一种新能源汽车的限速控制方法

1.本发明涉及新能源汽车智能控制领域，具体而言，涉及一种新能源汽车的限速控制方法。


背景技术：

2.汽车的车速限制，是交通管理中重要的环节。目前，国内外较多采用雷达测速装置对违章超速行驶车辆实施测速，并结合现场测速、堵截和处罚等措施，控制和处罚违章驾驶人员，然而这些措施仅仅解决了对超速驾驶汽车的时候处罚和驾驶人员的教育问题，无法从根本上解决汽车行驶速度的实时检测和有效控制。
3.在新能源汽车的限速方法方面，目前主要现有技术方案：
4.1、利用汽车采集gps限速值或车载摄像头拍摄和识别道路限速值，将限速值与速度传感器采集的当前车速进行比较，通过控制电机运转以控制车速；
5.2、在汽车上安装射频模块接收装置，在道路上放置发送限速信号的限速牌，汽车通过接收道路限速牌发射的限速信号获取限速值，与当前速度传感器采集到的当前车速进行比较，最终控制电机运转从而控制车速。
6.然而以上两种方案中，关于射频模块采集限速值技术，成本高、普及率不高；而gps出现故障、未更新，限速标志牌被遮挡等情况下，很难获取有效的限速值；同时，在新能源汽车大量普及的情况下，也需要一种技术方案整合新能源汽车的特点，可靠及时地驱动电机，进行汽车控速。


技术实现要素：

7.为实现上述目的，本技术提供了一种新能源汽车的限速控制方法，包括以下步骤：
8.获取行车环境数据，环境数据包括道路限速值、道路坡度角；
9.获取驾驶操作信息，驾驶操作信息包括制动意图类型；
10.获取汽车当前行车指标，包括电池荷电状态、汽车行驶参数，汽车行驶参数包括电机转速、当前车速、行车档位、加速踏板开度、abs状态；
11.其中，根据当前车速、限速值、坡度角，将制动意图类型划分为一般制动、紧急制动。
12.根据行车环境数据、驾驶操作信息和汽车当前行车指标，计算刹车扭矩值和速度控制区间，生成限速控制指令；
13.结合汽车动态响应，通过限速控制指令进行速度控制。
14.其中，提取道路限速值的方式包括：
15.通过车载gps直接读取限速值；
16.通过车载摄像头获取限速值；
17.通过道路类型获取限速值。
18.其中，计算刹车扭矩值还包括根据行车档位判断是否需要输出扭矩值，行车档位
为d/r档时需要输出刹车扭矩值，n档时不输出扭矩值。
19.需要输出刹车扭矩值时，刹车扭矩值的计算方法为：
20.道路坡度角小于等于坡度标准值时：
[0021][0022]
道路坡度角大于坡度标准值时：
[0023][0024]
其中，t
tq
为刹车扭矩值，ig为变速器传动比，i0为主传动比，η
t
为传动系的机械效率，r为车轮半径，g为作用于汽车上的重力，f为滚动阻力系数，α为坡度角，cd为空气阻力系数，a为迎风面积，v为当前车速，δ为汽车旋转质量换算系数，m为汽车质量。
[0025]
进一步的，通过pid算法对刹车扭矩值进行优化，输出实际刹车扭矩值，包括：
[0026]
获取pid控制算法的偏差值e(t)，算法为：e(t)＝r(t)-y(t)，
[0027]
其中：r(t)＝t
tq
，即期望输出的刹车扭矩值，y(t)为当前汽车实际输出的电机扭矩值入；
[0028]
通过pid控制算法获取可输出的刹车扭距值u(t)：
[0029][0030]
其中，t为时间，k
p
为比例参数，ki为积分参数，kd为微分参数。
[0031]
输出实际刹车扭矩值后，还对实际刹车扭矩值进一步优化，获取最终的刹车扭矩tb，包括以下步骤：
[0032]
获取加速踏板开度，输出基本刹车扭矩需求：计算方法为：t
act
＝t.rate，其中，t
act
为符合扭矩需求的基本刹车扭矩、t为可输出的刹车扭矩值u(t)、rate为加速踏板开度比率；
[0033]
获取制动力系数fb，根据制动力系数获取最终的刹车扭矩tb，计算方法为：tb＝t
act
.fb。
[0034]
进一步的，限速控制指令至少包括刹车扭矩值、限速值及对应的速度控制区间；
[0035]
速度控制区间包括：常规控制区间、降扭控制区间、限速控制区间，限速控制区间包括一般制动控制区间和紧急制动区间。
[0036]
进一步的，速度控制指，当电机转速进入限速控制区间后，通过控制电机扭矩，调节电机转速以控制车速，其中电机扭矩的目标值为输出的最终的刹车扭矩。
[0037]
进一步的，速度控制还包括选择制动模式，其中制动模式包括电制动和机械制动模式；
[0038]
制动模式通过当前车速、abs是否开启、蓄电池电池荷电状态值的大小、制动强度决定；
[0039]
制动模式为电制动时，可执行能量回收。
[0040]
根据本发明，可以完善获取道路限速值的策略，并在获取了限速值的情况下，整合新能源汽车在行驶过程中驾驶人员、行车路况、汽车本身信息这三种环境数据，对控制车速的指标不断优化，结合汽车的动态响应，实现精确的限速控制。
附图说明
[0041]
图1是根据本发明实施例提供的新能源汽车的限速控制方法步骤图；
[0042]
图2是根据本发明实施例提供的新能源汽车的限速控制结构示意图；
[0043]
图3是根据本发明实施例提供的汽车限速值获取流程图。
具体实施方式
[0044]
下面结合说明书附图对本发明的具体实现方式做详细描述。
[0045]
本发明不仅基于当前车速和限速值提出了限速控制方案，并完善了获取限速值的策略，结合驾驶员制动意图、驾驶环境和汽车的状态进行分析，提供了一种整合人、路、车三种环境数据的精确的限速方法。
[0046]
图1提供了限速控制方法的步骤图，如图所示，包括以下步骤：
[0047]
步骤s100：获取行车环境数据，行车环境数据包括道路限速值、道路坡度；
[0048]
针对道路环境、天气、视觉环境的复杂性，本技术提出了提取道路限速值的多种方式，至少包括三种类型：通过车载摄像头获取限速值、通过车载gps直接读取限速值、通过道路类型获取限速值，具体的采纳获取方式如图3所示，优先通过车载摄像头获取限速值，其次判断gps值的更新，最后是根据城市道路的特征进行提取。
[0049]
1)当汽车的gps无故障且显示限速值时：
[0050]
当汽车的gps相比于上一时刻限速值更新时，如果车载摄像头未拍到限速标志牌，则获取gps的限速值；
[0051]
如果车载摄像头拍到了限速值，且限速值与gps的限速值一致，则获取该限速值；如果不一致，则获取车载摄像头拍到的限速值；
[0052]
2)当道路旁限速标志牌未被遮挡或损坏，即车载摄像头拍摄到限速值时：
[0053]
如果gps的限速值相比于上一时刻未及时更新，则获取车载摄像头拍到的限速值；如果gps的限速值更新了，且车载摄像头拍到的限速值与gps的限速值一致，则获取该限速值；如果不一致，则输出车载摄像头拍到的限速值；
[0054]
3)当gps未及时更新限速值且道路限速标志牌被遮挡或损坏时：
[0055]
通过gps的位置坐标读取道路类型(城市or非城市)，判断道路是否有中心线，通过结合道路类型和中心线信息在存储单元匹配该道路的限速值。
[0056]
获取限速值后，即可向操作面板输出并显示该限速值，同时将该值传入限速器。
[0057]
除此之外，本步骤还获取道路环境信息，例如道路坡度角，并可判断是处于平路和下坡状态。
[0058]
本步骤获取驾驶环境数据，即路面数据，如图2结构示意图中的p210所示部分。
[0059]
步骤s101：获取驾驶操作信息，驾驶操作信息包括制动意图类型；
[0060]
本技术中，按照当前车速v与限速值vmax的差值大小以及坡度角，将制动意图类型
划分为一般制动、紧急制动两种类型。
[0061]
本步骤如图2结构示意图中的p220所示部分，驾驶员通过驾驶环境做出操作反应，操作的数据进行车辆控制。
[0062]
步骤s102：获取汽车当前行车指标，行车指标包括电池荷电状态、汽车行驶参数，例如：电机转速、当前车速、行车档位、加速踏板开度、abs状态等车辆信息；如图2结构示意图中的p231所示部分。
[0063]
步骤s110：根据行车环境数据、驾驶操作信息和汽车当前行车指标，计算刹车扭矩值，根据综合以上数据，生成限速控制指令。
[0064]
本步骤在电动汽车的限速策略控制单元中执行，如图2中p232部分所示，执行过程如下：
[0065]
1)首先，根据行车档位信息来确定是否需要输出刹车扭矩值，具体为：d(行车)/r(倒车)档输出刹车扭矩值，n(空档)档不输出刹车扭矩值；
[0066]
2)在需要输出扭矩的情况下，计算电机输出扭矩，即刹车扭矩值：
[0067]
电机输出扭矩值的计算依据包括：汽车行驶参数、当前速度控制区间等，当中的汽车行驶参数涉及变速器传动比、主传动比、传动系的机械效率、车轮半径、作用于汽车上的重力、滚动阻力系数、空气阻力系数、迎风面积、汽车旋转质量换算系数、汽车质量等；
[0068]
电机输出扭矩值计算方法如下：
[0069]
首先，汽车的行驶方程式为：f
t
＝ff+fw+fi+fj；
[0070]
其中，f
t
为汽车的驱动力、ff为滚动阻力、fw为空气阻力、fi为坡度阻力、fj为加速阻力；
[0071]
结合坡道角度后，行驶方程式为：
[0072]
由此可得出：
[0073]
汽车在坡度较大的道路上行驶，例如坡度角大于坡度标准值时，电机输出扭矩t
tq
为：
[0074][0075]
当在平滑道路上即坡度角不大的道路上行驶，例如坡度角小于坡度标准值时，上式可以写为：
[0076][0077]
其中，t
tq
为电机的输出扭矩，ig为变速器传动比，i0为主传动比，η
t
为传动系的机械效率，r为车轮半径，g为作用于汽车上的重力，f为滚动阻力系数，α为坡度角，cd为空气阻力系数，a为迎风面积，v为当前车速，δ为汽车旋转质量换算系数，m为汽车质量。
[0078]
坡度标准值作为衡量坡度大小的预设值，本技术中设定为10度。
[0079]
接下来采用pid算法来计算实际输出的刹车扭矩值：
[0080]
首先获取pid控制算法的偏差值e(t)，算法为：
[0081]
e(t)＝r(t)-y(t)，
[0082]
其中：r(t)＝t
tq
，即期望输出的刹车扭矩值，y(t)为当前汽车实际输出的电机扭矩值入；
[0083]
通过pid控制算法获取可输出的刹车扭距值u(t)：
[0084][0085]
其中，t为时间，k
p
为比例参数，ki为积分参数，kd为微分参数。
[0086]
计算出实际输出的刹车扭矩值u(t)后，结合实际的驾驶环境，对刹车扭矩值u(t)做进一步优化：
[0087]
1)获取加速踏板开度，输出基本刹车扭矩需求：一般来说，加速踏板开度越大，输出扭矩需求越大，表现为：t
act
＝t.rate，其中，t
act
为符合扭矩需求的基本刹车扭矩、t为可输出的刹车扭矩值u(t)、rate为加速踏板开度比率；
[0088]
2)获取制动力系数fb，根据所述制动力系数获取最终的刹车扭矩tb，算法为：tb＝t
act
.fb，其中，所述制动力系数fb通过模糊控制算法获取，模糊控制的输入参数包括制动强度z、当前车速v、电池的soc值、abs状态，输出制动系数fb。
[0089]
本步骤中生成的限速控制指令至少包括最终的刹车扭矩tb、限速值及对应的速度控制区间，速度控制区间包括：常规控制区间、降扭控制区间、限速控制区间，限速控制区间包括一般制动控制区间和紧急制动区间；
[0090]
速度控制区间可通过电机转速、当前车速和坡度角确定：
[0091]
电机转速与当前车速的差值对应的电机转速＜0时，速度控制区间为常规控制区间；
[0092]
电机转速与当前车速的差值对应的电机转速＜＜0时，速度控制区间为降扭控制区间；
[0093]
电机转速与当前车速的差值对应的电机转速》0时，速度控制区间为限速控制区间。
[0094]
当前速度控制区间为限速控制区间时，当前速度控制区间还可进一步确定：
[0095]
当坡度角《＝坡度标准值时，设定当前速度控制区间为一般制动控制区间；
[0096]
否则当前速度控制区间为紧急制动区间。
[0097]
生成限速控制指令后，即可进行下一步骤，速度控制。
[0098]
步骤s120：结合汽车动态响应，通过限速控制指令进行速度控制；
[0099]
本步骤结合图2中p233部分的汽车动态响应单元执行处理。
[0100]
本步骤中控速的原则为：对电机扭矩进行线性减少，直到电机转速进入限速控制区间，当电机转速进入限速控制区间时，电机扭矩减少为0；
[0101]
电机扭矩线性变化的公式为t＝kn+b，其中，k表示斜率，n表示电机转速，t表示电机扭矩，b表示截距。
[0102]
当电机转速进入限速控制区间后，通过调节电机扭矩调节电机转速以控制车速，使得车速不超过限速值，在电机功率一定的情况下，电机扭矩与电机转速成反比关系，计算
如下：
[0103][0104]
其中，t为电机的输出扭矩，p为电机功率，n为电机转速，k为一个常数，不同电机的k不一样。
[0105]
通过以上公式，将最终的刹车扭矩tb代入t，获取电机转速，再通过车速与电机转速的关系控制车速；
[0106]
车速与电机转速的关系为：
[0107]
其中，v、n、r、分别为车速、电机转速、车轮半径、总传动比；
[0108]
另一方面，速度控制还包括选择制动模式，制动模式包括电制动和机械制动模式，当前车速、abs是否开启、蓄电池电池荷电状态值的大小以及制动强度可以决定速度控制的模式，如果采用电制动，即可进行能量回收。
[0109]
一般来说，如果电池荷电状态《95％，车速大于指定值，abs关闭时，速度控制以电制动为主。
[0110]
在本发明中，在智能驾驶的条件下充分结合电动汽车的特点，及时获取和分析驾驶路面环境、驾驶意图，并基于当前车速和限速值提出基于人、路、车三种环境数据整合的限速控制方案，完善了获取限速值的策略，并在计算限速的过程中不断结合环境指标进行优化，以实现精确的限速控制。
[0111]
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种新能源汽车的限速控制方法，其特征在于，包括：获取行车环境数据，所述环境数据包括道路限速值、道路坡度角；获取驾驶操作信息，所述驾驶操作信息包括制动意图类型；获取汽车当前行车指标，所述行车指标包括电池荷电状态、汽车行驶参数，所述汽车行驶参数包括电机转速、当前车速、行车档位、加速踏板开度、abs状态；根据所述行车环境数据、驾驶操作信息和汽车当前行车指标，计算刹车扭矩值和速度控制区间，生成限速控制指令；结合汽车动态响应，通过限速控制指令进行速度控制。2.根据权利要求1所述的限速控制方法，其特征在于，提取所述道路限速值的方式包括：通过车载gps直接读取限速值；通过车载摄像头获取限速值；通过道路类型获取限速值。3.根据权利要求1所述的限速控制方法，其特征在于，所述计算刹车扭矩值还包括根据所述行车档位判断是否需要输出扭矩值，所述行车档位为d/r档时需要输出刹车扭矩值，n档时不输出扭矩值。4.根据权利要求3所述的限速控制方法，其特征在于，所述需要输出刹车扭矩值时，所述刹车扭矩值的计算方法为：所述道路坡度角小于等于坡度标准值时：所述道路坡度角大于坡度标准值时：其中，t
tq
为刹车扭矩值，i
g
为变速器传动比，i0为主传动比，η
t
为传动系的机械效率，r为车轮半径，g为作用于汽车上的重力，f为滚动阻力系数，α为坡度角，c
d
为空气阻力系数，a为迎风面积，v为当前车速，δ为汽车旋转质量换算系数，m为汽车质量。5.根据权利要求4所述的限速控制方法，其特征在于，还包括通过pid算法对所述刹车扭矩值进行优化，输出实际刹车扭矩值，包括：获取pid控制算法的偏差值e(t)，算法为：e(t)＝r(t)-y(t)，其中：r(t)＝t
tq
，即期望输出的刹车扭矩值，y(t)为当前汽车实际输出的电机扭矩值入；通过pid控制算法获取可输出的刹车扭距值u(t)：
其中，t为时间，k
p
为比例参数，k
i
为积分参数，k
d
为微分参数。6.根据权利要求5所述的限速控制方法，其特征在于，所述输出实际刹车扭矩值后，还对所述实际刹车扭矩值进一步优化，获取最终的刹车扭矩t
b
，包括以下步骤：获取加速踏板开度，输出基本刹车扭矩需求：计算方法为：t
act
＝t.rate，其中，t
act
为符合扭矩需求的基本刹车扭矩、t为可输出的刹车扭矩值u(t)、rate为加速踏板开度比率；获取制动力系数f
b
，根据所述制动力系数获取最终的刹车扭矩t
b
，计算方法为：t
b
＝t
act
·
f
b
。7.根据权利要求1所述的限速控制方法，其特征在于，所述限速控制指令至少包括刹车扭矩值、限速值及对应的速度控制区间；所述速度控制区间包括：常规控制区间、降扭控制区间、限速控制区间，限速控制区间包括一般制动控制区间和紧急制动区间。8.根据权利要求1所述的限速控制方法，其特征在于，所述速度控制指，当电机转速进入所述限速控制区间后，通过控制电机扭矩，调节电机转速以控制车速，所述电机扭矩的目标值为所述最终的刹车扭矩。9.根据权利要求7所述的限速控制方法，其特征在于，所述速度控制还包括选择制动模式，其中所述制动模式包括电制动和机械制动模式；所述制动模式通过当前车速、abs是否开启、蓄电池电池荷电状态值的大小、制动强度决定；所述制动模式为电制动时，可执行能量回收。10.根据权利要求1所述的限速控制方法，其特征在于，根据所述当前车速、限速值、坡度角，将所述制动意图类型划分为一般制动、紧急制动。

技术总结
本发明公开了一种新能源汽车的限速控制方法，包括：获取行车环境数据，包括道路限速值、道路坡度角；获取驾驶操作信息，包括制动意图类型；获取汽车当前行车指标，包括电池荷电状态、汽车行驶参数，其中汽车行驶参数包括电机转速、当前车速、行车档位、加速踏板开度、ABS状态；根据行车环境数据、驾驶操作信息和汽车当前行车指标，计算刹车扭矩值和速度控制区间，生成限速控制指令；再结合汽车动态响应，通过限速控制指令进行速度控制。根据上述技术方案，可以完善获取道路限速值的策略，并整合行驶过程中环境数据，对控制车速的指标不断优化，实现精确的限速控制。实现精确的限速控制。实现精确的限速控制。


技术研发人员：展新 席婵婵 郑伟光 许恩永 黄其柏 黄逸哲 李善德
受保护的技术使用者：桂林电子科技大学 东风柳州汽车有限公司 广西科技大学
技术研发日：2023.03.02
技术公布日：2023/6/26