；如果车辆当前的位置距离路口的距离大于value3，则认为车辆不需要通过路口，车辆进入常规行驶模式。
6.根据权利要求5所述的无人驾驶纯电动汽车整车能量管理系统工作方法，其特征在于：所述如果小于value3，则认为车辆当前需要通过路口，结合交通信息模块的交通灯信号信息，即当前绿灯的时间长度，计算车辆顺利通过路口所需要的车速，如果车辆通过路口所需要的车速小于车辆允许车速值，则认为车辆可以顺利通过路口，车辆进入驱动通过路口模式； 如果车辆通过路口所需要的车速大于车辆允许车速值，则认为车辆不可能在允许的时间内通过路口，车辆进入制动到路口的模式。
7.根据权利要求6所述的无人驾驶纯电动汽车整车能量管理系统工作方法，其特征在于：所述车辆当前最高车速能力限值计算的方法为整车控制器中的10s加速能力计算模块通过获取电机的10s功率、转矩能力及动力电池的10s功率能力，结合车重估算模块中的车重信息，计算出车辆的10s加速能力；整车控制器中的60s加速能力计算模块通过获取电机的60s功率、转矩能力及动力电池的60s功率能力，结合车重估算模块中的车重信息，计算出车辆的60s加速能力；车辆加速能力计算模块通过插值的方法，计算得到不同时间段：10s、20s、30s …. 60s内的车辆加速能力限值，无人驾驶控制器通过V2I获取的信号灯状态时间T0，计算得到T0时间内车辆的最高车速信息，结合V2I中获知的当前路段内最高可允许的车速信息，车辆车速能力限值模块即可以计算得到车辆的最高车速能力。
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