CN114834475B - 一种车辆输出扭矩控制方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于自动驾驶技术领域，具体涉及一种车辆输出扭矩控制方法和装置。该方法在判断车辆处于模式切换过程且切换前、后的扭矩请求值之间差异较大时，当前计算周期的扭矩输出值包括上一计算周期的扭矩输出值和当前计算周期的扭矩滤波值。扭矩滤波值根据当前整车加速度和车速、以及当前计算周期的扭矩调整值得到。在加速度较大或者车速较低的对扭矩适应性越敏感的情况下，相应设置两个滤波系数较大，从而得到较大的扭矩滤波值(绝对值)，此时控制车辆扭矩变化较大，以便快速过渡至切换后的扭矩请求值；反之以便缓慢过渡至切换后的扭矩请求值。实现了根据整车加速度和车速来进行滤波处理，提高驾驶的平顺性以及整车的安全性。

Description

一种车辆输出扭矩控制方法和装置
技术领域
本发明属于自动驾驶技术领域，具体涉及一种车辆输出扭矩控制方法和装置。
背景技术
配备智能驾驶功能的新能源车辆一般具有两种工作模式，分别为自动驾驶模式和人工驾驶模式。在自动驾驶模式下，整车动力系统的扭矩输出完全按照智能控制器指令；在人工驾驶模式下，整车动力系统的扭矩输出完全按照驾驶员指令，诸如松、踩加速踏板或者松、踩制动踏板等。在自动驾驶与人工驾驶模式切换的过程中，不可避免的出现整车输出驱动或者制动扭矩不一致的情况，如果直接使整车输出扭矩按照阶跃处理，轻则造成驾驶感受较差，重则由于扭矩突变导致安全事故发生。
发明内容
本发明提供了一种车辆输出扭矩控制方法和装置，用以解决现有技术中在自动驾驶与人工驾驶模式切换的过程中直接按照阶跃处理造成的驾驶感受差甚至导致安全事故的问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案包括：
本发明提供了一种车辆输出扭矩控制方法，包括如下步骤：
1)判断车辆是否处于自动驾驶模式与人工驾驶模式相互切换的模式切换过程，若处于所述模式切换过程，则计算切换前的扭矩请求值与切换后的扭矩请求值之间的差异，判断所述差异是否大于设定阈值；
2)若所述差异大于设定阈值，则在切换过程中按照如下方法计算当前计算周期的扭矩输出值：
计算切换后的扭矩请求值与上一计算周期的扭矩输出值的差值，根据所述差值和当前计算周期对应的切换时间，以及差值、切换时间和扭矩调整值之间的对应关系，得到当前计算周期的扭矩调整值；
获取当前计算周期的整车加速度和车速，确定与当前计算周期的整车加速度和车速分别对应的第一滤波系数和第二滤波系数；将所述第一滤波系数、所述第二滤波系数、以及当前计算周期的扭矩调整值相乘，得到当前计算周期的扭矩滤波值；其中，所述整车加速度越大，第一滤波系数越大，对应的扭矩滤波值越大；所述车速越大，第二滤波系数越小，对应的扭矩滤波值越小；
将上一计算周期的扭矩输出值、以及所述当前计算周期的扭矩滤波值进行相加，得到当前计算周期的扭矩输出值；
其中，上一计算周期的扭矩输出值的初值为所述切换前的扭矩请求值；
3)参照当前计算周期的扭矩输出值控制车辆输出扭矩，重复步骤2)，直至所述模式切换过程结束，使切换前的扭矩请求值在模式切换过程中平滑过渡至切换后的扭矩请求值。
上述技术方案的有益效果为：本发明在确定车辆处于模式切换过程且切换前的扭矩请求值与切换后的扭矩请求值两者之间的差异较大的情况下，当前计算周期的扭矩输出值包括两部分，第一部分为上一计算周期的扭矩输出值，第二部分为扭矩滤波值，而扭矩滤波值是对扭矩调整值进行处理后得到。其中，扭矩调整值根据切换后的扭矩请求值与上一计算周期的扭矩输出值的差值和切换时间得到；扭矩滤波值与当前整车加速度和车速、以及扭矩调整增值相关。具体的，先根据当前整车加速度和车速来对应得到第一滤波系数和第二滤波系数，利用这两个滤波系数对扭矩调整值进行处理得到扭矩滤波值，旨在根据整车加速度和速度的大小来调整扭矩输出值的大小。从而在加速度较大(加速能力较强)或者车速较低的对扭矩适应性越敏感的情况下，相应设置两个滤波系数较大，从而得到较大的扭矩滤波值(绝对值)，此时控制车辆扭矩变化较大，以便快速过渡至切换后的扭矩请求值；从而在加速度较小(加速能力越弱)或者车速越高的对扭矩适应性越不敏感的情况下，相应设置两个滤波系数较小，从而得到较小的扭矩滤波值(绝对值)，此时控制车辆扭矩变化较小，以便缓慢过渡至切换后的扭矩请求值。实现了根据整车加速度和车速来进行滤波处理，提高了整车的安全性，提高驾驶的平顺性。
进一步的，为了适应扭矩过渡，步骤2)中，若所述差值大于0，对应的扭矩调整值为正数，且差值越大，对应的扭矩调整值越小；若所述差值小于0，对应的扭矩调整值为负数，且差值越大，对应的扭矩调整值越小。
进一步的，为了加速扭矩过渡，步骤2)中，若所述差值大于0，对应的扭矩调整值为正数，且计算周期对应的切换时间越大，对应的扭矩调整值越大；若所述差值小于0，对应的扭矩调整值为负数，且计算周期对应的切换时间越大，对应的扭矩调整值越小。
进一步的，为了明确自动驾驶退出后的人工接管空档期以进行扭矩平滑处理，步骤1)中，若所述模式切换过程为由自动驾驶模式切换为人工驾驶模式，则判断车辆是否切换过程的手段为：车辆退出自动驾驶且车辆转入人工接管；车辆出现如下任一情况表明车辆退出自动驾驶：自动驾驶开关状态为退出、急停开关状态为有效、制动踏板状态为有效、智能控制器CAN通讯状态异常；车辆出现如下任一情况表明车辆转入人工接管：驾驶员踩加速踏板、驾驶员踩制动踏板、驾驶员转动方向盘、车速降至3km/h以下。
进一步的，若当前加速度在2m/s2以上，第一滤波系数为0.4；若当前加速度在0.5m/s2以下，第一滤波系数为0.02；若当前加速度大于0.5m/s2且小于2m/s2，则第一滤波系数在0.02和0.4之间进行插值处理得到。
进一步的，若当前速度在30km/h以上，第二滤波系数为0.05；若当前速度在5km/h以下，第二滤波系数为0.35；若当前速度在大于5km/h且大于30km/h，则第二滤波系数在0.35和0.05之间进行插值处理得到。
进一步的，为了简单快速计算是否需要进行扭矩平滑处理功能，步骤1)中，所述差异为人工驾驶模式下的扭矩请求值与自动驾驶模式下的扭矩请求值的差值。
本发明还提供了一种车辆输出扭矩控制装置，包括存储器和处理器，所述处理器用于执行存储在存储器中的指令以实现上述介绍的车辆输出扭矩控制方法，并达到与该方法相同的技术效果。
附图说明
图1是本发明的车辆输出扭矩控制方法实施例的流程图；
图2是本发明的系统框架图；
图3是本发明的车辆输出扭矩控制装置实施例的结构图。
具体实施方式
本发明的整体发明构思为：首先在确定车辆处于自动驾驶模式切换为人工驾驶模式的模式切换过程后，分别确定人工驾驶模式下驾驶员的扭矩请求值以及自动驾驶模式下智能控制器的扭矩请求值；然后将二者进行比较，在二者的差值较大时触发扭矩平滑功能；扭矩平滑功能触发后，通过预先设计的时钟，查表得到扭矩调整值，然后将根据整车加速度和车速得到的滤波系数乘以扭矩调整值，以最终得到扭矩滤波值，根据扭矩滤波值一次次地调整智能控制器的扭矩请求值，以使得整车动力输出更加线性，提升驾驶的平顺性，保证驾驶安全性。
方法实施例：
本发明的一种车辆输出扭矩控制方法实施例，其整体流程如图1所示。为了实施该方法，所采用系统如图2所示，其基本组成包括：整车控制器VCU、智能控制器、底盘控制器、挡位面板控制器、转向控制器和电机控制器MCU。
智能控制器与整车控制器VCU之间通过以太网通讯。以太网通讯以其通讯速率高、兼容性优、可扩展功能性强等优点，广泛应用于智能网联车辆领域。同时增加一路安全冗余物理CAN网络通信，以备以太网掉线后，整车控制器与智能控制器仍然能够正常交互，增加整车功能安全性。智能控制器向整车控制器发送的信号包括：进入自动驾驶模式请求、挡位信号、加速踏板开度信号、制动减速度请求信号、车辆站点状态信号；整车控制器VCU向智能控制器发送的信号包括：车辆驾驶模式、车辆相应的制动减速度、车辆相应的加速踏板开度、车辆实际车速。
底盘控制器通过硬线或CAN线连接轴荷传感器，以将轴荷传感器采集的信号进行处理得到整车质量，轴荷传感器安装在整车底盘板簧或气囊处，并需要根据整车实际质量进行标定，保证一定的测量精度。且底盘控制器与整车控制器VCU之间通过CAN线连接，以将计算出的整车质量报文通过CAN线传输至整车控制器VCU。
挡位面板控制器通过CAN线连接整车控制器VCU，能够将获取的挡位信号通过CAN线传输至整车控制器VCU。
电机控制器MCU通过CAN线连接整车控制器VCU，一方面电机控制器MCU能够将电机实际扭矩以及电机实际转速传输至整车控制器VCU，另一方面整车控制器VCU能够将电机扭矩指令发送给电机控制器MCU。
转向控制器能够获取方向盘转角信号，且通过CAN线连接整车控制器VCU，能够将获取的方向盘转角信号发送至整车控制器VCU。
整车控制器VCU还通过硬线连接制动踏板开度信号检测传感器和加速踏板开度信号检测传感器，以获取制动踏板开度信号和加速踏板开度信号。
整体来看，整车控制器VCU接收的信号包括：智能控制器下发的车辆模式、智能控制器下发的扭矩请求值、加速踏板开度信号、制动踏板开度信号、挡位信号、方向盘转角信号、整车质量等；整车控制器VCU能够计算且输出的信号包括：模式切换功能标志位、扭矩调整值、第一滤波系数、第二滤波系数、扭矩输出值等。整车控制器VCU的计算处理过程便是本发明的一种车辆输出扭矩控制方法，下面结合图1，对该方法进行详细介绍。
步骤一，在车辆运行过程中，整车控制器VCU进行信号的采集与处理，以得到人工驾驶模式下智能控制器的扭矩请求值或者自动驾驶模式下驾驶员的扭矩请求值。
车辆处于自动驾驶模式下，整车控制器VCU根据智能控制器输出的加速踏板指令计算得到自动驾驶模式下驾驶员的扭矩请求值T_A。车辆处于人工驾驶模式下，采集驾驶员下发的加速踏板开度信号、制动踏板开度信号、挡位信号等，计算出人工驾驶模式下智能控制器的扭矩请求值T_R。
步骤二，对驾驶模式进行判断，判断车辆是否处于自动驾驶模式切换为人工驾驶模式的模式切换过程。
在整车退出自动驾驶后，此时人工接管需要一定的时间，针对退出自动驾驶而人工未接管的这段时间，定义为自动驾驶切换为人工驾驶模式的模式切换过程，下述的平滑处理便是在此过程中进行。
在自动驾驶模式下，整车控制器VCU判断整车退出自动驾驶模式的条件包括：自动驾驶开关状态退出、急停开关状态有效、制动踏板状态有效、智能控制器CAN通讯状态异常(根据智能控制器下发的加速踏板信号、减速度信号、档位信号、方向盘转角信号，进行心跳验证)，以上5个条件只要任意一条件满足，则整车退出自动驾驶模式。人工驾驶接管的条件包括：驾驶员踩加速踏板、制动踏板、转动方向盘、车速降为3km/h以下，以上4个条件只要任意一条件满足即可。从而明确了自动驾驶退出后的人工接管空档期。
从自动驾驶退出到人工接管，此过程定义为自动驾驶与人工驾驶模式切换过程。
步骤三，在整车处于步骤二中描述的模式切换过程时，则计算人工驾驶模式下的扭矩请求值T_R(切换后的扭矩请求值)与自动驾驶模式下的扭矩请求值T_A(切换前的扭矩请求值)的差值，判断该差值是否大于设定差值阈值，若该差值大于设定差值阈值，说明两者之间差异较大，则触发扭矩平滑功能，需要按照步骤四的方法进行处理使自动驾驶模式下的扭矩请求值T_A在模式切换过程中平滑过渡至人工驾驶模式下的扭矩请求值T_A。
步骤四，模式切换过程设置为多个计算周期，每个计算周期都会得到该计算周期的扭矩输出值。可设置计数器对计算周期进行确定以及当前计算周期对应的切换时间(即模式切换过程已持续的时间)进行计算。在每个计算周期，参照该计算周期的扭矩输出值控制车辆输出扭矩即可。具体一个计算周期按照如下方法步骤计算出该计算周期的扭矩输出值：
1、根据上一计算周期的扭矩输出值(在第一计算周期，上一计算周期的扭矩输出值为切换前的扭矩请求值，本实施例中为自动驾驶模式下的扭矩请求值T_A)和当前计算周期k对应的切换时间，查差值、切换时间和扭矩调整值之间的对应关系表，得到当前计算周期的扭矩调整值△T(k)。该关系表所体现出的关系为：在差值大于0时，扭矩调整值为正数；差值越大，对应的扭矩调整值越小；计算周期对应的切换时间越大，对应的扭矩调整值越大，也即，在计算器计数初期，△T较小，随着计数器式中的增加，△T越来越大。对应的关系表可如表1所示。当差值小于100时，统一按照差值为100时的那一列执行，当差值大于1500时，统一按照差值为1500那一列执行，中间值进行插值处理。在差值小于0时，扭矩调整值为负数；差值越大(差值的绝对值越小)，对应的扭矩调整值越小(扭矩调整值的绝对值越大)；计算周期对应的切换时间越大，对应的扭矩调整值越小(扭矩调整值的绝对值越大)。
表1：粗滤波系数△T二维标定参数表
2、获取模式切换过程中的整车速度，基于轴荷传感器采集的整车质量，计算得到当前计算周期的整车加速度a(k)，确定与当前计算周期的整车加速度a(k)对应的第一滤波系数LowPassFilter Fac_R1(k)。整车加速度a越大，加速能力越强，对扭矩的适应性越敏感，因此整车加速度a越大，则LowPassFilter Fac_R1越大，整车加速度a越小，则LowPassFilter Fac_R1越小，以防止扭矩突变。第一滤波系数LowPassFilter Fac_R1的取值在[0,1]之间，例如，可设置为加速度在2m/s2以上，第一滤波系数设置为0.02，若加速度在0.5m/s2以下，设置为0.4，中间值进行插值处理得到。
3、获取当前计算周期的车速v(k)，确定与当前计算周期的车速v(k)对应的第二滤波系数LowPassFilter Fac_R2(k)。车速越低，对于扭矩的适应性越敏感，因此在低速时，LowPassFilter Fac_R2较大，在高速时，LowPassFilter Fac_R2较小，防止模式切换发生在低速阶段，抑制扭矩切换过程中的较大阶跃。车速在5km/h以内第二滤波系数设置为最大值0.35，30km/h以上设置为最小值0.05，5km/h～30km/h之间的中间值进行插值处理得到。
4、将第一滤波系数LowPassFilter Fac_R1(k)、第二滤波系数LowPassFilterFac_R2(k)以及步骤1中计算出的当前计算周期的扭矩调整值相乘，得到当前计算周期的扭矩滤波值T’(k)，即：
T’(k)＝△T(k)*LowPassFilter Fac_R1(k)*LowPassFilter Fac_R2(k)。
5、将上一计算周期的扭矩输出值T(k-1)、当前计算周期的扭矩调整值△T(k)、以及当前计算周期的扭矩滤波值T’(k)进行相加，得到当前计算周期的扭矩输出值T(k)，即：T(k)＝T(k-1)+T’(k)＝T(k-1)+△T(k)*LowPassFilter Fac_R1(k)*LowPassFilter Fac_R2(k)。
需说明的是，在第一计算周期计算时，T(k-1)的值为自动驾驶模式下的扭矩请求值T_A。
步骤五，参照步骤四计算出的T(k)控制车辆输出扭矩，不停重复步骤四，直至模式切换过程结束。结束后，最终输出的T将接近于T_R，从而保证了自动驾驶模式下的扭矩请求值在模式切换过程中平滑过渡至人工驾驶模式下的扭矩请求值。
本发明根据当前整车加速度和车速来对应得到第一滤波系数LowPassFilterFac_R1和第二滤波系数LowPassFilter Fac_R2，利用LowPassFilter Fac_R1和LowPassFilter Fac_R2对人工驾驶模式下的扭矩请求值T_R与上一周期的扭矩输出值T(k-1)的差值(T_R-T(k-1))进行滤波，即将第一滤波系数LowPassFilter Fac_R1、第二滤波系数LowPassFilter Fac_R2和当前计算周期的扭矩调整值相乘来得到当前计算周期的扭矩滤波值，旨在根据整车加速度和速度的大小来调整扭矩输出值的大小。从而在加速度较大(加速能力较强)或者车速较低的对扭矩适应性越敏感的情况下，相应设置LowPassFilterFac_R1和LowPassFilter Fac_R2较大，从而得到较大的扭矩滤波值(绝对值)，此时控制车辆扭矩变化较大，以便快速过渡至人工驾驶模式下的扭矩请求值；从而在加速度较小(加速能力越弱)或者车速越高的对扭矩适应性越不敏感的情况下，相应设置LowPassFilterFac_R1和LowPassFilter Fac_R2较小，从而得到较小的扭矩滤波值(绝对值)，此时控制车辆扭矩变化较小，以便缓慢过渡至人工驾驶模式下的扭矩请求值。实现了根据整车加速度和车速来进行滤波处理，提高了整车的安全性，提高驾驶的平顺性。
本实施例的步骤三中，采用人工驾驶模式下的扭矩请求值T_R与自动驾驶模式下的扭矩请求值T_A的差值来展现人工驾驶模式下的扭矩请求值T_R与自动驾驶模式下的扭矩请求值T_A两者之间的差异，相应的设定差异阈值为设定差值阈值。作为其他实施方式，还可采用其他方式来展现两者之间的差异，以确定是否触发扭矩平滑功能，例如人工驾驶模式下的扭矩请求值T_R与自动驾驶模式下的扭矩请求值T_A的差值与人工驾驶模式下的扭矩请求值T_R的比值，相应的设定差异阈值也要对应设置。
本实施例的步骤四中，差值、切换时间和扭矩调整值之间的对应关系是采用表格的形式进行存储的，从而通过查表能够快速找到扭矩调整值△T，对于一些表格中未示例的情况，可采用插值的方法来计算得到。差值、切换时间和扭矩调整值之间的对应关系可采用关系f来表示，即△T＝f(差值,切换时间)，作为其他实施方式，这里的f可为函数关系。
在本实施例中，所针对的模式切换过程为由自动驾驶模式切换为人工驾驶模式的过程，相应的切换前的扭矩请求值为自动驾驶模式下的扭矩请求值，切换后的扭矩请求值为人工驾驶模式下的扭矩请求值。当然，该方法还可应用于由人工驾驶模式切换为自动驾驶模式的过程，相应的切换前的扭矩请求值为人工驾驶模式下的扭矩请求值，切换后的扭矩请求值为自动驾驶模式下的扭矩请求值。
装置实施例：
该实施例提供了一种车辆输出扭矩控制装置，如图3所示，包括存储器、处理器和内部总线，处理器、存储器之间通过内部总线完成相互间的通信。
处理器可以为微处理器MCU、可编程逻辑器件FPGA等处理装置。
存储器可为利用电能方式存储信息的各式存储器，例如RAM、ROM等；也可为利用磁能方式存储信息的各式存储器，例如硬盘、软盘、磁带、磁芯存储器、磁泡存储器、U盘等；还可为利用光学方式存储信息的各式存储器，例如CD、DVD等。当然，还有其他方式的存储器，例如量子存储器、石墨烯存储器等。
处理器可以调用存储器中的逻辑指令，以实现一种车辆输出扭矩控制方法，在方法实施例中对该方法做了详细介绍。

Claims (8)

1.一种车辆输出扭矩控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)判断车辆是否处于自动驾驶模式与人工驾驶模式相互切换的模式切换过程，若处于所述模式切换过程，则计算切换前的扭矩请求值与切换后的扭矩请求值之间的差异，判断所述差异是否大于设定阈值；
2)若所述差异大于设定阈值，则在切换过程中按照如下方法计算当前计算周期的扭矩输出值：
计算切换后的扭矩请求值与上一计算周期的扭矩输出值的差值，根据所述差值和当前计算周期对应的切换时间，以及差值、切换时间和扭矩调整值之间的对应关系，得到当前计算周期的扭矩调整值；
获取当前计算周期的整车加速度和车速，确定与当前计算周期的整车加速度和车速分别对应的第一滤波系数和第二滤波系数；将所述第一滤波系数、所述第二滤波系数、以及当前计算周期的扭矩调整值相乘，得到当前计算周期的扭矩滤波值；其中，所述整车加速度越大，第一滤波系数越大，对应的扭矩滤波值越大；所述车速越大，第二滤波系数越小，对应的扭矩滤波值越小；
将上一计算周期的扭矩输出值以及所述当前计算周期的扭矩滤波值进行相加，得到当前计算周期的扭矩输出值；
其中，上一计算周期的扭矩输出值的初值为所述切换前的扭矩请求值；
3)参照当前计算周期的扭矩输出值控制车辆输出扭矩，重复步骤2)，直至所述模式切换过程结束，使切换前的扭矩请求值在模式切换过程中平滑过渡至切换后的扭矩请求值。
2.根据权利要求1所述的车辆输出扭矩控制方法，其特征在于，步骤2)中，若所述差值大于0，对应的扭矩调整值为正数，且差值越大，对应的扭矩调整值越小；若所述差值小于0，对应的扭矩调整值为负数，且差值越大，对应的扭矩调整值越小。
3.根据权利要求1所述的车辆输出扭矩控制方法，其特征在于，步骤2)中，若所述差值大于0，对应的扭矩调整值为正数，且计算周期对应的切换时间越大，对应的扭矩调整值越大；若所述差值小于0，对应的扭矩调整值为负数，且计算周期对应的切换时间越大，对应的扭矩调整值越小。
4.根据权利要求1～3任一项所述的车辆输出扭矩控制方法，其特征在于，步骤1)中，若所述模式切换过程为由自动驾驶模式切换为人工驾驶模式，则判断车辆是否切换过程的手段为：车辆退出自动驾驶且车辆转入人工接管；车辆出现如下任一情况表明车辆退出自动驾驶：自动驾驶开关状态为退出、急停开关状态为有效、制动踏板状态为有效、智能控制器CAN通讯状态异常；车辆出现如下任一情况表明车辆转入人工接管：驾驶员踩加速踏板、驾驶员踩制动踏板、驾驶员转动方向盘、车速降至3km/h以下。
5.根据权利要求1所述的车辆输出扭矩控制方法，其特征在于，步骤1)中，所述差异为人工驾驶模式下的扭矩请求值与自动驾驶模式下的扭矩请求值的差值。
6.根据权利要求1所述的车辆输出扭矩控制方法，其特征在于，若当前加速度在2m/s2以上，第一滤波系数为0.4；若当前加速度在0.5m/s2以下，第一滤波系数为0.02；若当前加速度大于0.5m/s2且小于2m/s2，则第一滤波系数在0.02和0.4之间进行插值处理得到。
7.根据权利要求1所述的车辆输出扭矩控制方法，其特征在于，若当前速度在30km/h以上，第二滤波系数为0.05；若当前速度在5km/h以下，第二滤波系数为0.35；若当前速度在大于5km/h且大于30km/h，则第二滤波系数在0.35和0.05之间进行插值处理得到。
8.一种车辆输出扭矩控制装置，其特征在于，包括存储器和处理器，所述处理器用于执行存储在存储器中的指令以实现如权利要求1～7任一项所述的车辆输出扭矩控制方法。
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