一种自适应驾驶员需求的自主定速巡航控制系统及方法

本发明涉及汽车控制，更具体的说，是涉及一种自适应驾驶员需求的自主定速巡航控制系统及方法。

背景技术：

1、随着“国vi”汽车污染物防治法规的推行，国家对于汽车尾气排放限制将越来越严格。同时，在全球能源危机的背景下，我国当前正逢能源高消耗期来临。因此，需要开发节油减排的先进车辆控制方法技术来解决上述问题。

2、车辆在实际道路上行驶时，大部分时间处于过渡工况，其中包括急踩踏板、急松踏板和稳定松踩踏板过程等。在车辆行驶在高速状态且近匀速时，驾驶员这种对于加速踏板的频繁剧烈操作在满足自身动力需求的同时，也会带来很多问题。加速踏板操作频繁且剧烈，烟度、微粒等排放物会迅速增加，同时喷油量和扭矩也会随着驾驶员的剧烈操作而出现突变，这样容易引起发动机运行状态工况点的大范围跳动，影响驾驶舒适性的同时降低车辆运行的经济性。

3、驾驶员在高速道路上正常驾驶车辆的时候，一般都会习惯维持车速即近匀速行驶的工况；车辆运行在这种工况下时，驾驶员对车辆的长时间内动力需求变化是非常小的或者基本不变的，对应到车辆上也就是车速需求和扭矩需求基本维持不变。这时可以通过设计自主定速巡航算法解析驾驶员的需求车速以及对应的需求扭矩，来减小发动机扭矩和油耗曲线的频繁剧烈波动，减少发动机工况点的大范围跳动，从而达到节油和减排的目的。而当车辆出现明显加速和减速时，响应驾驶员操作并自适应退出及重新进入巡航模式算法，让发动机在较为稳定的情况下实现动力输出的增大和减小，这样不仅考虑了驾驶员的动力需求，同时也达到了节油和减排的目的。

技术实现思路

1、为了解决上述现有技术中的问题，本发明提出了一种自适应驾驶员需求的自主定速巡航控制系统及方法，利用车辆运行参数采集模块、车辆行驶模式判断模块、加速踏板开度信号解算模块、加速踏板开度修正模块、驾驶员需求动态补偿模块，从多个不同的方向出发，对实车行驶过程中的驾驶员加速踏板解算并计算驾驶员的需求扭矩，在满足车速处理前后基本稳定不变和驾驶员实时变化需求的前提下，减少发动机油耗和有害物排放。

2、本发明的目的可通过以下技术方案实现。

3、本发明自适应驾驶员需求的自主定速巡航控制系统，包括车辆运行参数采集模块、车辆行驶模式判断模块、加速踏板开度信号解算模块、加速踏板开度修正模块、驾驶员需求动态补偿模块；

4、所述车辆运行参数采集模块利用实车ecu实时获取车辆运行过程中的参数，包括车速、加速踏板开度、制动踏板开度、挡位及道路坡度；

5、所述车辆行驶模式判断模块使用模式辨识算法，依据实时接收的车辆参数，判断驾驶员当前的行驶模式和行驶需求，判断是否满足自主定速巡航的条件，若满足条件则做出进入自主定速巡航模式的判断，若不满足条件则车辆控制器直接响应驾驶员实际操作；

6、所述加速踏板开度信号解算模块用于判断驾驶员自主定速巡航时需求车速的大小并计算需求扭矩，根据驾驶员需求扭矩反查需求加速踏板开度，并设置加速踏板开度区间，不同区间设置缩放限制系数，集中加速踏板工作区间，对获取的驾驶员实际加速踏板开度进行缩放控制；

7、所述加速踏板开度修正模块使用参数修正算法，基于实际道路行驶过程中坡度的变化、车辆运行参数和驾驶员的需求车速，对缩放控制后的加速踏板开度进行修正；

8、所述驾驶员需求动态补偿模块综合考虑自主定速巡航控制后的车辆运行状态和在自主定速巡航控制时驾驶员的实时操作，判断驾驶员是否存在完全松加速踏板滑行或者大幅度持续踩加速踏板的特征操作，据此对加速踏板开度修正模块修正后的加速踏板开度进行动态响应补偿。

9、进一步地，所述车辆行驶模式判断模块包括车辆行驶速度判断模块和驾驶员踏板操作判断模块，分别用于识别车辆运行信号和驾驶员操作信号，以此判断当前车辆的行驶状态模式，判断是否满足自主定速巡航的条件；

10、所述车辆行驶速度判断模块，利用实时获取的当前实际车速，结合滑动窗口分别计算车速的滚动方差和车速的z分数滚动均值；若车速大于设定车速阈值且车速的滚动方差小于设定车速方差阈值，则利用驾驶员踏板操作判断模块进行踏板判断；若车速小于设定车速阈值或车速的滚动方差大于设定车速方差阈值，则车辆控制器直接响应驾驶员实际操作；

11、所述驾驶员踏板操作判断模块用于识别驾驶员是否存在制动踏板操作，若不存在制动踏板操作，则判断满足自主定速巡航的条件，将判断结果发送给加速踏板开度信号解算模块；若存在制动踏板操作，则判断不满足自主定速巡航的条件，车辆控制器直接响应驾驶员实际操作。

12、进一步地，所述加速踏板开度信号解算模块包括行驶模式及需求解析模块、需求扭矩计算模块、需求开度控制模块，用于接收并解析车辆行驶模式判断模块给出的当前是否进入自主定速巡航模式的判断结果，依据结果进行驾驶员需求车速和需求扭矩的初步计算和控制；

13、所述行驶模式及需求解析模块用于对车辆行驶速度判断模块中计算出的车速的z分数滚动均值进行差分处理求出变化率，利用滑动窗口确定变化率正负切换的时刻，将该时刻的车速的z分数滚动均值作为驾驶员处于自主定速巡航模式下的需求车速；如果持续满足自主定速巡航的条件，则将该需求车速传给需求扭矩计算模块，沿用该需求车速数值；反之，若不满足条件，则需求车速重置为0，直到下次满足自主定速巡航的条件后再计算确定；

14、所述需求扭矩计算模块利用车速与风阻、滚阻、传动阻力的车辆动力学拟合关系，计算出车辆为维持需求车速所需要的发动机动力矩大小，即需求扭矩；

15、所述需求开度控制模块依据发动机的需求扭矩，结合车辆行驶过程中发动机的实时转速，通过查发动机机械输出map的方式，将需求扭矩转换为需求加速踏板开度，划分加速踏板开度区间，据此对获取的驾驶员实际加速踏板开度进行缩放控制。

16、进一步地，所述加速踏板开度修正模块包括车速修正模块和坡度修正模块，基于加速踏板开度信号解算模块解算控制得到驾驶员需求车速信息，结合实际车速和道路坡度变化对加速踏板开度信号解算模块缩放控制后的加速踏板开度做出量化的修正；

17、所述车速修正模块计算驾驶员的需求车速和实际车速的差值，当前实际车速小于需求车速时，视差值大小，对解算控制后的加速踏板开度进行适量增加；当前实际车速大于需求车速时，与前者相反，对解算控制后的加速踏板开度进行适量减小；使自主定速巡航时的车速维持在需求车速上下；

18、所述坡度修正模块依据道路坡度数值和车辆动力学模型计算出坡阻，与行驶阻力转换为发动机动力矩的方法相同，将坡阻转换为发动机扭矩，结合发动机机械输出map，将该发动机扭矩转换为对应的加速踏板开度，根据此加速踏板开度值对经车速修正模块修正后的加速踏板开度进一步修正。

19、进一步地，所述驾驶员需求动态补偿模块，先判断驾驶员是否存在完全松加速踏板滑行操作，若存在完全松加速踏板滑行操作，则车辆控制器直接响应驾驶员实际松加速踏板滑行操作，若不存在完全松加速踏板滑行操作，则判断驾驶员是否存在大幅度持续踩加速踏板操作；若存在大幅度持续踩加速踏板操作，则车辆控制器直接响应驾驶员实际大幅度持续踩加速踏板操作，若不存在大幅度持续踩加速踏板操作，则将加速踏板开度修正模块修正后的加速踏板开度信号传递至车辆控制器执行。

20、进一步地，驾驶员完全松加速踏板滑行操作的判断：判断驾驶员实际加速踏板的开度大小，若其小于设定的踏板开度阈值，则进入滑行延时状态并开始计时，当驾驶员在该状态持续时间超过时间阈值后，则进入滑行状态，此时判断驾驶员存在完全松加速踏板滑行操作，车辆控制器直接响应驾驶员实际松加速踏板滑行操作；反之，则判断驾驶员不存在完全松加速踏板滑行操作，进一步判断驾驶员是否存在大幅度持续踩加速踏板操作。

21、进一步地，驾驶员大幅度持续踩加速踏板操作的判断：判断驾驶员当前操作加速踏板的开度大小，若其大于设定的踏板开度阈值，则进入大幅踩踏响应延时状态并开始计时，当驾驶员在该状态持续超过时间阈值后，则进入大幅踩踏响应状态，此时判断驾驶员存在大幅度持续踩加速踏板操作，车辆控制器直接响应驾驶员实际大幅度持续踩加速踏板操作。反之，则判断驾驶员不存在大幅度持续踩加速踏板操作，将加速踏板开度修正模块修正后的加速踏板开度信号传递至车辆控制器执行。

22、本发明的目的还可通过以下技术方案实现。

23、本发明自适应驾驶员需求的自主定速巡航控制方法，包括以下步骤：

24、s1：实时检测车辆运行过程中的各参数；

25、利用实车ecu实时获取车辆运行过程中的参数，包括车速、加速踏板开度、制动踏板开度、挡位及道路坡度；

26、s2：依据当前实际车速及其滚动方差、制动踏板操作判断是否满足自主定速巡航条件

27、利用步骤s1获取的当前实际车速，结合滑动窗口分别计算车速的滚动方差和车速的z分数滚动均值；当车速大于设定车速阈值，车速的滚动方差小于设定车速方差阈值，不存在制动踏板操作时，判断满足自主定速巡航的条件，进入自主定速巡航模式，继续执行步骤s3；反之，若不满足条件，则车辆控制器直接响应驾驶员实际操作；

28、s3：判断驾驶员需求车速的大小并计算需求扭矩

29、对步骤s2中得到的车速的z分数滚动均值进行差分处理求出变化率，利用滑动窗口确定变化率正负切换的时刻，将该时刻的车速的z分数滚动均值作为驾驶员处于自主定速巡航模式下的需求车速；然后利用车速与风阻、滚阻、传动阻力的车辆动力学拟合关系，计算出车辆为维持需求车速所需要的发动机动力矩大小，即需求扭矩；

30、s4：根据驾驶员需求扭矩反查需求加速踏板开度，并设置加速踏板开度区间

31、依据步骤s3得到的发动机需求扭矩，结合车辆行驶过程中发动机的实时转速，通过查发动机机械输出map的方式，将需求扭矩转换为需求加速踏板开度，然后利用需求加速踏板开度，划分加速踏板开度区间；

32、s5：不同区间设置缩放限制系数，集中加速踏板工作区间

33、依据步骤s4划分的加速踏板开度区间，对步骤s1获取的驾驶员实际加速踏板开度按一定比例进行缩放调整；

34、s6：基于实际和需求车速差值，以及道路坡度数值，设置踏板补偿修正

35、使用参数修正算法，基于步骤s3得到的驾驶员需求车速，结合实际车速和道路坡度变化，对步骤s5缩放调整后的加速踏板开度做出量化的修正；

36、s7：设置大幅踩踏板和松踏板滑行的判断和响应

37、判断车辆在自主定速巡航过程中驾驶员是否存在完全松加速踏板滑行操作或大幅度持续踩加速踏板操作，若都不存在则将步骤s6修正后的加速踏板开度信号传递至车辆控制器执行；若存在则车辆控制器直接响应驾驶员实际加速踏板开度。

38、进一步地，步骤s6基于实际和需求车速差值，以及道路坡度数值，设置踏板补偿修正，具体过程如下：

39、车速修正：基于步骤s3得到的驾驶员需求车速，计算当前实际车速与需求车速的差值，若当前实际车速小于需求车速时，视差值大小，对步骤s5缩放调整后的加速踏板开度进行适量增加；若当前实际车速大于需求车速时，与前者相反，对步骤s5缩放调整后的加速踏板开度进行适量减小；

40、坡度修正：依据道路坡度数值和车辆动力学模型计算出坡阻，将坡阻转换为发动机扭矩，结合发动机机械输出map，将该发动机扭矩转换为对应的加速踏板开度，根据此加速踏板开度值对车速修正后的加速踏板开度进一步修正。

41、进一步地，步骤s7中先判断驾驶员是否存在完全松加速踏板滑行操作，若存在完全松加速踏板滑行操作，则车辆控制器直接响应驾驶员实际松加速踏板滑行操作，若不存在完全松加速踏板滑行操作，则判断驾驶员是否存在大幅度持续踩加速踏板操作；若存在大幅度持续踩加速踏板操作，则车辆控制器直接响应驾驶员实际大幅度持续踩加速踏板操作，若不存在大幅度持续踩加速踏板操作，则将步骤s6修正后的加速踏板开度信号传递至车辆控制器执行。

42、进一步地，驾驶员完全松加速踏板滑行操作的判断：判断驾驶员实际加速踏板的开度大小，若其小于设定的踏板开度阈值，则进入滑行延时状态并开始计时，当驾驶员在该状态持续时间超过时间阈值后，则进入滑行状态，此时判断驾驶员存在完全松加速踏板滑行操作，车辆控制器直接响应驾驶员实际松加速踏板滑行操作；反之，则判断驾驶员不存在完全松加速踏板滑行操作，进一步判断驾驶员是否存在大幅度持续踩加速踏板操作。

43、进一步地，驾驶员大幅度持续踩加速踏板操作的判断：判断驾驶员当前操作加速踏板的开度大小，若其大于设定的踏板开度阈值，则进入大幅踩踏响应延时状态并开始计时，当驾驶员在该状态持续超过时间阈值后，则进入大幅踩踏响应状态，此时判断驾驶员存在大幅度持续踩加速踏板操作，车辆控制器直接响应驾驶员实际大幅度持续踩加速踏板操作；反之，则判断驾驶员不存在大幅度持续踩加速踏板操作，将步骤s6修正后的加速踏板开度信号传递至车辆控制器执行。

44、与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

45、(1)本发明通过车速、加速踏板开度、制动踏板开度、挡位等车辆参数和道路坡度等路况参数并组合起来考虑，能够更加准确反映实际车辆行驶时的状态以及驾驶员的操作意图。

46、(2)本发明通过解算踏板操作反映驾驶员意图并自适应退出和进入自主定速巡航模式，在符合驾驶员操作意图的同时，能够降低发动机油耗和污染物排放。

47、(3)本发明能够实现对道路坡度的量化修正和目标车速的反馈控制，满足驾驶员实时变化的动态需求，实时调整输入到车辆控制器的需求扭矩信号。