一种用于集中式电机驱动车辆的陡坡车速控制方法技术

本发明专利技术公开了一种用于集中式电机驱动车辆的陡坡车速控制方法，其方法为：第一步、设计基于有限状态机的系统策略响应模块；第二步、设计基于跟踪误差的过渡车速规划算法；第三步、建立考虑执行器特性的纵向动力学模型；第四步、设计基于ADRC的车速跟踪控制算法；第五步、设计基于滑行阻力的执行器切换规则。本发明专利技术的有益效果：实现了车速自动控制与人为控制合理切换，降低了驾驶员操作负担。保证了乘坐舒适性。得益于所设计的纵向过渡过程规划算法能够保证驾驶员的乘坐舒适性，改善控制效果。算法原理简单，易调试且跟踪精度较高。能够保证车辆在下坡路段的执行器合理切换，提高乘坐舒适性，降低驾驶员紧张感。降低驾驶员紧张感。降低驾驶员紧张感。

【技术实现步骤摘要】
一种用于集中式电机驱动车辆的陡坡车速控制方法


[0001]本专利技术涉及一种陡坡车速控制方法，特别涉及一种用于集中式电机驱动车辆的陡坡车速控制方法。

技术介绍

[0002]目前，得益于清洁能源技术和汽车电子电控技术的发展，纯电机驱动车辆已经成为未来汽车的发展趋势。汽车智能化进程近年来逐渐加快，越来越多的辅助驾驶功能出现在人们的视野中，降低了驾驶员的操作负担，提高了行车安全，纯电机驱动车辆凭借电机控制的先天优势成为了汽车智能化发展的首要载体。
[0003]陡坡车速控制功能常见于大型SUV(Sport Utility Vehicle)的辅助驾驶系统中，能够将下坡时的车辆速度控制在驾驶员设定的期望值附近，防止由于车重过大导致的陡坡车速不易控制问题。中国专利公布号CN 109878343 A，公布日2017
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15，通过预设表格，限制了不同坡度下的警戒车速，无法根据驾驶员意愿更改，当未超过警戒时，车辆完全由驾驶员控制，当实际车速超过警戒车速时，使用电机负转矩使车辆减速。中国专利公布号CN 107161128 A，公布日2017
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15，根据驾驶员完全松开油门和制动踏板时刻的实际车速为保持目标，以是否踩下油门或制动踏板为驾驶员介入依据，该方法逻辑简单，但驾驶员介入时对车速的短时控制并不能代表长时目标车速意愿，目标车速的调整完全依靠油门和制动踏板反而会增加下陡坡时的双脚操作负担。中国专利公布号 CN 110370940 A，公布日2019.10.25，设计了目标车速确定模块，只有当驾驶员发出确认指令时，当前车速才被设定为目标车速，解决了上述短时车速和长时目标不匹配问题。
[0004]目标车速设定方式、车速控制算法以及功能内部状态转移逻辑是评判陡坡车速控制功能是否完善的关键因素，上述专利技术代表了目前主流的几种目标车速设定方式，但是对功能内部状态转移逻辑，如驾驶员介入逻辑，功能激活逻辑，功能退出逻辑、功能关闭逻辑等考虑不周，无法涵盖车辆实际行驶工况，针对下坡路段的具体车速控制算法也少有提及。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决集中式电机驱动车辆由于车重过大导致陡坡车速不易控制的问题而提供的一种用于集中式电机驱动车辆的陡坡车速控制方法。
[0006]本专利技术提供的用于集中式电机驱动车辆的陡坡车速控制方法，其方法包括如下步骤：
[0007]第一步、设计基于有限状态机的系统策略响应模块：
[0008]基于车辆状态信号，系统策略响应模块主要负责输出所设计陡坡车速控制功能开启标志位、车速自动控制介入标志位，本功能默认处于关闭状态，此时功能开启标志位、车速自动控制介入标志位均置0，功能开启步骤如下：
[0009]步骤一、车内控制面板发出功能启动信号；
[0010]步骤二、驱动踏板开度或制动踏板行程大于所设计的驾驶员介入驱动踏板开度门
限或制动踏板行程门限；
[0011]上述步骤均满足时功能开启标志位置1，车速自动控制介入标志位置0，本功能开启并进入待命状态，该状态下通过车内控制面板设定目标下坡车速，在车速控制模块激活后，目标车速无法更改，车速控制模块激活步骤如下：
[0012]步骤一、驱动踏板开度小于驾驶员介入驱动踏板开度门限且制动踏板行程小于驾驶员介入制动踏板行程门限；
[0013]步骤二、四个车轮轮速中至少有两个大于所设计判断车辆静止门限；
[0014]步骤三、车辆所处道路坡度小于所设计车速控制介入坡度门限，上坡为正、下坡为负；
[0015]若当前车速不为零，需满足步骤一和步骤三，车速自动控制介入标志位置1，车速控制模块利用ADRC算法对基于目标下坡车速与实际车速自动规划出的车辆加速或减速过程准确跟踪，保证实际车速收敛于目标；
[0016]若当前车速为零，为避免制动踏板行程小于驾驶员介入制动踏板行程门限前，车辆由于陡坡重力分量提前下滑，需在步骤三的基础上，步骤一或步骤二中至少有一个满足，车速自动控制介入标志位置1；
[0017]功能退出条件被设计为基于驾驶员操作和基于道路环境两类，基于驾驶员操作的功能退出条件根据上述激活步骤组合分为两种，若车辆由静止进入车速自动控制模式，首先判断制动踏板行程是否小于驾驶员介入制动踏板行程门限，是则以驱动踏板开度大于驾驶员介入驱动踏板开度门限或制动踏板行程大于驾驶员介入驱动踏板开度门限为车速自动控制介入标志位由1置0条件，否则需要满足如下所设计条件之一：
[0018]条件一、在制动踏板行程首次回退为0后，驱动踏板开度大于驾驶员介入驱动踏板开度门限或制动踏板行程大于驾驶员介入制动踏板行程门限；
[0019]条件二、制动踏板行程直接大于所设计驾驶员紧急介入制动踏板行程门限；
[0020]基于道路环境的功能退出条件设计为车辆所处道路坡度，上坡为正、下坡为负，大于所设计车速控制介入坡度门限，控制功能在该条件退出时，会发出声音警报，以提醒驾驶员接管车辆；
[0021]车速自动控制介入标志位由1置0后，功能重新进入待命状态，实现车速自动控制与人为控制的切换，在本功能处于待命状态时，除驾驶员直接通过车内控制面板关闭功能外，设计了两种间接关闭方式如下：
[0022]方式一、功能待命持续时间超过所设计功能关闭时间门限；
[0023]方式二、实际车速超过所设计下坡缓降可控车速上限；
[0024]第二步、设计基于跟踪误差的过渡车速规划算法：
[0025]首先基于目标车速与实际车速规划出车辆纵向过渡过程，具体计算方法如下：
[0026][0027]式中：v
xd
为过渡过程的期望车速；v
xs
为目标下坡车速；α>0为车速增量系数；β>0为切换门限值，式中时间t在对应分段条件触发时，重新由0s计时；
[0028]第三步、建立考虑执行器特性的纵向动力学模型：
[0029]所使用的车辆纵向受力模型如下所示：
[0030][0031]式中：m为车辆的总质量；为不考虑车辆横摆角速度和侧向速度影响的车辆纵向加速度；F
t
为车辆轮胎与地面相互作用产生的纵向力，不同工况的计算方法如下式(3)所示；F
wind
为车辆所受空气阻力；F
slope
为车辆所受坡道阻力；F
f
为车辆所受滚动阻力；F
d
为车辆所受外界未知干扰；g为重力加速度；θ为道路坡度； C
D
为车辆空气阻力系数；ρ为空气密度；A为车辆迎风面积；μ为轮胎滚动阻力系数；
[0032][0033]式中：η为传动效率；i为总传动比；T
m
为电机驱动力矩；r
w
为轮胎滚动半径； P
mc
为制动主缸压力；k
bf
与k
br
分别为前后轮的制动效能系数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于集中式电机驱动车辆的陡坡车速控制方法，其特征在于：其方法包括如下步骤：第一步、设计基于有限状态机的系统策略响应模块：基于车辆状态信号，系统策略响应模块主要负责输出所设计陡坡车速控制功能开启标志位、车速自动控制介入标志位，本功能默认处于关闭状态，此时功能开启标志位、车速自动控制介入标志位均置0，功能开启步骤如下：步骤一、车内控制面板发出功能启动信号；步骤二、驱动踏板开度或制动踏板行程大于所设计的驾驶员介入驱动踏板开度门限或制动踏板行程门限；上述步骤均满足时功能开启标志位置1，车速自动控制介入标志位置0，本功能开启并进入待命状态，该状态下通过车内控制面板设定目标下坡车速，在车速控制模块激活后，目标车速无法更改，车速控制模块激活步骤如下：步骤一、驱动踏板开度小于驾驶员介入驱动踏板开度门限且制动踏板行程小于驾驶员介入制动踏板行程门限；步骤二、四个车轮轮速中至少有两个大于所设计判断车辆静止门限；步骤三、车辆所处道路坡度小于所设计车速控制介入坡度门限，上坡为正、下坡为负；若当前车速不为零，需满足步骤一和步骤三，车速自动控制介入标志位置1，车速控制模块利用ADRC算法对基于目标下坡车速与实际车速自动规划出的车辆加速或减速过程准确跟踪，保证实际车速收敛于目标；若当前车速为零，为避免制动踏板行程小于驾驶员介入制动踏板行程门限前，车辆由于陡坡重力分量提前下滑，需在步骤三的基础上，步骤一或步骤二中至少有一个满足，车速自动控制介入标志位置1；功能退出条件被设计为基于驾驶员操作和基于道路环境两类，基于驾驶员操作的功能退出条件根据上述激活步骤组合分为两种，若车辆由静止进入车速自动控制模式，首先判断制动踏板行程是否小于驾驶员介入制动踏板行程门限，是则以驱动踏板开度大于驾驶员介入驱动踏板开度门限或制动踏板行程大于驾驶员介入驱动踏板开度门限为车速自动控制介入标志位由1置0条件，否则需要满足如下所设计条件之一：条件一、在制动踏板行程首次回退为0后，驱动踏板开度大于驾驶员介入驱动踏板开度门限或制动踏板行程大于驾驶员介入制动踏板行程门限；条件二、制动踏板行程直接大于所设计驾驶员紧急介入制动踏板行程门限；基于道路环境的功能退出条件设计为车辆所处道路坡度，上坡为正、下坡为负，大于所设计车速控制介入坡度门限，控制功能在该条件退出时，会发出声音警报，以提醒驾驶员接管车辆；车速自动控制介入标志位由1置0后，功能重新进入待命状态，实现车速自动控制与人为控制的切换，在本功能处于待命状态时，除驾驶员直接通过车内控制面板关闭功能外，设计了两种间接关闭方式如下：方式一、功能待命持续时间超过所设计功能关闭时间门限；方式二、实际车速超过所设计下坡缓降可控车速上限；第二步、设计基于跟踪误差的过渡车速规划算法：
首先基于目标车速与实际车速规划出车辆纵向过渡过程，具体计算方法如下：式中：v
xd
为过渡过程的期望车速；v
xs
为目标下坡车速；α>0为车速增量系数；β>0为切换门限值，式中时间t在对应分段条件触发时，重新由0s计时；第三步、建立考虑执行器特性的纵向动力学模型：所使用的车辆纵向受力模型如下所示：式中：m为车辆的总质量；为不考虑车辆横摆角速度和侧向速度影响的车辆纵向加速度；F
t
为车辆轮胎与地面相互作用产生的纵向力，不同工况的计算方法如下式(3)所示；F
wind
为车辆所受空气阻力；F
slope
为车辆所受坡道阻力；F
f
为车辆所受滚动阻力；F
d
为车辆所受外界未知干扰；g为重力加速度；θ为道路坡度；C
...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵健，杜金朋，朱冰，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：