CN113246726B - 一种基于动态规划的行驶安全控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于动态规划的行驶安全控制方法，所述方法包括：采集内燃车辆脚踏板模拟信号并转换为转速发给电子控制单元；获取车辆的实时车速；监测车辆相对于水平面的倾斜角度；根据倾斜角度计算出对应的倾角系数；基于工业车辆的负载重量得到负载系数；计算负载系数和倾角系数后，分别乘以车辆限速值，得到用于控制车辆速度的最终限速值；根据检测到的实时车速与车速限制值，通过滞环算法和比例积分微分运算对内燃车辆进行速度控制。

Description

一种基于动态规划的行驶安全控制方法

本发明是申请号为202011005125.5，申请日为2020年9月22日，申请类型为发明，申请名称为一种内燃工业车辆的限速方法及装置的分案申请。

技术领域

本发明涉及安全驾驶技术领域，尤其涉及一种基于动态规划的行驶安全控制方法。

背景技术

内燃工业车辆广泛应用于工业生产运输的各个环节，其复杂的工作环境、路况、工况等对负载能力、路况适应性和车辆控制提出了更高的要求。现有技术中，对于内燃工业车辆的速度控制方案通常需要额外增加一些传感器来实现限速的目的，传感器本身成本较高且容易出现故障，且传感器外置也存在损坏后影响功能等情况。而且限速值无法调整及限速时车辆冲击较大，给驾驶者带来很强的不舒适感，很多情况下，突然熄火或者速度锐减也容易引发事故。如何解决现有限速方案成本高且容易引起驾驶员不适的问题，是目前本领域技术人员函待解决的一个问题。另外，目前己有的限速方法通常是对速度踏板行程进行机械限制，该方法简单易行，但是对于不同档位状态和不同负载状态无法保持一致的限速性能。比如在同样档位，将重载时速度限制在某阈值，空载时速度就远超过该阈值，安全问题并没有得到有效解决；反过来，将空载时速度限制在一个阈值时，重载时速度就会变得很慢，降低了生产效率。

中国专利CN104150402A公开了一种工业车辆和用于控制工业车辆的方法。该工业车辆包括液压机构、操作杆、泵、液压控制阀单元、杆操作检测器、内燃发动机控制器、以及控制液压控制阀单元的阀控制器。当杆操作检测器在内燃发动机的速度小于或等于预定速度的情况下检测到操作杆的操作时，阀控制器操作液压控制阀单元以排出液压油而不将液压油供给至液压机构，并且指示内燃发动机控制器增大内燃发动机的速度，以及随后操作液压控制阀单元以向液压机构供给液压油。该方法是通过电子控制单元(ECU)控制的，同样存在上述技术问题。

公开号为CN111169284A的中国专利公开了一种内燃叉车用限速报警控制方法，在车体的实际速度V远小于预设速度V1时，车体可正常行驶，以保证驾驶员驾驶的顺畅性，当车体的实际速度V快要接近预设速度V1时，即当车体的实际速度V大于临界速度V2时，提前对车体进行限速操作，且这种限速操作是通过降低油门踏板的最大开度对应发动机转速的方式来实现，即油门踏板最大开度对应预设速度V1所对应的发动机转速R1。该专利通过使实际速度V和临界速度V2的对比，以实现对实际速度V的控制和调节。

公开号为CN108340916A公开了一种车辆定速行驶控制方法和控制装置，将速度下阈值与设定目标速度之间以及设定目标速度与速度上阈值之间均划分为至少两个速度区间，各速度区间一一对应有油门开度调节量，当车速位于速度下阈值和速度上阈值之间时，对于每个采集周期，根据车辆的实际速度所处的速度区间确定对应的油门开度调节量，然后以实际油门开度与油门开度调节量的叠加值控制车辆行驶。对实际速度V的精准控制和调节。

公开号为CN107117030B公开了一种车辆主动限速控制系统和控制方法，涉及汽车安全驾驶控制领域。本系统包括方向盘控制按钮、限速值获取模块、限速控制器和发动机。方向盘控制按钮用于选择正常行驶模式、一般限速模式和地图限速模式中的一种。限速值获取模块用于获取限速值。限速控制器用于根据功能模式，结合实时车速值和限速值，综合处理和计算后实现车辆自动限速功能。

公开号为CN109291930A公开了一种自动驾驶汽车的车速调节方法、汽车及可读存储介质，方法包括：获取所述汽车行驶过程中的实时车速、期望车速以及实时行驶坡度差值；判断所述实时行驶坡度差值是否小于预设阈值；当所述实时行驶坡度差值小于预设阈值时，根据所述实时车速以及所述期望车速，通过比例积分微分PID算法调节所述汽车的车速。该专利公开了通过道路坡面的角度控制车辆行驶速度，但仅仅是为了使车速控制方法适应于坡路面。

现有技术存在不能在车辆处于载重或倾斜的情况下，灵敏地调节车辆最终速限速值的问题，因此需要一种方法或装置解决上述问题。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供一种内燃工业车辆的限速方法，所述方法包括：采集内燃车辆脚踏板模拟信号并转换为转速发给电子控制单元；获取车辆的实时车速；根据检测到的实时车速与车速限制值，通过滞环算法和比例积分微分运算对内燃车辆进行速度控制。

根据一种优选的实施方式，所述滞环算法的处理过程是：当实时车速低于车速限制值第一阈值时，转速限制值复位为最大转速，当实时车速高于车速限制值第一阈值低于车速限制值第二阈值时，不进行限速处理，当目前实时车速高于限速值第二阈值低于限速值第三阈值时，启用比例积分微分运算。

根据一种优选的实施方式，比例积分微分运算的系数根据不同工况自适应调整。

根据一种优选的实施方式，当实时车速高于车速限制值时，自主控制发动机减少喷油量，降低车速至实时车速不大于所述车速限制值。

根据一种优选的实施方式，所述车速限制值包括第一限速值和第二限速值，第一限速值通过导航地图实时获取，第二限速值手动设定。

根据一种优选的实施方式，车辆运行包括第一限速模式和第二限速模式，第一限速模式下采用第一限速值，第二限速模式下采用第二限速值，手动设定第一限速模式或第二限速模式。

根据一种优选的实施方式，所述方法还包括：连续监测工业车辆工作过程中每一时刻的倾斜信号，基于相对于倾斜阈值的倾斜信号的值控制工业车辆的车速。

根据一种优选的实施方式，基于工业车辆的负载重量得到负载系数，负载系数乘以车辆限速值得到负载限速值，其中，所述负载系数小于等于1。

本发明还提供一种内燃工业车辆的限速装置，所述装置包括限速模块，速度传感器和电子控制单元。所述限速模块采集内燃车辆脚踏板模拟信号并转换为转速发给电子控制单元。所述速度传感器获取车辆的实时车速。所述限速模块根据检测到的实时车速与设定的车速限制值，通过滞环算法和比例积分微分运算对内燃车辆进行速度控制。

根据一种优选的实施方式，所述滞环算法的处理过程是：当实时车速低于车速限制值第一阈值时，转速限制值复位为最大转速，当实时车速高于车速限制值第一阈值低于车速限制值第二阈值时，不进行限速处理，当目前实时车速高于限速值第二阈值低于限速值第三阈值时，启用比例积分微分运算。

本发明的有益技术效果：本发明可以实现内燃工业车辆的限速功能，无论平地、爬坡、下坡等任何工况都可以限速。本发明可以内嵌在内燃工业车辆仪表中使用，也可以开发成专门用于内燃工业车辆限速的一个限速模块产品，用户只要在仪表上或限速模块上设置限速值即可，使用便捷，安全性能高。

附图说明

图1是本发明的限速方法的整体流程图；

图2是本发明的滞环算法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图1和2进行详细说明。

本发明提供一种内燃工业车辆的限速方法，方法包括：采集内燃车辆脚踏板模拟信号并转换为转速发给电子控制单元；获取车辆的实时车速；根据检测到的实时车速与车速限制值，通过滞环算法和比例积分微分运算对内燃车辆进行速度控制。

滞环控制本质是一个振荡器，其中比较器定义了开关输出的高低阈值，比较器中参考端和输出反馈对比，进而实现对输出的闭环控制。滞环控制成本低，设计相对简单，契合于负载相对稳定的应用。滞环控制的开关管开关控制简单，只需将输出电压的跌落和过冲恢复到一定范围，电路就可实现负载的迅速响应。

比例积分微分控制，简称PID控制，算法简单、鲁棒性好和可靠性高，被广泛应用于工业过程控制。根据给定值和实际输出值构成控制偏差，将偏差按比例、积分和微分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。常规PID控制器是一种线性控制器。

PID控制器具有比例环节、积分环节和微分环节。比例环节即时成比例地反应控制系统的偏差信号e(t)，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用以减小误差。当偏差e＝0时，控制作用也为0。因此，比例控制是基于偏差进行调节的，即有差调节。积分环节：能对误差进行记忆，主要用于消除静差，提高系统的无差度，积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti，Ti越大，积分作用越弱，反之则越强。微分环节：能反映偏差信号的变化趋势(变化速率)，并能在偏差信号值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减小调节时间。从时间的角度讲，比例作用是针对系统当前误差进行控制，积分作用则针对系统误差的历史，而微分作用则反映了系统误差的变化趋势。

根据一种优选的实施方式，滞环算法的处理过程是：当实时车速低于车速限制值第一阈值时，转速限制值复位为最大转速，当实时车速高于车速限制值第一阈值低于车速限制值第二阈值时，不进行限速处理，当目前实时车速高于车速限制值第二阈值低于车速限制值第三阈值时，启用比例积分微分运算。优选的，第一阈值为50％，第二阈值为80％，第三阈值为90％。优选的，第一阈值、第二阈值、第三阈值根据工况手动设定。

根据一种优选的实施方式，比例积分微分运算的系数根据不同工况自适应调整。

根据一种优选的实施方式，当实时车速高于车速限制值时，自主控制发动机减少喷油量，降低车速至实时车速不大于车速限制值。

根据一种优选的实施方式，车速限制值包括第一限速值和第二限速值，第一限速值通过导航地图实时获取，第二限速值手动设定。

根据一种优选的实施方式，车辆运行包括第一限速模式和第二限速模式，第一限速模式下采用第一限速值，第二限速模式下采用第二限速值，手动设定第一限速模式或第二限速模式。优选的，第二限速值小于第一限速值。

通过设定第一限速模式和第二限速模式，在第一限速模式下通过导航地图来实时获取第一限速值，在第二限速模式下手动设定第二限速值，能够根据具体工况选择相适应的运行模式。例如，在坡度大、路线变化大和路面不平等复杂工况和路况下，选择第二限速模式，根据工况设定第二限速值，保证复杂工况下的安全。在相对简单的工况下，选择第一限速模式，通过导航地图实时获取第一限速值来控制车辆速度，使限速操作自动进行，简化限速人工操作流程。

优选的，导航地图实时提供的第一限速值是在相同工况下，相同位置处，操作人员在使用第二限速模式时手动设定的第二限速值的多人多次的平均值。例如，根据一种具体实施方式，在某一工况下，第一操作人员选择第二限速模式，在此工作过程中，每一位置处手动设定的第二限速值被记录。类似的，该第一操作人员在该工况下，多次重复工作，均采用第二限速模式，每一位置处手动设定的第二限速值被记录。类似的，多个操作人员在此工况下使用第二限速模式时手动设定的第二限速值被记录。手动设定的第二限速值被记录至导航地图模块。多人多次的，优选是10人次以上的手动设定的第二限速值的平均值为第一限速值，当操作人员选择第一限速模式时由导航地图提供给车辆。优选的，发生危险或事故时所设定的第二限速值被排除出第一限速值的计算。通过这种方式，能够准确得到能够保证某工况下的每一位置处的工作安全的第一限速值，保证第一限速模式下的工作安全性。

根据一种优选的实施方式，方法还包括：连续监测工业车辆工作过程中每一时刻的倾斜信号，基于相对于倾斜阈值的倾斜信号的值控制工业车辆的车速。根据一种具体的实施方式，通过倾角传感器连续监测工业车辆工作过程每一时刻相对于水平面的倾斜角度，根据倾斜角度计算出对应的倾角系数，倾角系数与车辆限速值相乘得到倾斜限速值，根据倾斜限速值控制车辆速度。优选的，车辆与水平方向夹角为0时，倾角系数为1。当倾斜角度大于30度时，车辆强行制动。优选的，上坡时的倾角系数大于下坡时的倾角系数。优选的，下坡时的倾角系数是上坡时的倾角系数的0.90至0.95。优选的，倾斜角度为30度时，上坡时的倾角系数是0.6。根据一种具体实施方式，倾角系数相对于倾斜角度线性变化。根据另一种更优选实施方式，倾角系数相对于倾斜角度非线性变化，优选的，倾角系数相对于倾斜角度变化的二阶来调节。通过这种方式，能够进一步地根据车辆在不同工况下的倾斜情况调整车辆的限速值，预防车辆倾斜对车辆速度或车速失控造成的影响，保证车辆在上坡和下坡时的安全性。尤其是在上坡和下坡是设置不同的倾角系数，倾角系数根据倾斜角度的二阶变化调节，能够更加灵敏地反映倾斜角度的变化并以此调节车辆限速值，进一步提高安全性。

根据一种优选的实施方式，基于工业车辆的负载重量得到负载系数，负载系数乘以车辆限速值得到负载限速值。其中，负载系数小于等于1。优选的，负载系数随负载重量增加而减小。负载系数随负载重量变化的二阶进行调节。优选的，负载重量是车辆的最大载重量时，负载系数为0.75。通过这种方式，能够灵敏地根据负载重量的变化精细调节车辆限速值，确保安全运行。

优选的，计算负载系数和倾角系数后，分别乘以车辆限速值，得到用于控制车辆速度的最终限速值。优选的，当负载系数小于第四阈值且倾角系数小于第五阈值时，负载系数相对于负载重量变化的三阶进行调节，倾角系数根据倾斜角度变化的三阶进行调节。优选的，第四阈值是0.80，第五阈值是0.85。优选的，第五阈值大于第四阈值。通过这种方式，在车辆重载且处于倾斜工作状态时，更加灵敏地调节车辆限速值，剑侠这种工况下的事故发生率。根据模拟计算，在重载且倾斜的工作状态下，倾斜角度过大所造成事故的概率大于重载造成事故的概率，因此，设置第五阈值大于第四阈值。优选的，第四阈值和第五阈值不可手动调节。

本发明还提供一种内燃工业车辆的限速装置，所述装置包括限速模块，速度传感器和电子控制单元。限速模块采集内燃车辆脚踏板模拟信号并转换为转速发给电子控制单元。速度传感器获取车辆的实时车速。限速模块根据检测到的实时车速与设定的车速限制值，通过滞环算法和比例积分微分运算对内燃车辆进行速度控制。

根据一种优选的实施方式，所述滞环算法的处理过程是：当实时车速低于车速限制值第一阈值时，转速限制值复位为最大转速，当实时车速高于车速限制值第一阈值低于车速限制值第二阈值时，不进行限速处理，当目前实时车速高于限速值第二阈值低于限速值第三阈值时，启用比例积分微分运算。

优选的，本发明提供一种车辆主动限速控制系统，包括方向盘控制按钮，用于选择功能模式。功能模式包括正常行驶模式和限速功能模式，其中，限速功能模式包括一般限速模式和地图限速模式。限速值获取模块用于获取限速值。限速控制器包括用于获取所述车辆的实时车速值的速度传感器。限速控制器用于根据选择的功能模式，结合所述实时车速值和所述限速值，综合处理和计算后发出控制指令，以实现所述车辆自动限速功能。发动机基于控制指令控制所述车辆运行。

其中，限速控制器配置成当接收到正常行驶模式的选择指示时，直接控制车辆正常行驶。当接收到限速功能模式的选择指示，且实时车速值不大于限速值时，限速控制器直接控制车辆正常行驶。当接收到限速功能模式的选择指示，且实时车速值大于所述限速值时，限速控制器自主控制所述发动机减少喷油量，降低车速直至实时车速不大于限速值。

进一步地，本系统还包括油门踏板，用于给车辆加速，以使所述车辆正常行驶；和设置于所述油门踏板上的油门踏板传感器，用于获取所述油门踏板的踩踏信号。进一步地，限速值获取模块包括GPS导航主机和速度设定模块，GPS导航主机用于当车辆处于地图限速模式时，实时获取导航地图中的第一限速值；速度设定模块用于当车辆处于一般限速模式时，手动设定第二限速值。

进一步地，本系统还包括组合仪表，实时显示实时车速和限速值，并发出闪烁显示。优选的，本系统还包括增减速设定按键，用于通过按动按键来增加或者减少所述车辆在一般限速模式时的第二限速值，其配置成当按动按键持续时间小于1s时，按键步进为1KM/次，当按动按键持续时间大于1s，则按键步进为5KM/次。

进一步地，所述限速控制器包括发动机控制模块，用于发出控制信号给发动机，控制发动机的运转，其中，速度传感器集成于所述发动机控制模块内；以及限速功能模块，用于接收来自限速值获取模块、油门踏板传感器、超车开关和速度传感器的信号，进行处理和计算之后输出信号给发动机控制模块进一步发出控制指令以控制发动机运转。

进一步地，限速功能模块包括输入单元，用于接收来自优选设于方向盘上的控制按钮发出的限速功能状态信息，并传输给中央处理单元；信号采集单元，用于接收来自限速值获取模块、油门踏板传感器和所述超车开关的信号，传输给所述中央处理单元；中央处理单元，用于接收来自于所述输入单元和所述信号采集单元的信号，处理并计算后发出信号；人机交互单元，用于通过所述组合仪表显示的实时车速值和限速值的信号来进行操作，并将信号输出给中央处理单元；和信号输出单元，用于接收来自中央处理模块的所述信号并输出给发动机控制模块。

进一步地，限速控制器还配置成当所述车辆通过方向盘控制按钮选择由正常行驶模式进入限速功能模式时的实时车速大于限速值时，不立即进入限速功能模式，直至实时车速值不大于限速值时，自动进入限速功能模式。

本发明可以实现内燃工业车辆的限速功能，无论平地、爬坡、下坡等任何工况都可以限速。本发明可以内嵌在内燃工业车辆仪表中使用，也可以开发成专门用于内燃工业车辆限速的一个限速模块产品，用户只要在仪表上或限速模块上设置限速值即可，使用便捷，安全性能高。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种基于动态规划的行驶安全控制方法，其特征在于，所述方法包括：

采集内燃车辆脚踏板模拟信号并转换为转速发给电子控制单元；

获取车辆的实时车速；

监测车辆相对于水平面的倾斜角度；

根据倾斜角度计算出对应的倾角系数；

基于工业车辆的负载重量得到负载系数；

计算负载系数和倾角系数后，分别乘以车辆限速值，得到用于控制车辆速度的负载限速值和倾斜限速值，具体如下：

负载系数乘以车辆限速值得到负载限速值，其中，所述负载系数小于等于1，且随负载重量变化的二阶进行调节；

通过倾角传感器连续监测工业车辆工作过程每一时刻相对于水平面的倾斜角度，所述倾角系数与车辆限速值相乘得到倾斜限速值，根据倾斜限速值控制车辆速度，其中倾角系数相对于倾斜角度变化的二阶来调节；

根据检测到的实时车速以及负载限速值和/或倾斜限速值，通过滞环算法和比例积分微分运算对内燃车辆进行速度控制；其中，所述滞环算法的处理过程是：当实时车速低于车速限制值第一阈值时，转速限制值复位为最大转速，当实时车速高于车速限制值第一阈值低于车速限制值第二阈值时，不进行限速处理，当目前实时车速高于限速值第二阈值低于限速值第三阈值时，启用比例积分微分运算；

所述车速限制值包括第一限速值和第二限速值，第一限速值通过导航地图实时获取，第二限速值手动设定。

2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，当负载系数小于第四阈值且倾角系数小于第五阈值时，负载系数相对于负载重量变化的三阶进行调节，倾角系数根据倾斜角度变化的三阶进行调节。

3.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，车辆运行包括第一限速模式和第二限速模式，第一限速模式下采用第一限速值，第二限速模式下采用第二限速值，手动设定第一限速模式或第二限速模式。

4.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，导航地图实时提供的第一限速值是在相同工况下，相同位置处，操作人员在使用第二限速模式时手动设定的第二限速值的多人多次的平均值。

5.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，当实时车速高于车速限制值时，自主控制发动机减少喷油量，降低车速至实时车速不大于所述车速限制值。

6.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，比例积分微分运算的系数根据不同工况自适应调整。

Images