CN113401137A - 一种智能驾驶和巡航工况下的能量管理方法及系统 - Google Patents

一种智能驾驶和巡航工况下的能量管理方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种智能驾驶和巡航工况下的能量管理方法及系统，涉及氢能汽车技术领域，适用于急加速动力需求情景，包括如下步骤：激活智能驾驶功能和巡航功能；在急加速及高速动力需求的条件下，目标请求扭矩大于驾驶员油门踏板请求扭矩，由整车控制器VCU计算虚拟油门踏板深度；根据虚拟油门踏板深度和整车控制器VCU，计算燃料电池请求功率。本发明通过智能驾驶和巡航工况的扭矩请求来虚拟油门踏板深度，获取燃料电池功率请求，从而来满足智能驾驶和巡航工况下的加速需求。

Description

一种智能驾驶和巡航工况下的能量管理方法及系统
技术领域
本发明涉及氢能汽车技术领域，具体而言，涉及一种智能驾驶和巡航工况下的能量管理方法及系统。
背景技术
自动驾驶域控制器(ACU-Automated-driving Control Unit)是一种自动驾驶汽车或车辆高级辅助驾驶的主控制器，它能够将计算密集型传感器数据处理和传感器融合工作与控制策略开发集成到一个控制单元中，并有助于建立结构化和有组织的整车控制器网络。
ACU是专为车辆自动智能驾驶系统而开发设计的，控制器能够从多个传感器接收数据，例如摄像头、毫米波雷达、激光雷达以及云数据传输V2X等，并且通过整车控制器VCU获取车辆动态数据(例如车辆速度、踏板信号)，ACU支持基于所有输入定制控制策略和执行决策，ACU控制器输出被用于驾驶状态反馈，车辆驾驶控制以及执行车辆上的各种自动驾驶控制或辅助驾驶功能。
氢能源汽车一般均配备有燃料电池、动力电池作为动力源，但动力电池容量较小，一般小于10kwh，在人工驾驶模式下，VCU能量管理策略会根据动力电池SOC(CAN信号)及油门深度(硬线采集)进行燃料电池功率请求，通过油门深度进行燃电功率请求可以满足急加速及高速动力需求。
然而在智能驾驶及巡航非超越加速模式时，还存在无油门踏板操作的急加速工况，对于上述人工驾驶模式下的能量管理策略，已经不能完全适用。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种智能驾驶和巡航工况下的能量管理方法及系统，以解决现有人工驾驶模式下的能量管理策略不适用于智能驾驶和巡航非超越加速模式时急加速工况的能量控制技术问题。
为解决上述问题，本发明提供一种智能驾驶和巡航工况下的能量管理方法，所述能量管理方法适用于急加速动力需求情景，包括如下步骤：
S1:激活智能驾驶功能和巡航功能；
S2:在急加速及高速动力需求的条件下，目标请求扭矩大于驾驶员油门踏板请求扭矩，由整车控制器VCU计算虚拟油门踏板深度；
S3:根据虚拟油门踏板深度和整车控制器VCU，计算燃料电池请求功率。可选的，在步骤S1中，所述巡航功能包括定速巡航和自适应巡航功能，在所述巡航功能的工作模式下，所述能量管理方法采用非超越加速模式和超越加速模式。
可选的，在所述非超越加速模式时，结合动力电池SOC和虚拟油门深度的功率请求，来计算燃料电池请求功率。
可选的，在步骤S3中，所述根据虚拟油门踏板深度和整车控制器VCU，计算燃料电池请求功率，具体包括如下步骤：
S31:当处在定速巡航状态时，整车控制器VCU判断驾驶员通过巡航开关设置的目标车速与实际车速的差值，并通过PI调节计算目标请求扭矩；
S32:当处在自适应巡航状态时，整车控制器VCU接收ESP模块的加速度，并将加速度转化为目标请求扭矩进行响应，或ESP模块直接发送目标请求扭矩给整车控制器VCU进行响应。
S33:当处在自动驾驶状态时，整车控制器VCU接收智能驾驶ACU或ESP模块的加速度，并将加速度转化为目标请求扭矩进行响应，或智能驾驶ACU或ESP模块直接发送目标请求扭矩给整车控制器VCU进行响应。
可选的，所述PI调节计算具体步骤如下：
通过巡航目标车速和实际车速相减计算得到绝对正速度差；
当绝对正速度差小于一设定值时，激活闭环PI控制；
根据巡航目标车速，给定PI控制参数进行闭环控制。
可选的，所述结合动力电池SOC和虚拟油门深度的功率请求，来计算燃料电池的输出功率，具体包括：
结合动力电池SOC的功率请求，控制动力电池SOC与燃料电池请求功率的曲线；
结合虚拟油门深度的功率请求，控制虚拟油门与燃料电池请求功率的曲线；
将动力电池SOC与燃料电池的请求功率和虚拟油门与燃料电池的请求功率进行比较，并取较大值，作为请求燃料电池的输出功率。
可选的，在所述超越加速模式时，用户有操作油门踏板，所述能量管理方法的具体步骤为：
计算动力电池SOC请求的第一燃料电池请求功率；
通过整车控制器VCU采集的实际油门深度，计算第二燃料电池请求功率；
比较第一燃料电池请求功率与第二燃料电池请求功率的大小，并将较大值作为请求燃料电池的输出功率。
本发明还提供了一种巡航工况下的能量管理系统，包括：
整车控制器VCU，接收巡航请求和传感器信号；
巡航按键，与所述整车控制器VCU信号连接，用于操作巡航指令；
雷达控制器模块，通过CAN总线与所述整车控制器VCU通讯连接，用于处理各探测器所采集的信息，并将信息反映在驾驶台上的显示器中；
变速箱控制器，与所述整车控制器VCU信号连接，接收所述整车控制器VCU发送的转矩信号，并控制变速箱工作；
电机控制器，与所述变速箱控制器或整车控制器VCU信号连接，接收所述变速箱控制器或整车控制器VCU发送的转矩信号，并控制驱动电机工作；
ESP模块，与所述整车控制器VCU通讯连接，使车身处于更加稳定动态；
所述整车控制器VCU根据巡航按键接收驾驶员的加速请求，确定需要达到的目标车速；通过电机控制器控制汽车逐渐加速，同时通过ESP模块反馈的车速信号，进入车速闭环控制，并进行车速闭环控制；进入车速闭环控制后，整车控制器VCU实时判断实际车速是否达到目标车速，如果已达到，则进入定速巡航行驶模式，此时所述整车控制器VCU判断驾驶员通过巡航开关设置的目标车速与实际车速的差值，并通过PI调节计算目标请求扭矩；若进入自适应巡航行驶模式时，此时所述整车控制器VCU接收ESP模块的加速度，并将加速度转化为目标请求扭矩进行响应，或ESP模块直接发送目标请求扭矩给整车控制器VCU进行响应，变速箱控制器根据该最终的目标转矩进行前进挡位的自动切换，最终使汽车达到目标车速。
本发明还提供了一种智能驾驶工况下的能量管理系统，包括：
整车控制器VCU，接收智能驾驶请求和传感器信号；
智能驾驶控制器ACU，用于操作发射智能驾驶指令给所述整车控制器VCU，并接收所述整车控制器VCU的控制信号；
雷达控制器模块，通过LIN总线与所述智能驾驶控制器ACU通讯，所述智能驾驶控制器ACU通过CAN总线与仪表进行探测信息的通讯；
ESP模块，与所述整车控制器VCU和所述智能驾驶控制器ACU通讯，能够在失控状态下更加稳定车身动态。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
1、通过氢能源汽车在智能驾驶工况时，整车控制器VCU通过硬线采集油门踏板深度为零，急加速动力需求可以通过本发明中智能驾驶工况下的扭矩请求，来虚拟油门踏板深度，获取燃料电池功率请求，从而来满足智能驾驶工况加速需求；
2、氢能源汽车定速巡航、ACC自适应巡航非超越加速模式时，驾驶员不需操作油门踏板，整车控制器VCU通过硬线采集油门踏板深度为零，用户调节巡航系统“复位加/长按加”等急加速动力需求，可以通过本发明中巡航工况下的扭矩请求，来虚拟油门踏板深度，获取燃料电池功率请求，从而来满足智能驾驶工况加速需求。
本发明还提供了一种氢能源汽车，包括智能驾驶和巡航工况下的能量管理系统，所述能量管理系统采用上述所述的智能驾驶和巡航工况下的能量管理方法。
所述氢能源汽车对于现有技术所具有的优势与上述智能驾驶和巡航工况下的能量管理方法相同，在此不再赘述。
附图说明
图1是本发明实施例中的智能驾驶和巡航工况下的能量管理方法的流程示意图；
图2是本发明实施例中步骤S3的详细流程示意图；
图3是本发明实施例中的速度控制示意图；
图4是本发明实施例中巡航工况下的能量管理系统示意图；
图5是本发明实施例中驾驶工况下的能量管理系统示意图；
图6是本发明实施例中虚拟油门-燃料电池请求功率的曲线示意图；
图7是本发明实施例中动力电池SOC与燃料电池请求功率的曲线示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
请参考图1-7所示，本发明实施例提供一种智能驾驶和巡航工况下的能量管理方法，该能量管理方法特别适用于急加速动力需求情景，具体包括如下步骤：
S1:激活智能驾驶功能和巡航功能；
S2:在急加速及高速动力需求的条件下，目标请求扭矩大于驾驶员油门踏板请求扭矩，由整车控制器VCU计算虚拟油门踏板深度；
S3:根据虚拟油门踏板深度和整车控制器VCU，计算燃料电池请求功率。具体地，在本发明的实施例中，在步骤S1中，巡航功能包括定速巡航功能和自适应巡航功能。在巡航功能的工作模式下，本发明实施例中的能量管理方法采用非超越加速模式和超越加速模式。
需要说明的是，定速巡航系统(CRUISE CONTROL SYSTEM)缩写为CCS，又称为定速巡航行驶装置、速度控制系统、自动驾驶系统等。定速巡航功能的作用为：按司机要求的速度，闭合定速巡航开关之后，不用踩油门踏板就自动地保持车速，使车辆以固定的速度行驶，采用了这种装置，当在高速公路上长时间行车后，司机就不用再去控制油门踏板，减轻了驾驶疲劳，同时减少了不必要的车速变化，可以节省燃料。
自适应巡航控制系统(Adaptive Cruise Control，ACC)是对传统定速巡航控制系统的升级，该系统既可以使车辆保持驾驶员设定的速度，也可以使驾驶车辆与前车保持驾驶员设定的以时间来衡量的距离行驶。当驾驶员设定好期望车速以及与前车之间的车间时距后，有前方车辆时，驾驶车辆会根据设定的跟车距离进行驾驶，前车加速则跟着加速，前车减速则跟着减速，同时也可跟随前车停止而停止本车；如果没有前车，自适应巡航控制系统ACC将像传统的巡航系统那样工作，根据设定的期望车速值行驶。
在自适应巡航控制系统ACC的工作过程中，在跟随前车进行加速、减速行驶或者进行定速巡航行驶时，当驾驶员踩下油门踏板，以提升车速超越前方车辆或接管车辆按照驾驶员意图行驶车辆的过程，简称为驾驶员超越模式。
而本实施例中的非超越加速模式具体指:用户无主动超车操作，未操作油门踏板，通过巡航按键实现加速。
超越加速模式具体指：用户操作油门踏板进行加速超车。
具体地，结合图4、5所示，在非超越加速模式时，结合动力电池SOC和虚拟油门深度的功率请求，来计算燃料电池请求功率。
具体地，结合图2所示，在步骤S3中，根据虚拟油门踏板深度和整车控制器VCU，计算燃料电池功率请求，具体包括如下步骤：
当处在定速巡航模式时：整车控制器VCU判断驾驶员通过巡航开关设置的目标车速与实际车速差值，通过PI调节计算目标请求扭矩，期间不需要用到虚拟油门，通过虚拟油门踏板深度查表，获得燃料电池的请求功率；
当处在自适应巡航模式时：整车控制器VCU接收ESP模块的加速度，并将加速度转化为目标请求扭矩进行响应，或ESP模块直接发送目标请求扭矩给整车控制器VCU进行响应，此时，整车控制器VCU无需进行PI控制；
当处在自动驾驶模式时：整车控制器VCU接收智能驾驶ACU或ESP模块的加速度，并将加速度转化为目标请求扭矩进行响应，或智能驾驶ACU或ESP模块直接发送目标请求扭矩给整车控制器VCU进行响应，此时整车控制器VCU也无需进行PI控制。
具体地，在本发明的实施例中，所述PI调节计算具体控制步骤如下：
通过巡航目标车速和实际车速相减计算得到绝对正速度差；
当绝对正速度差小于一设定值时，激活闭环PI控制；
根据巡航目标车速，给定PI控制参数进行闭环控制。
具体地，所述结合动力电池SOC和虚拟油门深度的功率请求，来计算燃料电池请求功率，具体包括：
步骤1：结合动力电池SOC的功率请求，控制动力电池SOC与燃料电池请求功率的曲线；
如图5所示的控制动力电池SOC-燃料电池请求功率的曲线，其中A＝[0 30 70100]，A为动力电池SOC；B＝[PowerMax 30 5 0]，B为燃料电池的需求功率。
步骤2：结合虚拟油门深度的功率请求，控制虚拟油门与燃料电池请求功率的曲线；
步骤3：将动力电池SOC与燃料电池的请求功率和虚拟油门与燃料电池的请求功率进行比较，并取较大值，作为请求燃料电池的输出功率。
在本发明的实施例中，当汽车处在非超越加速模式时，结合动力电池SOC、虚拟油门深度来请求燃料电池的输出功率，具体包括如下步骤
首先，根据目标扭矩TorObj进行计算虚拟油门踏板深度AccDeepth，计算方法如下：
AccDeepth＝TorObj/Tmax*100；
其中，Tmax为当前转速下的电机外特性的最大输出扭矩，对于固定的车辆，驱动电机设计的最大输出功率为P，当前车速的电机转速为n，则有：
Tmax＝P*9550/n；
其次，根据虚拟油门踏板深度，查表虚拟油门-燃料电池请求功率的曲线；示例如图4所示，当然，虚拟油门-燃料电池请求功率的曲线可以根据系统参数及调试进行标定。
在本实施例中，请参考图4所示，X＝[0 50 80 100]，X为虚拟油门踏板深度；Y＝[015 30 PowerMax]，Y为燃料电池的需求功率，PowerMax为燃料电池的最大输出功率，最大输出功率可根据车辆情况灵活标定，在本实施例中，燃料电池的最大输出功率PowerMax>＝30kw,取值如40kw)。
具体地，在本发明的实施例中，在超越加速模式时，用户有操作油门踏板,则此时能量管理方法的具体步骤为：
步骤1：计算动力电池SOC请求的第一燃料电池请求功率；
步骤2：通过整车控制器VCU采集的实际油门踏板深度，计算第二燃料电池请求功率；
步骤3：比较第一燃料电池请求功率与第二燃料电池请求功率的大小，并将较大值作为请求燃料电池的请求功率。
如图6所示，本发明的实施例还提供了一种巡航工况下的能量管理系统，包括：
整车控制器VCU，接收巡航请求和传感器信号；
巡航按键，与所述整车控制器VCU信号连接，用于操作巡航指令；
雷达控制器模块，通过CAN总线与所述整车控制器VCU通讯连接，用于处理各探测器所采集的信息，并将信息反映在驾驶台上的显示器中；
变速箱控制器，与所述整车控制器VCU信号连接，接收所述整车控制器VCU发送的转矩信号，并控制变速箱工作；
需要说明的是，有换挡车型的则有变速箱控制器，无换挡车型的则无该模块。
电机控制器，与变速箱控制器或整车控制器VCU信号连接，接收变速箱控制器或整车控制器VCU发送的转矩信号，并控制驱动电机工作；
ESP模块，与整车控制器VCU通讯连接，使车身处于更加稳定动态。
整车控制器VCU根据巡航按键接收驾驶员的加速请求，确定需要达到的目标车速；通过电机控制器控制汽车逐渐加速，同时通过ESP模块反馈的车速信号，进入车速闭环控制，并进行车速闭环控制；进入车速闭环控制后，整车控制器VCU实时判断实际车速是否达到目标车速，如果已达到，则进入定速巡航行驶模式，此时所述整车控制器VCU判断驾驶员通过巡航开关设置的目标车速与实际车速的差值，并通过PI调节计算目标请求扭矩；若进入自适应巡航行驶模式时，此时整车控制器VCU接收ESP模块的加速度，并将加速度转化为目标请求扭矩进行响应，或ESP模块直接发送目标请求扭矩给整车控制器VCU进行响应，变速箱控制器根据该最终的目标转矩进行前进挡位的自动切换，最终使汽车达到目标车速。
如图7所示，本发明的实施例还提供了一种智能驾驶工况下的能量管理系统，包括：
整车控制器VCU，接收智能驾驶请求和传感器信号；
智能驾驶控制器ACU，用于操作发射智能驾驶指令给整车控制器VCU，并接收整车控制器VCU的控制信号；
雷达控制器模块，与智能驾驶控制器ACU通讯，智能驾驶控制器ACU通过CAN总线与仪表进行探测信息的通讯；
ESP模块，与整车控制器VCU和智能驾驶控制器ACU通讯，能够在失控状态下更加稳定车身动态。
本发明实施例中还提供了一种氢能源汽车，包括智能驾驶和巡航工况下的能量管理系统，所述能量管理系统采用上述所述的智能驾驶和巡航工况下的能量管理方法。
氢能源汽车对于现有技术所具有的优势与上述智能驾驶和巡航工况下的能量管理方法相同，在此不再赘述。
虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种智能驾驶和巡航工况下的能量管理方法，其特征在于，所述能量管理方法适用于急加速动力需求情景，包括如下步骤：
S1:激活智能驾驶功能和巡航功能；
S2:在急加速及高速动力需求的条件下，目标请求扭矩大于驾驶员油门踏板请求扭矩，由整车控制器VCU计算虚拟油门踏板深度；
S3:根据虚拟油门踏板深度和整车控制器VCU，计算燃料电池请求功率。
2.根据权利要求1所述的智能驾驶和巡航工况下的能量管理方法，其特征在于，在步骤S1中，所述巡航功能包括定速巡航和自适应巡航功能，在所述巡航功能的工作模式下，所述能量管理方法采用非超越加速模式和超越加速模式。
3.根据权利要求2所述的智能驾驶和巡航工况下的能量管理方法，其特征在于，在所述非超越加速模式时，结合动力电池SOC和虚拟油门深度的功率请求，来计算燃料电池请求功率。
4.根据权利要求1所述的智能驾驶和巡航工况下的能量管理方法，其特征在于，在步骤S3中，所述根据虚拟油门踏板深度和整车控制器VCU，计算燃料电池请求功率，具体包括如下步骤：
S31:当处在定速巡航状态时，整车控制器VCU判断驾驶员通过巡航开关设置的目标车速与实际车速的差值，并通过PI调节计算目标请求扭矩；
S32:当处在自适应巡航状态时，整车控制器VCU接收ESP模块的加速度，并将加速度转化为目标请求扭矩进行响应，或ESP模块直接发送目标请求扭矩给整车控制器VCU进行响应；
S33:当处在自动驾驶状态时，整车控制器VCU接收智能驾驶ACU或ESP模块的加速度，并将加速度转化为目标请求扭矩进行响应，或智能驾驶ACU或ESP模块直接发送目标请求扭矩给整车控制器VCU进行响应。
5.根据权利要求4所述的智能驾驶和巡航工况下的能量管理方法，其特征在于，所述PI调节计算具体步骤如下：
通过巡航目标车速和实际车速相减计算得到绝对正速度差；
当绝对正速度差小于一设定值时，激活闭环PI控制；
根据巡航目标车速，给定PI控制参数进行闭环控制。
6.根据权利要求3所述的智能驾驶和巡航工况下的能量管理方法，其特征在于，所述结合动力电池SOC和虚拟油门深度的功率请求，来计算燃料电池的输出功率，具体包括：
结合动力电池SOC的功率请求，控制动力电池SOC与燃料电池请求功率的曲线；
结合虚拟油门深度的功率请求，控制虚拟油门与燃料电池请求功率的曲线；
将动力电池SOC与燃料电池的请求功率和虚拟油门与燃料电池的请求功率进行比较，并取较大值，作为请求燃料电池的输出功率。
7.根据权利要求2所述的智能驾驶和巡航工况下的能量管理方法，其特征在于，在所述超越加速模式时，用户有操作油门踏板，所述能量管理方法的具体步骤为：
计算动力电池SOC请求的第一燃料电池请求功率；
通过整车控制器VCU采集的实际油门深度，计算第二燃料电池请求功率；
比较第一燃料电池请求功率与第二燃料电池请求功率的大小，并将较大值作为请求燃料电池的输出功率。
8.一种巡航工况下的能量管理系统，其特征在于，包括：
整车控制器VCU，接收巡航请求和传感器信号；
巡航按键，与所述整车控制器VCU信号连接，用于操作巡航指令；
雷达控制器模块，通过CAN总线与所述整车控制器VCU通讯连接，用于处理各探测器所采集的信息，并将信息反映在驾驶台上的显示器中；
变速箱控制器，与所述整车控制器VCU信号连接，接收所述整车控制器VCU发送的转矩信号，并控制变速箱工作；
电机控制器，与所述变速箱控制器或整车控制器VCU信号连接，接收所述变速箱控制器或整车控制器VCU发送的转矩信号，并控制驱动电机工作；
ESP模块，与所述整车控制器VCU通讯连接，使车身处于更加稳定动态；
所述整车控制器VCU根据巡航按键接收驾驶员的加速请求，确定需要达到的目标车速；通过电机控制器控制汽车逐渐加速，同时通过ESP模块反馈的车速信号，进入车速闭环控制，并进行车速闭环控制；进入车速闭环控制后，整车控制器VCU实时判断实际车速是否达到目标车速，如果已达到，则进入定速巡航行驶模式，此时所述整车控制器VCU判断驾驶员通过巡航开关设置的目标车速与实际车速的差值，并通过PI调节计算目标请求扭矩；若进入自适应巡航行驶模式时，此时所述整车控制器VCU接收ESP模块的加速度，并将加速度转化为目标请求扭矩进行响应，或ESP模块直接发送目标请求扭矩给整车控制器VCU进行响应，变速箱控制器根据该最终的目标转矩进行前进挡位的自动切换，最终使汽车达到目标车速。
9.一种智能驾驶工况下的能量管理系统，其特征在于，包括：
整车控制器VCU，接收智能驾驶请求和传感器信号；
智能驾驶控制器ACU，用于操作发射智能驾驶指令给所述整车控制器VCU，并接收所述整车控制器VCU的控制信号；
雷达控制器模块，与所述智能驾驶控制器ACU通讯，所述智能驾驶控制器ACU通过CAN总线与仪表进行探测信息的通讯；
ESP模块，与所述整车控制器VCU和所述智能驾驶控制器ACU通讯，能够在失控状态下更加稳定车身动态。
10.一种氢能源汽车，其特征在于，包括智能驾驶和巡航工况下的能量管理系统，所述能量管理系统采用权利要求1-7任一项所述的智能驾驶和巡航工况下的能量管理方法。
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