基于扭矩环的巡航方法及装置与流程

1.本发明涉及电机应用控制的技术领域，尤其涉及基于扭矩环的巡航方法及装置。


背景技术：

2.速度环是伺服电机运动控制的一环，其输入是位置调节后的输出以及位置设定的前馈值，速度环输入值和速度环反馈值进行比较后的差值在速度环做pid调节(proportion、integral、differential，比例、积分、微分)后输出到电流环。速度环控制包含速度环和电流环。目前基于速度环的低速巡航已被大多数轻型卡车和物流车辆使用，然而随着功能安全的更新和发展，速度环的巡航模式已经不能满足功能安全要求，并且速度环的功能安全开发成本较高。功能安全是整体安全的一部分，它依赖于一个系统或设备对其输入的正确响应。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供基于扭矩环的巡航方法及装置，能够使用扭矩控制来实现巡航功能，解决了使用速度环来巡航时不能满足功能安全要求、开发成本高的问题。
4.本发明的目的采用以下技术方案实现：
5.一种基于扭矩环的巡航方法，包括：
6.在车辆处于巡航模式期间，确定目标巡航速度；
7.根据车辆速度和所述目标巡航速度，延迟调整所述车辆的输出扭矩，以使所述车辆速度与所述目标巡航速度之差与所述目标巡航速度的比值不小于第一值且不大于第二值；所述车辆速度为所述车辆的当前速度；所述第一值不小于-1，所述第二值不大于1。
8.优选地，所述在车辆处于巡航模式期间，确定目标巡航速度之后，还包括：
9.根据所述车辆的性能参数和环境参数，确定所述车辆的初始扭矩；
10.如果所述车辆速度与所述目标巡航速度之差与所述目标巡航速度的比值不小于所述第一值且不大于所述第二值，则设置所述车辆的输出扭矩为所述初始扭矩，并维持所述车辆的输出扭矩在所述初始扭矩。
11.优选地，所述根据车辆速度和所述目标巡航速度，延迟调整所述车辆的输出扭矩，以使所述车辆速度与所述目标巡航速度之差与所述目标巡航速度的比值不小于第一值且不大于第二值，包括：
12.如果所述车辆速度与所述目标巡航速度之差与所述目标巡航速度的比值不小于所述第二值，则设置所述车辆的输出扭矩为第一扭矩，并维持所述车辆的输出扭矩在所述第一扭矩；所述第一扭矩被设置为使所述车辆的加速度为负数；
13.如果所述车辆速度与所述目标巡航速度之差与所述目标巡航速度的比值不大于所述第一值，则设置所述车辆的输出扭矩为第二扭矩，并维持所述车辆的输出扭矩在所述第二扭矩；所述第二扭矩被设置为使所述车辆的加速度为正数。
14.优选地，所述根据车辆速度和所述目标巡航速度，延迟调整所述车辆的输出扭矩，
以使所述车辆速度与所述目标巡航速度之差与所述目标巡航速度的比值不小于第一值且不大于第二值，还包括：
15.如果所述车辆的加速度为正数，且所述车辆速度与所述目标巡航速度之差与所述目标巡航速度的比值大于第三值且小于所述第二值，则设置所述车辆的输出扭矩为第三扭矩，并维持所述车辆的输出扭矩在所述第三扭矩；所述第三值大于所述第一值且小于所述第二值，所述第三扭矩大于所述第一扭矩且小于所述第二扭矩；
16.如果所述车辆的加速度为负数，且所述车辆速度与所述目标巡航速度之差与所述目标巡航速度的比值大于所述第一值且小于第四值，则设置所述车辆的输出扭矩为第四扭矩，并维持所述车辆的输出扭矩在所述第四扭矩；所述第四值大于所述第一值且小于所述第二值，所述第四扭矩大于所述第一扭矩且小于所述第二扭矩。
17.优选地，所述第三扭矩等于所述第四扭矩。
18.优选地，所述第一值为-1/400，所述第二值为1/200，所述第三值为0，所述第四值为1/400。
19.优选地，还包括：
20.在所述车辆处于巡航模式期间，更改所述目标巡航速度；
21.根据所述车辆速度和更改后的所述目标巡航速度，延迟调整所述车辆的输出扭矩，以使所述车辆速度与所述目标巡航速度之差与所述目标巡航速度的比值不小于所述第一值且不大于所述第二值。
22.优选地，所述在车辆处于巡航模式期间，确定目标巡航速度之前，还包括：
23.接收所述车辆的模式命令；
24.判断所述模式命令是否为巡航模式；
25.如果是，则使所述车辆处于巡航模式；
26.否则使所述车辆退出巡航模式。
27.一种基于扭矩环的巡航装置，包括处理器和存储器，所述处理器执行所述存储器存储的计算机指令，使得所述基于扭矩环的巡航装置执行上述任一项方法。
28.优选地，所述装置还包括与处理器分别连接的第一传感器和第二传感器；
29.所述第一传感器用于测量所述车辆的载荷质量并发送到所述处理器；
30.所述第二传感器用于测量当前路面坡度并发送到所述处理器；
31.所述处理器还用于根据所述车辆的载荷质量和所述当前路面坡度，确定所述车辆的应施加输出扭矩。
32.相比现有技术，本发明的有益效果在于：
33.本发明公开了基于扭矩环的巡航方法及装置，在车辆处于巡航模式期间，确定目标巡航速度，根据车辆速度和目标巡航速度，延迟调整车辆的输出扭矩，以使车辆速度与目标巡航速度之差与目标巡航速度的比值不小于第一值且不大于第二值。本发明使用扭矩控制代替速度控制来实现巡航功能，扭矩控制只跟车辆的当前速度和设定的目标巡航速度有关，容易满足功能安全要求；相比于速度环，扭矩环省去了pid调节，降低了功能安全开发成本。
附图说明
34.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
35.图1示出了本发明实施例提供的一种基于扭矩环的巡航方法的流程示意图；
36.图2示出了本发明实施例提供的一种设置车辆的输出扭矩的方法的流程示意图；
37.图3示出了本发明实施例提供的一种扭矩环控制的流程示意图；
38.图4示出了本发明实施例提供的另一种基于扭矩环的巡航方法的流程示意图；
39.图5示出了本发明实施例提供的一种基于扭矩环的巡航装置的结构示意图。
40.图中：10、处理器；20、存储器。
具体实施方式
41.下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
42.iso26262《道路车辆功能安全》国际标准是针对总重不超过3.5吨的八座乘用车，以安全相关电子电气系统的特点所制定的功能安全标准。
43.参见图1，本发明实施例提供了一种基于扭矩环的巡航方法，包括以下几个步骤。s1：在车辆处于巡航模式期间，确定目标巡航速度；s2：根据车辆速度和目标巡航速度，延迟调整车辆的输出扭矩，以使车辆速度与目标巡航速度之差与目标巡航速度的比值不小于第一值且不大于第二值；车辆速度为车辆的当前速度；第一值不小于-1，第二值不大于1。
44.车辆速度与目标巡航速度之差与目标巡航速度的比值不小于第一值且不大于第二值，是指车辆速度稳定在目标巡航速度附近的一个速度范围内。第一值、第二值是预先设定的数值，分别用于确定巡航模式下车辆速度的最小值和最大值。车辆速度为非负数，目标巡航速度为正数，因此车辆速度与目标巡航速度之差与目标巡航速度的比值不小于-1。本发明实施例可以将第一值设置为不小于-1。由于这是一个速度范围，因此第二值不小于第一值。车辆速度与目标巡航速度之差与目标巡航速度的比值为1时，车辆速度是目标巡航速度的2倍。因此，本发明实施例可以将第二值设置为不大于1。第一值、第二值可以被设置为绝对值很小的数，最终使车辆速度与目标巡航速度的偏差稳定在很小的范围内。例如，当第一值是-0.001，第二值为0.001时，车辆速度与目标巡航速度的偏差被控制在
±1‰
内。
45.在实际应用中，可以根据车辆的性能参数以及用户对车辆平稳性的需求设定相应的第一值、第二值。车辆的配置高，能够实现精准控制，就可以将第一值、第二值设置为接近于0的数值，在使用巡航模式时，车辆速度的变化范围很小，车上用户的乘车体验会很平稳；而对于配置低的车辆就允许一个较大的速度偏差范围，在使用巡航模式时，车辆速度的变化范围较大，车上用户的乘车体验相对来说没那么平稳。
46.本发明实施例使用扭矩控制代替速度控制来实现巡航功能，扭矩控制只跟车辆的当前速度和设定的目标巡航速度有关，容易满足iso26262《道路车辆功能安全》国际标准的功能安全要求；相比于速度环，扭矩环省去了pid调节，降低了功能安全开发成本。
47.在一些实施例中，该方法在s1之前还可以包括：接收车辆的模式命令；判断模式命令是否为巡航模式；如果是，则使车辆处于巡航模式；否则使车辆退出巡航模式。用户可以通过模式命令开启和关闭巡航模式。如果模式命令不是巡航模式，则巡航模式可以退出。
48.在一些实施例中，s1可以包括：如果车辆处于巡航模式，则根据接收到的速度命令确定目标巡航速度。用户能够发出速度命令，自定义目标巡航速度。
49.在一些实施例中，s1可以包括：如果车辆处于巡航模式，则根据当前道路的环境参数确定目标巡航速度。环境参数可以包括当前路面坡度和当前路面平整度。这样可以根据当前行驶路面的实际道路状况，确定相应的目标巡航速度。例如，可以预先设定平地、斜坡、颠簸路段的目标巡航速度，在车辆开启巡航模式时自动加载与当前道路状况相应的目标巡航速度。斜坡、颠簸路段的目标巡航速度可以被设置为低于平地的目标巡航速度。
50.其中，s1可以包括：如果车辆处于巡航模式，则根据车辆速度和当前道路的环境参数确定目标巡航速度。在设置目标巡航速度时，除了当前道路状况之外，还考虑车辆速度。车辆速度和当前道路状况结合在一起可以在一定程度上反应用户的驾驶偏好，例如，在平地上依然选择较慢行驶速度的用户显然是不喜欢开快车的，那么给该用户设置的目标巡航速度可以相应地降低。
51.在一些实施例中，s1可以包括：在车辆处于巡航模式期间，确定目标巡航速度为预定速度。如果用户没有发出速度命令，则目标巡航速度可以设置为预先存储于车辆的预定速度。其中，预定速度可以是2000rpm(revolutions per minute，即转每分，表示设备每分钟的旋转次数)。
52.在一些实施例中，目标巡航速度可以为2000rpm。
53.在一些实施例中，该方法在s1之后还可以包括：根据车辆的性能参数和环境参数，确定车辆的初始扭矩；如果车辆速度与目标巡航速度之差与目标巡航速度的比值不小于第一值且不大于第二值，则设置车辆的输出扭矩为初始扭矩，并维持车辆的输出扭矩在初始扭矩。根据车辆的性能参数和实际道路状况的不同加载相应的初始扭矩，使车辆能够根据复杂的道路条件更稳定地运行动力总成。车辆的性能参数可以包括基本参数、车身参数、发动机参数、变速箱参数、底盘转向参数、车轮制动参数、主/被动安全装备参数、操纵配置参数、外部配置参数、内部配置参数中的一种或多种。初始扭矩可以是预先在样品车、汽车或卡车上校准的输出扭矩，且初始扭矩与当前车辆的性能参数和环境参数有关。可选地，车辆的性能参数可以包括车辆的载荷质量，环境参数包括当前路面坡度。即，同一车辆在斜坡和平地的初始扭矩是不同的；不同性能的车辆在同一斜坡的初始扭矩是不同的。斜坡的初始扭矩可以被设置为高于平地的初始扭矩；载荷质量大的车辆的初始扭矩可以被设置为高于载荷质量小的车辆的初始扭矩。
54.参见图2，在一些实施例中，s2可以包括：s22：如果车辆速度与目标巡航速度之差与目标巡航速度的比值不小于第二值，则设置车辆的输出扭矩为第一扭矩，并维持车辆的输出扭矩在第一扭矩；第一扭矩被设置为使车辆的加速度为负数；s24：如果车辆速度与目标巡航速度之差与目标巡航速度的比值不大于第一值，则设置车辆的输出扭矩为第二扭矩，并维持车辆的输出扭矩在第二扭矩；第二扭矩被设置为使车辆的加速度为正数。改变扭矩可以影响车辆的加速度从而改变车辆速度。第一扭矩、第二扭矩为预先设定的输出扭矩。第一扭矩被设置为使车辆的加速度为负数，通过降低车辆动力以使车辆速度减小。第二扭矩被设置为使车辆的加速度为正数，通过增加车辆动力以使车辆速度增大。
55.本发明实施例为车辆速度设置不同的速度范围，对应速度范围设置相应的输出扭矩，当车辆速度与目标巡航速度之差与目标巡航速度的比值超出一定比例时，减小输出扭
矩使车辆动力降低，车辆的加速度为负数，车辆减速；当车辆速度与目标巡航速度之差与目标巡航速度的比值低于一定比例时，增大输出扭矩使车辆动力增加，车辆的加速度为正数，车辆加速。通过调节输出扭矩控制速度变化，最终使车辆速度稳定在目标巡航速度。在车辆处于巡航模式期间，具有滞环的扭矩环不需要根据车辆速度实时调整输出扭矩，而是在车辆速度在不同的速度范围之间切换、所处速度范围发生改变时才进行延迟调整，输出扭矩被设置为在第一扭矩、第二扭矩之间有规律地切换，避免输出扭矩实时调整、频繁切换造成电机工作参数的频繁更改从而导致电机消耗过度，影响电机的使用性能和寿命，并且输出扭矩的使用状态只有两个，提升系统的稳定性；由于输出扭矩非实时调整，不需要根据当前道路状况实时计算输出扭矩，相比于pid调节，计算资源消耗和计算时间成本大大减少，节省计算资源，避免计算延迟，同时减少各组件之间的数据交互，因此面对复杂的道路条件时能够更稳定地运行动力总成。
56.第二扭矩可以等于上述初始扭矩，此时在车辆的整个行驶过程中，输出扭矩的使用状态只有初始扭矩、第一扭矩两种，进一步提升系统的稳定性。
57.在一种优选的情况，第一值可以是负数，第二值可以是正数，巡航模式下车辆速度的最小值将低于目标巡航速度，最大值将超出目标巡航速度。当车辆速度低于目标巡航速度一定比例时，增大输出扭矩使车辆动力增加，车辆加速；当车辆速度超出目标巡航速度一定比例时，减小输出扭矩使车辆动力降低，车辆减速。车辆速度将稳定在包含目标巡航速度的速度范围内。
58.第一值、第二值可以都是正数，在车辆速度低于目标巡航速度之前就增大输出扭矩使车辆动力增加，巡航模式下车辆速度将稳定在高于目标巡航速度的速度范围内。
59.第一值、第二值可以都是负数，在车辆速度超出目标巡航速度之前就减小输出扭矩使车辆动力降低，巡航模式下车辆速度将稳定在低于目标巡航速度的速度范围内。
60.第一值可以为-1/400。第一值不能过大，也不能过小。第一值过小，巡航模式下车辆速度的最小值大大低于目标巡航速度，车辆加速到目标巡航速度所需要的时间过长；第一值过大，车辆刚刚减速到低于目标巡航速度就开始增大输出扭矩，车辆开始加速。
61.第二值可以为1/200。第二值不能过大，也不能过小。第二值过大，巡航模式下车辆速度的最大值大大超出目标巡航速度，车辆减速到目标巡航速度所需要的时间过长；第二值过小，车辆刚刚加速到超出目标巡航速度就开始减小输出扭矩，车辆开始减速。
62.继续参见图2，在一些实施例中，s2还可以包括：s21：如果车辆的加速度为正数，且车辆速度与目标巡航速度之差与目标巡航速度的比值大于第三值且小于第二值，则设置车辆的输出扭矩为第三扭矩，并维持车辆的输出扭矩在第三扭矩；第三值大于第一值且小于第二值，第三扭矩大于第一扭矩且小于第二扭矩；s23：如果车辆的加速度为负数，且车辆速度与目标巡航速度之差与目标巡航速度的比值大于第一值且小于第四值，则设置车辆的输出扭矩为第四扭矩，并维持车辆的输出扭矩在第四扭矩；第四值大于第一值且小于第二值，第四扭矩大于第一扭矩且小于第二扭矩。第三扭矩、第四扭矩为预先设定的输出扭矩。结合加速度的正负，对应速度范围设置相应的输出扭矩。加速度为正数，车辆处于加速阶段；加速度为负数，车辆处于减速阶段。虽然车辆速度还低于巡航模式下的最大值，但随着车辆加速很快就会达到，因此可以在车辆速度达到巡航模式下最大值之前就减小输出扭矩使车辆动力降低，车辆的加速度减小，使车辆速度更慢地达到巡航模式下预先设定的最大值或者
不会达到；虽然车辆速度还高于巡航模式下的最小值，但随着车辆减速很快就会达到，因此可以在车辆速度达到巡航模式下最小值之前就增大输出扭矩使车辆动力增加，车辆的加速度增大，使车辆速度更慢地达到巡航模式下预先设定的最小值或者不会达到。
63.本发明实施例中，第三扭矩可以等于第四扭矩。此时巡航模式下输出扭矩的使用状态只有三个，提升系统的稳定性。当目标巡航速度为2000rpm时，初始扭矩可以为55n
·
m(牛
·
米，扭矩的国际单位)，第一扭矩可以为45n
·
m，第二扭矩可以为55n
·
m，第三扭矩可以为50n
·
m，第四扭矩可以为50n
·
m。
64.本发明实施例中，第三值、第四值为预先设定的数值，用于进一步划分巡航模式下的车辆速度的速度范围，并且对应不同的速度范围，结合车辆的加速度来设置相应的输出扭矩。
65.第三值可以为0。当车辆速度加速到刚刚超过目标巡航速度时就开始减小输出扭矩，降低动力，使车辆的加速度减小。第三值不能过大，也不能过小。第三值过小、接近第一值时，车辆速度刚从最小值升上来不久，输出扭矩刚增大就又减小，两次输出扭矩切换之间的时间间隔太短；第三值过大、接近第二值时，车辆加速到已经临近巡航模式下最大值才减小输出扭矩，而输出扭矩在车辆速度到达巡航模式下最大值时会再次减小，造成两次减小输出扭矩的时间间隔太短；输出扭矩切换频繁，影响电机性能和寿命。
66.第四值可以为1/400。第四值不能过大，也不能过小。第四值过大、接近第二值时，车辆速度刚从最大值降下来不久，输出扭矩刚减小就又增大，两次输出扭矩切换之间的时间间隔太短；第四值过小、接近第一值时，车辆减速到已经临近巡航模式下最小值才增大输出扭矩，而输出扭矩在车辆速度到达巡航模式下最小值时会再次增大，造成两次增大输出扭矩的时间间隔太短；输出扭矩切换频繁，影响电机性能和寿命。
67.参见图3，在一个实际应用中，目标巡航速度是2000rpm，初始扭矩是55n
·
m，当车辆速度超出2000rpm时，减小输出扭矩为50n
·
m使车辆动力降低，车辆加速度减小；当车辆速度超出2010rpm时，进一步减小输出扭矩为45n
·
m，车辆动力更低，车辆加速度为负数，车辆开始减速，逐渐接近2000rpm；在车辆速度降低到2005rpm时开始增大输出扭矩为50n
·
m，车辆加速度增大；当车辆速度低于1995rpm时，进一步增大输出扭矩为55n
·
m，车辆动力更大，车辆加速度为正数，车辆开始加速，逐渐接近2000rpm。
68.在一些实施例中，本发明实施例可以进一步划分车辆速度的速度范围，便于对应不同的速度范围，结合车辆的加速度来设置相应的输出扭矩，使输出扭矩控制更加精细化。但要注意的是，速度范围划分过细，会使得输出扭矩切换较为频繁，影响电机性能和寿命。
69.参见图4，在一些实施例中，该方法还可以包括：s3：在车辆处于巡航模式期间，更改目标巡航速度；s4：根据车辆速度和更改后的目标巡航速度，延迟调整车辆的输出扭矩，以使车辆速度与目标巡航速度之差与目标巡航速度的比值不小于第一值且不大于第二值。在车辆处于巡航模式的前提下，用户可以根据实际应用中的需求随时更改目标巡航速度。
70.参见图5，本发明实施例还提供了一种基于扭矩环的巡航装置，包括处理器10和存储器20，处理器10执行存储器20存储的计算机指令，使得基于扭矩环的巡航装置执行上述任一项实施例中的方法。该基于扭矩环的巡航装置可以封装在车辆的控制系统中。
71.在一些实施例中，装置还包括与处理器分别连接的第一传感器和第二传感器。第一传感器用于测量车辆的载荷质量并发送到处理器。第二传感器用于测量当前路面坡度并
发送到处理器。处理器还用于根据车辆的载荷质量和当前路面坡度，确定车辆的应施加输出扭矩。引入传感器来分别测量车辆的当前载荷质量和当前路面坡度，再由处理器计算出与之相应的应施加输出扭矩，此时该应施加输出扭矩是一个根据实际情况而来的变量值。作为冗余的设计，将应施加输出扭矩与当前扭矩环控制中的输出扭矩相比，能够在一定程度上反映当前的输出扭矩是否可靠。
72.本发明从使用目的上，效能上，进步及新颖性等观点进行阐述，其设置有的实用进步性，已符合专利法所强调的功能增进及使用要件，本发明以上的说明及附图，仅为本发明的较佳实施例而已，并非以此局限本发明，因此，凡一切与本发明构造，装置，特征等近似、雷同的，即凡依本发明专利申请范围所作的等同替换或修饰等，皆应属本发明的专利申请保护的范围之内。