CN114590233A - 一种下坡恒速控制方法、装置及存储介质 - Google Patents

一种下坡恒速控制方法、装置及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种下坡恒速控制方法、装置及存储介质，其属于车辆控制技术领域，下坡恒速控制方法包括S1、获取车辆的载荷和车辆行驶路段的坡度；S2、根据载荷、坡度、轮胎半径及行驶路段的道路阻力系数得到预控制扭矩；S3、确定车速PID闭环扭矩；S4、对预控制扭矩及车速PID闭环扭矩求和，得到最终控制扭矩；S5、根据最终控制扭矩得到控制信号，并发送至液力缓速器；S6、重复执行步骤S3～步骤S5，直至车辆的速度等于设定的下坡恒速目标车速。本发明能够具有较短的响应时间，进而使得车辆在下坡过程中，车速能够较快地稳定在下坡恒速目标车速，降低出现车速过高的几率，提高了车辆的安全性。

Description

一种下坡恒速控制方法、装置及存储介质
技术领域
本发明涉及车辆控制技术领域，尤其涉及一种下坡恒速控制方法、装置及存储介质。
背景技术
目前，车辆均设置有液力缓速器，液力缓速器是一种车辆辅助制动装置，主要应用于大型客车和重型卡车。液力缓速器包括控制器、传感器、执行器、壳体、换热器等，壳体上有储油腔和工作油腔，工作油腔内设置有转子叶轮和定子叶轮，转子叶轮与车辆变速箱输出轴同步转动，车辆行驶时，转子叶轮也会转动。液力缓速器开始工作时，控制器接收控制信号，通过控制执行器压缩空气进入储油腔，将储油腔内的介质油压入定子叶轮和转子叶轮中间腔体，转子叶轮带动介质油绕轴线旋转，并将介质油甩向定子叶轮，定子叶轮对介质油产生反作用力，介质油流出定子叶轮再转过来冲击转子叶轮，形成对转子叶轮的阻力矩，从而实现对车辆的减速。
现有技术中，通过整车控制器向液力缓速器的控制器发送控制信号，该整车控制器基于车速偏差的PID闭环控制方法对目标车速及实际车速进行处理，并得到控制信号，进而实现下坡恒速，但是，基于车速偏差的PID闭环控制方法对目标车速及实际车速进行处理的过程较慢，导致液力缓速器的响应时间较长，进而导致车辆的实际车速与设定下坡恒速目标车速之间的偏差较大，较容易造成短时间的车速过高，影响车辆的安全驾驶。
发明内容
本发明的目的在于提供一种下坡恒速控制方法、装置及存储介质，能够具有较短的响应时间，进而使得车辆在下坡过程中，车速能够较快地稳定在下坡恒速目标车速，降低出现车速过高的几率，提高了车辆的安全性。
如上构思，本发明所采用的技术方案是：
一种下坡恒速控制方法，包括：
S1、获取车辆的载荷和所述车辆行驶路段的坡度；
S2、根据所述载荷、所述坡度、所述车辆轮胎的半径及所述车辆行驶路段的道路阻力系数计算得到预控制扭矩；
S3、确定车速PID闭环扭矩；
S4、对所述预控制扭矩及车速PID闭环扭矩求和，得到最终控制扭矩；
S5、根据所述最终控制扭矩得到控制信号，并发送至液力缓速器，以使所述液力缓速器根据所述控制信号控制车辆的速度；
S6、重复执行步骤S3～步骤S5，直至所述车辆的速度等于设定的下坡恒速目标车速。
可选地，计算预控制扭矩的公式为：
T0＝(F载×sinα-f路×F载×cosα)×r
其中，T0表示预控制扭矩；F载表示车辆的载荷；α表示车辆行驶路段的坡度；f路表示车辆行驶路段的道路阻力系数；r表示车辆轮胎的半径。
可选地，在步骤S1中，实时获取车辆的载荷和所述车辆行驶路段的坡度。
可选地，在步骤S2之前，所述下坡恒速控制方法还包括：
判断所述车辆的液力缓速器是否被激活，若是，则执行步骤S2，若否，则激活所述液力缓速器。
可选地，步骤S3包括如下步骤：
S31、获取下坡恒速目标车速；
S32、获取所述车辆的实际车速；
S33、根据所述下坡恒速目标车速与所述车辆的实际车速的差值，通过PID闭环控制方法，计算得到车速PID闭环扭矩。
一种下坡恒速控制装置，用于执行上述的下坡恒速控制方法，包括：
获取模块，用于获取车辆的载荷和所述车辆行驶路段的坡度；
第一处理模块，用于根据所述载荷、所述坡度、所述车辆轮胎的半径及所述车辆行驶路段的道路阻力系数计算得到预控制扭矩；
确定模块，用于确定车速PID闭环扭矩；
第二处理模块，用于对所述预控制扭矩及车速PID闭环扭矩求和，得到最终控制扭矩；
控制模块，用于根据所述最终控制扭矩得到控制信号，并发送至液力缓速器，以使所述液力缓速器根据所述控制信号控制车辆的速度。
可选地，所述获取模块还用于实时获取车辆的载荷和所述车辆行驶路段的坡度。
可选地，下坡恒速控制装置为所述车辆的整车控制器。
可选地，所述确定模块包括：
第一获取单元，用于获取下坡恒速目标车速；
第二获取单元，用于获取所述车辆的实际车速；
确定单元，用于根据所述下坡恒速目标车速与所述车辆的实际车速的差值，通过PID闭环控制方法，计算得到所述车速PID闭环扭矩。
一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被行车控制器执行时实现如上述的下坡恒速控制方法。
本发明提供下坡恒速控制方法、装置及存储介质，先根据车辆的载荷、车辆行驶路段的坡度、车辆轮胎的半径以及车辆行驶路段的道路阻力系数计算得到预控制扭矩，然后得到车速PID闭环扭矩，之后对预控制扭矩与车速PID闭环扭矩求和，得到最终控制扭矩，多次更新车速PID闭环扭矩，使得最终控制扭矩逐渐接近将车辆的速度控制为设定的下坡恒速目标车速时所需的扭矩，以实现车辆在下坡时能够以下坡恒速目标车速和恒速行驶，通过预先计算预控制扭矩，使得下坡恒速扭矩能够快速响应，进而使得车辆在下坡过程中，车速能够较快地稳定在下坡恒速目标车速，降低出现车速过高的几率，提高了车辆的安全性。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的下坡恒速控制方法的流程图；
图2是本发明实施例二提供的下坡恒速控制装置的示意图。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
实施例一
现有技术中，液力缓速器被启动后，整车控制器根据车辆当前的车速及预先设定的下坡恒速目标车速之间的偏差得到一个调整扭矩值，该调整扭矩值是根据PID闭环控制方法得到的，PID闭环控制方法是结合比例、积分和微分三种环节于一体的控制算法，其主要的特点是调整的速度慢，目标的调整扭矩值为100牛顿，而根据PID闭环控制方法算得的第一个调整扭矩值通常较小，示例为10牛顿，此时，车辆的车速未达到下坡恒速目标车速，需要再次调整，在下一次调整时，根据PID闭环控制方法算得的第一个调整扭矩值大于第一个调整扭矩值，示例为15牛顿，依次规律，需要进行将近20次的调整，才能够使得车辆的车速等于下坡恒速目标车速，导致调节时长较长。
本实施例提供了一种下坡恒速控制方法，能够具有较短的响应时间，进而使得车辆在下坡过程中，车速能够较快地稳定在下坡恒速目标车速，降低出现车速过高的几率，提高了车辆的安全性。
如图1所示，下坡恒速控制方法包括如下步骤：
S1、获取车辆的载荷和车辆行驶路段的坡度。
本实施例中，车辆的载荷具体为整个车辆的质量，当车辆上承载货物时，车辆的载荷为车辆的质量与货物的质量的和。车辆行驶路段的坡度可以根据车辆的位置从预设三维电子地图中获取未来一定距离内的道路的坡度；还可以是是基于全球卫星定位系统(北斗\GPS)或MEMS等倾角传感器，利用传感器实时获取的经度、纬度、高程以及加速度、俯仰角等数据，通过一定的测算方法计算道路坡度。
S2、根据载荷、坡度、车辆轮胎的半径及车辆行驶路段的道路阻力系数计算得到预控制扭矩。
其中，步骤S2中的载荷和坡度为步骤S1中获取的载荷和坡度，车辆轮胎的半径为车辆的出厂参数，通常情况下，车辆轮胎的半径预先存储在车辆的整车控制器中，需要时可以直接在车辆的整车控制器中调取。车辆行驶路段的道路阻力系数为坡度阻力与滚动阻力的合称，由于坡度阻力与滚动阻力均属于与道路阻力有关的阻力，而且均与车辆质量成正比，因此，将这两种阻力合在一起称作道路阻力系数。
可选地，根据车辆在下坡上的受力分析可知，在步骤S2中，计算预控制扭矩的公式为：
T0＝(F载×sinα-f路×F载×cosα)×r
其中，T0表示预控制扭矩；F载表示车辆的载荷；α表示车辆行驶路段的坡度；f路表示车辆行驶路段的道路阻力系数；r表示车辆轮胎的半径。当车辆及其上的货物的总重量为m时，则有F载＝mg。
根据上述公式，能够得到预控制扭矩，且该预控制扭矩较接近于将车辆的速度控制为设定的下坡恒速目标车速时所需的扭矩。
S3、确定车速PID闭环扭矩。
由于预控制扭相当于粗算出来的值，因此需要在该预控制扭矩的基础上进行微调，使得得到的最终控制扭矩更接近将车辆的速度控制为设定的下坡恒速目标车速时所需的扭矩，因此，在得到预控制扭矩后，需要确定车速PID闭环扭矩，车速PID闭环扭矩为通过现有技术中的PID闭环控制方法计算得到的扭矩。
在一些实施例中，步骤S3包括如下步骤：
S31、获取下坡恒速目标车速。
其中，下坡恒速目标车速为驾驶员预设设置的值，其能够存储在车辆的整车控制器中，需要时进行提取。
S32、获取车辆的实际车速。
在步骤S32中，需要获取车辆的实际车速，获取车辆实际车速的方式可以参见现有技术。
S33、根据下坡恒速目标车速与车辆的实际车速的差值，通过PID闭环控制方法，计算得到车速PID闭环扭矩。
其中，PID闭环控制方法为下坡恒速控制方法中较为常用的方法，本实施例对其原理不再赘述。输入一个下坡恒速目标车速和一个实际车速时，能够计算得到一个车速PID闭环扭矩，该车速PID闭环扭矩的值通常较小，用于对预控制扭矩的微调。
S4、对预控制扭矩及车速PID闭环扭矩求和，得到最终控制扭矩。
在得到预控制扭矩和一个车速PID闭环扭矩后，对两者进行求和，得到最终控制扭矩，该最终控制扭矩为液力缓速器需要向外施加的扭矩，以对车辆的车速进行控制。
S5、根据最终控制扭矩得到控制信号，并发送至液力缓速器，以使液力缓速器根据控制信号控制车辆的速度。
S6、重复执行步骤S3～步骤S5，直至所述车辆的速度等于设定的下坡恒速目标车速。
需要说明的是，在步骤S3中，能够得到一个车速PID闭环扭矩，例如，将车辆的速度控制为设定的下坡恒速目标车速时所需的扭矩为100牛顿，计算得到的预控制扭矩为80牛顿，在第一次执行步骤S3时，得到的一个车速PID闭环扭矩为2牛顿，此时，最终控制扭矩为82牛顿，该最终控制扭矩由液力缓速器输出时，车辆的车速仍大于设定的下坡恒速目标车速，因此，需要对车速进行再次控制，在第二次执行步骤S3时，得到的一个车速PID闭环扭矩通常大于第一次时的值，示例为5牛顿，此时，最终控制扭矩为85牛顿，该最终控制扭矩由液力缓速器输出时，车辆的车速仍大于设定的下坡恒速目标车速，因此，需要对车速进行再次控制，经过车速PID闭环扭矩的多次调整，使得最终控制扭矩能够等于将车辆的速度控制为设定的下坡恒速目标车速时所需的扭矩。相较于现有技术中，车速PID闭环扭矩从0逐渐增加至100牛顿的情况，由于预控制扭矩的存在，能够减少车速PID闭环扭矩的调整次数，进而能够尽快得到一个最终控制扭矩，以使的车辆的车速等于设定的下坡恒速目标车速，缩短了响应时长，提高了响应速度。
需要说明的是，在每次执行步骤S3中，需要获取实时的实际车速，以具有参考意义，还能够使得计算得到的车速PID闭环扭矩更加准确。
另外，由于通过PID闭环控制方法计算得到的车速PID闭环扭矩的值通常较小，实现了精确控制液力缓速器输出扭矩的功能，使得对车速控制的精度较高，精度通常控制为1Km/h范围内。
本实施例提供的下坡恒速控制方法，先根据车辆的载荷、车辆行驶路段的坡度、车辆轮胎的半径以及车辆行驶路段的道路阻力系数计算得到预控制扭矩，然后得到车速PID闭环扭矩，之后对预控制扭矩与车速PID闭环扭矩求和，得到最终控制扭矩，多次更新车速PID闭环扭矩，使得最终控制扭矩逐渐接近将车辆的速度控制为设定的下坡恒速目标车速时所需的扭矩，以实现车辆在下坡时能够以下坡恒速目标车速和恒速行驶，通过预先计算预控制扭矩，使得下坡恒速扭矩能够快速响应，进而使得车辆在下坡过程中，车速能够较快地稳定在下坡恒速目标车速，降低出现车速过高的几率，提高了车辆的安全性。
可选地，在步骤S1中，可以实时获取车辆的载荷和车辆行驶路段的坡度，以实现对预控制扭矩的实时更新。
在一些实施例中，还需要确定液力缓速器是否被激活，也即是，在步骤S2之前，下坡恒速控制方法还包括判断车辆的液力缓速器是否被激活，若是，则执行步骤S2，若否，则激活液力缓速器，以启动下坡恒速功能。
本实施例提供的下坡恒速控制方法，采用车辆的整车控制器进行车辆下坡恒速控制，通过预控制和闭环控制相结合的方式实现，基于车辆坡度载荷信息进行下坡恒速控制预控制算法，可以快速准确将液力缓速器制动扭矩调整到车辆恒速下坡需求扭矩处，避免出现扭矩响应慢，超调严重情况，并且，车速传感器基本都连接在车辆的整车控制器上，车辆的整车控制器可以采集到精度高、更新速度快的车速信号值，通过PID控制可以精确得到液力缓速器下坡恒速所需制动扭矩，且整车控制器具备协调控制和直接控制液力缓速器的能力。
实施例二
本实施例提供了一种下坡恒速控制装置，如图2所示，下坡恒速控制装置包括获取模块201、第一处理模块202、确定模块203、第二处理模块204、控制模块205及重复执行模块206。
其中，获取模块201用于获取车辆的载荷和车辆行驶路段的坡度；第一处理模块202用于根据载荷、坡度、车辆轮胎的半径及车辆行驶路段的道路阻力系数计算得到预控制扭矩；确定模块203用于确定车速PID闭环扭矩；第二处理模块204用于对预控制扭矩及车速PID闭环扭矩求和，得到最终控制扭矩；控制模块205用于根据最终控制扭矩得到控制信号，并发送至液力缓速器，以使液力缓速器根据控制信号控制车辆的速度；重复执行模块206在车辆的速度不等于设定的下坡恒速目标车速时，控制确定模块203、第二处理模块204及控制模块205继续工作，直至车辆的速度等于设定的下坡恒速目标车速。
本实施例提供的下坡恒速控制方法，第一处理模块202根据车辆的载荷、车辆行驶路段的坡度、车辆轮胎的半径以及车辆行驶路段的道路阻力系数计算得到预控制扭矩，确定模块203确定车速PID闭环扭矩，之后第二处理模块204对预控制扭矩与车速PID闭环扭矩求和，得到最终控制扭矩，多次更新车速PID闭环扭矩，使得最终控制扭矩逐渐接近将车辆的速度控制为设定的下坡恒速目标车速时所需的扭矩，以实现车辆在下坡时能够以下坡恒速目标车速和恒速行驶，通过预先计算预控制扭矩，使得下坡恒速扭矩能够快速响应，进而使得车辆在下坡过程中，车速能够较快地稳定在下坡恒速目标车速，降低出现车速过高的几率，提高了车辆的安全性。
可选地，获取模块201还用于实时获取车辆的载荷和车辆行驶路段的坡度。
本实施例中，下坡恒速控制装置为车辆的整车控制器，获取模块201、第一处理模块202、确定模块203、第二处理模块204及控制模块205均为车辆的整车控制器中的模块。
可选地，确定模块203包括第一获取单元、第二获取单元和确定单元。其中，第一获取单元用于获取下坡恒速目标车速；第二获取单元用于获取车辆的实际车速；确定单元用于根据下坡恒速目标车速与车辆的实际车速的差值，通过PID闭环控制方法，计算得到车速PID闭环扭矩。
实施例三
本发明实施例三还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被行车控制器执行时实现如本发明上述实施例所述的下坡恒速控制方法。
当然，本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质，其计算机可执行指令不限于如上所述的下坡恒速控制方法中的操作，还可以执行本发明实施例所提供的下坡恒速控制方法中的相关操作，且具备相应的功能和有益效果。
通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory,RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是机器人，个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的下坡恒速控制方法。
以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种下坡恒速控制方法，其特征在于，包括：
S1、获取车辆的载荷和所述车辆行驶路段的坡度；
S2、根据所述载荷、所述坡度、所述车辆轮胎的半径及所述车辆行驶路段的道路阻力系数计算得到预控制扭矩；
S3、确定车速PID闭环扭矩；
S4、对所述预控制扭矩及所述车速PID闭环扭矩求和，得到最终控制扭矩；
S5、根据所述最终控制扭矩得到控制信号，并发送至液力缓速器，以使所述液力缓速器根据所述控制信号控制车辆的速度；
S6、重复执行步骤S3～步骤S5，直至所述车辆的速度等于设定的下坡恒速目标车速。
2.根据权利要求1所述的下坡恒速控制方法，其特征在于，计算所述预控制扭矩的公式为：
T0＝(F载×sinα-f路×F载×cosα)×r
其中，T0表示预控制扭矩；F载表示车辆的载荷；α表示车辆行驶路段的坡度；f路表示车辆行驶路段的道路阻力系数；r表示车辆轮胎的半径。
3.根据权利要求1所述的下坡恒速控制方法，其特征在于，在步骤S1中，实时获取车辆的载荷和所述车辆行驶路段的坡度。
4.根据权利要求1所述的下坡恒速控制方法，其特征在于，在步骤S2之前，所述下坡恒速控制方法还包括：
判断所述车辆的液力缓速器是否被激活，若是，则执行步骤S2，若否，则激活所述液力缓速器。
5.根据权利要求1所述的下坡恒速控制方法，其特征在于，步骤S3包括如下步骤：
S31、获取下坡恒速目标车速；
S32、获取所述车辆的实际车速；
S33、根据所述下坡恒速目标车速与所述车辆的实际车速的差值，通过PID闭环控制方法，计算得到车速PID闭环扭矩。
6.一种下坡恒速控制装置，用于执行权利要求1-5任一项所述的下坡恒速控制方法，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取车辆的载荷和所述车辆行驶路段的坡度；
第一处理模块，用于根据所述载荷、所述坡度、所述车辆轮胎的半径及所述车辆行驶路段的道路阻力系数计算得到预控制扭矩；
确定模块，用于确定车速PID闭环扭矩；
第二处理模块，用于对所述预控制扭矩及车速PID闭环扭矩求和，得到最终控制扭矩；
控制模块，用于根据所述最终控制扭矩得到控制信号，并发送至液力缓速器，以使所述液力缓速器根据所述控制信号控制车辆的速度。
7.根据权利要求6所述的下坡恒速控制装置，其特征在于，所述获取模块还用于实时获取车辆的载荷和所述车辆行驶路段的坡度。
8.根据权利要求6所述的下坡恒速控制装置，其特征在于，所述下坡恒速控制装置为所述车辆的整车控制器。
9.根据权利要求6所述的下坡恒速控制装置，其特征在于，所述确定模块包括：
第一获取单元，用于获取下坡恒速目标车速；
第二获取单元，用于获取所述车辆的实际车速；
确定单元，用于根据所述下坡恒速目标车速与所述车辆的实际车速的差值，通过PID闭环控制方法，计算得到所述车速PID闭环扭矩。
10.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被行车控制器执行时实现如权利要求1-5中任一项所述的下坡恒速控制方法。
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