自动驾驶车辆限速装置和方法与流程

1.本发明涉及自动驾驶技术领域，尤其是涉及一种自动驾驶车辆限速装置和方法。


背景技术：

2.目前，自动驾驶车辆的限速主要以电机自动限速为主，然而电机自动限速只能标定固定的一个前进限速点，不能根据不同情况灵活进行安全限速，不能实时响应各工况的限速需求，并且在下坡或者电机故障时，会发生车辆失速的情况。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出了一种自动驾驶车辆限速装置和方法，能够根据不同情况对自动驾驶车辆进行安全限速。
4.一方面，根据本发明实施例的自动驾驶车辆限速装置，包括：
5.刹车系统，包括刹车控制器和刹车执行机构，所述刹车控制器能够控制所述刹车执行机构实现车辆刹车；
6.驱动系统，包括驱动控制器和驱动电机，所述驱动控制器能够控制所述驱动电机实现车辆的驱动和制动；
7.控制系统，用于根据道路状况和道路的限速标志，确定车辆的限速需求；
8.整车控制器，用于根据车辆档位、车辆状态、及所述限速需求，确定车辆的限速目标值，并根据所述限速目标值，控制所述驱动系统进行车辆加速度控制和车速控制，或者控制所述刹车系统进行刹车，实现对车辆的限速。
9.根据本发明实施例的自动驾驶车辆限速装置，所述控制系统包括：
10.摄像头，用于识别道路的限速标志；
11.雷达传感器，用于识别车辆周边的障碍物、车辆与前车的距离、以及前车的车速；
12.处理器，用于根据所述摄像头及所述雷达传感器的识别结果，计算出车辆的限速需求。
13.另一方面，根据本发明实施例的自动驾驶车辆限速方法，包括以下步骤：
14.所述控制系统根据道路状况和道路限速标志，确定车辆的限速需求；
15.所述整车控制器根据车辆档位、车辆状态、及所述限速需求，确定车辆的限速目标值；
16.根据所述限速目标值，所述整车控制器控制所述驱动系统进行车辆加速度控制和车速控制，或者控制所述刹车系统进行刹车，实现对车辆的限速冗余控制。
17.根据本发明实施例的自动驾驶车辆限速方法，所述控制系统根据道路状况和道路的限速标志，确定车辆的限速需求，包括：
18.通过摄像头识别道路的限速标志；
19.通过雷达传感器识别车辆周边的障碍物、车辆与前车的距离、以及前车的车速；
20.通过所述摄像头和所述雷达传感器的识别结果，计算出车辆的限速需求。
21.根据本发明实施例的自动驾驶车辆限速方法，所述整车控制器根据车辆档位、车辆状态、及所述限速需求，确定车辆的限速目标值，包括：
22.所述整车控制器根据车辆档位确定车辆的第一限速值；
23.所述整车控制器根据车辆状态确定车辆的第二限速值；
24.所述整车控制器根据所述限速需求确定车辆的第三限速值；
25.将所述第一限速值、所述第二限速值及所述第三限速值中的最小值，作为车辆的限速目标值。
26.根据本发明实施例的自动驾驶车辆限速方法，所述根据所述限速目标值，所述整车控制器控制所述驱动系统进行车辆加速度控制和车速控制，或者控制所述刹车系统进行刹车，实现对车辆的限速，包括：
27.根据所述限速目标值，确定限速差值；所述限速差值用于表征所述限速目标值与车辆当前车速的差值；
28.当所述限速差值大于零时，根据所述限速差值确定目标加速度系数；所述目标加速度系数随着所述限速差值的减小而减小，当所述限速差值减小至零时，所述目标加速度系数为零；
29.获取车辆当前的加速度，并将所述加速度与所述目标加速度系数的乘积作为车辆的目标加速度；
30.将车辆当前的扭矩需求作为pi调节的p值，将所述目标加速度与所述当前加速度的差值作为加速度差值，并将所述加速度差值作为pi调节的i值，通过pi调节获得车辆的第一目标扭矩需求；当车辆当前加速度小于所述目标加速度时，设置pi调节的i值为零；
31.根据所述第一目标扭矩需求，对车辆进行加速度控制，使车辆的车速达到所述限速目标值时的加速度不大于所述目标加速度。
32.根据本发明实施例的自动驾驶车辆限速方法，所述根据所述限速目标值，所述整车控制器控制所述驱动系统进行车辆加速度控制和车速控制，或者控制所述刹车系统进行刹车，实现对车辆的限速，包括：
33.当所述限速差值小于零且大于第一预设值时，将车辆当前的扭矩需求作为pi调节的p值，将所述限速差值作为pi调节的i值，通过pi调节获得车辆的第二目标扭矩需求；其中，所述第一预设值小于零；
34.根据所述第二目标扭矩需求，控制车辆的速度达到所述限速目标值。
35.根据本发明实施例的自动驾驶车辆限速方法，所述根据所述限速目标值，所述整车控制器控制所述驱动系统进行车辆加速度控制和车速控制，或者控制所述刹车系统进行刹车，实现对车辆的限速，包括：
36.当所述限速差值小于所述第一预设值时且大于第二预设值时，所述整车控制器控制所述刹车系统线性输出刹车力，对车辆进行刹车，所述刹车力随着所述限速差值的绝对值的减小而减小，使车辆的速度达到所述限速目标值；其中，所述第二预设值小于所述第一预设值。
37.根据本发明实施例的自动驾驶车辆限速方法，所述根据所述限速目标值，所述整车控制器控制所述驱动系统进行车辆加速度控制和车速控制，或者控制所述刹车系统进行刹车，实现对车辆的限速，还包括：
38.当所述限速差值小于所述第二预设值时，所述刹车系统输出最大刹车力进行刹车，直至所述限速差值达到第三预设值，此时所述刹车系统输出的刹车力线性递减至零，使车辆的速度达到所述限速目标值；其中，所述第三预设值大于零。
39.根据本发明实施例的自动驾驶车辆限速装置和方法，至少具有如下有益效果：只要刹车系统和驱动系统中的任一系统工作正常，即可实现车辆的限速，能够实现在不同工况下的车辆限速需求，确保行车安全；而且，当车速低于限速目标值时，整车控制器能够对车辆进行加速度控制，可确保车辆车速达到限速目标值时，车辆的加速度为零，从而减小车辆在限速点的扭矩调节时间和调节幅度，可让车辆尽快达到限速平衡，避免车辆限速震荡，提高车辆限速舒适性；此外，驱动系统属于高压系统，刹车系统属于低压系统，本发明可实现高低压系统都能实现车辆限速，确保车辆安全。
40.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
41.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
42.图1为本发明实施例的自动驾驶车辆限速装置的结构示意图；
43.图2为本发明实施例的自动驾驶车辆限速方法的步骤流程图；
44.附图标记：
45.刹车系统100、驱动系统200、控制系统300、整车控制器400。
具体实施方式
46.本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
47.在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
48.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
49.一方面，如图1所示，本发明提出了一种自动驾驶车辆限速装置，包括刹车系统100、驱动系统200、控制系统300和整车控制器400；刹车系统100包括刹车控制器和刹车执行机构，刹车控制器能够控制刹车执行机构实现车辆刹车；驱动系统200包括驱动控制器和驱动电机，驱动控制器能够控制驱动电机实现车辆的驱动和制动；控制系统300用于根据道路状况和道路的限速标志，确定车辆的限速需求；整车控制器400用于根据车辆档位、车辆状态、及限速需求，确定车辆的限速目标值，并根据该限速目标值，控制驱动系统进行车辆加速度控制和车速控制，当驱动系统不能实现限速控制时，控制刹车系统进行刹车限速，实
现车辆限速的冗余控制。
50.具体地，控制系统300用于车辆自动驾驶的控制，控制系统300包括摄像头、雷达传感器和处理器，控制系统300可通过摄像头识别道路的限速标志，可通过雷达传感器(包括毫米波雷达传感器和激光雷达传感器)识别车辆周边的障碍物、识别与前车的距离、前车的车速等，计算与前车保持安全距离的限速要求；处理器通过综合计算获得车辆的限速需求，并发送给整车控制器400。
51.整车控制器400可根据以下的几个方面来确定车辆的限速目标值：
52.(1)车辆档位的限速要求；例如，前进档限速80km/h，倒车档限速15km/h等，不同档位的具体限速可以根据实际需要进行调整；
53.(2)车辆状态的限速要求；例如，车辆处于二级故障时，限速40km/h或其它数值；车辆处于蠕行模式时，限速5km/h或其它数值；事先根据车辆可能存在的不同状态设定不同的限速值；
54.(3)控制系统300根据道路状况和道路的限速标志，计算得到的限速需求。
55.整车控制器400根据上述几个方面确定的限速要求，选择车速最小的限速要求作为限速目标值，并将限速目标值与当前车速进行对比，通过驱动系统200的加速度控制和扭矩限速、刹车系统100的刹车力限速两种方式进行冗余控制车辆限速，确保车辆安全。
56.根据本发明实施例的自动驾驶车辆限速装置，只要刹车系统100和驱动系统200中的任一系统工作正常，即可实现车辆的限速，确保行车安全；而且，整车控制器400可进行自动检测车辆车速及车辆状态，确定当前车辆的限速需求，并控制驱动系统200的驱动电机进行扭矩限速，当扭矩限速不能限制车速时，整车控制器400控制刹车系统100进行刹车限速，实现不同工况下的车辆限速需求。
57.另一方面，如图2所示，基于上述的自动驾驶车辆限速装置，本发明还提出了一种自动驾驶车辆限速方法，该方法包括以下步骤：
58.步骤s100：控制系统300根据道路状况和道路的限速标志，确定车辆的限速需求；
59.步骤s200：整车控制器400根据车辆档位、车辆状态、及所述限速需求，确定车辆的限速目标值；
60.步骤s300：根据所述限速目标值，整车控制器400控制驱动系统200进行车辆加速度控制和车速控制，或者控制刹车系统100进行刹车，实现对车辆的限速。
61.进一步地，在本发明的一些实施例中，上述的步骤s100具体为：控制系统300通过摄像头识别道路的限速标志，通过雷达传感器(包括毫米波雷达传感器和激光雷达传感器)识别车辆周边的障碍物、识别与前车的距离、前车的车速等，最后通过摄像头和雷达传感器的识别结果，计算出车辆的限速需求。
62.进一步地，在本发明的一些实施例中，上述的步骤s200具体包括以下四个步骤：
63.步骤s210：整车控制器400根据车辆档位确定车辆的第一限速值；例如，当车辆处于前进档时，第一限速值可以设置为80km/h或其它数值，当车辆处于倒车档时，第一限速值可以设置为15km/h或其它数值，根据不同的车辆档位，设定相应的第一限速值；
64.步骤s220：整车控制器400根据车辆状态确定车辆的第二限速值；例如，车辆处于二级故障时，第二限速值可以设置为40km/h或其它数值；车辆处于蠕行模式时，第二限速值可以设置为5km/h或其它数值；事先根据车辆可能存在的不同状态设定不同的第二限速值；
65.步骤s230：整车控制器400根据所述限速需求确定车辆的第三限速值；
66.步骤s240：将所述第一限速值、所述第二限速值及所述第三限速值中的最小值，作为车辆的限速目标值。
67.进一步地，在本发明的一些实施例中，上述的步骤s300具体包括以下步骤：
68.步骤s310：根据所述限速目标值，确定限速差值；所述限速差值用于表征所述限速目标值与车辆当前车速的差值；
69.步骤s320：当所述限速差值大于零时，根据所述限速差值确定目标加速度系数；所述目标加速度系数随着所述限速差值的减小而减小，当所述限速差值减小至零时，所述目标加速度系数为零；
70.步骤s330：获取车辆当前的加速度，并将所述加速度与所述目标加速度系数的乘积作为车辆的目标加速度；
71.步骤s340：将车辆当前的扭矩需求作为pi调节的p值，将所述目标加速度与所述当前加速度的差值作为加速度差值，并将所述加速度差值作为pi调节的i值，通过pi调节获得车辆的第一目标扭矩需求；当前车辆加速度小于所述目标加速度时，设置pi调节的i值为零；
72.步骤s350：根据所述第一目标扭矩需求，对车辆进行加速度控制，使车辆的车速达到所述限速目标值时的加速度不大于所述目标加速度。
73.具体地，在整车控制器400获取到限速目标值后，首先计算限速目标值与车辆当前车速的差值，即限速差值δv；当限速差值δv》0时，此时限速目标值大于车辆当前车速，假设此时限速差值δv为5km/h，则设定使限速差值δv从5km/h降低到0的目标加速度系数aα；整车控制器400可根据限速差值δv查表读取目标加速度系数aα，当限速差值δv越小，目标加速度系数aα越小，当限速差值δv为零时，目标加速度系数aα也为零。随后，整车控制器400根据车辆当前车速与上一时刻的车速，计算出车辆当前的加速度α，并将加速度α与目标加速度系数aα的乘积作为车辆的目标加速度α
limit
；整车控制器400将车辆当前的扭矩需求作为pi调节的比例调节p值，将加速度差值δα＝α
limit-α作为pi调节的积分调节i值，通过pi调节得到车辆的第一目标扭矩需求，并根据第一目标扭矩需求控制车辆的加速度趋近于目标加速度，从而使得车辆的速度达到限速目标值，实现对车辆的限速。
74.进一步地，在本发明的一些实施例中，上述的步骤s300还包括以下步骤：
75.步骤s360：当限速差值小于零且大于第一预设值时，将车辆当前的扭矩需求作为pi调节的p值，将所述限速差值作为pi调节的i值，通过pi调节获得车辆的第二目标扭矩需求；其中，所述第一预设值小于零；
76.步骤s370：根据所述第二目标扭矩需求，控制车辆的速度达到所述限速目标值。
77.具体地，假定第一预设值为-2km/h(也可以是其它小于0的数值)，则当-2km/h《δv《0时，此时车辆当前的车速大于限速目标值，车辆进入限速控制阶段，将车辆当前的扭矩需求作为pi调节的比例调节p值输入，将限速差值δv作为pi调节的i值输入，通过pi调节得到车辆的第二目标扭矩需求，从而根据第二目标扭矩需求，控制车辆的车速达到限速目标值，实现对车辆的限速。
78.进一步地，在本发明的一些实施例中，上述的步骤s300还包括以下步骤：
79.步骤s380：当所述限速差值小于所述第一预设值时且大于第二预设值时，整车控
制器400控制刹车系统100线性输出刹车力，对车辆进行刹车，所述刹车力随着所述限速差值的绝对值的减小而减小，使车辆的速度达到所述限速目标值；其中，所述第二预设值小于所述第一预设值。
80.具体地，假定第二预设值为-5km/h(也可以是其它的数值)，则当-5km/h《δv《-2km/h时，整车控制器400控制刹车系统100线性输出刹车力，限速差值δv的绝对值越大，刹车系统100输出的刹车力越大，随着限速差值δv的绝对值逐渐减小，刹车系统100输出的刹车力也逐渐较小，最终达到0，使得车辆的速度达到限速目标值，完成对车辆的限速。
81.进一步地，在本发明的一些实施例中，上述的步骤s300还包括以下步骤：
82.步骤s390：当所述限速差值小于所述第二预设值时，刹车系统100输出最大刹车力进行刹车，直至所述限速差值达到第三预设值，此时刹车系统100输出的刹车力线性递减至零，使车辆的速度达到所述限速目标值。
83.具体地，假定第三预设值为1km/h(也可以是其它的数值)，则当限速差值δv＜-5km/h时，刹车系统100输出的刹车力达到最大，使车辆进行减速，此时限速差值δv逐渐增大，刹车系统100输出的刹车力保持不变；当限速差值δv增大到1km/h时，刹车系统100输出的刹车力进行线性递减，避免刹车力突变，造成车辆震荡，最终使车辆的车速达到限速目标值，完成车辆的限速。
84.根据本发明实施例的自动驾驶车辆限速方法，整车控制器400进行自动检测车辆车速及车辆状态，确定当前车辆的限速需求，并控制驱动系统200的驱动电机进行加速度控制和扭矩限速，当驱动系统200不能限制车速时，整车控制器400控制刹车系统100进行刹车限速，实现不同工况下的车辆限速需求。同时，驱动系统200和刹车系统100的限速过程分级推进控制，包括通过驱动系统200的扭矩控制实现车辆加速度限制、车速限制以及通过刹车系统100的刹车力输出实现车速限制三级控制；首先进行车辆加速度的控制，然后进行车速控制，加速度控制时，可让车辆的加速度尽量减小，并让车辆扭矩调节到趋近于保持车辆限速的需求扭矩，车速控制时，微调车辆驱动扭矩即可实现车辆限速，可减小车辆限速时，由于扭矩调节产生的震荡，并可减少车辆速度的过度调节；另外驱动系统200和刹车系统100进行梯度控制，可在扭矩限速不能满足限速要求时，通过控制刹车系统100进行刹车力限速，确保车辆限速安全。
85.上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。