技术领域
[0001] 本
发明涉及整车控制器技术开发领域尤其涉及一种分布式混合驱动无人框架车的整车控制器软件开发方法。
背景技术
[0002] 无人驾驶框架车可以实现在特定工况智能无人驾驶，可有效降低人
力成本，提高运输效率，降低交通事故发生率等，成为框架运输车领域的重要发展趋势之一。分布式混动无人驾驶框架车将分布式驱动
汽车的优点充分运用到无人驾驶框架车上，使得整车具有驱动效率高，底盘布置灵活，便于实现精确的车辆主动安全控制，便于实现车辆的一体化控制等优点，在框架运输车领域起着至关重要的影响力。整车控制器是整个汽车的核心控制部件，设计一种系统高效的整车控制器开发方法，可以提高整车开发效率，缩短开发时间。然而，分布式混合驱动无人框架车运行工况复杂，车载
质量多变，涉及到复杂的
制动、转向与升降过程，且
电池管理系统与
电机控制系统也使得HEV系统结构和控制更加复杂，其潜在故障也高于传统车辆；因此，在整车控制器的设计开发时需要考虑混合驱动无人框架车的特殊应用场景，并同时兼顾其安全性与可靠性，目前还缺少专
门面向分布式混合驱动无人框架车的整车控制器软件开发方法。
发明内容
[0003] 根据
现有技术存在的问题，本发明公开了一种分布式混合驱动无人框架车的整车控制器软件开发方法，
[0004] 整车控制器设置在无人驾驶框架整车单元内；
[0005] 所述无人驾驶框架整车单元设置在整车系统内；
[0006] 所述整车系统至少还包括遥控驾驶系统控制器和自动驾驶系统控制器；
[0007] 所述整车控制器包括主控模
块和通讯模块；
[0008] 所述通讯模块将通过CAN总线网络接受遥控驾驶系统控制器或自动驾驶系统控制器传送的操作指令传送给主控模块；
[0009] 所述无人驾驶框架整车单元还包括柴油
发电机组、动力电池、走行电机、液压电机和
液压泵；
[0010] 所述柴油发电机组和所述动力电池分别为走行电机和液压电机提供
电能；液压电机将电能传送给
液压泵整车制动、转向以及框架升降；
[0011] 同时柴油发电机组也将电能提供给动力电池进行充电；
[0012] 所述主控模块对无人驾驶框架整车单元进行故障等级判断；以及[0013] 按照动力电池和柴油发电机组的故障有无情况、进行高压上下电控制；
[0014] 结合驾驶状态输入反馈
信号、故障状态反馈信号和整车状态反馈信号判定动力电池及柴油发电机组的主要参数所处状态，并对各个参数所处状态进行综合判定，根据判定结果进行驱动模式、制动模式和停车模式选择；
[0015] 依据不同的选择模式，对柴油发电机组和动力电池进行电功率需求分配，对走行电机进行
扭矩需求分配；
[0016] 依据系统不同状态下的走行电机转速反馈信号进行车速估计，并对轮胎滑转率进行计算从而进行防滑控制；
[0017] 当车辆溜坡的趋势和行驶方向相反时，所述主控模块进行驻坡控制；以及[0018] 接收遥控驾驶系统控制器或自动驾驶系统控制器传递的液压转速信号，控制液压电机控制器在给定转速下驱动液压泵实现框架升降。
[0019] 进一步地：所述主控模块包括故障诊断子模块，所述故障子模块的故障诊断过程如下：
[0020] 通过计数法对信号级故障进行判断，信号级故障信号确认之后，各信号故障等级取最大值映射为部件故障等级，各部件级故障等级值取最大值映射为系统级故障等级。
[0021] 进一步地，所述主控模块包括高压上下
电子模块，所述高压上下电子模块的工作过程如下：
[0022] 当动力电池和柴油发电机组均无故障时，高压上下电步骤如下：
[0023] 上电过程如下：上电初始化、低压上电、高压自检、
驱动电机继电器闭合、动力电池预充、动力电池解除预充、柴油发电机组预充、柴油发电机组解除预充和辅助继电器闭合进行高压上电；
[0024] 下电过程如下：下电准备、辅助继电器断开、等待断电、主正继电器断开、主负继电器断开和驱动电机继电器断开进行高压下电；
[0025] 当柴油发电机组故障，
电池管理系统无故障时，动力电池为无人驾驶框架整车单元单独提供高压上下电；高压上下电步骤如下：
[0026] 上电过程如下：上电初始化、低压上电、高压自检、驱动电机继电器闭合、动力电池预充、动力电池解除预充和辅助继电器闭合进行高压上电；
[0027] 下电过程如下：下电准备、辅助继电器断开、等待断电、主正继电器断开、主负继电器断开和驱动电机继电器断开进行高压下电；
[0028] 当电池管理系统发生停机故障而柴油发电机组无停机故障时，柴油发电机组在为无人驾驶框架整车单元单独提供高压上下电；高压上下电步骤如下：
[0029] 上电过程如下：上电初始化、低压上电、高压自检、驱动电机继电器闭合、柴油发电机组预充，柴油发电机组解除预充和辅助继电器闭合进行高压上电；
[0030] 下电过程如下：下电准备、辅助继电器断开、等待断电、主正继电器断开、主负继电器断开和驱动电机继电器断开进行高压下电。
[0031] 进一步地，所述主控模块包括状态切换模式子模块，所述状态切换模式子模块控制过程如下：
[0032] 在无人驾驶框架整车单元处于高压上电完成状态且无停车故障和
驻车制动器处于释放状态下，
[0033] 检测到遥控驾驶系统控制器或自动驾驶系统控制器的驱动信号时，无人驾驶框架整车单元由停车模式进入驱动模式；
[0034] 检测到遥控驾驶系统控制器或自动驾驶系统控制器的制动信号时，无人驾驶框架整车单元由驱动模式进入制动模式；
[0035] 检测遥控驾驶系统控制器或自动驾驶系统控制器的制动信号解除且重新检测到驱动信号时，无人驾驶框架整车单元由制动模式进入驱动模式；
[0036] 当制动模式下，车速低于给定值时，无人驾驶框架整车单元由制动模式进入停车模式。
[0037] 当电池SOC大于给定SOC上限值且无人驾驶框架整车单元需求扭矩小于给定门限值时，无人驾驶框架整车单元进入纯电动模式，否则整车进入
发动机启动发电模式；
[0038] 当无人驾驶框架整车单元车速大于给定门限同时电池SOC小于给定门限时，无人驾驶框架整车单元进入
再生制动模式，否则进入机械制动模式。
[0039] 进一步地，所述主控模块包括
扭矩分配子模块，所述扭矩分配子模块控制过程如下：
[0040] 依据所述状态切换模式子模块输出的状态切换模式，进行动力电池、发动机和电机的
能量管理，输出各个动力
电池组及柴油发电机组的使能信号和负荷信号；根据遥控驾驶系统控制器或自动驾驶系统控制器的操作指令，计算无人驾驶框架整车单元总的扭矩需求，判断各行走电机的故障状态，将总的扭矩需求平均分配给未发生故障的走行电机。
[0041] 进一步地，所述主控模块包括防滑控制子模块，所述防滑控制子模块控制过程如下：
[0042] S6-1:无人驾驶框架整车单元走行电机转速估计：
[0043] 在无人驾驶框架整车单元起步
加速过程中，采用最小轮速法进行车速估计，即：将所有无故障走行电机的转速取最小值，采用公式(1)换算成
车轮处的线速度作为估计车速；
[0044] v＝wMG*π/30/i0*r*3.6 (1)
[0045] 式中，v表示车速，单位km/h；wMG表示电机转速，根据电机CAN通讯协议，单位为r/min；i0为减速器速比；r表示半径，单位m，将转速信号换算成对应的车速信号；
[0046] 在无人驾驶框架整车单元制动过程中，采用最大轮速法进行车速估计，即：对所有无故障走行电机的转速取最大值，采用公式(1)换算成车轮处的线速度作为估计车速；
[0047] 在无人驾驶框架整车单元，走行电机出现故障时，采用平均轮速法进行车速估计；即对其他无故障走行电机的转速取平均值，采用公式(1)换算成车轮处的线速度作为估计车速；
[0048] S6-2:将滑转率限定在给定上下门限值之间，根据下式(2)进行轮胎滑转率估计：
[0049]
[0050] 式中，ω为车轮
角速度，r为车轮
滚动半径，v为整车估计车速。
[0051] 进一步地，所述主控模块包括驻坡控制子模块，所述驻坡控制子模块控制过程如下：
[0052] 当车辆溜坡的趋势和行驶方向相反，电机控制器调节走行电机输出力矩，保证走行电机不反转，通过CAN总线给电机控制器发出一条信号指令，电机控制器检测到该信号指令之后，进行驻坡。
[0053] 进一步地，所述主控模块包括框架升降子模块，所述框架控制子模块控制过程如下：
[0054] 接收遥控驾驶系统控制器或自动驾驶系统控制的液压转速信号，并将转速信号传递给液压电机控制器，使液压电机在给定转速下驱动液压泵进行框架升降。
[0055] 进一步地，所述无人驾驶框架整车单元还包括控制面板，所述控制器接收到整车控制器传到CAN总线的信号时，通过所述控制面板实时显示控制策略关键信号，同时整车系统搭载与整车控制器搭配的CAN总线数据记录仪，时刻记录并保存实车测试数据，以便技术人员根据实车测试数据对车辆控制系统进行二次优化。
[0056] 由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种分布式混合驱动无人框架车整车控制器，充分考虑了多轴分布式
串联混动车辆的构型特点与无人驾驶框架车的功能要求，提供了一种多功能集成式整车控制器，首先能够接收遥控驾驶系统控制器或自动驾驶系统的控制器输入指令，其次具备传统车辆的故障诊断、高压上下电、模式切换、扭矩分配、防滑控制和驻坡控制功能和框架车的框架升降控制功能，同时还具有数据后处理功能以便对车辆行驶状态进行有效监控与分析。
附图说明
[0057] 为了更清楚地说明本
申请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申请中记载的一些实施例，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。
[0058] 图1为本发明实施例所适用的总线网络及关键
节点分布图；
[0059] 图2为多轮分布式混合驱动无人驾驶框架车动力系统构型图；
[0060] 图3为本发明实施例控制器的工作
流程图；
[0061] 图4为本发明实施例的防滑控制子模块基本原理图。
具体实施方式
[0062] 为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：
[0063] 图1为本发明实施例所适用的总线网络及关键节点分布图，图2为多轮分布式混合驱动无人驾驶框架车动力系统构型图，该分布式混合驱动无人框架整车系统系统至少包括：遥控驾驶系统控制器、自动驾驶系统控制器和无人驾驶框架整车单元；
[0064] 所述无人驾驶框架整车单元至少包括整车控制器；整车控制器的工作流程如图3所示；
[0065] 所述整车控制器包括主控模块和通讯模块；
[0066] 所述通讯模块将通过CAN总线网络接受遥控驾驶系统控制器或自动驾驶系统控制器传送的操作指令传送给主控模块进入遥控驾驶模式或自动驾驶模式；并在整车控制器的输入
接口信号内设置一个驾驶模式标志位信号，若该信号值等于1，表示整车处于遥控驾驶模式，整车控制器采集遥控驾驶系统控制器的驾驶员输入指令信号并发送给主控模块；若信号值等于0，表示整车处于自动驾驶模式；
[0067] 所述无人驾驶框架整车单元还包括柴油发电机组、动力电池、八个走行电机、液压电机和液压泵；
[0068] 所述柴油发电机组和所述动力电池分别为走行电机和液压电机提供电能；液压电机将电能传送给液压泵进行整车制动、转向以及框架升降；
[0069] 同时柴油发电机组也将电能提供给动力电池进行充电；
[0070] 所述主控模块对无人驾驶框架整车单元进行故障等级判断；以及[0071] 按照动力电池和柴油发电机组的故障有无情况、进行高压上下电控制；
[0072] 结合驾驶状态输入反馈信号、故障状态反馈信号和整车状态反馈信号判定动力电池及柴油发电机组的主要参数所处状态，并对各个参数所处状态进行综合判定，根据判定结果进行驱动模式、制动模式和停车模式选择；
[0073] 依据不同的选择模式，对柴油发电机组和动力电池进行电功率需求分配，对走行电机进行扭矩需求分配；
[0074] 依据系统不同状态下的走行电机转速反馈信号进行车速估计，并对轮胎滑转率进行计算从而进行防滑控制；
[0075] 当车辆溜坡的趋势和行驶方向相反时，所述主控模块进行驻坡控制；以及接收遥控驾驶系统控制器或自动驾驶系统控制器传递的液压转速信号，控制液压电机控制器在给定转速下驱动液压泵实现框架升降。
[0076] 进一步地：所述主控模块包括故障诊断子模块，该故障诊断子模块依次进行信号级、部件级和系统级的故障处理，
[0077] 通过计数法对信号级故障进行判断，计数规则如下：当
输入信号故障状态为1时，表示有故障，计数器加1，当输入信号故障状态为0时，表示无故障，计数器减1，且计数器值被限定在给定的计数上限值和计数下限值之间；当计数器值等于计数下限且当前输入信号故障状态为1，或当整车控制器检测到驾驶系统输入下电指令时，计数器输出0；最后，当计数值达到计数上限时，即确认该信号故障，输出故障确认状态1；
[0078] 信号级故障信号确认之后，各信号故障等级取最大值映射为部件故障等级，各部件级故障等级值取最大值映射为系统级故障等级。
[0079] 所述主控模块包括高压上下电子模块，根据动力电池、电池管理系统和柴油发电机组的不同故障状态，采取不同的上下电策略：
[0080] 当动力电池和柴油发电机组均无故障时，高压上下电步骤如下：
[0081] 上电过程如下：上电初始化、低压上电、高压自检、驱动电机继电器闭合、动力电池预充、动力电池解除预充、柴油发电机组预充、柴油发电机组解除预充和辅助继电器闭合进行高压上电；
[0082] 下电过程如下：下电准备、辅助继电器断开、等待断电、主正继电器断开、主负继电器断开和驱动电机继电器断开进行高压下电；
[0083] 当柴油发电机组故障，电池管理系统无故障时，动力电池为无人驾驶框架整车单元单独提供高压上下电；高压上下电步骤如下：
[0084] 上电过程如下：上电初始化、低压上电、高压自检、驱动电机继电器闭合、动力电池预充、动力电池解除预充和辅助继电器闭合进行高压上电；
[0085] 下电过程如下：下电准备、辅助继电器断开、等待断电、主正继电器断开、主负继电器断开和驱动电机继电器断开进行高压下电；
[0086] 当电池管理系统发生停机故障而柴油发电机组无停机故障时，柴油发电机组在为无人驾驶框架整车单元单独提供高压上下电；高压上下电步骤如下：
[0087] 上电过程如下：上电初始化、低压上电、高压自检、驱动电机继电器闭合、柴油发电机组预充，柴油发电机组解除预充和辅助继电器闭合进行高压上电；
[0088] 下电过程如下：下电准备、辅助继电器断开、等待断电、主正继电器断开、主负继电器断开和驱动电机继电器断开进行高压下电。
[0089] 进一步地：所述主控模块包括状态切换模式子模块，所述状态切换模式子模块控制过程如下：
[0090] 在无人驾驶框架整车单元处于高压上电完成状态且无停车故障和驻车制动器处于释放状态下，
[0091] 检测到遥控驾驶系统控制器或自动驾驶系统控制器的驱动信号时，无人驾驶框架整车单元由停车模式进入驱动模式；
[0092] 检测到遥控驾驶系统控制器或自动驾驶系统控制器的制动信号时，无人驾驶框架整车单元由驱动模式进入制动模式；
[0093] 检测遥控驾驶系统控制器或自动驾驶系统控制器的制动信号解除且重新检测到驱动信号时，无人驾驶框架整车单元由制动模式进入驱动模式；
[0094] 当制动模式下，车速低于给定值时，无人驾驶框架整车单元由制动模式进入停车模式。
[0095] 当电池SOC大于给定SOC上限值且无人驾驶框架整车单元需求扭矩小于给定门限值时，无人驾驶框架整车单元进入纯电动模式，否则整车进入发动机启动发电模式；
[0096] 当无人驾驶框架整车单元车速大于给定门限同时电池SOC小于给定门限时，无人驾驶框架整车单元进入再生制动模式，否则进入机械制动模式。
[0097] 进一步地：所述主控模块包括扭矩分配子模块，所述扭矩分配子模块控制过程如下：
[0098] 依据所述状态切换子模式输出的状态切换模式，进行动力电池、发动机和电机的能量管理，输出各个动力电池组及柴油发电机组的使能信号和负荷信号；根据遥控驾驶系统控制器或自动驾驶系统控制器的操作指令，计算无人驾驶框架整车单元总的扭矩需求，判断各行走电机的故障状态，将总的扭矩需求平均分配给未发生故障的走行电机。
[0099] 进一步地：图4为本发明实施例的防滑控制子模块基本原理图，所述主控模块包括防滑控制子模块，所述防滑控制子模块控制过程如下：
[0100] S6-1:无人驾驶框架整车单元走行电机转速估计：
[0101] 在无人驾驶框架整车单元起步加速过程中，采用最小轮速法进行车速估计，即：将所有无故障走行电机的转速取最小值，采用公式(1)换算成车轮处的线速度作为估计车速；
[0102] v＝wMG*π/30/i0*r*3.6 (1)
[0103] 式中，v表示车速，单位km/h；wMG表示电机转速，根据电机CAN通讯协议，单位为r/min；i0为减速器速比；r表示半径，单位m，将转速信号换算成对应的车速信号；
[0104] 在无人驾驶框架整车单元制动过程中，采用最大轮速法进行车速估计，即：对所有无故障走行电机的转速取最大值，采用公式(1)换算成车轮处的线速度作为估计车速；
[0105] 在无人驾驶框架整车单元，走行电机出现故障时，采用平均轮速法进行车速估计；即对其他无故障走行电机的转速取平均值，采用公式(1)换算成车轮处的线速度作为估计车速；
[0106] S6-2:将滑转率限定在给定上下门限值之间，根据下式(2)进行轮胎滑转率估计：
[0107]
[0108] 式中，ω为车轮角速度，r为车轮滚动半径，v为整车估计车速。
[0109] 进一步地：所述主控模块包括驻坡控制子模块，所述驻坡控制子模块控制过程如下：
[0110] 当车辆溜坡的趋势和行驶方向相反，电机控制器调节走行电机输出力矩，保证走行电机不反转，通过CAN总线给电机控制器发出一条信号指令，电机控制器检测到该信号指令之后，进行驻坡。
[0111] 进一步地：所述主控模块包括框架升降子模块，所述框架控制子模块控制过程如下：
[0112] 接收遥控驾驶系统控制器或自动驾驶系统控制的液压转速信号，并将转速信号传递给液压电机控制器，使液压电机在给定转速下驱动液压泵进行框架升降。
[0113] 进一步地：所述无人驾驶框架整车单元还包括控制面板，所述控制器接收到整车控制器传到CAN总线的信号时，通过所述控制面板实时显示控制策略关键信号，同时整车搭载与整车控制器搭配的CAN总线数据记录仪，时刻记录并保存实车测试数据，方便数据后处理。
[0114] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉
本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
