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新能源车型在ADAS系统中的动力执行策略分析

2020-06-20
来源:电子发烧友
关键词: 新能源车 ADAS

  本文将就新能源车型在ADAS系统中的动力执行策略进行详细分析,其中包含重新制定动力、制动分配方案,动力执行策略变更,制动执行策略变更。在新能源车型响应策略中又被分为两种不同策略车型。其一是纯电动EV车型,其中央单元由VCU(Vehicle Control Unit)进行控制,其二是混合动力PHEV车型,其中央单元由PCU(Power Control Unit)进行控制,本文将重点分析纯电动VCU控制逻辑,如下图表示了EV车型相应的网络拓扑架构图。

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  1) 变速器单元TCU 在新能源车型中不再作为单独的ECU控制换挡和扭矩响应逻辑,而是只作为接收驾驶员档位类型(P、R、N、D)输入端口;

  2) MCU是系能源车型特有的核心功率电子单元,通过NewPowerCan线与VCU连接后,接受VCU的车辆行驶控制指令信号,控制电机输出制定的扭矩和转速,驱动车辆行驶。实现动力电池的直流电转换为高压交流电、并联驱动电机本体输出机械能。

  3) 电池管理系统(BMS)主要就是为了智能化管理及维护各个电池单元,防止电池出现过充电和过放电,延长电池的使用寿命,监控电池的状态。

  4) 驾驶员在开启ADAS系统设置巡航开关后,通过硬线连接上VCU,通过VCU解析该驾驶员输入设置后,响应其相应的ADAS系统巡航控制逻辑。

  5) VCU直接通过PTCAN与制动系统EPBi相连接,同时也通过NewPowerCan及网关连接上ADAS系统,将电制动扭矩限值发送给制动系统,同时接收制动系统及ADAS扭矩请求,随后,将执行扭矩结果发送给制动系统EPBi及ADAS系统;

  6) 车身控制器BCM通过BCAN连接入网关GW后,将车辆信息发送给ADAS系统及各其余CAN线,同时仪表IP接收各控制器发出的提示、报警信息,显示在仪表盘上对驾驶员进行提醒和报警;

  7) 驾驶辅助系统ADAS通过ADASCAN连接入网关通过其传输数据至NEW PowerCAN及PTCan后控制车辆加减速;

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  ADAS与VCU控制策略设计

  纯电动EV车型的驾驶辅助策略中,有两种不同的动力输出分配逻辑,主要是针对车辆纵向控制(Vehicle Longitudinal Control,VLC)方式的不同策略,分别表示如下:

  1、 由ADAS系统进行VLC控制:

  原理:

  该控制逻辑下,VCU仅响应ADAS加速控制命令,EPBi负责ADAS减速控制命令;

  ADAS系统通过对环境信息及车辆自身信息(包括获取驾驶员输入设置、整车车速获取、整车姿态)的探测来判断当前实际状态后,判断有加速需求时发送正向扭矩给VCU。VCU需要接收ADAS控制器发出的扭矩值ADAS_Torque(0~100%)及扭矩有效状态ADAS_TorqueActive=AcTIve后计算生成虚拟油门踏板开度VCU_VirtualThrottlePosiTIon,踏板开度用于输入至Powertrain控制逻辑中生成驾驶需求和动力总成响应动能,进而制定合理的功率输出和能量回收策略。

  当需要有减速控制请求时,EPBi系统进行减速响应控制,其控制方式仍旧按照传统ADAS减速控制策略进行,先由ADAS系统发送降扭请求给VCU执行反拖控制,当ADAS通过检测加速度、速度及相对距离判断VCU反拖能力不足时,由ADAS系统发送减速命令给EPBi,然后由EPBi根据减速度值生成相应的制动力,响应ADAS系统请求。

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  如上图详细表示了新能源车型三大模块在ADAS系统控制VLC逻辑中的数据流图。下面分别做详细阐述工作过程:

  1)ADAS系统“制动电夜分配模块“首先接收到VCU发出的“电系统扭矩限制值”及EPBi发出的“液压扭矩限制值”,根据探测的环境实际情况分别发送“驱动电扭矩”和“制动电扭矩”给VCU“扭矩目标解析模块”,同时发送“液压执行扭矩”给EPBi中“扭矩液压转化模块”。

  2)VCU中的“扭矩目标解析模块”接收到ADAS发出的电扭矩请求后解析成电机实际执行扭矩值,输出给EPBi控制模块中的信号校验模块,EPBi中的电液分配模块根据安全校验结果控制其“扭矩液压转化模块”参数值。

  3)EPBi中的扭矩需求仲裁模块“需要接收VCU发出的滑行目标扭矩输出值、制动目标扭矩值,综合将制动目标扭矩输出给ADAS系统“反拖扭矩仲裁模块”。

  4)ADAS系统中的“反拖扭矩仲裁”模块接收VCU发出的滑行目标扭矩,EPBi发出的制动目标扭矩,ADAS自身发出的制动目标扭矩值进行仲裁后,输出给ADAS系统制动电液分配相应的扭矩仲裁结果。

  ADAS系统负责对环境探知的数据进行驱动目标解析及反拖目标仲裁,生成相应的加速扭矩及反拖扭矩,当需要切入制动时,则对制动目标进行解析生成相应的制动减速度。此过程中,EPBi及ADAS均需要采用统一性原则,优先分配电制动,同时,EPBi及ADAS控制器需要将各自的扭矩发出来,供其他两个控制器做扭矩平滑过渡。

  小结:

  本方法中EPBi负责驾驶工况下电液分配及安全控制,ADAS系统负责前端电液分配及安全控制,这种控制方式具备如下优点:

  相比制动系统EPBi而言,ADAS可利用传感器装置(如前雷达、摄像头等)进行环境信息探测,其具备较大的预判能力,包括在全速自适应巡航中,更便于完成正常行驶工况下的停车、起步过渡时的电液过渡。在充分保证安全的前提下,可以提供更大限度的能量回收。

  当然该控制方式也包含如下缺点:

  ACC从驱动加速工况进入制动减速工况时,考虑到工况之间切换需要保证平顺性,ACC与ESP控制器均要进行扭矩需求仲裁,功能有一定重复性。从图中看出,此种控制方式下,各控制器之间信号交互接口较多,包含的信号校验,时钟同步数据量较大,算法相对复杂。

  2、由制动系统EPBi系统进行VLC控制:

  原理:

  该逻辑下,EPBi系统接收ADAS加速度指令后换算出VCU执行的加速扭矩值发送给VCU,VCU接收到EPBi发出的正向加速扭矩请求EPBi_Torque及有效状态位EPBi_TorqueAcTIve后生成虚拟油门踏板开度VCU_VirtualThrottlePosiTIon,踏板开度用于输入至Powertrain控制逻辑中生成驾驶需求和动力总成响应动能,进而制定合理的功率输出和能量回收策略。

  此时,若ADAS无加速请求或加速请求扭矩小于怠速扭矩时,不再分配动力扭矩请求。

  当EPBi系统接收到ADAS发送的减速命令后,换算出VCU需要执行的减速降扭请求命令EPBi_Torque并首先发送给VCU执行相应的降扭反拖减速,此时EPBi需要接收整车执行状态(包括速度V和减速度a)判断在合适的时机停止发送降扭请求,控制自身建压生成制动减速度。

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  如上图详细表示了新能源车型三大模块在EPBi系统控制VLC逻辑中的数据流图。下面分别做详细阐述工作过程:

  1) 加速期间,ADAS系统中“驱动目标解析”模块发送驱动加速度值给ESP扭矩需求仲裁模块,该模块通过安全校验机制后,将扭矩值输出给VCU中的扭矩目标解析模块,解析该扭矩后生成实际电机可执行扭矩。该扭矩同时输入给制动系统EPBi中安全校验模块,EPBi电液分配模块接收到该安全校验信号后,调节实际液压执行扭矩值,通过“扭矩转液压压力”模块输出相应的液压压力值给电液分配模块。

  2) 减速期间,ADAS系统中“制动目标解析”模块发送相应的减速度值给ESP扭矩需求仲裁模块,该模块同时接受VCU发出的滑行扭矩和制动目标解析值后,输出相应的原始解析扭矩值给电液分配模块,该模块生成液压执行扭矩并输出给扭矩转液压压力模块后,最终生成目标液压压力。

  3) 以上过程中,液压压力限制模块将液压执行能力反馈给电液分配模块,同时,VCU中的电系统能力限制模块将电系统回收能力也发送给ESP电液分配模块。该模块通过电液扭矩计算和校验后,输出可执行电回收扭矩并发送到VCU扭矩目标解析模块。

  小结:

  本方法中,EPBi统一负责滑行、制动、ADAS控制阶段的电液分配及安全控制,要求EPBi在控制过程中,无安全风险前提下,优先分配电制动,并通过实时监控整车执行速度、减速度值控制液压制动的介入时机。如上控制方法存在如下优点:

  控制器之间功能切割清晰,交互接口数量少;整车负扭矩来源于唯一控制器EPBi,其对于ADAS系统中加速、反拖、制动的工况之间可实现平滑过渡,实现算法难度基本集中于制动系统EPBi,当然,ADAS系统信号接口需要做相应的改变,也即由原来的(扭矩Fx+加速度Ax)接口,转换为纯加速度Ax接口控制方式。

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  驾驶员干预下的ADAS及VCU响应策略

  以上过程执行期间,VCU会随时监控驾驶员设置按键VCU_DriverSet及油门踏板踩下状态VCU_RealThrottlePosition,ADAS系统及EPBi会随时监测刹车踏板Veh_BrakePedal等信号输入作为驾驶员驾驶意图判断,分别可制定如下响应策略。

  1) 当ADAS检测到刹车踏板Veh_BrakePedal为Pressed踩下时,退出当前激活控制,其扭矩发送有效位ADAS_TorqueActive也将变为未激活NotActive。假如当前ADAS系统与制动系统通信故障或存在一定的通信延迟,则此时由VCU检测到制动踏板踩下状态,则控制不再响应ADAS系统发出的扭矩请求。此控制策略可用于对加减速控制的双冗余。

  2)当在ADAS系统加速控制期间,VCU检测到驾驶员踩下油门踏板,则VCU作为EV车型动力控制核心部件,需要根据真实加速踏板位置VCU_RealThrottlePosition及ADAS换算生成的虚拟油门开度ADAS_ThrottlePosition等信息参照如下的超越逻辑判断是否有驾驶员超越ADAS系统控制运行状态。

  ADAS系统无正向扭矩请求时(比如此时正在发送减速制动请求时),真实驾驶员油门大于较小阈值MinTorq,判断为驾驶员超越;

  ADAS系统有正向扭矩请求时,真实驾驶员油门VCU_RealThrottlePosition大于ADAS发送扭矩ADAS_Torque+Offset,判断为驾驶员超越,真实驾驶员油门VCU_RealThrottlePosition小于ADAS发送扭矩ADAS_Torque时,判断为驾驶员未超越。

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  总结

  本文详细介绍了纯电动车型EV不同的纵向控制策略及相关的加减速控制逻辑,从细分图中详细描述了信号交互数据流图,扭矩分配过程,电制动及液压制动分配控制逻辑,对于充分理解纯电动EV车型相关纵向控制逻辑有很大的借鉴意义。后续章节,将就混合动力车型PHEV的整体控制策略进行详细描述,并与本文做对比分析,将新能源车型开发中的逻辑问题点一一进行描述。


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