CN118004163A - 一种基于智能驾驶的快速过弯控制方法及装置 - Google Patents

一种基于智能驾驶的快速过弯控制方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于智能驾驶的快速过弯控制方法，步骤如下：获取弯道限速信息和车辆入弯前车速信息，计算目标车速以及减速度；计算入弯时维持目标车速所需的轮端力矩，计算目标档位以及发动机转速；车辆降档至目标档位直到目标车速，增加油门开度，维持目标车速及发动机转速；基于弯道限速信息和车辆弯道车速信息计算出弯加速度；增加油门并提升档位达到出弯加速度。本发明还公开了一种基于智能驾驶的快速过弯控制装置。本发明通过控制变速箱提前降低挡位，实现发动机倒拖产生拖曳力矩，与制动系统联合控制车辆减速，可以广泛应用于汽车自适应巡航技术。

Description

一种基于智能驾驶的快速过弯控制方法及装置
技术领域
本发明涉及汽车自适应巡航技术，特别是涉及一种基于智能驾驶的快速过弯控制方法及装置。
背景技术
自适应巡航控制系统(ACC)是一种基于传感器识别技术而诞生的智能巡航控制，目前主要用途为辅助驾驶员在通畅的城市道路和高速公路等路况下以稳定的速度行驶，与前车保持设定的车间时距，或在弯道、超车工况下提供辅助功能。通过对车辆纵向运动进行自动控制，可以实现定速巡航控制以及变速跟车行驶，部分ACC控制还开发有弯道限速模式以及超车模式等。
在ACC系统中，有一种弯道限速的控制方法，即控制器获取侧向加速度、横摆角速度和车速等信息，先进行判断处理，决策进入弯道的目标车速及减速度要求，并将该减速度和目标车速发送给电子驻车制动系统进行减速制动，对本车的纵向加速度进行限制，直至当前巡航车速降到目标车速。
当前车辆处于ACC自适应巡航时，由于是依靠制动系统提供制动力来进行减速控制，该控制方式会增加制动系统的磨损，并且在驶出弯道时，由于车速已经降到较低水平，在恢复至设定巡航速度时，又需要动力系统加大驱动力进行提速操作，驾乘体验感较差，缺乏操控性，同时也增加了油耗。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种基于智能驾驶的快速过弯控制方法及装置，使其在车辆处于进入弯道的ACC模式时，通过智能控制变速箱提前降低挡位，实现发动机倒拖产生拖曳力矩，与制动系统联合作用控制车辆减速至目标车速；弯道过程中，通过提高油门开度，维持目标车速以及发动机转速，有效降低车辆侧倾；驶出弯道时，由于发动机转速维持在较高水平，可快速提高车速至设定车速，使得整个弯道过程保持快速，平顺过弯，提升驾乘体验感。
本发明提供的一种基于智能驾驶的快速过弯控制方法，包括如下步骤：计算入弯前车速信息：获取当前弯道限速信息和车辆入弯前车速信息，计算入弯时目标车速ua以及减速度du1/dt；目标档位及发动机转速：基于车辆运动方程，计算入弯时维持目标车速ua所需的轮端力矩Tw，计算与目标车速ua对应的目标档位，以及对应传动系统速比下的发动机转速ue；降档及维持目标车速：车辆降档至目标档位进行倒拖减速控制，直到车速达到目标车速ua，增加油门开度，维持降挡模式下的目标车速ua及发动机转速ue；出弯车速计算：判断车辆是否即将驶出弯道，如果是，则基于弯道限速信息和车辆弯道车速信息计算出弯加速度du3/dt；出弯操作：增加油门并提升档位，车辆达到出弯加速度du3/dt直至出弯。
在上述技术方案中，所述降档及维持目标车速步骤中，增加油门开度使得低挡位模式下轮端倒拖力矩为零。
在上述技术方案中，所述计算入弯前车速信息步骤中，所述车辆入弯前车速信息包括车辆内设IMU测量的车辆侧向加速度和横摆角速度限制。
在上述技术方案中，所述目标档位及发动机转速步骤中，所述入弯时维持目标车速ua所需的轮端力矩Tw计算公式如下：Tw＝Gfcosθ+CDAu2+δmdu2/dt-Gsinθ，其中，Tw为轮端力矩，G为汽车重力，f为滚动阻力系数，θ为坡度，CD为汽车空气阻力系数，A为迎风面积，u为行驶车速，δ为计入旋转质量惯性力矩后的汽车旋转质量换算系数，m为汽车质量，du2/dt为入弯加速度。
在上述技术方案中，所述目标档位及发动机转速步骤中，与目标车速ua对应的目标档位是基于目标车速ua和入弯时维持目标车速ua所需的轮端力矩Tw这些车辆标定数据计算获得。
在上述技术方案中，所述出弯车速计算步骤中，所述车辆弯道车速信息包括车辆设定车速、车辆内设IMU测量的侧向加速度和横摆角速度限制。
在上述技术方案中，所述计算入弯前车速信息步骤中，还包括获取弯道曲率信息r。
在上述技术方案中，所述计算入弯前车速信息步骤中，获取弯道曲率信息r通过高精地图或环境感知传感器方式获得。
在上述技术方案中，所述计算入弯前车速信息步骤或所述出弯车速计算步骤中，所述车辆内设IMU是陀螺仪或加速度计。
本发明还提供了一种基于智能驾驶的快速过弯控制装置，具有计算机程序，该计算机程序能够执行基于智能驾驶的快速过弯控制方法。
本发明基于智能驾驶的快速过弯控制方法及装置，具有以下有益效果：
1、针对不同弯道进行标定，确定合适的弯道车速，以及对应的档位及发动机转速，可同时兼顾舒适性及安全性，并且车辆通过施加的降档产生的倒拖力矩来进行减速控制，基本不依靠制动系统，可有效增加制动系统使用寿命。
2、车辆在弯道内达到目标车速后，通过增加油门开度，提高发动机动力动力输出，使发动机维持在一个较高动力输出的工况，提升了车辆侧向稳定性。
3、驶出弯道时，由于发动机转速维持在较高水平，扭矩输出较高，可快速达到所需加速度，平稳提高车速，使得出弯过程保持快速，平顺过弯，提升了驾乘体验感。
附图说明
图1为本发明基于智能驾驶的快速过弯控制方法所依赖的硬件控制系统的结构示意图；
图2为本发明基于智能驾驶的快速过弯控制方法的流程示意图；
图3为本发明基于智能驾驶的快速过弯控制装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本发明的限制。
车辆在处于ACC自适应巡航模式进入弯道时，常规方式会通过施加制动力的方式，使车辆的速度控制在所需要的目标车辆，避免车速失控造成危险。驶出弯道时，通过增加动力输出，将车辆恢复至设定车速。整个过程控制较呆板，且缺乏运动平顺性。
参见图1，本发明提出了一种新的智能驾驶硬件控制系统，在车辆处于进入弯道的ACC模式时，感知设备确定目标车速和坡度信息，智能驾驶控制系统获取感知信息后，通过车辆动力模型和最佳档位计算模型的协同工作，由指令发送模块传输各类指令智能控制自动变速箱提前降低挡位，实现发动机在发动机控制器作用下倒拖产生拖曳力矩，与制动系统联合作用控制车辆减速至目标车速；弯道过程中，通过提高油门开度，维持目标车速以及发动机转速，并可有效降低车辆侧倾；驶出弯道时，由于发动机转速维持在较高水平，可快速提高车速至设定车速，使得整个弯道过程保持快速，平顺过弯，提升驾乘体验感。同时，发动机控制器和制动控制器不断将动力和制动情况反馈给智能驾驶控制系统，使得车辆动力模型和最佳档位计算模型不断修正，输出符合当前车况的指令。
参见图2，本发明基于智能驾驶的快速过弯控制方法，包括如下步骤：
11、获取当前弯道曲率信息r，该曲率信息r可以通过但不限于高精地图、环境感知传感器(如摄像头)等方式获得。
12、通过道路限速信息，以及车辆内设的陀螺仪或加速度计测量的侧向加速度和横摆角速度限制，计算入弯时目标车速ua，以及减速度du1/dt。
13、基于车辆运动方程，计算入弯时维持目标车速所需的轮端力矩Tw：
Tw＝Gfcosθ+CDAu2+δmdu2/dt-Gsinθ，
其中，
TW为轮端力矩，G为汽车重力，f为滚动阻力系数，θ为坡度，CD为汽车空气阻力系数，A为迎风面积，u为行驶车速，δ为计入旋转质量惯性力矩后的汽车旋转质量换算系数，m为汽车质量，du2/dt为汽车入弯加速度。
14、基于车辆标定数据，选取目标车速ua时合适的档位，以及对应传动系统速比下的发动机转速ue，在一个或多个实施例中，车辆标定数据包括目标车速ua和入弯时维持目标车速ua所需的轮端力矩Tw。
15、车速达到目标车速ua后，适当增加油门开度，使得当前低挡位模式下轮端倒拖力矩为零，以维持降挡模式下的目标车速ua及发动机转速ue。
16、基于弯道限速信息，以及车辆设定车速、车辆内设的陀螺仪或加速度计测量的侧向加速度和横摆角速度限制，计算出弯加速度du3/dt。
17、基于发动机扭矩特性，由于发动机转速已经维持在较高水平，可使得车辆以较快速度达到出弯加速度du3/dt要求，使车辆实现快速平稳加速出弯。
参见图3，本发明基于智能驾驶的快速过弯控制装置，包括如下部分：
计算入弯前车速信息模块：获取当前弯道限速信息和车辆入弯前车速信息，计算入弯时目标车速ua以及减速度du1/dt；
目标档位及发动机转速模块：基于车辆运动方程，计算入弯时维持目标车速ua所需的轮端力矩Tw，计算与目标车速ua对应的目标档位，以及对应传动系统速比下的发动机转速ue；
降档及维持目标车速模块：车辆降档至目标档位进行倒拖减速控制直至目标车速ua，增加油门开度，维持降挡模式下的目标车速ua及发动机转速ue；
出弯车速计算模块：判断车辆是否即将驶出弯道，如果是，则基于弯道限速信息和车辆弯道车速信息计算出弯加速度du3/dt；
出弯操作模块：增加油门并提升档位，车辆达到出弯加速度du3/dt直至出弯。
本发明的技术关键点和技术原理如下：
如本发明基于智能驾驶的快速过弯控制方法的第14步，针对不同弯道进行标定，确定合适的弯道目标车速，以及对应的目标档位及发动机转速，可同时兼顾舒适性及安全性，并且车辆通过施加的降档产生的倒拖力矩来进行减速控制，基本不依靠制动系统，可有效增加制动系统使用寿命。
如本发明基于智能驾驶的快速过弯控制方法的第15步，车辆在弯道内达到目标车速后，通过增加油门开度，提高发动机动力动力输出，使车辆稳定在目标车速，也让发动机维持在一个较高动力输出的工况，提升了车辆侧向稳定性。
如本发明基于智能驾驶的快速过弯控制方法的第17步，驶出弯道时，提前基于外部信息反馈，判断即将驶出弯道，并提前计算所需加速度，并换算为发动扭矩请求，由于发动机保持在扭矩输出较高的状态，可使车辆快速达到所需加速度，平稳提高车速，使得出弯过程保持快速，平顺过弯，提升了驾乘体验感。
缩略语和关键术语定义：
ACC(Adaptive cruise control)：自适应巡航控制。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种基于智能驾驶的快速过弯控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
获取当前弯道限速信息和车辆入弯前车速信息，计算入弯时目标车速ua以及减速度du1/dt；
基于车辆运动方程，计算入弯时维持目标车速ua所需的轮端力矩Tw，计算与目标车速ua对应的目标档位，以及对应传动系统速比下的发动机转速ue；
车辆降档至目标档位进行倒拖减速控制，直到车速达到目标车速ua，增加油门开度，维持降挡模式下的目标车速ua及发动机转速ue；
判断车辆是否即将驶出弯道，如果是，则基于弯道限速信息和车辆弯道车速信息计算出弯加速度du3/dt；
增加油门并提升档位，车辆达到出弯加速度du3/dt直至出弯。
2.根据权利要求1所述的基于智能驾驶的快速过弯控制方法，其特征在于：所述车辆降档至目标档位进行倒拖减速控制，直到车速达到目标车速ua，增加油门开度，维持降挡模式下的目标车速ua及发动机转速ue步骤中，增加油门开度使得低挡位模式下轮端倒拖力矩为零。
3.根据权利要求2所述的基于智能驾驶的快速过弯控制方法，其特征在于：所述获取当前弯道限速信息和车辆入弯前车速信息，计算入弯时目标车速ua以及减速度du1/dt步骤中，所述车辆入弯前车速信息包括车辆内设IMU测量的车辆侧向加速度和横摆角速度限制。
4.根据权利要求3所述的基于智能驾驶的快速过弯控制方法，其特征在于：所述基于车辆运动方程，计算入弯时维持目标车速ua所需的轮端力矩Tw，计算与目标车速ua对应的目标档位，以及对应传动系统速比下的发动机转速ue步骤中，所述入弯时维持目标车速ua所需的轮端力矩Tw计算公式如下：
Tw＝Gfcosθ+CDAU2+δmdu2/dt-Gsinθ，
其中，Tw为轮端力矩，G为汽车重力，f为滚动阻力系数，θ为坡度，CD为汽车空气阻力系数，A为迎风面积，u为行驶车速，δ为计入旋转质量惯性力矩后的汽车旋转质量换算系数，m为汽车质量，du2/dt为入弯加速度。
5.根据权利要求4所述的基于智能驾驶的快速过弯控制方法，其特征在于：所述基于车辆运动方程，计算入弯时维持目标车速ua所需的轮端力矩Tw，计算与目标车速ua对应的目标档位，以及对应传动系统速比下的发动机转速ue步骤中，与目标车速ua对应的目标档位是基于目标车速ua和入弯时维持目标车速ua所需的轮端力矩Tw这些车辆标定数据计算获得。
6.根据权利要求5所述的基于智能驾驶的快速过弯控制方法，其特征在于：所述判断车辆是否即将驶出弯道，如果是，则基于弯道限速信息和车辆弯道车速信息计算出弯加速度du3/dt步骤中，所述车辆弯道车速信息包括车辆设定车速、车辆内设IMU测量的侧向加速度和横摆角速度限制。
7.根据权利要求6所述的基于智能驾驶的快速过弯控制方法，其特征在于：所述获取当前弯道限速信息和车辆入弯前车速信息，计算入弯时目标车速ua以及减速度du1/dt步骤中，还包括获取弯道曲率信息r。
8.根据权利要求7所述的基于智能驾驶的快速过弯控制方法，其特征在于：所述获取当前弯道限速信息和车辆入弯前车速信息，计算入弯时目标车速ua以及减速度du1/dt步骤中，获取弯道曲率信息r通过高精地图或环境感知传感器方式获得。
9.根据权利要求8所述的基于智能驾驶的快速过弯控制方法，其特征在于：所述获取当前弯道限速信息和车辆入弯前车速信息，计算入弯时目标车速ua以及减速度du1/dt步骤或所述判断车辆是否即将驶出弯道，如果是，则基于弯道限速信息和车辆弯道车速信息计算出弯加速度du3/dt步骤中，所述车辆内设IMU是陀螺仪或加速度计。
10.一种基于智能驾驶的快速过弯控制装置，具有计算机程序，其特征在于：该计算机程序能够执行如权利要求1～9中任一项所述的基于智能驾驶的快速过弯控制方法。
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