一种基于加速度闭环控制的线控车辆纵向控制方法与流程

：
1.本发明涉及一种基于加速度闭环控制的线控车辆纵向控制方法，其属于线控车辆纵向控制领域。


背景技术：

2.近年来随着人工智能、深度学习技术的发展与崛起，车辆自动驾驶、半自动驾驶已经成为世界各国研究的热门领域。
3.车辆实现线控是自动驾驶的基础，车辆运动控制中的线控，分为横向线控和纵向线控。纵向控制主要涉及加速控制和制动控制。目前在车辆线控领域，纵向控制接口主要分两种，一种是扭矩、制动力控制，另一种是加速度控制。前者要依托自动驾驶上层实现加速度控制，后者直接提供了加速度控制，后者降低了自动驾驶在车辆纵向控制上的门槛。
4.目前的加速度控制方案实施时存在以下几种缺点：
5.一、未能在上、下坡时实现较好的速度控制，在加速度跟踪过程中出现速度频繁振荡，导致车辆抖动。
6.二、需要从车辆动力学的角度对车辆纵向运动控制进行分析，适时进行补偿控制，以致开发人员需要具备较高的专业技术知识。
7.因此，确有必要对现有技术进行改进以解决现有技术之不足。


技术实现要素：

8.本发明是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种基于加速度闭环控制的线控车辆纵向控制方法，其能够解决现有技术无法实现对线控车辆加速度精确跟踪和上下坡时速度频繁振荡的问题。
9.本发明所采用的技术方案有：一种基于加速度闭环控制的线控车辆纵向控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
10.步骤s1：实时获取行驶加速度请求a
req
，对其结合当前实际车速v
act
做限制，当实际车速v
act
接近最高限速时，限制其最大值为0，由此得到的加速度值为期望加速度a
tar
；
11.步骤s2：对期望加速度a
tar
积分得到速度，该速度值需要做限制，限制最小值为零，限制最大值为车辆最高限速，由此得到的速度值为期望速度v
tar
；
12.步骤s3：期望速度v
tar
和实际速度v
act
作为外环速度环的输入，经过位置式pid调节，输出量为加速度，其再与以期望加速度a
tar
作为前馈量的前馈加速度相加，得到新的期望加速度a
tar_new
；
13.步骤s41：新的期望加速度a
tar_new
和实际加速度a
act
作为内环扭矩环的输入，经过位置式pid调节，输出量为扭矩，其再与扭矩前馈控制器输出的前馈扭矩相加，得到的扭矩值输出至车辆执行器，产生驱动效果；
14.步骤s42：新的期望加速度a
tar_new
和实际加速度a
act
也作为内环制动压力环的输入，经过位置式pid调节，输出量为制动液压力，其再与压力前馈控制器输出的前馈压力相
加，得到的压力值输出至车辆执行器，产生制动效果；
15.步骤s5：驱动电机输出负扭矩进行能量回收的同时达到一定的制动效果，在允许能量回收及车速大于3km/h的情况下，若期望加速度a
tar
大于-1.5m/s2，则不使用液压制动，完全使用驱动电机制动。
16.进一步地，步骤s41中，其中的前馈扭矩，通过pid调节的方式获得。
17.进一步地，制动压力前馈量结合期望加速度a
tar
，通过以整备质量为基础的算式获得，前馈调节的权重占80％，
[0018][0019]
式中：
[0020]
p：制动液压力，mpa；
[0021]
a：需求制动减速度，m/s2；
[0022]
m：整车重量，kg；
[0023]
r：车轮滚动半径，mm；
[0024]
d1、d2：前、后轮缸直径，mm；
[0025]
n1、n2：前、后制动器单侧油缸数目(仅对于盘式制动器而言)
[0026]
bf1、bf2：前、后制动器效能因数；
[0027]
r1、r2：前、后制动器制动半径，mm。
[0028]
进一步地，使用前馈双环串级pid控制，外环为速度环，内环为加速度环。
[0029]
进一步地，内环加速度环分为扭矩环和制动压力环。
[0030]
进一步地，外环速度环与内环加速度环，是串行关系。
[0031]
进一步地，内环扭矩环和制动压力环，是并行关系。
[0032]
本发明具有如下有益效果：与现有技术相比，本实施例提供的基于加速度闭环控制的线控车辆纵向控制方法通过增加一级速度闭环和引入前馈控制，在进行加速度精确跟踪的同时，还进行速度的精确跟踪，有助于提高车辆上、下坡时车速的平顺性，有助于提高车辆平路上匀速行驶时速度跟踪精度。使用前馈控制，进一步提高了加速度阶跃响应性能，且易于实现坡道起步辅助功能。
附图说明：
[0033]
图1为根据请求加速度求期望加速度示意图。
[0034]
图2为期望加速度积分为期望速度示意图。
[0035]
图3为速度控制环示意图。
[0036]
图4为加速度控制环示意图。
具体实施方式：
[0037]
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0038]
一种基于加速度闭环控制的线控车辆纵向控制方法，其包括如下步骤：
[0039]
步骤s1：实时获取行驶加速度请求a
req
，对其结合当前实际车速v
act
做限制，当实际车速v
act
接近最高限速时，限制其最大值为0，由此得到的加速度值为期望加速度a
tar
；
[0040]
步骤s2：对期望加速度a
tar
积分得到速度，该速度值需要做限制，限制最小值为零，限制最大值为车辆最高限速，由此得到的速度值为期望速度v
tar
；
[0041]
步骤s3：期望速度v
tar
和实际速度v
act
作为外环速度环的输入，经过位置式pid调节，输出量为加速度，其再与以期望加速度a
tar
作为前馈量的前馈加速度相加，得到新的期望加速度a
tar_new
。通过加入前馈控制，可以削弱pid调节固有的滞后性，提高系统响应速度，对于速度跟踪效果有明显改进；
[0042]
步骤s41：新的期望加速度a
tar_new
和实际加速度a
act
作为内环扭矩环的输入，经过位置式pid调节，输出量为扭矩，其再与扭矩前馈控制器输出的前馈扭矩相加，得到的扭矩值输出至车辆执行器，可产生驱动效果(对于电动汽车，输出负扭矩可产生制动效果)。其中的前馈扭矩，本实例通过pid调节的方式获得，也可通过其他控制方式获得。通过引入前馈扭矩，容易实现上坡起步辅助功能；
[0043]
步骤s42：新的期望加速度a
tar_new
和实际加速度a
act
也作为内环制动压力环的输入，经过位置式pid调节，输出量为制动液压力，其再与压力前馈控制器输出的前馈压力相加，得到的压力值输出至车辆执行器，可产制动效果。当前业内电子液压制动器的响应延时典型值在100～200ms，响应时间大，而pid调节又固有滞后性，故通过加大前馈调节的权重，可显著提高系统响应速度。本实例中的制动压力前馈量，结合期望加速度a
tar
，通过以整备质量为基础的算式获得，前馈调节的权重占80％，获得稳定的减速效果；
[0044]
步骤s5：针对电动汽车，驱动电机可输出负扭矩进行能量回收的同时达到一定的制动效果。结合实际车辆，本实例在允许能量回收及车速大于3km/h的情况下，若期望加速度a
tar
大于-1.5m/s2，则不使用液压制动，完全使用驱动电机制动，达到较好的能量回收的有益效果。
[0045]
以上所述，使用双环串级pid反馈 前馈控制的方法，灵活分配反馈和前馈的权重，通过实车或者仿真进行pid参数整定，仅需要本领域的技术人员懂得pid调参，无需车辆动力学等相关专业知识，实现线控车辆纵向加速度控制，精确跟踪加速度和速度，方法简单，易于实现。
[0046]
验证本发明方法时，通过在一款整备质量2100kg、驱动扭矩220n*m的车辆上，实现：静止状态下0～2m/s2的加速度阶跃响应，执行时间约1.5s，稳态误差《10％；平路上加速度请求为0匀速时，在0～30km/h限速范围内，速度绝对误差约在
±
0.3km/h内；20％坡度上坡，加速度请求为0匀速时，速度绝对误差在-2km/h内，速度平稳无抖动。
[0047]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。