某商用車可兼容手動(dòng)擋車型的定速巡航控制策略

倪一銘，楊河清

（南京依維柯汽車有限公司，江蘇 南京 211806）

汽車定速巡航控制的英文為Cruise Control，縮寫為CC。汽車定速巡航控制系統(tǒng)是一種根據(jù)駕駛員需求車速進(jìn)行車速自控制的系統(tǒng)，在一定條件下（如一定車速范圍內(nèi)），駕駛員通過(guò)操縱開(kāi)關(guān)與整車控制器進(jìn)行交互，傳遞并設(shè)定客戶需求，在不踩油門踏板情況下通過(guò)巡航控制開(kāi)關(guān)精確加減車速或自動(dòng)保持車輛在某一恒定速度下行駛，可以減少駕駛員頻繁調(diào)節(jié)油門踏板操作帶來(lái)的腳部疲勞及視覺(jué)疲勞；精確車速控制如配合動(dòng)力總成扭矩與功率的針對(duì)性模式優(yōu)化控制，可帶來(lái)行駛舒適性、經(jīng)濟(jì)性提升；合理使用可減少車輛超速帶來(lái)的違章困擾。

定速巡航控制系統(tǒng)大多使用在自動(dòng)擋車型，涉及手動(dòng)擋車型的應(yīng)用大部分是在高車速定擋位模式下。為了安全考慮，以往的手動(dòng)擋定速巡航控制策略，車輛在換擋、踩離合或踩油門踏板時(shí)巡航功能會(huì)退出，以防止出現(xiàn)誤操作，完成上述操作后駕駛員需重新設(shè)定巡航功能，用戶體驗(yàn)一般。隨著人們對(duì)生活工作品質(zhì)需求的提升，巡航控制在汽車上的應(yīng)用越來(lái)越普遍和重要，對(duì)巡航控制的安全性和多功能性也提出了更高的要求［1］。基于安全控制策略高級(jí)安全的控制方式也在逐步應(yīng)用到巡航控制系統(tǒng)中，汽車巡航控制系統(tǒng)正在向智能化發(fā)展，如自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)、防誤操作等。某商用車開(kāi)發(fā)使用了可兼容手動(dòng)擋車型并預(yù)留ACC、AEBS接口的定速巡航控制策略，多條件安全控制策略滿足手動(dòng)和自動(dòng)擋車型的定速巡航控制需求。

1 硬件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

基本組成：VCM或ECM、BCM、TCU（AT可選）、ESP（可選）、ADAS（可選）、定速巡航開(kāi)關(guān)、制動(dòng)踏板及開(kāi)關(guān)、制動(dòng)踏板及位置反饋傳感器、離合器踏板及開(kāi)關(guān)（MT可選），如圖1所示。

圖1 硬件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

1）ECM、BCM及其他控制器（TCU、ESP、ADAS）采用多路傳輸技術(shù)CAN網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，以確保系統(tǒng)高效、安全、可靠。

2）離合器踏板、制動(dòng)踏板信號(hào)分別硬線接入ECM、BCM，ECM校驗(yàn)兩路信號(hào)以確保信號(hào)可靠，如校驗(yàn)有故障，巡航功能將禁止進(jìn)入。

3）巡航開(kāi)關(guān)硬線接入BCM，BCM對(duì)巡航信號(hào)進(jìn)行診斷，并通過(guò)CAN發(fā)出巡航開(kāi)關(guān)信號(hào)及巡航開(kāi)關(guān)故障狀態(tài)。

4）油門踏板信號(hào)及冗余油門踏板信號(hào)硬線接入ECM。

2 控制策略

2.1 巡航條件

本文所述控制策略巡航控制條件如表1所示，共計(jì)29項(xiàng)，每一項(xiàng)對(duì)應(yīng)一個(gè)巡航使能狀態(tài)位，如某一項(xiàng)的條件或狀態(tài)不滿足這項(xiàng)設(shè)定的巡航控制條件，則該條件巡航使能狀態(tài)位置位。

表1 控制策略巡航控制條件

同時(shí)本文所述控制策略預(yù)留了設(shè)置掩碼，用以開(kāi)啟或關(guān)閉巡航條件的監(jiān)測(cè)，如表1中的“20 ACC控制禁用信號(hào)”，在手動(dòng)擋車型上不配置ACC的情況下，可以設(shè)置ACC控制項(xiàng)的條件掩碼為0，這樣通過(guò)掩碼的狀態(tài)結(jié)果始終為0，以關(guān)閉此項(xiàng)目條件監(jiān)測(cè)，如表2情況2與情況4。

表2 項(xiàng)目條件監(jiān)測(cè)

某商用車使用本巡航開(kāi)關(guān)策略，當(dāng)滿足以下條件時(shí)進(jìn)入巡航控制。

1）發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)（2），巡航開(kāi)關(guān)開(kāi)啟（1），擋位在2擋及以上（14），車速信號(hào)在24~160km/h之間（15），巡航開(kāi)關(guān)請(qǐng)求進(jìn)入巡航控制（1）。

2）其他項(xiàng)目條件均滿足。

2.2 巡航退出條件

巡航退出條件如圖2所示，對(duì)應(yīng)巡航的28項(xiàng)條件。

圖2 巡航退出條件

根據(jù)巡航退出后是否能夠通過(guò)巡航開(kāi)關(guān)RES鍵恢復(fù)巡航車速設(shè)置兩種掩碼，可恢復(fù)車速掩碼、不可逆掩碼。區(qū)別為：當(dāng)設(shè)置可恢復(fù)車速掩碼并且退出條件滿足時(shí)，巡航控制退出，上一次設(shè)置的巡航車速可以通過(guò)RES鍵恢復(fù)；對(duì)應(yīng)設(shè)置不可逆掩碼的巡航條件滿足時(shí)，設(shè)置的巡航車速將被重置。當(dāng)29項(xiàng)條件通過(guò)設(shè)置的掩碼后得到的退出巡航狀態(tài)大于0，則巡航控制退出。如巡航開(kāi)關(guān)關(guān)閉（1）、車速低于24km/h（15）、檢測(cè)到制動(dòng)信號(hào)（11）、擋位信號(hào)不符合（14）、AEBS處于激活狀態(tài)（21）等。

控制策略面向手動(dòng)擋車型，可使在正常操縱情況下踩離合器升擋不退出巡航控制，如圖3所示，升擋后車速平穩(wěn)保持在巡航設(shè)定車速。

圖3 控制策略

如情況1：車速設(shè)定在70km/h、擋位在5擋，踩離合升6擋后，車速可恢復(fù)至70km/h；情況2：車速設(shè)定在80km/h，當(dāng)前車速為30km/h，駕駛員按順序進(jìn)行升擋過(guò)程中，續(xù)航不退出，自動(dòng)匹配擋位車速上升至設(shè)定的80km/h。

策略是通過(guò)設(shè)置換擋保留模式功能來(lái)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)巡航控制時(shí)，程序中保留模式開(kāi)關(guān)設(shè)置開(kāi)啟，踩離合換擋巡航功能不退出，換擋后車輛會(huì)保持換擋前的車速，可繼續(xù)通過(guò)巡航開(kāi)關(guān)增加需求巡航車速，但如果離合器踩下時(shí)間超過(guò)系統(tǒng)設(shè)置的最大保留時(shí)間，則會(huì)退出巡航模式，保留模式時(shí)間可調(diào)，這樣的控制可以提升手動(dòng)擋定速巡航功能操縱駕駛舒適性，并且考慮到安全，換擋檢測(cè)超過(guò)保留設(shè)置時(shí)間，巡航功能退出。

多判斷條件的設(shè)置面向安全控制策略，接受來(lái)自ABS/ESP（EBC1或VDC1）、AEBS、ACC的關(guān)閉巡航控制需求，緩速器激活時(shí)巡航控制退出，減速過(guò)快（冗余制動(dòng)檢測(cè)），加速度過(guò)高，車速偏差超過(guò)一定時(shí)間，到達(dá)車速限制，速比（車速/發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速）過(guò)高或過(guò)低，制動(dòng)器信號(hào)狀態(tài)，不允許的擋位（倒擋、空擋或一擋），發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)高或過(guò)低，手制動(dòng)或電子駐車制動(dòng)激活，硬件或信號(hào)故障導(dǎo)致的禁止啟用巡航（如離合器、車速信號(hào)、制動(dòng)信號(hào)等故障）這些條件并行組合，可以確保在不適宜巡航控制的條件下及時(shí)退出巡航控制，以確保安全可靠。

如，情況1：越級(jí)加擋，會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)低，從而退出巡航；情況2：接收到制動(dòng)信號(hào)或駐車制動(dòng)信號(hào)，巡航將立刻退出；情況3：換擋后，如果發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化超過(guò)閾值，巡航將退出；情況4：制動(dòng)開(kāi)關(guān)信號(hào)或車速信號(hào)異常，將阻止進(jìn)入巡航控制或立即退出巡航。

多判斷條件組合考慮到各種可能出現(xiàn)的意外，面向安全。

2.3 ADAS接口

控制策略預(yù)留有ADAS的ACC和AEBS接口。

1）ACC接口：巡航的控制需求可調(diào)整由ACC發(fā)起（1），可將CC功能作為ACC控制策略的組成部分，可接受響應(yīng)ACC控制器的ACC控制禁用信號(hào)退出巡航（20），也設(shè)置有內(nèi)部安全判斷，外部（ESP、ACC等）車速或扭矩需求增加巡航控制扭矩的時(shí)間超過(guò)允許時(shí)間（26）、外部（ESP、ACC等）車速或扭矩需求降低巡航控制扭矩的時(shí)間超過(guò)允許時(shí)間（27）。

2）AEBS接口：AEBS激活時(shí)立即退出巡航功能（21），用以響應(yīng)AEBS功能。

3）DMS接口：預(yù)留駕駛員狀態(tài)監(jiān)測(cè)接口，當(dāng)接收到駕駛員狀態(tài)異常信號(hào)時(shí)，如駕駛員疲勞等，巡航將立刻退出。

以上功能可通過(guò)儀表提示駕駛員，告知巡航功能退出原因，人機(jī)交互性良好。

3 功能測(cè)試

軟件開(kāi)發(fā)好后針對(duì)手動(dòng)擋實(shí)車換擋進(jìn)行測(cè)試，如圖4所示，手動(dòng)擋車型在正常換擋時(shí)，即換擋或踩離合在保留模式計(jì)時(shí)范圍內(nèi)（離合器信號(hào)見(jiàn)序號(hào)5紫色線條，第10s踩下持續(xù)0.9s，保留模式信號(hào)見(jiàn)序號(hào)8綠色點(diǎn)劃線與離合器信號(hào)同步），換擋后車輛將繼續(xù)按巡航車速行駛（車速信號(hào)見(jiàn)序號(hào)7紅色線條，擋位信號(hào)見(jiàn)序號(hào)6深藍(lán)色線條），駕駛員可繼續(xù)通過(guò)巡航開(kāi)關(guān)提升車速。如圖5所示，如遇手動(dòng)車型換擋時(shí)間或踩離合時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，超過(guò)設(shè)置的保留模式時(shí)間1.3s，保留模式退出（圖5序號(hào)8綠色點(diǎn)劃線），但離合器信仍未松開(kāi)（圖5序號(hào)5綠色點(diǎn)劃線），巡航功能立即退出，車速開(kāi)始下降，設(shè)置的巡航需求車速仍然保留（序號(hào)4天藍(lán)色線條），駕駛員可以通過(guò)RES鍵恢復(fù)巡航車速，功能滿足設(shè)計(jì)要求。

圖4 保留功能啟用，換擋后，巡航功能不退出

圖5 保留模式超時(shí)，巡航功能退出

針對(duì)ADAS接口功能進(jìn)行了實(shí)車測(cè)試，如圖6所示，當(dāng)控制器在第2s接收到總線AEBS激活狀態(tài)信號(hào)后（序號(hào)8棕色線條），巡航功能立即退出（序號(hào)2綠色線條從1置0），車輛開(kāi)始制動(dòng)，車速迅速下降，設(shè)置的巡航需求車速重置為0（序號(hào)4天藍(lán)色線條）。如圖7所示，當(dāng)控制器在第5s接收到總線DMS退出指令后（見(jiàn)序號(hào)8天深綠色線條），巡航功能立即退出（見(jiàn)序號(hào)2綠色線條從1置0），設(shè)置的巡航需求車速重置為0（序號(hào)4天藍(lán)色線條），避免因駕駛員疲勞等問(wèn)題帶來(lái)的不良后果，并可通過(guò)儀表提醒駕駛員，告知巡航功能退出原因，人機(jī)交互性良好。

圖6 接收到AEBS激活狀態(tài)后，巡航功能退出

圖7 接收到DMS指令后，巡航功能退出

4 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)在某商用車中開(kāi)發(fā)使用的定速巡航控制策略進(jìn)行了詳細(xì)描述，尤其在定速巡航條件控制策略方面，對(duì)定速巡航控制的進(jìn)入退出條件及控制策略作了詳細(xì)介紹，對(duì)各個(gè)模塊的功能進(jìn)行了充分地解釋和說(shuō)明，并且對(duì)該定速巡航控制策略進(jìn)行了大量的功能測(cè)試驗(yàn)證和測(cè)試結(jié)果分析，取得了比較理想的測(cè)試結(jié)果。策略緊跟技術(shù)發(fā)展潮流，不僅可兼容手動(dòng)擋車型，而且預(yù)留ADAS接口，基于安全控制策略設(shè)計(jì)，滿足手動(dòng)和自動(dòng)擋車型定速巡航控制需求，提升了手動(dòng)擋定速巡航功能操縱駕駛舒適性，并且安全可靠，人機(jī)交互性良好。