新能源汽车中的自动驾驶系统执行控制逻辑

　　当前，我国汽车工业正在进入到第三次造成浪潮，新一轮的造车阶段主要是在电动化、智能化、互联化、共享化的驱动下，为汽车新一轮的技术革新提供最好的支持。其中，以新能源为代表的电动化和以自动驾驶为代表的智能化开发作为整个技术研发的核心，将进一步推动汽车产业变革。
　　本文针对新能源汽车中的自动驾驶开发原理进行相应的分析，旨在从新能源与自动驾驶各自核心中凸显其两者间的交互原理。新能源车型从横纵向控制角度上讲与传统车型总体是一致的，其区别在于其纵向控制中需要充分考虑到动力总成与自动驾驶系统的交互是采用何种方式进行，目前，纵向控制逻辑中有两种典型的控制模式：
　　其一，是将整个纵向控制模块（Vehicle Longitudinal Control，VLC）放入到自动驾驶控制器端。该控制方式下，自动驾驶控制器ADS将加速和减速度分开发送给不同的控制器，其中加速控制扭矩发送给动力总成控制器VCU，减速度发送给制动总成控制器EPBi，两者执行的切换时机完全由ADS控制，前面文章中对该方式已有详述，这里不在这篇文章做赘述。
　　其二，是将车辆整个横纵向控制模块（Vehicle Motion Control，VMC）放入到底盘域控制器中，由底盘域控制器对整个横纵向进行控制，换句话说，＂车辆运动控制＂描述了对车辆运动的控制，包括纵向，横向和垂直运动。例如，当制动器立即响应时，汽车在狭窄的弯道上行驶得会变得更加顺畅，或者在坑坑洼洼的跑道上可以控制转向力矩大力地将驾驶车辆拉到一边；这些都由底盘域控制器系统中的各个组件可以实现的控制。此外，底盘域控制器还要负责驱动器质量，驱动器动态性和安全性。其中，域控制软件还需要充分考虑对纵向相关信号的信号初始化、滤波、间接计算、诊断等。
　　由于当前车辆开发并未形成完整且成熟的开发逻辑，在本文中不对此方案做相关介绍。
　　其三，是将车辆纵向控制逻辑分别放入底盘制动执行控制单元，自动驾驶控制器作为单独的上层控制单元，只需要发出相应的加速度目标需求给底盘制动执行控制单元，底盘系统具体根据上层发送的加速度请求是为正值还是负值判断执行加速扭矩或减速制动力分配逻辑。如下将结合新能源车型中关于制动执行策略进行相关原理说明。
　　如下图所示表示了自动驾驶控制器DAS与底盘制动控制器、动力总成控制器信号交互逻辑图。如下将分别结合DAS发送加速控制信号与减速控制信号进行说明执行器相应原理。
　　纵向加速控制原理DAS与ESP握手：
　　当制动控制器ESPECU处于可用状态时，会将相应的可用状态发送给DAS控制器，DAS控制器接收到该信号后，会同时发送自动驾驶激活信号AutoDrivingMode=Active给ESP，此时建立握手信息；DAS计算加减速度：
　　自动驾驶控制器DAS会同时根据实际探测到前方车辆速度、加速度、距离等信息，结合自车车身数据（包含设置速度、实际速度、加速度等）计算得到合适地加速度，并发送给ESPECU；DAS与VCU握手：
　　当DAS判断有加速请求时，会首先将自动驾驶可用状态AutoDrivingMode=Active发送给VCU，VCU收到自动驾驶激活状态后，当还未收到ESP发出的激活扭矩控制信息时，由于DAS并未发送相应的扭矩请求给VCU，VCU会首先认为上层发出扭矩为0，故此时会参照目标扭矩为0进行响应，VCU此时会将之前的爬行扭矩清零，整车出现扭矩急剧下降的情况。ESP与VCU握手：
　　当ESPECU判断开始响应DAS正向加速度请求后，会计算相应的加速增扭请求Target Torque>0及对应的扭矩激活TorqReq=Active信息，并发送给VCU。VCU接收到该信息后，会提高转速并响应ESP扭矩请求，并反馈执行状态给ESP。
　　纵向减速控制原理
　　纵向减速控制过程原理总体上与其加速控制原理保持一致，只是会存在如下不同：
　　当DAS根据实际探测到前方车辆速度、加速度、距离等信息，结合自车车身数据（包含设置速度、实际速度、加速度等）判断需要对自身车辆进行制动控制时，DAS发送相应的减速度发送给ESPECU时，ESP收到减速请求后，由于VCU在之前接收到DAS发出的模式信号后，其扭矩已经降为0，故此时ESP会在VCU为基础扭矩为0的前提下，发送相应的降扭请求给VCU，即Target Torque<0及TorqReq=Active。
　　此时，VCU收到该信号后将电机进行反转，产生负扭矩，响应ESP发出负扭矩请求。此时，整个车辆根据产生的负扭矩大小产生一定的反拖减速度，此时ESP需要随时监控执行轮端减速度对上层DAS控制器的执行跟随情况，当判断轮端减速度跟随DAS发出减速度不足以满足性能要求时，ESP不再依靠发送降扭请求给VCU进行制动，而是开始控制轮缸建压产生足够的制动力。
　　VCU/HCU驾驶性滤波
　　在如上加减速执行过程中，ESP发出的扭矩请求在很多情况下会出现一定的扭矩冲击，冲击的原因是MCU执行VCU/HCU所产生的转速波动，当MCU转速过大时，会造成响应结果的不平滑或出现车辆抖动等不舒适等情况，因此VCU 会全程对ESC 的扭矩做滤波处理，一般情况下都是按照车辆驾驶性滤波进行处理，主要过程是设置滤波上下限，当ESP发出的扭矩存在较大的变化量时，VCU滤除其抖动部分，保留满足要求的扭矩部分。
　　如上图，VCU滤波扭矩的上下限宽度越窄，其滤波结果越平滑，其对ESP发出的扭矩响应越慢。这种情况下，对于减速响应是有利的，因为可以规避减速响应反拖过程中的冲击。VCU滤波斜率则会影响到执行响应中的扭矩响应速率，当滤波斜率越大时，保留了ESP发出扭矩中斜率较大的部分，故VCU/HCU对ESP扭矩请求响应更快，而当滤波斜率越小，则对ESP发出扭矩响应的延迟越短，在很多加速情况下则容易出现加速响应延迟。此外，有些情况下，VCU的滤波不满足制动系统需求时，则 HCU 不进行滤波，由制动系统自行滤波后发出适当的扭矩请求。
　　能量回收逻辑
　　在VCU的控制过程中会针对不同的响应执行阶段产生不同的能量回收策略，一般情况下，能量回收分为滑行能量回收和制动能量回收。如下图分别表示了系统滑行能量回收和制动能量回收的不同阶段。
　　1） 滑行能量回收：
　　滑行能量回收主要是在DAS发送减速加减速请求后，ESP还未激活进行制动响应前的过渡阶段，此时，对于VCU而言是可以看成松油门的，在如上图所示的T1时刻，由于DAS对油门的控制是瞬时收油门的，故其能量回收的速度是不可调节的。
　　2） 制动能量回收：
　　制动能量回收主要是指当ESP接入开始产生制动力后，VCU所进行的相关能量回收（如上图所示，T2时间段表示出了制动能量回收阶段）。电机的制动能量回收有两种方式实现的，一个是迭加式再生制动系统（RBS），一个叫协作式再生制动系统（CRBS）。两者最大的区别就是：制动踏板是否和制动执行机构解耦（RBS接耦，CRBS解耦）。在电动车的一个制动工况中，制动力矩的来源之一是摩擦片带来的机械制动，另一个来源则是电机提供负扭矩通过传动轴来实现减速，也就是电制动。只要电制动的占比越多，则就会有更多的＂磁生电＂，便可回收更多的电量！
　　在自动驾驶系统控制车辆行进中，当车辆需要进行减速时，不管是T1阶段DAS控制丢油门滑行还是T2阶段ESP控制车辆制动，VCU电机由于和车轮还是解耦的，转子永磁体在车轮和传动机构的带动下高速旋转并且被定子饶组线圈切割磁感线，定子绕组产生了反向感应电流通过电机回充到电池，并在此时对转子产生反向扭矩从而阻止车辆向前行进，以此实现车辆减速，也就是上面所说的磁生电其能量回收阶段也会对执行响应产生不同的影响。
　　此外，能量回收的强弱会严重影响到自动驾驶系统控制的执行效率。一般地，能量回收太强，车辆还没有达到既定位置上便要停车了，需要再次加速才可以达到目的地，电能进行两次重放，转换效率差。能量回收太弱，车辆到达既定位置还有车速，需要踩刹车，停在目标位置，造成热能损失。
　　因此自动驾驶中，VCU需要精准的掌握能量控制的执行效率，不要出现因为能量控制导致执行偏差。
　　总结
　　本文针对新能源汽车中的自动驾驶系统控制逻辑进行了相应的原理分析，纵向逻辑控制主要是包含在制动执行控制单元与动力系统的扭矩交互以及制动控制系统的制动切入执行策略。其中，需要重点考虑交互过程中制动执行单元相关的扭矩分配和制动力分配问题，其中关于能量回收也可能影响到系统响应结果，需要单独进行分析。文章来源：焉知自动驾驶