VCU学习笔记-定速巡航控制

baoshijie

前言

本期来自于铁子需求，以纯电动汽车VCU模型中的定速巡航控制为例，简单介绍下巡航控制逻辑，一眨眼拖了十天了，希望我这点没多少深度的文章还能来得及给你提供一点帮助。



定速巡航是在车辆行驶过程中，根据车辆实时状态，通过巡航开关及制动踏板状态，控制车辆进入或退出定速巡航模式。定速巡航控制期间， VCU根据定速巡航设定车速，通过对车速PI闭环，控制电机输出扭矩以维持在目标车速行驶状态，当驾驶员按下巡航按钮退出或踩下制动踏板时，巡航退出。

定速巡航的控制按键和使用方式可能会因不同的车型和制造商而有所不同，文中均以四键式为例，其通常包含：On（开启续航）、Off（退出巡航）、Set+（恢复/增加巡航车速）、Set-（设定/降低巡航车速）。VCU通过检测回路识别开关状态，经信号处理模块处理后由应用层使用。

本文主要介绍两部分内容：巡航工作状态控制、巡航扭矩控制

巡航工作状态

本文为了方便理解，根据车辆状态及巡航控制逻辑对策略进行了简化，将巡航控制分为以下两个主状态：

【1】巡航退出（Switch Off）

车辆默认进入此状态，当车辆状态满足巡航进入条件，按下 Switch On按键可激活巡航功能，进入巡航开启状态。

【2】巡航开启（Switch On）

巡航开启状态中设置巡航等待（Standby）、巡航激活（Switch Active）、巡航接管（OverRide）三个子状态，车辆进入巡航开启状态时，首选进入巡航等待（standby，也称软退出）状态，巡航指示灯闪烁，驾驶员设定巡航车速后进入巡航激活（Switch Active）状态，当驾驶员深踩加速踏板，PedalMap扭矩大于巡航扭矩时，进入巡航接管（OverRide）状态。

以上状态转移的控制用stateflow建立管理模型，其总体结构可如下图所示：




巡航状态转移条件

为了方便理解，从以下两个方面介绍：

【1】Switch Off与Switch On之间的转移

【2】Switch On的内部转移

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Switch Off与Switch On之间的转移

当系统高压上电完成，巡航默认进入Switch Off状态，如满足以下所有条件时，巡航进入Switch On状态：

【1】检测到Switch On开关按下

【2】Ready灯点亮

【3】系统处于D挡

【4】车速大于30km/h（标定量），小于120km/h（标定量）

【5】制动踏板开度==0

【6】ESC/ABS/TCS等功能未激活

【7】系统不存在二级以上故障

车辆处于Switch On状态时，当满足以下任意条件，巡航进入Switch Off状态

【1】检测到Switch Off开关按下

【2】车辆高压系统故障

【3】系统未处于D挡

【4】车速小于30km/h或大于120km/h

【5】ESC/ABS/TCS等功能被激活

【6】系统存在二级以上故障

【7】车辆检测到EPB激活信号

【8】车辆检测车门开启信号

【9】车辆进入巡航接管状态超过10min（标定量）

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Switch On的内部转移

当系统处于Switch On状态时，默认进入巡航等待（Standby）子状态。此时通过以下操作可进入Active状态：

【1】按下“Set-”，系统以当前车速设定为目标巡航车速

【2】系统保存的目标巡航车速有效时，按下“Set+”，则直接读取系统保存的目标巡航车速作为当前目标巡航车速。

当系统处于Active状态时，满足以下条件，车辆解除巡航控制状态进入Standby状态，

【1】制动踏板开度大于0

【2】车辆实际车速与目标巡航车速差大于10且持续1min

当系统处于Active状态时，满足以下所有条件，车辆进入巡航接管状态：

【1】PedalMap扭矩大于巡航控制扭矩

【2】车辆进入巡航接管状态未超过10min

车辆进入巡航接管状态后，当PedalMap扭矩小于巡航设定扭矩时，车辆重新进入Active状态。

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Active状态下的车速设定

【1】在Standby状态，短按 “Set-”，系统以当前车速设定为目标巡航车速；

【2】在Standby状态，短按 “Set+”，以上一次巡航设定的车速作为目标巡航车速；

这里补充说明一点：通常情况下，仅在Switch On状态下，巡航车速才会被存储，巡航进入Switch Off状态下存储的巡航车速数据会被清除。当按下Switch On开关，车辆从Switch Off状态进入Switch On状态时，存储器内部没有有效的巡航车速，此时按下Set+将不会进入Active状态。

（有的策略中按下Set+，或者长按Set+也会以当前车速设定为目标巡航车速，每个OEM都有自己的定义方式，铁子们这里不要纠结。车辆控制策略跟早上迟到的原因一样，都是具有多样性的-_-!）



在Switch On状态下，车辆每一次从Active进入Standby状态，VCU将会以巡航退出时候的巡航车速作为目标巡航车速替换上一次保存的目标巡航车速；每一次巡航开关OFF或者因为故障退出巡航功能时，VCU将清除之前保存的巡航车速。

【3】在Active状态下，短按set+按钮，可以将设定的目标巡航车速以某一固定值（通常是2km/h）增加；长按set+按钮，则会以一定速率增加目标巡航车速，直至松开set+按钮或目标巡航车速达到巡航车速上限。

【4】在Active状态下，短按set-按钮，可以将设定的目标巡航车速以某一固定值（通常是2km/h）减小；长按se-按钮，则会以一定速率减小目标巡航车速，直至松开set-按钮或目标巡航车速达到巡航车速下限。

巡航状态的控制差不多介绍完了，看了下剩下内容好像不多，使使劲写完，不分两篇水了。



巡航扭矩控制

巡航控制过程中，通常使用PI控制器计算电机控制扭矩，以目标巡航车速与实际车速的差作为PI控制输入，以车速或加速度状态予以扭矩修正，其控制过程如下：

【1】基于目标巡航车速设计P、I调节参数及基础控制扭矩向量，通过目标巡航车速查表计算P、I调节参数及基础控制扭矩

【2】计算目标巡航车速与实际车速的车速差

【3】设计与车速相关的目标加速度向量，根据目标加速度及实际车辆加速度计算加速度差

【4】计算电机控制扭矩时，为提高驾驶感受可以根据加速度差将电机的需求扭矩控制分为低加速需求和高加速需求两种状态，电机扭矩计算分别采用以下方式计算

低加速需求：电机扭矩=基础扭矩+PI控制扭矩需求

高加速需求：电机扭矩=加速度差计算的补偿扭矩+基础扭矩+PI控制扭矩需求

【5】对计算的电机扭矩进行限制

计算逻辑可如下图所示：



结语

      本文简单介绍了VCU中定速巡航控制策略的逻辑及扭矩控制方法，为方便理解，文中对策略进行了部分简化，对此部分有需求的铁子们可以简单参考下文中思路。

最近只想偷懒，模型找时间再做吧，回见。