CN111762160B - 一种预加速上坡的自动驾驶方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种预加速上坡的自动驾驶方法和系统，该方法包括：S1、实时获取车辆的当前位置信息，检查所述车辆当前位置前方设定的道路路程内是否有坡道，若有，则执行步骤S2，否则执行步骤S5；S2、获取坡道的位置信息、坡度以及车辆的当前速度和车辆半载质量，计算车辆当前位置与所述坡道之间的当前道路路程、车辆在坡道上所需的附加扭矩值以及车辆在上坡前所需的预加速路程；S3、判断所述当前道路路程是否大于所述预加速路程，若是，则执行步骤S5，否则，执行步骤S4；S4、输出所述附加扭矩值；S5、输出附加扭矩为零。本发明解决了自动驾驶车辆上坡瞬间车速下降的问题，提高了乘驾体验。

Description

一种预加速上坡的自动驾驶方法和系统

技术领域

本发明涉及自动驾驶技术领域，尤其涉及一种预加速上坡的自动驾驶方法和系统。

背景技术

自动驾驶车辆从平地行驶到坡道上，因为坡度阻力突然增大，经常令车速急速下降。坡度较陡时，车速甚至下降为0，为负，存在安全隐患。PID控制器对车速有一定的调控能力，可以在车速下降后，增加驱动扭矩以促使车辆爬坡。例如：公布号为CN107697067A《电动汽车坡道辅助起步控制方法》对车辆起步时工作状态进行检测、若电机反馈速度为负，则对车辆预设溜车距离的实际时间进行记录，并根据所述的实际时间控制输出预置转矩作为PI控制器积分项，公布号为CN108944935A《一种考虑参数耦合关系的汽车质量和道路坡度估计方法》获取车辆状态数据和车辆固有参数并计算获得第k时刻的加速度a以及变速器传动比ig，建立汽车质量模型与道路坡度模型，构建最小二乘质量估计模型和卡尔曼滤波坡度估计模型，采用嵌套循环迭代进行汽车质量和道路坡度联合估计。已有的各种坡道估计方法，只能在车辆已经上坡后，车辆已经被迫减速后才能识别出坡道。这样上坡即掉速的驾乘体验并不好。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种预加速上坡的自动驾驶方法和系统，以解决现有技术中上坡即掉速的驾乘体验不好的缺点。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种预加速上坡的自动驾驶方法，该方法包括如下步骤：

S1、实时获取车辆的当前位置信息，检查所述车辆当前位置前方设定的道路路程内是否有坡道，若有，则执行步骤S2，否则执行步骤S5；

S2、获取坡道的位置信息、坡度以及车辆的当前速度和车辆半载质量，计算车辆当前位置与所述坡道之间的当前道路路程、车辆在坡道上所需的附加扭矩值以及车辆在上坡前所需的预加速路程；

S3、判断所述当前道路路程是否大于所述预加速路程，若是，则执行步骤S5，否则，执行步骤S4；

S4、输出所述附加扭矩值；

S5、输出附加扭矩为零。

其中，采用下式计算车辆在坡道上所需的附加扭矩值：

Tadd＝G·sinα·r＝m·g·sinα·r

其中，Tadd为附加扭矩值，G为车辆半载重力，α为前方坡道的坡度，m为车辆半载质量，r为车轮滚动半径，g为重力加速度。

其中，所述计算车辆在上坡前所需的预加速路程具体包括：

计算车辆附加扭矩从零线性增大到所述附加扭矩值所需的扭矩增加时间；

根据所述扭矩增加时间计算车辆在零到所述扭矩增加时间的一半时间之内的任意时刻的加速度值和速度值；

根据所述任意时刻的速度值计算所述预加速路程。

其中，采用下式计算车辆附加扭矩从零线性增大到所述附加扭矩值所需的扭矩增加时间：

其中，Time为扭矩增加时间，Tspd为目标驱动扭矩阶跃响应下实际驱动扭矩所能达到的平均扭矩增加速度；

采用下式计算所述任意时刻的加速度值：

其中，a为加速度值，t为任意时刻；

采用下式计算所述任意时刻的速度值：

其中，v为任意时刻的速度值，v₀为预加速前车辆原本的速度；

采用下式计算所述预加速路程：

其中，s为预加速路程。

其中，所述设定的道路路程为20m。

本发明还提供一种预加速上坡的自动驾驶系统，包括：

坡道检查单元，用于实时获取车辆的当前位置信息，检查所述车辆当前位置前方设定的道路路程内是否有坡道；

获取单元，用于在坡道检查单元检查前方设定的道路路程内有坡道时，获取坡道的位置信息、坡度以及车辆的当前速度和车辆半载质量；

当前道路路程计算单元，用于计算车辆当前位置与所述坡道之间的当前道路路程；

附加扭矩计算单元，用于计算车辆在坡道上所需的附加扭矩值；

预加速路程计算单元，用于计算车辆在上坡前所需的预加速路程；

道路路程判断单元，用于判断所述当前道路路程是否大于所述预加速路程；

扭矩输出单元，用于在坡道检查单元判断车辆前方设定的道路路程内没有坡道和道路路程判断单元判断当前道路路程大于预加速路程时，输出附加扭矩为零，还用于在道路路程判断单元判断当前道路路程小于等于预加速路程时，输出所述附加扭矩值。

其中，所述附加扭矩计算单元采用下式计算附加扭矩值：

Tadd＝G·sinα·r＝m·g·sinα·r

其中，Tadd为附加扭矩值，G为车辆半载重力，α为前方坡道的坡度，m为车辆半载质量，r为车轮滚动半径，g为重力加速度。

其中，所述预加速路程计算单元包括：

附加扭矩值获取单元，用于获取车辆在坡道上所需的附加扭矩值；

扭矩增加时间计算单元，用于计算车辆附加扭矩从零线性增加到所述附加扭矩值所需的扭矩增加时间；

加速度计算单元，用于计算车辆从零到所述扭矩增加时间一半的时间内的任意时刻的加速度值；

速度计算单元，用于计算车辆从零到所述扭矩增加时间一半的时间内的任意时刻的速度值；

累积路程计算单元，用于计算车辆从零到所述扭矩增加时间一半的时间内的预加速路程。

其中，所述扭矩增加时间计算单元采用下式计算车辆附加扭矩从零线性增加到所述附加扭矩值所需的扭矩增加时间：

其中，Time为扭矩增加时间，Tspd为目标驱动扭矩阶跃响应下实际驱动扭矩所能达到的平均扭矩增加速度；

所述加速度计算单元采用下式计算所述任意时刻的加速度值：

其中，a为加速度值，t为任意时刻；

所述速度计算单元采用下式计算所述任意时刻的速度值：

其中，v为任意时刻的速度值，v₀为预加速前车辆原本的速度；

所述累计路程计算单元采用下式计算所述预加速路程：

其中，s为预加速路程。

其中，所述系统还包括：设置单元，用于设置所述设定的道路路程为20m。

本发明实施例的有益效果在于：本发明的预加速上坡的自动驾驶方法通过检查车辆当前位置设定的道路路程内是否有坡道，当有坡道时，计算车辆与坡道的当前道路路程、车辆在坡道上的附加扭矩和在上坡前的预加速路程，当当前道路路程小于或等于预加速路程时，则输出附加扭矩，使得车辆在坡道起始处车速最大，开始爬坡时，速度减小，最终匀速爬坡，该方法解决了自动驾驶车辆上坡瞬间车速下降的问题，提高了乘驾体验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的一种预加速上坡的自动驾驶方法的流程示意图。

图2是本发明实施例的一种预加速上坡的自动驾驶方法的坡阻、附加扭矩、加速度与速度关系图示意图。

具体实施方式

以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。

以下参照图1进行说明，本发明实施例一提供一种预加速上坡的自动驾驶方法，该方法包括如下步骤：

S1、实时获取车辆的当前位置信息，检查所述车辆当前位置前方设定的道路路程内是否有坡道，若有，则执行步骤S2，否则执行步骤S5。

在自动驾驶领域中，车辆可以通过自身的导航系统获取车辆的当前位置信息，如车辆所处位置的坐标点信息。此外，在自动驾驶领域中，高精地图道路属性包括了坡道信息，其中坡道信息包括坡度属性、坡道的地理位置信息。尤其在自动泊车领域，上下车库的斜坡比较陡峭，在构建室内地图时会把坡度写入地图中。这样，自动驾驶车辆在上坡之前，就可以预知前方有坡道。

其中，道路路程指的是车辆沿道路方向所需要行走的路程，举例说明，如果车辆在直线道路上行走，则道路路程指的是车辆与坡道之间的直线距离，又例如，车辆需要垂直拐弯，拐弯之前的直线距离是4米，拐弯之后的直线距离是3米，则道路路程为7米。

S2、获取坡道的位置信息、坡度以及车辆的当前速度和车辆半载质量，计算车辆当前位置与所述坡道之间的当前道路路程、车辆在坡道上所需的附加扭矩值以及车辆在上坡前所需的预加速路程。

从高精地图上获取坡道的位置信息和坡度，由于坡道的位置信息和车辆的位置信息是处于同一坐标系下，因而可以计算车辆与坡道起始点之间的当前道路路程。

在一具体实施方式中，采用下式计算所需的附加扭矩Tadd：

Tadd＝G·sinα·r＝m·g·sinα·r，

Tadd为附加扭矩值，G为车辆半载重力，α为前方坡道的坡度，m为车辆半载质量，r为车轮滚动半径，g为重力加速度。

根据执行件的特性，附加扭矩从0线性增加到Tadd，相应的附加驱动力也会从0线性增加至Fadd＝Tadd/r，如图2附加力矩曲线所示。前一半时间内，车辆行驶在平地上，后一半时间内，车辆行驶在坡道上，车辆所受到的坡道阻力如图2坡道阻力曲线所示。坡道阻力叠加上附加驱动力，再除以车辆半载质量，可得到车辆速度，如图2速度曲线所示。预加速路程等于速度上升阶段车辆所行驶的路程。

假设附加扭矩从0线性增加至Tadd所需时间为Time：

其中，Tspd为目标驱动扭矩阶跃响应下实际驱动扭矩所能达到的平均扭矩增加速度，其单位为(N·m)/s。

在前半段时间[0,Time/2]内任意时刻t，车辆加速度为:

在前半段时间[0,Time/2]内任意时刻t，车辆速度为：

在时刻Time/2，车辆累计行驶路程为：

代入

可得

其中，s为预加速路程，v₀为预加速前车辆原本的速度。

S3、判断所述当前道路路程是否大于所述预加速路程，若是，则执行步骤S5，否则，执行步骤S4。

S4、输出所述附加扭矩值。

S5、输出附加扭矩为零。

当当前道路路程大于预加速路程时，说明车辆目前还不需要进行预加速，因而输出的附加扭矩为零，当当前道路路程小于或等于预加速路程时，应使得车辆加速，因而需要输出附加扭矩，以使得车辆在上坡之前加速，在上坡后逐渐减速，最后匀速行驶。

需要说明的是，步骤S1中的设定的道路路程必须大于预加速路程，否则，没有充足的时间使得扭矩上升。优选地，该设定距离等于20m。

本发明实施例的预加速上坡自动驾驶方法，通过检查车辆当前位置设定的道路路程内是否有坡道，当有坡道时，计算车辆与坡道的当前道路路程、车辆在坡道上的附加扭矩和在上坡前的预加速路程，当当前道路路程小于或等于预加速路程时，则输出附加扭矩，使得车辆在坡道起始处车速最大，开始爬坡时，速度减小，最终匀速爬坡，该方法解决了自动驾驶车辆上坡瞬间车速下降的问题，提高了乘驾体验。

基于本发明实施例一，本发明实施例二提供一种预加速上坡的自动驾驶系统，其包括：

坡道检查单元，用于实时获取车辆的当前位置信息，检查所述车辆当前位置前方设定距离的道路路程内是否有坡道；

获取单元，用于在坡道检查单元检查前方设定距离内有坡道时，获取坡道的位置信息、坡度以及车辆的当前速度和车辆半载质量；

当前道路路程计算单元，用于计算车辆当前位置与所述坡道之间的当前道路路程；

附加扭矩计算单元，用于计算车辆在坡道上所需的附加扭矩值；

预加速路程计算单元，用于计算车辆在上坡前所需的预加速路程；

道路路程判断单元，用于判断所述当前道路路程是否大于所述预加速路程；

扭矩输出单元，用于在坡道检查单元判断车辆前方设定距离内的道路路程内没有坡道和道路路程判断单元判断当前道路路程大于预加速路程时输出附加扭矩为零，还用于在道路路程判断单元判断当前道路路程小于等于预加速路程时，输出所述附加扭矩值。

其中，所述附加扭矩计算单元采用下式计算附加扭矩值：

Tadd＝G·sinα·r＝m·g·sinα·r

其中，Tadd为附加扭矩值，G为车辆半载重力，α为前方坡道的坡度，m为车辆半载质量，r为车轮滚动半径，g为重力加速度。

其中，所述预加速路程计算单元包括：附加扭矩值获取单元，用于获取车辆在坡道上所需的附加扭矩值；扭矩增加时间计算单元，用于计算车辆附加扭矩从零线性增加到所述附加扭矩值所需的扭矩增加时间；加速度计算单元，用于计算车辆从零到所述扭矩增加时间一半的时间内的任意时刻的加速度值；速度计算单元，用于计算车辆从零到所述扭矩增加时间一半的时间内的任意时刻的速度值；累积路程计算单元，用于计算车辆从零到所述扭矩增加时间一半的时间内的累计路程值。

其中，所述系统还包括：设置单元，用于设置所述设定的道路路程为20m。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种预加速上坡的自动驾驶方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、实时获取车辆的当前位置信息，检查所述车辆当前位置前方设定的道路路程内是否有坡道，若有，则执行步骤S2，否则执行步骤S5；

S2、获取坡道的位置信息、坡度以及车辆的当前速度和车辆半载质量，计算车辆当前位置与所述坡道之间的当前道路路程、车辆在坡道上所需的附加扭矩值以及车辆在上坡前所需的预加速路程；

S3、判断所述当前道路路程是否大于所述预加速路程，若是，则执行步骤S5，否则，执行步骤S4；

S4、输出所述附加扭矩值；

S5、输出附加扭矩为零；

所述计算车辆在上坡前所需的预加速路程具体包括：

计算车辆附加扭矩从零线性增大到附加扭矩值所需的扭矩增加时间；

根据所述扭矩增加时间计算车辆在零到所述扭矩增加时间的一半时间之内的任意时刻的加速度值和速度值；

根据所述任意时刻的速度值计算所述预加速路程。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用下式计算车辆在坡道上所需的附加扭矩值：

Tadd＝G·sinα·r＝m·g·sinα·r

其中，Tadd为附加扭矩值，G为车辆半载重力，α为所述坡道的坡度，m为车辆半载质量，r为车轮滚动半径，g为重力加速度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

采用下式计算车辆附加扭矩从零线性增大到所述附加扭矩值所需的扭矩增加时间：

其中，Time为扭矩增加时间，Tspd为目标驱动扭矩阶跃响应下实际驱动扭矩所能达到的平均扭矩增加速度；

采用下式计算所述任意时刻的加速度值：

其中，a为加速度值，t为任意时刻；

采用下式计算所述任意时刻的速度值：

其中，v为任意时刻的速度值，v₀为预加速前车辆原本的速度；

采用下式计算所述预加速路程：

其中，s为预加速路程。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：

所述设定的道路路程为20m。

5.一种预加速上坡的自动驾驶系统，其特征在于，包括：

坡道检查单元，用于实时获取车辆的当前位置信息，检查所述车辆当前位置前方设定的道路路程内是否有坡道；

获取单元，用于在坡道检查单元检查前方设定的道路路程内有坡道时，获取坡道的位置信息、坡度以及车辆的当前速度和车辆半载质量；

当前道路路程计算单元，用于计算车辆当前位置与所述坡道之间的当前道路路程；

附加扭矩计算单元，用于计算车辆在坡道上所需的附加扭矩值；

预加速路程计算单元，用于计算车辆在上坡前所需的预加速路程；

道路路程判断单元，用于判断所述当前道路路程是否大于所述预加速路程；

扭矩输出单元，用于在坡道检查单元判断车辆前方设定的道路路程内没有坡道和道路路程判断单元判断当前道路路程大于预加速路程时，输出附加扭矩为零，还用于在道路路程判断单元判断当前道路路程小于等于预加速路程时，输出所述附加扭矩值；

所述预加速路程计算单元包括：

附加扭矩值获取单元，用于获取车辆在坡道上所需的附加扭矩值；

扭矩增加时间计算单元，用于计算车辆附加扭矩从零线性增加到所述附加扭矩值所需的扭矩增加时间；

加速度计算单元，用于计算车辆从零到所述扭矩增加时间一半的时间内的任意时刻的加速度值；

速度计算单元，用于计算车辆从零到所述扭矩增加时间一半的时间内的任意时刻的速度值；

累积路程计算单元，用于计算车辆从零到所述扭矩增加时间一半的时间内的预加速路程。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述附加扭矩计算单元采用下式计算附加扭矩值：

Tadd＝G·sinα·r＝m·g·sinα·r

其中，Tadd为附加扭矩值，G为车辆半载重力，α为所述坡道的坡度，m为车辆半载质量，r为车轮滚动半径，g为重力加速度。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：

所述扭矩增加时间计算单元采用下式计算车辆附加扭矩从零线性增加到所述附加扭矩值所需的扭矩增加时间：

其中，Time为扭矩增加时间，Tspd为目标驱动扭矩阶跃响应下实际驱动扭矩所能达到的平均扭矩增加速度；

所述加速度计算单元采用下式计算所述任意时刻的加速度值：

其中，a为加速度值，t为任意时刻；

所述速度计算单元采用下式计算所述任意时刻的速度值：

其中，v为任意时刻的速度值，v₀为预加速前车辆原本的速度；

所述累计路程计算单元采用下式计算所述预加速路程：

其中，s为预加速路程。

8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

设置单元，用于设置所述设定的道路路程为20m。

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