一种基于驾驶员纵向加速意图的闭环控制方法

本发明涉及汽车控制策略技术领域，具体为一种基于驾驶员纵向加速意图的闭环控制方法。

背景技术：

随着汽车技术的不断发展，消费者对汽车的运动性能要求，特别是驾驶性能的要求越来越高。汽车发展早期一般是运用机械结构建立加速踏板和节气门之间的关系，现阶段主要是通过构筑pedalmap图，建立加速踏板开度与需求扭矩之间的关系，将驾驶员的加速踏板的开度操作量转化为整车的驱动扭矩需求，并根据整车扭矩需求控制发动机的工作状态，与此相适应的传统的汽车的纵向控制方法，大多是采用基于扭矩的开环控制，即加速踏板开度解析为扭矩需求。

有学者对加速踏板解析提供新的思路。2010年，gm公司将加速踏板解析为功率需求，见文献integratedpowertraincontrol.saetechnicalpaper2010-01-0368。也有学者提出了基于扭矩的闭环控制架构。2010年，gm公司通过对发动机扭矩实现闭环控制保证输出动力的精准；2015年，daimlerag公司提出了基于半轴扭矩的闭环控制架构，见文献advancedmodel-basedcontrolfunctionstodesignthelongitudinalvehicledynamicsinpassengercars。参考各类文献可知，国内外学者对纵向控制进行了大量的研究，主要思路是将加速踏板解析为扭矩或者功率需求，并主要采用开环的控制方法控制车辆，偶尔有些学者采用了基于扭矩的闭环控制方法。但是，驾驶员的运动感受是运动而非扭矩和功率，传统的加速踏板开度-扭矩需求pedalmap图有一定的局限性，一方面其加速踏板操作量直接对应的是扭矩需求而非加速需求，另一方面pedalmap的标定主要是依靠标定工程师的主观因素确定的，缺乏相应的理论基础。传统的纵向控制是开环控制而非闭环控制，这种方法的不足是，使用同样的加速踏板开度操作，在不同型号不同配置的车辆上，在因为使用时长导致的性能衰退的车辆上，在不同坡度不同载重的情况下，无法达到同样的运动响应，即无法保证驾驶的一致性。

驾驶员对加速踏板的操作主要有三种，波动操作、短时间操作和长时间操作。波动操作是指由于路面的颠簸、驾驶员肌肉抖动等因素，对加速踏板产生的类似于噪声的波动影响，根据驾驶员的运动意图这样的波动操作应该被忽略；短时间操作是指驾驶员短时间内对加速踏板的操作量，主要反映了驾驶员的加速度需求；长时间操作指的是驾驶员长时间内维持固定的加速踏板开度，主要反应了驾驶员的稳定速度需求。

针对上述情况，本发明基于驾驶员纵向加速意图，确定了一套输入为加速踏板开度和当前车速，中间过程变量为加速度需求的闭环控制方法。通过建立加速踏板开度与稳定速度之间的对应关系，实现了驾驶员对加速踏板的长时间操作的运动意图；通过在稳定速度区域附近对加速踏板开度做不敏感处理，消除了加速踏板开度波动噪声带来的影响，实现了驾驶员对加速踏板的波动操作的运动意图；通过建立非稳定速度区域附近的加速踏板开度和加速度之间的映射关系，实现了驾驶员对加速踏板的短时间操作的运动意图。通过建立以加速度需求为中间变量的闭环控制，改善了当前基于扭矩控制车辆运动的驾驶不一致问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于驾驶员纵向加速意图的闭环控制方法。目前，绝大多数的加速踏板pedalmap图体现的是加速踏板开度和整车需求扭矩之间的关系，这种方法一方面缺乏理论支撑，无法直接映射到人的生理感受，另一方面无法满足车辆在不同情景下的驾驶一致性，无法更好地控制车辆。本发明通过分析驾驶员对加速踏板的操作，研究了驾驶员的波动操作、长时间操作和短时间操作的运动意图，生成了输入为加速踏板开度和车辆当前速度，输出为加速度需求的pedalmap图，并利用加速度需求作为中间变量，实现车辆纵向运动的闭环控制。为达到上述目的，本发明的解决方案为：

一种基于驾驶员纵向加速意图的闭环控制方法，其包括以下步骤：

s1：通过信号实时采集模块，采集当前车辆的纵向速度ux、当前加速踏板开度aped以及当前实际的整车纵向加速度ax；将采集到的纵向速度ux、当前加速踏板开度aped以及整车纵向加速度ax的单位转化为国际统一单位后输出；

s2：通过当前稳定速度所对应加速踏板开度模块使车辆以当前车速保持稳定行驶时所对应的加速踏板的开度大小；

s3：通过纵向加速度意图模块解析加速度需求信号实时采集模块采集到的当前加速踏板开度aped和当前稳定速度所对应加速踏板开度模块得到的当前稳定速度所对应加速踏板开度av2ped，做差并综合判断，从而解析出加速度需求纵向加速度意图模块主要包含四部分，长时间操作运动意图、波动操作运动意图、短时间操作运动意图、pedalmap；

s4：通过pid车辆控制模块实现车辆的纵向运动控制，将纵向加速度意图模块得到的加速度需求与实际测量得到的车辆纵向加速度ax，一并输入给pid控制系统，从而实现车辆的纵向运动控制。

作为本发明所述的基于驾驶员纵向加速意图的闭环控制方法的一种优选方案，其中：所述通过当前稳定速度所对应加速踏板开度模块，通过前期的试验标定，获知稳定车速情况下，所对应的加速踏板的开度，并将当前车速当做为稳定车速，输出相应的加速踏板开度av2ped。

作为本发明所述的基于驾驶员纵向加速意图的闭环控制方法的一种优选方案，其中：所述长时间操作运动意图是分析驾驶员对加速踏板的长时间操作的运动意图，驾驶员长时间保持一定的加速踏板开度，其运动意图是使车辆以稳定的车速行驶，因此需要探究加速踏板开度与稳定车速之间的关系。

作为本发明所述的基于驾驶员纵向加速意图的闭环控制方法的一种优选方案，其中：所述波动操作运动意图是分析驾驶员对加速踏板的波动操作的运动意图，当车辆行驶在不平路面上，或者由于驾驶员自身肌肉控制的抖动，加速踏板会出现类似于白噪声之类的波动，这时加速踏板开度的变化并非驾驶员的意图，因此需要对在稳定车速区域附近的加速踏板开度做不敏感处理。

作为本发明所述的基于驾驶员纵向加速意图的闭环控制方法的一种优选方案，其中：所述短时间操作运动意图是分析驾驶员对加速踏板的短时间操作的运动意图，当加速踏板在短时间内变化时，其体现的是驾驶员的加速度变化需求，需要根据加速踏板的操作量，确定出车辆的合理加速度需求。

作为本发明所述的基于驾驶员纵向加速意图的闭环控制方法的一种优选方案，其中：所述pedalmap是指将长时间操作运动意图、波动操作运动意图、短时间操作运动意图综合考虑，得到的加速踏板开度-加速度需求非线性映射的pedalmap图。

与现有技术相比：

1、本方法建立了考虑驾驶员多种操作意图的加速踏板开度-加速度需求pedalmap图，突破了传统的加速踏板开度-扭矩需求的pedalmap图的思维限制，使加速踏板开度直接对应加速度，更符合驾驶员的操作意图。

2、本方法基于驾驶员的加速度需求，利用加速度需求做为中间变量，实现了车辆的闭环控制，提高了驾驶一致性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将结合附图和详细实施方式对本发明进行详细说明，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1本发明所述的一种基于驾驶员纵向加速意图的闭环控制方法；

图2本发明所述的加速踏板开度-稳定车速关系曲线；

图3本发明所述的加速踏板开度-加速度需求关系示意曲线；

图4本发明所述的pid车辆闭环控制原理示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

本发明所述的一种基于驾驶员纵向加速意图的闭环控制方法由信号实时采集模块(i)、当前稳定速度所对应加速踏板开度模块(ii)、纵向加速度意图模块(iii)、pid车辆控制模块(iv)组成，方案示意图如图1所示。信号实时采集模块(i)是指采集车辆的加速踏板开度信号、当前车速信号以及当前纵向加速度信号；当前稳定速度所对应加速踏板开度模块(ii)是指当前车速所对应的加速踏板的开度；纵向加速度意图模块(iii)是指通过对当前加速踏板开度和当前车速所对应的加速踏板开度做差，通过pedalmap获知驾驶员的加速度需求；pid车辆控制模块(iv)是指利用驾驶员的加速度需求和当前实际的车辆纵向加速度控制车辆运动响应。

符号参数说明如下：

步骤一：设计信号实时采集模块(i)，利用相关设备，对车辆的加速踏板开度信号、当前纵向车速信号以及当前纵向加速度信号进行采集。获取相关信号之后，将其转化为国际标准单位。

步骤二：设计当前稳定速度所对应加速踏板开度模块(ii)，通过前期标定的方法，设计加速踏板开度和稳定车速的对应关系。当前广泛的做法是将加速踏板开度与节气门开度建立关系，从而将驾驶员的加速踏板开度转化为扭矩需求，从而驱动车辆。根据车辆纵向动力学可知，车辆的速度越高，其所受到的阻力越大，当驱动力与行驶阻力平衡时，车辆便达到了稳定车速。以这种方法确定的加速踏板开度和汽车稳定速度两者之间并非成比例关系，不利于实现驾驶员的操作意图。本发明通过对加速踏板开度为100％时纵向最高车速的测量，确定了最高车速，将加速踏板开度与稳定车速两者之间建立比例关系，由此得到了加速踏板开度和稳定车速之间的关系曲线，如图2所示。

步骤三：设计纵向加速度意图模块(iii)，其由长时间操作运动意图(3.1)、波动操作运动意图(3.2)、短时间操作运动意图(3.3)、pedalmap(3.4)四部分组成。长时间操作运动意图(3.1)是指驾驶员长时间以固定的加速踏板开度操作时，其运动需求是希望汽车达到驾驶员所需求的车速，通过当前稳定速度所对应加速踏板开度模块(ii)可以得知不同车速情况下对应的加速踏板开度大小。波动操作运动意图(3.2)是指驾驶员由于路面的颠簸以及自身肌肉的抖动，形成的加速踏板的波动，这时候驾驶员的运动需求是不希望车辆做出改变速度等响应的，因此需要对稳定速度区域附近的加速踏板开度对应的加速度需求做不敏感处理，如图3的ab段所示。短时间操作运动意图(3.3)是指驾驶员短时间内操作加速踏板，希望车辆随着驾驶员的控制实现加速响应，因此需要建立此时加速踏板开度和加速度需求的关系，如图3的cd段所示。pedalmap(3.4)是指，通过对长时间操作运动意图(3.1)、波动操作运动意图(3.2)、短时间操作运动意图(3.3)综合考虑，确定不同车速情况下，加速踏板开度和加速度需求之间的关系曲线。

步骤四：pid车辆控制模块(iv)是指，将驾驶员的加速度需求和当前实际的车辆纵向加速度，运用pid的方法实现车辆的闭环控制，原理示意图如图4所示。

虽然在上文中已经参考实施方式对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的实施方式中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施方式，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。