一种定速巡航扭矩控制方法及系统与流程
本发明涉及新能源汽车整车控制技术领域，特别是涉及一种定速巡航扭矩控制方法及系统。
背景技术：
目前，纯电动汽车的定速巡航扭矩控制通常采用基于当前车速和目标车速差值的pi(proportionalintegral，比例积分)调节扭矩控制方法，还有的控制中会加入基础扭矩等进行补偿，或者对pi参数进行调节。
利用车速差值作为pi调节中的调节输入，完全依赖固定pi参数值调节出的扭矩控制存在一定的缺陷。例如，过于依赖pi调节，请求扭矩完全由pi调节扭矩决定，仅以车速差值作为调节控制的输入，由于没有动力学控制的介入，仅依赖算法调节扭矩，存在响应速度慢，扭矩控制精度差的问题，不能反映车辆的实时状态。
技术实现要素：
针对于上述问题，本发明提供一种定速巡航扭矩控制方法及系统，保证了定速巡航状态下在不同工况下的扭矩控制响应，提高了扭矩控制精度。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种定速巡航扭矩控制方法，该方法包括：
计算获得车辆目标加速度值和实际加速度值之间的加速度差值；
依据所述加速度差值与预定加速度阈值，判断加速度扭矩补偿是否介入，获得判断结果；
基于所述判断结果，计算获得目标扭矩；
根据车辆电池的当前可用最大功率和电机的当前可用最大扭矩，对所述目标扭矩进行控制，获得整车目标输出扭矩。
可选地，所述计算获得车辆目标加速度值和实际加速度值之间的加速度差值，包括：
根据车辆当前车速和设定的当前目标车速，查询获得车辆当前的目标加速度值；
根据所述目标加速度值和实际加速度值，计算获得所述加速度差值。
可选地，所述依据所述加速度差值与预定加速度阈值，判断加速度扭矩补偿是否介入，获得判断结果，包括：
判断所述加速度差值的绝对值是否大于上限阈值，如果是，则将所述加速度差值作为扭矩调节控制的输入参数，实现加速度扭矩补偿的介入；
若所述加速度差值的绝对值小于下限阈值，则将速度差值作为扭矩调节控制的输入参数，其中，所述速度差值为车辆当前车速和设定的当前目标车速的差值；
若所述加速度差值的绝对值大于所述下限阈值，且小于所述上限阈值，则车辆维持当前的扭矩控制模式。
可选地，所述基于所述判断结果，计算获得目标扭矩，包括：
若将所述加速度差值作为扭矩调节控制的输入参数，计算获得第一需求扭矩，并取所述第一需求扭矩和加速踏板解析获得扭矩之间的较大值，作为所述目标扭矩；
若将速度差值作为扭矩调节控制的输入参数，计算获得第二需求扭矩，取所述第二需求扭矩和所述加速踏板解析获得扭矩之间的较大值，作为所述目标扭矩。
可选地，该方法还包括：
响应于所述加速度差值的变化模式满足第一预设模式，将当前所述车辆的扭矩控制模式切换至加速度扭矩补偿计算模式；
响应于所述加速度差值的变化模式满足第二预设模式，控制当前所述车辆的扭矩控制模式退出所述加速度扭矩补偿计算模式；
其中，所述第一预设模式表征所述加速度差值的绝对值持续增加超过所述上限阈值，所述第二预设模式表征所述加速度差值的绝对值持续减小直至所述下限阈值。
可选地，所述若将所述加速度差值作为扭矩调节控制的输入参数，计算获得第一需求扭矩，包括：
将所述加速度差值作为扭矩调节控制的输入参数，采用比例积分调节控制，获得第一扭矩；
根据整车参数，计算获得加速扭矩，所述整车参数包括整车质量、所述加速度差值、主减速比、变速箱传动比、机械传动效率和车轮半径；
将所述第一扭矩、所述加速扭矩和上一时刻输出的扭矩值的和值，确定为所述第一需求扭矩。
可选地，所述若将速度差值作为扭矩调节控制的输入参数，计算获得第二需求扭矩，包括：
根据所述车辆当前车速和所述设定的当前目标车速，计算获得速度差值；
将所述速度差值作为扭矩调节控制的输入参数，采用比例积分调节控制，获得第二扭矩；
根据车辆当前车速，查询获得基础补偿前馈扭矩；
将所述第二扭矩和所述基础补偿前馈扭矩之间的和，确定为所述第二需求扭矩。
可选地，所述根据车辆电池的当前可用最大功率和电机的当前可用最大扭矩，对所述目标扭矩进行控制，获得整车目标输出扭矩，包括：
基于获得的车辆电池的当前可用最大功率，计算获得电池扭矩限制值；
对获得的所述电机的当前可用最大扭矩、所述电池扭矩限制值和所述目标扭矩进行数值比较，将比较获得的最小值确定为所述整车目标输出扭矩。
一种定速巡航扭矩控制系统，该系统包括：
第一计算单元，用于计算获得车辆目标加速度值和实际加速度值之间的加速度差值；
判断单元，用于依据所述加速度差值与预定加速度阈值，判断加速度扭矩补偿是否介入，获得判断结果；
第二计算单元，用于基于所述判断结果，计算获得目标扭矩；
控制单元，用于根据车辆电池的当前可用最大功率和电机的当前可用最大扭矩，对所述目标扭矩进行控制，获得整车目标输出扭矩。
可选地，所述判断单元包括：
第一判断子单元，用于判断所述加速度差值的绝对值是否大于上限阈值，如果是，则将所述加速度差值作为扭矩调节控制的输入参数，实现加速度扭矩补偿的介入；
第二判断子单元，用于若所述加速度差值的绝对值小于下限阈值，则将速度差值作为扭矩调节控制的输入参数，其中，所述速度差值为车辆当前车速和设定的当前目标车速的差值；
第三判断子单元，用于若所述加速度差值的绝对值大于所述下限阈值，且小于所述上限阈值，则车辆维持当前的扭矩控制模式。
相较于现有技术，本发明提供了一种定速巡航扭矩控制方法及系统，根据车辆目标加速度和当前实际加速度值之间的加速度差值，判断是否需要加速度扭矩补偿的介入，然后根据判断结果计算获得目标扭矩，将加速度差值作为不同扭矩计算模式的判断条件，既保证了在急加速和急减速工况下的响应速度，又保证了稳定时的驾驶体验的舒适性，实现了定速巡航状态下在不同工况下的扭矩控制响应，并且，引入加速度等动力学参数从车辆动力学角度对扭矩的进行控制，提高了扭矩控制精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种定速巡航扭矩控制方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种定速巡航扭矩控制系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有设定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。
在本发明实施例中提供了一种定速巡航扭矩控制方法，参见图1，该方法包括：
s101、计算获得车辆目标加速度值和实际加速度值之间的加速度差值。
车辆目标加速度值是根据车辆当前车速和设定的当前目标车速，通过查询获得的。车辆的整车控制器中预先存储有车速差与目标加速度值对应关系查询列表。实际加速度值对应车辆当前的加速度值，例如，车辆的实际加速度值可以根据整车控制器中记载的车辆的实时速度值计算获得。
车辆进入定速巡航状态后，驾驶员通过手动操作的方式设置车辆的目标车速，整车控制器根据当前车速和当前目标车速的差值查询到当前目标加速度，再计算当前目标加速度值和当前加速度值的差值，具体方法为：
驾驶员期望进行定速巡航设置时，会产生目标车速vt，当前车速vn和目标车速vt的差值△v＝vt-vn作为输入参数，在“车速差-目标加速度”表中进行查询。此表由实车标定获得，车速差越大，查询到对应的目标加速度值就越大，将该表预先存储在整车控制器内，从而通过查表就得到了目标加速度at，在根据当前实际加速度an计算获得加速度差值δa＝at-an。目标加速度值的获取，可以更加直接地发映出驾驶员的驾驶意图，并通过后续调节使得车辆能够快速达到驾驶员设定的目标车速。
s102、依据加速度差值与预定加速度阈值，判断加速度扭矩补偿是否介入，获得判断结果；
s103、基于判断结果，计算获得目标扭矩。
在本发明实施例中对定速巡航扭矩控制方法引入了加速度扭矩补偿，但是并不是每种情况都需要加速度扭矩补偿，而是根据实际情况进行实时判定。
需要设定用于表征加速度扭矩补偿介入的上限阈值和用于表征加速度扭矩补偿退出的下限阈值，这两个参数皆需要标定。
判断加速度扭矩补偿是否介入的过程，包括：
s201、判断加速度差值的绝对值是否大于上限阈值，如果是，则执行s202，否则执行s203；
s202、将加速度差值作为扭矩调节控制的输入参数，实现加速度扭矩补偿的介入；
s203、若加速度差值的绝对值小于下限阈值，则将速度差值作为扭矩调节控制的输入参数；
其中，速度差值为车辆当前车速和设定的当前目标车速的差值；
即此时加速度扭矩补偿不介入，采用根据传统的基于速度偏差的方式计算扭矩值。
s204、若加速度差值的绝对值大于下限阈值，且小于上限阈值，则车辆维持当前的扭矩控制模式。
即是根据加速度差值的绝对值与预设的上限阈值和下限阈值进行比较，来确定加速度扭矩补偿是否介入，既保证了在急加速和急减速的工况下的响应速度，又能保证稳定驾驶时的舒适性。
在上述实施例的基础上，计算获得目标扭矩对应的方法包括：
若将加速度差值作为扭矩调节控制的输入参数，计算获得第一需求扭矩，并取第一需求扭矩和加速踏板解析获得扭矩之间的较大值，作为目标扭矩；
若将速度差值作为扭矩调节控制的输入参数，计算获得第二需求扭矩，将并将第二需求扭矩和加速踏板解析获得扭矩之间的较大值，作为目标扭矩；
车辆的扭矩控制模式维持当前的扭矩控制模式，根据当前的扭矩控制控制模式确定目标扭矩，其中，当前的扭矩控制模式包括加速度差值作为扭矩调节控制的输入参数对应的控制模式和将速度差值作为扭矩调节控制的输入参数的控制模式。
举例说明，amax为加速度扭矩补偿介入的上限阈值，amin为加速度扭矩补偿退出的下限阈值。
当|δa|＞amax时，目标扭矩tt＝max(ta,tp)；
当|δa|＜amin时，目标扭矩tt＝max(tv,tp)；
当amin＜|δa|＜amax时，目标扭矩tt维持当前的扭矩计算模式。
ta为根据加速度差值作为输入参数计算的需求扭矩，tv为根据速度差值作为输入参数计算的需求扭矩，tp为加速度踏板解析的扭矩。
其中，维持当前的扭矩计算模式就是一直维持前一周期的模式，直到δa连续改变至|δa|＞amax或|δa|＜amin时才会改变当前的计算模式。
在本发明的另一实施例中，优选的，在amin＜|δa|＜amax时，可以设计一个回滞开关，在加速度差维持增加超过扭矩补偿的上限amax时才会切换到加速度扭矩补偿计算模式，在加速度差持续减小直至小于扭矩补偿的下限amin时才会退出加速度扭矩补偿计算模式，这样能避免扭矩计算模式在切换点附近波动时频繁切换带来的不良驾驶体验，具体包括：
响应于所述加速度差值的变化模式满足第一预设模式，将当前所述车辆的扭矩控制模式切换至加速度扭矩补偿计算模式；
响应于所述加速度差值的变化模式满足第二预设模式，控制当前所述车辆的扭矩控制模式退出所述加速度扭矩补偿计算模式。
其中，第一预设模式表征所述加速度差值的绝对值持续增加超过所述上限阈值，第二预设模式表征所述加速度差值的绝对值持续减小直至所述下限阈值。
具体的，在计算目标扭矩的过程中主要分为了两种情况，一种是采用加速度差值作为输入参数，计算获得目标扭矩，另一种是采用车速差作为输入参数，计算获得目标扭矩。
若将加速度差值作为扭矩调节控制的输入参数，则计算获得第一需求扭矩，包括：
将所述加速度差值作为扭矩调节控制的输入参数，采用比例积分调节控制，获得第一扭矩；
根据整车参数，计算获得加速扭矩，所述整车参数包括整车质量、所述加速度差值、主减速比、变速箱传动比、机械传动效率和车轮半径；
将所述第一扭矩、所述加速扭矩和上一时刻输出的扭矩值的和值，确定为第一需求扭矩。
具体的，当|δa|＞amax时，采用加速度差值作为输入，利用pid调节得到第一扭矩tapi，同时，还需要加上加速扭矩tδa和上一时刻输出扭矩tn-1，其中：
其中，m为整车质量，δa为加速度差值，i0为主减速比，ig为变速箱传动比，
第一需求扭矩ta＝tapi+tδa+tn-1。
tδa+tn-1是根据牛顿第二定律，要达到目标加速度所需的扭矩，从整车动力学角度计算车辆加速扭矩，可加快响应速度，及时反映车辆状态，同时还能减小因为不同车速下行驶阻力不同等因素的影响，大幅减少不同工况下所需标定参数的数量，缩短调试周期，减轻标定工程师的工作量，此外，此动力学计算扭矩还可在标定数据较少的情况下使得扭矩计算更加精确。
tapi是以加速度差为pi控制的输入量得到的扭矩补偿，用来进一步优化输出扭矩，同时还能减小由于加速度值变化剧烈带来的扭矩波动，使车辆在定速巡航过程中具有良好的舒适性。
另一种情况下，将速度差值作为扭矩调节控制的输入参数，计算获得第二需求扭矩，包括：
根据车辆当前车速和设定的当前目标车速，计算获得速度差值；
将所述速度差值作为扭矩调节控制的输入参数，采用比例积分调节控制，获得第二扭矩；
根据车辆当前车速，查询获得基础补偿前馈扭矩；
将所述第二扭矩和所述基础补偿前馈扭矩之间的和，确定为第二需求扭矩。
具体的，当|δa|＜amin时，仍采用车速差作为输入参数，利用pid调节得到的第二扭矩tvpi，同时加上基础补偿前馈扭矩tbasic，即：
tv＝tvpi+tbasic
其中，tvpi项的pi调节参数需单独标定，tbasic是根据车速一维查表获得的基础补偿前馈扭矩，车速越大，基础补偿前馈扭矩tbasic的值越大，tbasic随车速的变化值可通过标定获得，标定完成的值预存在整车控制器中，可供实时查询调用。基础补偿前馈扭矩tbasic在标定前，可参考车辆行驶阻力方程中的滚动阻力扭矩和空气阻力扭矩项给予初值，从而减小标定工作量。即基础补偿前馈扭矩tbasic与滚动阻力矩tf和空气阻力矩tw之和呈正相关：
tbasic∝(tf+tw)
其中：
i0为主减速比，ig为变速箱传动比，
目前绝大多数带有定速巡航功能的车辆的巡航车速范围是40km/h～120km/h，而通常在80km/h车速范围以上时，车辆所受行驶阻力主要为迎风阻力，因此在80km/h～120km/h范围内需要增大基础补偿前馈tbasic，这样可以减小pi调节扭矩的压力，使pi参数值不需要很大，有利于减小调节扭矩的波动，同时使扭矩调节响应更迅速，带来更好的定速巡航驾驶体验。
s104、根据车辆电池的当前可用最大功率和电机的当前可用最大扭矩，对目标扭矩进行控制，获得整车目标输出扭矩。
计算获得整车目标扭矩后，需要对扭矩进行限制，以保证整车的平稳性。
扭矩限制需要根据电池的当前可用最大功率pbat以及电机的当前可用最大扭矩tmotor，对输出扭矩进行相应的上限限制，以保证整车行车安全性。其中，电池的最大功率是通过电池管理系统实时发送的，当前电机的可用最大扭矩tmotor是通过电机控制器实时发送的。
根据功率-扭矩的换算公式，由电池最大可用功率pbat得到的扭矩限制为：
其中，n为电机输出的转速，单位为r/min。
最终的目标输出扭矩：
tout＝min(tt,tmotor,tbat)
本发明提供了一种定速巡航扭矩控制方法，根据车辆目标加速度和当前实际加速度值之间的加速度差值，判断是否需要加速度扭矩补偿的介入，然后根据判断结果计算获得目标扭矩，将加速度差值作为不同扭矩计算模式的判断条件，既保证了在急加速和急减速工况下的响应速度，又保证了稳定时的驾驶体验的舒适性，实现了定速巡航状态下在不同工况下的扭矩控制响应，并且，引入加速度等动力学参数从车辆动力学角度对扭矩的进行控制，提高了扭矩控制精度。
在本发明的另一实施例中还提供了一种定速巡航扭矩控制系统，参见图2，该系统包括：
第一计算单元10，用于计算获得车辆目标加速度值和实际加速度值之间的加速度差值；
判断单元11，用于依据所述加速度差值与预定加速度阈值，判断加速度扭矩补偿是否介入，获得判断结果；
第二计算单元12，用于基于所述判断结果，计算获得目标扭矩；
控制单元13，用于根据车辆电池的当前可用最大功率和电机的当前可用最大扭矩，对所述目标扭矩进行控制，获得整车目标输出扭矩。
本发明提供了一种定速巡航扭矩控制系统，在第一计算单元中根据车辆目标加速度和当前实际加速度值之间的加速度差值，通过判断单元判断是否需要加速度扭矩补偿的介入，然后在第二计算单元中根据判断结果计算获得目标扭矩，将加速度差值作为不同扭矩计算模式的判断条件，既保证了在急加速和急减速工况下的响应速度，又保证了稳定时的驾驶体验的舒适性，实现了定速巡航状态下在不同工况下的扭矩控制响应，并且，引入加速度等动力学参数从车辆动力学角度对扭矩的进行控制，提高了扭矩控制精度。
在上述实施例的基础上，第一计算单元10包括：
查询子单元，用于根据车辆当前车速和设定的当前目标车速，查询获得车辆当前的目标加速度值；
第一计算子单元，用于根据所述目标加速度值和实际加速度值，计算获得所述加速度差值。
在上述实施例的基础上，判断单元11包括：
第一判断子单元，用于判断所述加速度差值的绝对值是否大于上限阈值，如果是，则将所述加速度差值作为扭矩调节控制的输入参数，实现加速度扭矩补偿的介入；
第二判断子单元，用于若所述加速度差值的绝对值小于下限阈值，则将速度差值作为扭矩调节控制的输入参数，其中，所述速度差值为车辆当前车速和设定的当前目标车速的差值；
第三判断子单元，用于若所述加速度差值的绝对值大于所述下限阈值，且小于所述上限阈值，则所述车辆维持当前的扭矩控制模式。
在上述实施例的基础上，第二计算单元12包括：
第二计算子单元，用于若将所述加速度差值作为扭矩调节控制的输入参数，计算获得第一需求扭矩，并取所述第一需求扭矩和加速踏板解析获得扭矩之间的较大值，作为所述目标扭矩；
第三计算子单元，用于若将速度差值作为扭矩调节控制的输入参数，计算获得第二需求扭矩，取所述第二需求扭矩和加速踏板解析获得扭矩之间的较大值，作为目标扭矩；
在上述实施例的基础上，该系统还包括：
第一切换单元，用于响应于所述加速度差值的变化模式满足第一预设模式，将当前所述车辆的扭矩控制模式切换至加速度扭矩补偿计算模式；
第二切换单元，响应于所述加速度差值的变化模式满足第二预设模式，控制当前所述车辆的扭矩控制模式退出所述加速度扭矩补偿计算模式；
其中，所述第一预设模式表征所述加速度差值的绝对值持续增加超过所述上限阈值，所述第二预设模式表征所述加速度差值的绝对值持续减小直至所述下限阈值。
在上述实施例的基础上，所述第二计算子单元具体用于：
将所述加速度差值作为扭矩调节控制的输入参数，采用比例积分调节控制，获得第一扭矩；
根据整车参数，计算获得加速扭矩，所述整车参数包括整车质量、所述加速度差值、主减速比、变速箱传动比、机械传动效率和车轮半径；
将所述第一扭矩、所述加速扭矩和上一时刻输出的扭矩值的和值，确定为所述第一需求扭矩。
在上述实施例的基础上，所述第三计算子单元具体用于：：
根据所述车辆当前车速和所述设定的当前目标车速，计算获得速度差值；
将所述速度差值作为扭矩调节控制的输入参数，采用比例积分调节控制，获得第二扭矩；
根据车辆当前车速，查询获得基础补偿前馈扭矩；
将所述第二扭矩和所述基础补偿前馈扭矩之间的和，确定为所述第二需求扭矩。
在上述实施例的基础上，控制单元13包括：
第四计算子单元，用于基于获得的车辆电池的当前可用最大功率，计算获得电池扭矩限制值；
第二确定子单元，用于对获得的所述电机的当前可用最大扭矩、所述电池扭矩限制值和所述目标扭矩进行数值比较，将比较获得的最小值确定为所述整车目标输出扭矩。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
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