本文將就新能源車型在ADAS系統中的動力執行策略進行詳細分析,其中包含重新制定動力、制動分配方案,動力執行策略變更,制動執行策略變更。在新能源車型響應策略中又被分為兩種不同策略車型。其一是純電動EV車型,其中央單元由VCU(Vehicle Control Unit)進行控制,其二是混合動力PHEV車型,其中央單元由PCU(Power Control Unit)進行控制,本文將重點分析純電動VCU控制邏輯,如下圖表示了EV車型相應的網絡拓撲架構圖。
1) 變速器單元TCU 在新能源車型中不再作為單獨的ECU控制換擋和扭矩響應邏輯,而是只作為接收駕駛員檔位類型(P、R、N、D)輸入端口;
2) MCU是系能源車型特有的核心功率電子單元,通過NewPowerCan線與VCU連接后,接受VCU的車輛行駛控制指令信號,控制電機輸出制定的扭矩和轉速,驅動車輛行駛。實現動力電池的直流電轉換為高壓交流電、并聯驅動電機本體輸出機械能。
3) 電池管理系統(BMS)主要就是為了智能化管理及維護各個電池單元,防止電池出現過充電和過放電,延長電池的使用壽命,監控電池的狀態。
4) 駕駛員在開啟ADAS系統設置巡航開關后,通過硬線連接上VCU,通過VCU解析該駕駛員輸入設置后,響應其相應的ADAS系統巡航控制邏輯。
5) VCU直接通過PTCAN與制動系統EPBi相連接,同時也通過NewPowerCan及網關連接上ADAS系統,將電制動扭矩限值發送給制動系統,同時接收制動系統及ADAS扭矩請求,隨后,將執行扭矩結果發送給制動系統EPBi及ADAS系統;
6) 車身控制器BCM通過BCAN連接入網關GW后,將車輛信息發送給ADAS系統及各其余CAN線,同時儀表IP接收各控制器發出的提示、報警信息,顯示在儀表盤上對駕駛員進行提醒和報警;
7) 駕駛輔助系統ADAS通過ADASCAN連接入網關通過其傳輸數據至NEW PowerCAN及PTCan后控制車輛加減速;
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ADAS與VCU控制策略設計
純電動EV車型的駕駛輔助策略中,有兩種不同的動力輸出分配邏輯,主要是針對車輛縱向控制(Vehicle Longitudinal Control,VLC)方式的不同策略,分別表示如下:
1、 由ADAS系統進行VLC控制:
原理:
該控制邏輯下,VCU僅響應ADAS加速控制命令,EPBi負責ADAS減速控制命令;
ADAS系統通過對環境信息及車輛自身信息(包括獲取駕駛員輸入設置、整車車速獲取、整車姿態)的探測來判斷當前實際狀態后,判斷有加速需求時發送正向扭矩給VCU。VCU需要接收ADAS控制器發出的扭矩值ADAS_Torque(0~100%)及扭矩有效狀態ADAS_TorqueActive=AcTIve后計算生成虛擬油門踏板開度VCU_VirtualThrottlePosiTIon,踏板開度用于輸入至Powertrain控制邏輯中生成駕駛需求和動力總成響應動能,進而制定合理的功率輸出和能量回收策略。
當需要有減速控制請求時,EPBi系統進行減速響應控制,其控制方式仍舊按照傳統ADAS減速控制策略進行,先由ADAS系統發送降扭請求給VCU執行反拖控制,當ADAS通過檢測加速度、速度及相對距離判斷VCU反拖能力不足時,由ADAS系統發送減速命令給EPBi,然后由EPBi根據減速度值生成相應的制動力,響應ADAS系統請求。
如上圖詳細表示了新能源車型三大模塊在ADAS系統控制VLC邏輯中的數據流圖。下面分別做詳細闡述工作過程:
1)ADAS系統“制動電夜分配模塊“首先接收到VCU發出的“電系統扭矩限制值”及EPBi發出的“液壓扭矩限制值”,根據探測的環境實際情況分別發送“驅動電扭矩”和“制動電扭矩”給VCU“扭矩目標解析模塊”,同時發送“液壓執行扭矩”給EPBi中“扭矩液壓轉化模塊”。
2)VCU中的“扭矩目標解析模塊”接收到ADAS發出的電扭矩請求后解析成電機實際執行扭矩值,輸出給EPBi控制模塊中的信號校驗模塊,EPBi中的電液分配模塊根據安全校驗結果控制其“扭矩液壓轉化模塊”參數值。
3)EPBi中的扭矩需求仲裁模塊“需要接收VCU發出的滑行目標扭矩輸出值、制動目標扭矩值,綜合將制動目標扭矩輸出給ADAS系統“反拖扭矩仲裁模塊”。
4)ADAS系統中的“反拖扭矩仲裁”模塊接收VCU發出的滑行目標扭矩,EPBi發出的制動目標扭矩,ADAS自身發出的制動目標扭矩值進行仲裁后,輸出給ADAS系統制動電液分配相應的扭矩仲裁結果。
ADAS系統負責對環境探知的數據進行驅動目標解析及反拖目標仲裁,生成相應的加速扭矩及反拖扭矩,當需要切入制動時,則對制動目標進行解析生成相應的制動減速度。此過程中,EPBi及ADAS均需要采用統一性原則,優先分配電制動,同時,EPBi及ADAS控制器需要將各自的扭矩發出來,供其他兩個控制器做扭矩平滑過渡。
小結:
本方法中EPBi負責駕駛工況下電液分配及安全控制,ADAS系統負責前端電液分配及安全控制,這種控制方式具備如下優點:
相比制動系統EPBi而言,ADAS可利用傳感器裝置(如前雷達、攝像頭等)進行環境信息探測,其具備較大的預判能力,包括在全速自適應巡航中,更便于完成正常行駛工況下的停車、起步過渡時的電液過渡。在充分保證安全的前提下,可以提供更大限度的能量回收。
當然該控制方式也包含如下缺點:
ACC從驅動加速工況進入制動減速工況時,考慮到工況之間切換需要保證平順性,ACC與ESP控制器均要進行扭矩需求仲裁,功能有一定重復性。從圖中看出,此種控制方式下,各控制器之間信號交互接口較多,包含的信號校驗,時鐘同步數據量較大,算法相對復雜。
2、由制動系統EPBi系統進行VLC控制:
原理:
該邏輯下,EPBi系統接收ADAS加速度指令后換算出VCU執行的加速扭矩值發送給VCU,VCU接收到EPBi發出的正向加速扭矩請求EPBi_Torque及有效狀態位EPBi_TorqueAcTIve后生成虛擬油門踏板開度VCU_VirtualThrottlePosiTIon,踏板開度用于輸入至Powertrain控制邏輯中生成駕駛需求和動力總成響應動能,進而制定合理的功率輸出和能量回收策略。
此時,若ADAS無加速請求或加速請求扭矩小于怠速扭矩時,不再分配動力扭矩請求。
當EPBi系統接收到ADAS發送的減速命令后,換算出VCU需要執行的減速降扭請求命令EPBi_Torque并首先發送給VCU執行相應的降扭反拖減速,此時EPBi需要接收整車執行狀態(包括速度V和減速度a)判斷在合適的時機停止發送降扭請求,控制自身建壓生成制動減速度。
如上圖詳細表示了新能源車型三大模塊在EPBi系統控制VLC邏輯中的數據流圖。下面分別做詳細闡述工作過程:
1) 加速期間,ADAS系統中“驅動目標解析”模塊發送驅動加速度值給ESP扭矩需求仲裁模塊,該模塊通過安全校驗機制后,將扭矩值輸出給VCU中的扭矩目標解析模塊,解析該扭矩后生成實際電機可執行扭矩。該扭矩同時輸入給制動系統EPBi中安全校驗模塊,EPBi電液分配模塊接收到該安全校驗信號后,調節實際液壓執行扭矩值,通過“扭矩轉液壓壓力”模塊輸出相應的液壓壓力值給電液分配模塊。
2) 減速期間,ADAS系統中“制動目標解析”模塊發送相應的減速度值給ESP扭矩需求仲裁模塊,該模塊同時接受VCU發出的滑行扭矩和制動目標解析值后,輸出相應的原始解析扭矩值給電液分配模塊,該模塊生成液壓執行扭矩并輸出給扭矩轉液壓壓力模塊后,最終生成目標液壓壓力。
3) 以上過程中,液壓壓力限制模塊將液壓執行能力反饋給電液分配模塊,同時,VCU中的電系統能力限制模塊將電系統回收能力也發送給ESP電液分配模塊。該模塊通過電液扭矩計算和校驗后,輸出可執行電回收扭矩并發送到VCU扭矩目標解析模塊。
小結:
本方法中,EPBi統一負責滑行、制動、ADAS控制階段的電液分配及安全控制,要求EPBi在控制過程中,無安全風險前提下,優先分配電制動,并通過實時監控整車執行速度、減速度值控制液壓制動的介入時機。如上控制方法存在如下優點:
控制器之間功能切割清晰,交互接口數量少;整車負扭矩來源于唯一控制器EPBi,其對于ADAS系統中加速、反拖、制動的工況之間可實現平滑過渡,實現算法難度基本集中于制動系統EPBi,當然,ADAS系統信號接口需要做相應的改變,也即由原來的(扭矩Fx+加速度Ax)接口,轉換為純加速度Ax接口控制方式。
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駕駛員干預下的ADAS及VCU響應策略
以上過程執行期間,VCU會隨時監控駕駛員設置按鍵VCU_DriverSet及油門踏板踩下狀態VCU_RealThrottlePosition,ADAS系統及EPBi會隨時監測剎車踏板Veh_BrakePedal等信號輸入作為駕駛員駕駛意圖判斷,分別可制定如下響應策略。
1) 當ADAS檢測到剎車踏板Veh_BrakePedal為Pressed踩下時,退出當前激活控制,其扭矩發送有效位ADAS_TorqueActive也將變為未激活NotActive。假如當前ADAS系統與制動系統通信故障或存在一定的通信延遲,則此時由VCU檢測到制動踏板踩下狀態,則控制不再響應ADAS系統發出的扭矩請求。此控制策略可用于對加減速控制的雙冗余。
2)當在ADAS系統加速控制期間,VCU檢測到駕駛員踩下油門踏板,則VCU作為EV車型動力控制核心部件,需要根據真實加速踏板位置VCU_RealThrottlePosition及ADAS換算生成的虛擬油門開度ADAS_ThrottlePosition等信息參照如下的超越邏輯判斷是否有駕駛員超越ADAS系統控制運行狀態。
ADAS系統無正向扭矩請求時(比如此時正在發送減速制動請求時),真實駕駛員油門大于較小閾值MinTorq,判斷為駕駛員超越;
ADAS系統有正向扭矩請求時,真實駕駛員油門VCU_RealThrottlePosition大于ADAS發送扭矩ADAS_Torque+Offset,判斷為駕駛員超越,真實駕駛員油門VCU_RealThrottlePosition小于ADAS發送扭矩ADAS_Torque時,判斷為駕駛員未超越。
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總結
本文詳細介紹了純電動車型EV不同的縱向控制策略及相關的加減速控制邏輯,從細分圖中詳細描述了信號交互數據流圖,扭矩分配過程,電制動及液壓制動分配控制邏輯,對于充分理解純電動EV車型相關縱向控制邏輯有很大的借鑒意義。后續章節,將就混合動力車型PHEV的整體控制策略進行詳細描述,并與本文做對比分析,將新能源車型開發中的邏輯問題點一一進行描述。