CN114537390A - 一种适用于纯电动客车的自适应巡航控制方法及系统 - Google Patents

一种适用于纯电动客车的自适应巡航控制方法及系统 Download PDF

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朱岩朋
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Abstract

本发明提供了一种适用于纯电动客车的自适应巡航控制方法及系统，所述方案包括：获取自车车辆的环境信息及驾驶员动作信号，其中，所述环境信息包括自车车辆到前方目标的相对位置、相对速度、相对加速度以及目标类型信息；根据驾驶员动作信号确定自车目标车速；基于所述环境信息及自车目标车速，获得自车车辆的需求扭矩；基于所述需求扭矩实现自车车辆的状态控制；其中，所述状态控制包括匀速行驶、加速行驶以及减速行驶；实现自车车辆的自适应巡航控制。

Description

一种适用于纯电动客车的自适应巡航控制方法及系统
技术领域
本发明属于纯电动客车自动巡航技术领域，尤其涉及一种适用于纯电动客车的自适应巡航控制方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
发明人发现，现有用于纯电动客车的巡航控制系统为定速巡航，其无法根据前方目标车辆进行自适应巡航；同时，现有的巡航控制系统仅采用单个毫米波雷达对目标进行识别，其识别精度较低，无法满足实际需求。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提供了一种适用于纯电动客车的自适应巡航控制方法及系统，所述方案基于车载环境传感器获得的前方目标的相对位置、相对速度、相对加速度及目标类型等信息，通过融合油门踏板、多功能方向盘和刹车踏板等驾驶员信号，通过域控制器将需求扭矩信息发送给驱动电机和线控制动系统，实现车辆自动加减速，并保证自车车辆与前方车辆的相对距离控制在安全范围内，实现了纯电动客车的精准自适应巡航控制。
为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
一种适用于纯电动客车的自适应巡航控制方法，包括：
获取自车车辆的环境信息及驾驶员动作信号，其中，所述环境信息包括自车车辆到前方目标的相对位置、相对速度、相对加速度以及目标类型信息；
根据驾驶员动作信号确定自车目标车速；
基于所述环境信息及自车目标车速，获得自车车辆的需求扭矩；
基于所述需求扭矩实现自车车辆的状态控制；其中，所述状态控制包括匀速行驶、加速行驶以及减速行驶；
实现自车车辆的自适应巡航控制。
进一步的，所述根据驾驶员动作信号确定自车目标车速，具体为：
基于自车车辆多功能方向盘上自适应巡航开关打开瞬间的自车车速设定为目标车速；
或，所述目标车速通过油门踏板进行增加，当踩油门踏板给出的驱动扭矩大于自适应巡航功能给出的驱动扭矩时，车辆车速持续提高，松开油门瞬间的车速设定为目标车速；
或，所述目标车速通过刹车踏板进行降低，当踩刹车踏板给出制动扭矩时，车辆车速持续降低，松开刹车踏板瞬间的车速设定为目标车速。
进一步的，所述基于所述环境信息及自车目标车速，实现自车车辆的状态控制，具体为：
基于所述环境信息、目标车速以及车速控制策略进行自车车辆的状态控制，
其中，当前方有障碍物、目标车辆与本车的相对距离不小于设定的安全距离且实际车速为控制目标车速或目标车辆与本车的相对距离不小于安全距离，且前方车辆在加速行驶的情况下，自车车辆在目标车速匀速行驶；
当相对距离大于安全距离时，自适应巡航功能根据安全距离为目标，通过PID控制当前车辆加速度，实现加速行驶；
当相对距离小于安全距离时，通过控制驱动电机或线控制系统进行减速行驶。
进一步的，所述驾驶员动作信号包括基于自车车辆的方向及车速控制单元获得的驱动扭矩、制动扭矩以及方向信息。
一个或多个实施例提供了一种适用于纯电动客车的自适应巡航控制系统，包括域控制器，及与所述域控制器连接的方向及车速控制单元、环境传感器单元、驱动电机和线控制动单元；
所述环境传感器单元获取的目标信息与基于所述方向及车速控制单元获得的驾驶员动作信号，经域控制器处理后获得当前条件下的需求扭矩；所述域控制器将获得的需求扭矩下发到驱动电机或线控制系统，实现车辆的自动加减速；实现车辆的自适应巡航控制。
进一步的，所述方向及车速控制单元包括油门踏板、多功能方向盘及刹车踏板。
进一步的，所述环境传感器单元包括雷达传感器以及图像传感器。
进一步的，所述雷达传感器采用AR408毫米波雷达，所述图像传感器采用Motovis摄像头。
一个或多个实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如上所述的一种适用于纯电动客车的自适应巡航控制方法。
一个或多个实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述的一种适用于纯电动客车的自适应巡航控制方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本公开提供了一种适用于纯电动客车的自适应巡航控制方法及系统，所述方案通过ARS408毫米波雷达和Motovis摄像头等环境传感器，可以实现前方目标的精准识别，经域控制器处理后得到前方目标的相对位置、相对速度、相对加速度及目标类型等信息，通过融合油门踏板、多功能方向盘和刹车踏板等驾驶员信号，域控制器将需求扭矩信息发送驱动电机和线控制动系统，实现车辆自动加减速，并保证自车车辆与前方车辆的相对距离控制在安全范围内，必要时实现停车等待。
(2)所述方案域控制器可以实现域控制器与纯电动客车整车控制器的合二为一，减少一个控制器使用，也降低控制器采购成本和线束布置，提升可靠性；
(3)本公开所述方案的目标车速设定具有多样性，包括油门踏板、刹车踏板和多功能方向盘多种方式，能够更全面的适应行车过程的各种环境。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例一中所述的一种适用于纯电动客车的自适应巡航控制系统结构示意图；
图2为本发明实施例二中所述的车速控制策略示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一：
本实施例的目的是提供一种适用于纯电动客车的自适应巡航控制系统。
如图1所示，一种适用于纯电动客车的自适应巡航控制系统，包括域控制器，及与所述域控制器连接的方向及车速控制单元、环境传感器单元、驱动电机和线控制动单元；
所述环境传感器单元获取的目标信息与基于所述方向及车速控制单元获得的驾驶员动作信号，经域控制器处理后获得当前条件下的需求扭矩；所述域控制器将获得的需求扭矩下发到驱动电机或线控制系统，实现车辆的自动加减速；实现车辆的自适应巡航控制。
进一步的，所述方向及车速控制单元包括油门踏板、多功能方向盘及刹车踏板。
进一步的，所述环境传感器单元包括雷达传感器以及图像传感器。
进一步的，所述雷达传感器采用AR408毫米波雷达，所述图像传感器采用Motovis摄像头。
具体的，为了便于理解，以下结合附图对本公开所述方案进行详细说明：
本发明所述系统硬件设备主要包括毫米波雷达、单目摄像头、线控制动系统、驱动电机、多功能方向盘和域控制器。通过ARS408毫米波雷达和Motovis摄像头等感知设备，可以实现前方目标的精准识别，经域控制器处理后得到前方目标的相对位置、相对速度、相对加速度及目标类型等信息，其中，相对位置用于计算TTC，相对速度、相对加速度用于判断目标车和本车是加速还是减速，通过融合油门踏板、多功能方向盘和刹车踏板等驾驶员信号，域控制器将需求扭矩信息发送给驱动电机和线控制动系统，实现车辆自动加减速，并保证自车与目标相对距离控制在安全范围内，必要时实现停车等待。
进一步的，摄像头在横向数据和障碍物的类型方面检测更精确，毫米波雷达在纵向数据方面检测更精确，以摄像头检测到的目标为主，融合毫米波雷达的纵向数据得到更精确的相对位置、相对速度、相对加速度及目标类型等信息。
其中，所述ARS408毫米波雷达，频率为77GHz，符合汽车雷达无线电管理规定，是一款紧凑型V波段77GHz长距雷达传感器，其采用可靠的固态技术，测量距离远、测速精确、灵敏度高、易于集成、性价比高、性能稳定，具有测距与防碰撞功能。
所述Motovis感知摄像头，能够实现目标类型识别，给出目标相对位置、相对速度和相对加速度等信息；且其可以实现车道线识别，符合y＝A0+A1x+A2x+A3X3车道线方程。
所述域控制器，采用车规级芯片TC275T，具备符合J1939协议CAN报文接收和发送功能，实现多路数字量开关信号和模拟量电信号的处理，如踏板信号、车速信号、档位信号及其他输入信号，协调电机、电池包以及其他附件系统，满足驾驶扭矩需求，实现故障诊断与处理、整车状态监控、整车模式转换等功能。
所述线控制动系统，采用WABCO的线控制动系统，可以实现-5m/s2～0m/s2范围内的自由减速度。
所述驱动电机，采用精进双电机驱动系统，实现扭矩信息驱动控制。
进一步的，自适应巡航功能进入和推出条件，具体如下：
1、自适应巡航功能进入条件(各条件需同时满足)
(1)驾驶员按下功能开关为ON档；
(2)当前车辆档位处于D档；
(3)车道线曲率小于某值(本实施例中采用国标值0.002)；
(4)制动踏板开度小于1％；
(5)摄像头和毫米波雷达传感器CAN通讯正常。
2、自适应巡航功能退出条件(任一条件满足)
(1)驾驶员按下功能开关为OFF档；
(2)当前档位处于R、N档；
(3)车道线曲率大于某值(本实施例中采用国标值0.002)；
(4)制动踏板开度大于50％；
(5)摄像头和毫米波雷达传感器CAN通讯正常。
进一步的，所述适用于纯电动客车的自适应巡航控制系统，在上述硬件设置的前提下，采用实施例二中所述的适用于纯电动客车的自适应巡航控制方法(具体步骤见实施例二)实现纯电动客车的自适应巡航控制。
实施例二：
本实施例的目的是提供一种适用于纯电动客车的自适应巡航控制方法。
一种适用于纯电动客车的自适应巡航控制方法，包括：
获取自车车辆的环境信息及驾驶员动作信号，其中，所述环境信息包括自车车辆到前方目标的相对位置、相对速度、相对加速度以及目标类型信息；
根据驾驶员动作信号确定自车目标车速；
基于所述环境信息及自车目标车速，获得自车车辆的需求扭矩；
基于所述需求扭矩实现自车车辆的状态控制；其中，所述状态控制包括匀速行驶、加速行驶以及减速行驶；
实现自车车辆的自适应巡航控制。
进一步的，所述根据驾驶员动作信号确定自车目标车速，具体为：
基于自车车辆多功能方向盘上自适应巡航开关打开瞬间的自车车速设定为目标车速；
或，所述目标车速通过油门踏板进行增加，当踩油门踏板给出的驱动扭矩大于自适应巡航功能给出的驱动扭矩时，车辆车速持续提高，松开油门瞬间的车速设定为目标车速；
或，所述目标车速通过刹车踏板进行降低，当踩刹车踏板给出制动扭矩时，车辆车速持续降低，松开刹车踏板瞬间的车速设定为目标车速。
进一步的，所述基于所述环境信息及自车目标车速，实现自车车辆的状态控制，具体为：
基于所述环境信息、目标车速以及车速控制策略进行自车车辆的状态控制，
其中，当前方无障碍物、目标车辆与本车的相对距离不小于设定的安全距离且实际车速为控制目标车速或目标车辆与本车的相对距离不小于安全距离，且前方车辆在加速行驶的情况下，自车车辆在目标车速匀速行驶；
当相对距离大于安全距离时，自适应巡航功能根据安全距离为目标，通过PID控制当前车辆加速度(本实施例的加速度范围设置为-3～3m/s2)，实现加速行驶；
当相对距离小于安全距离时，通过控制驱动电机或线控制系统进行减速行驶。
进一步的，所述驾驶员动作信号包括基于自车车辆的方向及车速控制单元获得的驱动扭矩、制动扭矩以及方向信息。
具体的，为了便于理解，以下结合附图对本发明所述方法进行详细说明：
本发明所述适用于纯电动客车的自适应巡航控制方法，具体包括自车车辆目标车速设定及自适应巡航功能车速调整两个步骤；具体的：
(一)目标车速设定
(1)初始目标车速
目标车速初始值的设定是多功能方向盘上自适应巡航开关打开瞬间的自车车速设定为目标车速，需要满足自适应巡航进入条件。
(2)增加目标车速
通过油门踏板提高目标车速，当踩油门踏板给出的驱动扭矩大于自适应巡航功能给出的驱动扭矩时，车辆车速持续提高，松开油门瞬间的车速设定为目标车速；
或者，
通过多功能方向盘上的“+”按钮提高目标车速，每次按键增加目标车速值2km，并设定为目标车速。
(3)降低目标车速
通过刹车踏板降低目标车速，当踩刹车踏板给出制动扭矩时，车辆车速持续降低，松开刹车踏板瞬间的车速设定为目标车速；
或者，
通过多功能方向盘上的“-”按钮降低目标车速，每次按键降低目标车速值2km，并设定为目标车速。
(二)自适应巡航功能车速调整(如附图2所示为对应的车速控制策略示意图)
图2中的A＝车速*0.9T0，B＝相对距离-最小安全距离，C＝车速*1.1T0；其中，A为安全距离区间小值，C为安全距离区间大值，T0为标定值(相当于TTC(碰撞时间)，不同车型的T0标定值存在偏差，可根据实际需求进行设定)，车辆在安全距离区间范围内车辆保持当前车速。
(1)匀速行驶
车辆前方无障碍物(目标车)；
或者，
目标车辆与本车的相对距离不小于设定的安全距离且实际车速为控制目标车速时；
或者，
目标车辆与本车的相对距离不小于安全距离，且前方车辆在加速行驶，本车在目标车速匀速行驶。
(2)加速行驶
当相对距离大于安全距离(即B>C)时，自适应巡航功能根据安全距离为目标，通过PID控制当前车辆加速度。其中，所述相对距离为毫米波雷达和摄像头感知融合后得到。
(3)减速行驶
1)驱动电机
当相对距离小于安全距离(即B<A)且TTC(Time-To-Collision：碰撞时间)>2s时，通过域控制器给驱动电机发送负扭矩，并以目标车辆车速为目标进行匀速减速，使辆车达到相同速度且保持在安全距离范围内。其中，TTC＝相对距离/相对速度。
2)线控制动系统
当相对距离小于安全距离(即B<A)且TTC<2s时，通过域控制器给线控制动系统发送减速度，并以目标车辆车速为目标进行快速减速，使辆车达到相同速度且保持在安全距离范围内，必要时进行停车等待。
在更多实施例中，还提供：
一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成实施例一中所述的方法。为了简洁，在此不再赘述。
应理解，本实施例中，处理器可以是中央处理单元CPU，处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器DSP、专用集成电路ASIC，现成可编程门阵列FPGA或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据、存储器的一部分还可以包括非易失性随机存储器。例如，存储器还可以存储设备类型的信息。
一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成实施例一中所述的方法。
实施例一中的方法可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器、闪存、只读存储器、可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本实施例描述的各示例的单元即算法步骤，能够以电子硬件或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
上述实施例提供的一种适用于纯电动客车的自适应巡航控制方法及系统可以实现，具有广阔的应用前景。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于纯电动客车的自适应巡航控制方法，其特征在于，包括：
获取自车车辆的环境信息及驾驶员动作信号，其中，所述环境信息包括自车车辆到前方目标的相对位置、相对速度、相对加速度以及目标类型信息；
根据驾驶员动作信号确定自车目标车速；
基于所述环境信息及自车目标车速，获得自车车辆的需求扭矩；
基于所述需求扭矩实现自车车辆的状态控制；其中，所述状态控制包括匀速行驶、加速行驶以及减速行驶；
实现自车车辆的自适应巡航控制。
2.如权利要求1所述的一种适用于纯电动客车的自适应巡航控制方法，其特征在于，所述根据驾驶员动作信号确定自车目标车速，具体为：
基于自车车辆多功能方向盘上自适应巡航开关打开瞬间的自车车速设定为目标车速；
或，所述目标车速通过油门踏板进行增加，当踩油门踏板给出的驱动扭矩大于自适应巡航功能给出的驱动扭矩时，车辆车速持续提高，松开油门瞬间的车速设定为目标车速；
或，所述目标车速通过刹车踏板进行降低，当踩刹车踏板给出制动扭矩时，车辆车速持续降低，松开刹车踏板瞬间的车速设定为目标车速。
3.如权利要求1所述的一种适用于纯电动客车的自适应巡航控制方法，其特征在于，所述基于所述环境信息及自车目标车速，实现自车车辆的状态控制，具体为：
基于所述环境信息、目标车速以及车速控制策略进行自车车辆的状态控制，
其中，当前方无障碍物、目标车辆与本车的相对距离不小于设定的安全距离且实际车速为控制目标车速或目标车辆与本车的相对距离不小于安全距离，且前方车辆在加速行驶的情况下，自车车辆在目标车速匀速行驶；
当相对距离大于安全距离时，自适应巡航功能根据安全距离为目标，通过PID控制当前车辆加速度，实现加速行驶；
当相对距离小于安全距离时，通过控制驱动电机或线控制系统进行减速行驶。
4.如权利要求1所述的一种适用于纯电动客车的自适应巡航控制方法，其特征在于，所述驾驶员动作信号包括基于自车车辆的方向及车速控制单元获得的驱动扭矩、制动扭矩以及方向信息。
5.一种适用于纯电动客车的自适应巡航控制系统，其利用了如权利要求1-4任一项所述的一种适用于纯电动客车的自适应巡航控制方法，其特征在于，包括域控制器，及与所述域控制器连接的方向及车速控制单元、环境传感器单元、驱动电机和线控制动单元；
所述环境传感器单元获取的目标信息与基于所述方向及车速控制单元获得的驾驶员动作信号，经域控制器处理后获得当前条件下的需求扭矩；所述域控制器将获得的需求扭矩下发到驱动电机或线控制系统，实现车辆的自动加减速；实现车辆的自适应巡航控制。
6.如权利要求5所示的一种适用于纯电动客车的自适应巡航控制系统，其特征在于，所述方向及车速控制单元包括油门踏板、多功能方向盘及刹车踏板。
7.如权利要求5所示的一种适用于纯电动客车的自适应巡航控制系统，其特征在于，所述环境传感器单元包括雷达传感器以及图像传感器。
8.如权利要求5所示的一种适用于纯电动客车的自适应巡航控制系统，其特征在于，所述雷达传感器采用AR408毫米波雷达，所述图像传感器采用Motovis摄像头。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-4任一项所述的一种适用于纯电动客车的自适应巡航控制方法。
10.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-4任一项所述的一种适用于纯电动客车的自适应巡航控制方法。
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