一种纯电动商用车VCU紧急制动辅助的控制系统及方法与流程

一种纯电动商用车vcu紧急制动辅助的控制系统及方法
技术领域
1.本发明属于纯电动商用车vcu控制领域，具体涉及一种纯电动商用车vcu紧急制动辅助的控制系统及方法。


背景技术：

2.针对纯电动商用车夜间行车时，常因灯光条件不足，视线不好，导致刹车不及时，造成碰撞事故。尤其是贵州等盘山公路路况，事故发生率更高。而当前市面上的汽车自动紧急制动aeb系统(autonomous emergency braking)，常需要完整的一整套l2级辅助驾驶系统，包括前向雷达、前向摄像头、自动驾驶域控制器等套件，成本增加约3～5w。同时，目前aeb系统安全距离模型算法中多把最大制动加速度作为一个定值选取，而商用车由于不同的车重和坡度条件下，最大制动加速度有所差异，因此，设计一种纯电动商用车vcu紧急制动辅助的控制系统及方法是十分有必要的。


技术实现要素：

3.为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种纯电动商用车vcu紧急制动辅助的控制系统及方法，以解决现有技术中汽车自动紧急制动aeb系统成本高且不适用于纯电动商用车的问题。
4.为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
5.本发明公开了一种纯电动商用车vcu紧急制动辅助的控制系统，包括数据采集单元、vcu、警告单元、换挡单元、减速单元和紧急制动单元；数据采集单元连接vcu输入端，vcu输出端分别连接警告单元、换挡单元、减速单元和紧急制动单元；
6.所述数据采集单元包括毫米波雷达，用于采集外部环境数据，包括车重和坡度条件，并传输至vcu；
7.所述vcu用于根据外部环境数据建立安全距离模型，并根据不同安全距离分别发出零级报警、一级报警、二级报警和三级报警；
8.所述警告单元用于根据vcu的输出指令发出警报；
9.所述换挡单元用于根据vcu的输出指令进行换挡；
10.所述减速单元用于根据vcu的输出指令进行减速；
11.所述紧急制动单元用于根据vcu的输出指令进行紧急制动。
12.优选地，所述数据采集单元还包括油门踏板、刹车踏板和传感器，毫米波雷达通过can总线与vcu连接，油门踏板、刹车踏板和传感器分别与vcu电连接，所述传感器用于采集轮速、车重和坡度信息，并将其传输给vcu。
13.优选地，所述警告单元包括仪表和蜂鸣器，仪表和蜂鸣器均通过can线与vcu连接。
14.优选地，所述换挡单元为变速箱，所述减速单元为mcu，所述紧急制动单元为ebs，变速箱、mcu和ebs均通过can线与vcu连接。
15.本发明还公开了一种基于纯电动商用车vcu紧急制动辅助的控制系统的控制方
法，包括：
16.s1：vcu判断车速是否大于15km/h，若为否，则执行s2，若为是，则执行s3；
17.s2：vcu发出零级报警，即系统无反应；
18.s3：vcu进行外部环境数据获取，进行最大制动减速度估算，同时数据采集单元采集两车相对距离da；
19.s4：vcu根据最大制动减速度和车辆相对距离da搭建安全距离模型，并根据安全距离模型计算出一级报警的距离阈值d1，二级报警的距离阈值d2，三级报警的距离阈值dz；
20.s5：vcu判断车辆相对距离da是否小于一级报警的距离阈值d1，若为否，则执行s2，若为是，则执行s6；
21.s6：vcu判断车辆相对距离da是否小于二级报警的距离阈值d2，若为否，则执行s7，若为是，则执行s8；
22.s7：触发一级报警，vcu向警告单元输出命令，警告单元发出警报，并返回执行s5；
23.s8：vcu判断车辆相对距离da是否小于三级报警的距离阈值dz，若为否，则执行s9，若为是，则执行s10；
24.s9：触发二级报警，vcu向减速单元输出命令，减速单元进行减速，并返回执行s6；
25.s10：触发三级报警，vcu向减速单元、换挡单元和紧急制动单元同时输出命令，减速单元进行减速，换挡单元切换档位，紧急制动单元进行紧急制动，直至车速v小于0.1km/h。
26.优选地，s3中外部环境数据包括车重、坡度和当前档位。
27.优选地，s7中，vcu向警告单元的蜂鸣器和仪表发送警告命令，来提醒驾驶员减速。
28.优选地，s9中，vcu向减速单元发送20个步长的负扭矩，来造成车辆顿挫，进一步提醒驾驶员人为刹车。
29.优选地，s10中，vcu向减速单元发送持续的负扭矩，vcu结合当前车速、当前挡位的情况，开始不响应油门，并通过换挡单元切换挡位，同时向紧急制动单元发送紧急制动命令，达到气制动为主，电制动为辅的组合制动。
30.优选地，所述一级报警的距离阈值d1》二级报警的距离阈值d2》三级报警的距离阈值dz。
31.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
32.本发明公开的一种纯电动商用车vcu紧急制动辅助的控制系统，采用包括毫米波雷达的数据采集单元，在纯电动商用车vcu及动力总成的基础上，增加一个毫米波雷达及相应线束，成本增加约3k,却能实现紧急制动辅助效果，一定程度减轻事故发生的机率和事故造成的伤害；本系统将车重和坡度作为关键因素考虑进制动距离算法中，更适用商用车的实际使用条件；采用vcu用于根据外部环境数据建立安全距离模型，并根据不同安全距离分别发出零级报警、一级报警、二级报警和三级报警，分阶段提醒或采取相应的制动措施，警告单元、换挡单元、减速单元和紧急制动单元根据vcu指令相互配合，采用了电机制动的方式，不仅能对气制动起到辅助作用，对整车经济性也有一定优化。
33.进一步地，油门踏板用于识别驾驶员驱动需求，控制mcu进行整车驱动；刹车踏板用于识别驾驶员减速需求，控制车辆减速；传感器用于识别当前车辆车速、车辆重量以及所处位置坡度。
34.进一步地，警告单元包括仪表和蜂鸣器，仪表在屏幕上显示“请踩刹车”提醒驾驶者人为减速，蜂鸣器发出警报声提醒，在视觉和听觉上双重提醒。
35.进一步地，mcu输出负扭矩以达到减速的目的，变速箱切换档位，配合mcu和ebs采用气动为主，电制动为辅助的紧急制动。
36.本发明公开的一种纯电动商用车vcu紧急制动辅助的控制系统的控制方法，在纯电动商用车vcu及动力总成的基础上，需要在硬件配置上增加一个毫米波雷达及相应线束，成本增加约3k,却能实现紧急制动辅助效果，一定程度减轻事故发生的机率和事故造成的伤害；vcu进行安全距离评估，搭建安全距离模型，在不同的车重和坡度下，会计算出不同的安全距离，兼顾了安全和舒适性，毫米波雷达用于探测当前车辆与环境物体相对速度、相对纵向、相对横向距离；vcu根据所获取的信息进行最大制动减速度估算，对于商用车来说，对于不同的载货质量及不同的坡度下，最大制动减速度差异程度可相差2倍以上，因此本系统将车重和坡度作为关键因素考虑进制动距离算法中，更适用商用车的实际使用条件，也更为准确。
37.进一步地，满足一级报警条件，警告单元包括仪表和蜂鸣器，仪表在屏幕上显示“请踩刹车”提醒驾驶者人为减速，蜂鸣器发出警报声提醒，在视觉和听觉上双重提醒。
38.进一步地，满足二级报警条件时，考虑到商用车工况，外界会有较大的环境噪音，vcu控制mcu执行20个步长的负扭矩，让车辆产生顿挫感，进一步提醒驾驶员。
39.进一步地，满足三级报警条件，vcu控制mcu输出持续负扭矩，变速箱切换档位，以使电机负扭矩最大程度传递到车轮端，增强减速效果。同时控制ebs工作，这样采用气制动为主，电制动为辅助的紧急制动策略，相比传统紧急气制动，既增加了制动效果，同时在此过程制动回收的能量，也提升了整车经济性。
附图说明
40.图1为本发明的系统示意图；
41.图2为本发明的控制流程图。
具体实施方式
42.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
43.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，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、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
44.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
45.参见图1本系统包括毫米波雷达、vcu、mcu、变速箱、仪表、ebs等，通过毫米波雷达进行环境监测，毫米波雷达将系统所需外部环境数据通过can总线发送给vcu，vcu通过对前方车辆及相对距离相对速度分析，并结合坡度和车重计算主动制动安全安全距离，通过不同等级的安全车距进行不同程度的提醒和干预。当达到提醒距离，vcu向仪表发送警告命令，来提醒驾驶员；当进一步达到报警距离后，vcu向mcu发送短暂的负扭矩，来造成车辆顿挫，进一步提醒驾驶员人为刹车；当进一步到达碰撞距离后，vcu结合当前车速、当前挡位等情况，输出至变速箱，变速箱开始不响应油门，并切换到合适挡位，同时vcu向mcu发送长时间的负扭矩命令，并向ebs发送紧急制动命令，达到气制动为主，电制动为辅的组合制动效果，来实现紧急情况下的制动辅助效果，能一定程度减轻事故发生的机率和事故造成的伤害。
46.本系统仅在纯电动商用车vcu及动力总成的基础上，增加一个毫米波雷达及相应线束，成本增加约3k,却能实现紧急制动辅助效果，一定程度减轻事故发生的机率和事故造成的伤害。该系统将车重和坡度作为关键因素考虑进制动距离算法中，更适用商用车的实际使用条件。该系统在预警策略中采用了电机制动的方式，不仅能对气制动起到辅助作用，对整车经济性也有一定优化。
47.参见图2，本发明公开的一种基于纯电动商用车vcu紧急制动辅助的控制系统的控制方法，其包括以下步骤：
48.s1：vcu进行车速检测，当车速大于15公里每小时，开始激活该系统，执行s3，若为否，则执行s2；
49.s2：vcu发出零级报警，即系统无反应；
50.s3：通过选用连续调频式毫米波雷达，雷达通过can总线，将检测到的目标信息，包括相对速度、相对纵向和相对横向距离发送给vcu，vcu获取车重、坡度、挡位等信息，进行数据处理和算法识别，通过监测到的当前车速、前车车速、两车相对距离进行最大制动减速度估算，同时数据采集单元采集两车相对距离da；
51.基于最小二乘法的最大制动加速度预估
52.根据车辆制动过程纵向动力学在遗忘因子递推最小二乘法中建立遗忘因子模型，通过遗忘因子模型根据实时数据估算得出整车制动减速度；
53.通过车辆纵向动力学，建立动力方程式，并转化为最小二乘格式，具体计算公式如下：
[0054][0055][0056][0057]
其中，t
brk
为制动力矩，b为制动因数，ttq为电机转矩；ηt为传动系统的机械效率；r为轮胎滚动半径；cd为空气阻力系数；ρ为空气密度；v为行驶速度；a为迎风面积；α为坡道
角；f0和f1为滚动阻力系数f的速度拟合常数项、一次项系数；m为整车质量；i总为总转动惯量，fj为加速阻力，δn为旋转质量换算系数，in为当前档位传动比，为车辆制动加速度。
[0058]
通过最小二乘格式得到系统的输出量em、可观测的数据量ea和待估计的车辆制动加速度具体计算公式如下：
[0059][0060]
ea＝m(-0.04-0.04i
n2
)
[0061][0062]
其中，em为系统的输出量；ea为可观测的数据量；τk为待估计的制动减速度；t
brk
为制动力矩，b为制动因数，ttq为电机转矩；ηt为传动系统的机械效率；r为轮胎滚动半径；cd为空气阻力系数；ρ为空气密度；ν为行驶速度；a为迎风面积；α为坡道角；f0和f1为滚动阻力系数f的速度拟合常数项、一次项系数；m为整车质量；i总为总转动惯量，fj为加速阻力，δn为旋转质量换算系数，in为当前档位传动比，为车辆制动加速度。
[0063]
s4：vcu根据最大制动减速度和车辆相对距离da搭建安全距离模型，并根据安全距离模型计算出一级报警的距离阈值d1，二级报警的距离阈值d2，三级报警的距离阈值dz；
[0064]
vcu进行安全距离模型分析
[0065]
纯电动商用车制动距离分析如下：
[0066]
由于存在驾驶员反应时间t1，以及商用车制动蹄片和制动鼓之间存在间隙，存在制动器反应时间t2，在此t1+t2时间内，车辆匀速行驶；t3时间内，制动器压力逐渐增大，车辆减速度线性增长；t4时间内，车辆以最大制动加速度做匀减速运动；
[0067]
因此该过程制动总距离为：
[0068][0069]
其中，t1驶员反应时间，t2制动器反应时间，t3为持续制动时间，t4为制动器放松时间。以上时间均可通过试验值得出，v为开始刹车时的车速，为最大制动减速度。d为本车的制动距离。
[0070]
预警距离为：
[0071]dz
＝d+d
a-d
x
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0072]
其中，dz为三级报警的距离阈值，da为开始制动时，车辆相对距离；d
x
为两车之间最小距离。
[0073]
d1＝d
z-l
x
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0074]
d2＝d
z-k
x
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0075]
其中，d1为一级报警的距离阈值，d2为二级报警的距离阈值da，l
x
和k
x
均为偏移量，该偏移量通过试验得出。
[0076]
s5：vcu判断车辆相对距离da是否小于一级报警的距离阈值d1，若为否，则执行s2，若为是，则执行s6；
[0077]
s6：vcu判断车辆相对距离da是否小于二级报警的距离阈值d2，若为否，则执行s7，若为是，则执行s8；
[0078]
s7：触发一级报警，vcu向警告单元输出命令，警告单元发出警报，并返回执行s5；
[0079]
当d2《da《d1,触发1级报警系统，vcu通过can总线向仪表发送警报命令，仪表在屏幕上显示“请踩刹车”，并进行蜂鸣提醒。
[0080]
s8：vcu判断车辆相对距离da是否小于三级报警的距离阈值dz，若为否，则执行s9，若为是，则执行s10；
[0081]
s9：触发二级报警，vcu向减速单元输出命令，减速单元进行减速，并返回执行s6；
[0082]
当dz《da《d2，触发2级报警系统，vcu发送20个步长的负扭矩，扭矩值为trq1，造成车辆顿挫感，进一步提醒驾驶员刹车；
[0083]
该扭矩计算如下：
[0084][0085]
其中，trq1为该过程vcu发送给电机的负扭矩，pb为bms反馈的当前最大回充功率，sm为当前电机转速，μe为制动回收限制因子，μv为速度影响因子，μi为坡度影响因子，μa为司机感受影响因子，相关影响因子均通过试验得出。
[0086]
s10：触发三级报警，vcu向减速单元、换挡单元和紧急制动单元同时输出命令，减速单元进行减速，换挡单元切换档位，紧急制动单元进行紧急制动，直至车速ν小于0.1km/h。
[0087]
当da《dz，触发3级报警系统，vcu发送持续的负扭矩，扭矩值为trq2；并同时通过can总线向ebs发送制动命令，进行气动为主，电制动为辅助的紧急制动；
[0088]
该扭矩计算如下：
[0089][0090]
其中，trq2为该过程vcu发送给电机的负扭矩，t
brk
为制动最大力矩，ig为变速器当前传动比；i0为主减速器传动比；μr为传动系统的机械效率，μv为速度影响因子，μi为坡度影响因子，μb为电制动与气制动分配因子。相关影响因子通过试验得出。
[0091]
本发明公开的一种基于纯电动商用车vcu紧急制动辅助的控制系统的控制方法，通过选用连续调频式毫米波雷达，雷达通过can总线，将检测到的目标信息，包括相对速度、相对纵向和相对横向距离发送给vcu，vcu进行数据处理和算法识别，进行有效对象的识别；vcu对识别后的对象，以及监测到的当前车速、前车车速、两车相对距离，制定相应的安全距离算法。对安全距离进行等级划分，分为三个等级，分别为提醒距离、报警距离和碰撞距离。当达到提醒距离，vcu向蜂鸣器和仪表发送警告命令，来提醒驾驶员；当进一步达到报警距离后，vcu向mcu发送短暂的负扭矩，来造成车辆顿挫，进一步提醒驾驶员人为刹车；当进一步到达碰撞距离后，vcu结合当前车速、当前挡位等情况，开始不响应油门，切换到合适挡位，并向mcu发送长时间的负扭矩命令，达到一定电制动效果，来实现紧急情况下的制动辅
助效果，能一定程度减轻事故发生的机率和事故造成的伤害。
[0092]
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。