知荐 | ADAS系统新能源车动力执行策略详解（三）

前文详细分析了新能源车型中纯电动EV车型在ADAS系统控制策略中的响应逻辑，包括在加速、减速中的不同纵向控制模型，其发送端的控制核心为ADAS系统中央控制器单元，包括对环境及车辆自身信息的感知探测、决策控制，随即将相应的正向加速控制信息发送至VCU，将逆向减速控制信号发送至制动系统EPBi，或者直接将加减速请求发送给制动系统EPBi进行扭矩及制动电液分配。本文将针对新能源中的混动车型PHEV在ADAS系统响应控制策略进行详细分析。

如下图表示了混合动力车型PHEV的网络拓扑图。相对于之前文章提到的纯电动EV车型而言，混合动力PHEV在控制架构上与纯电动EV有如下控制架构上的不同表现在其保留了传统燃油车基本动力控制单元EMS及TCU，同时又新增融合了新能源整车控制单元VCU，电池控制单元BMS：1） PCU（Power Control Unit）为电机控制单元，该控制单元通过New Power CAN连接TCU、EMS、BMS等进行控制混合动力汽车PHEV在启动、加速及减速时的发电、电量分配及电机控制使用等逻辑。PCU接收到VCU的电机输出扭矩后，控制电机执行该扭矩，并根据电机实际执行情况进行反馈控制调节。2） TCU变速器除了作为驾驶员档位类型（P\R\N\D）输入端，在新能源车型PHEV中不再作为变速控制单元，而是仅仅作为PCU或VCU控制换挡结果的执行器。3） EMS为发动机管理系统，负责发动机控制，通过NewPowerCan接收VCU命令“输出相应扭矩x”时，若发动机当前状态允许则可以控制发动机输出该扭矩值x。4） VCU作为整车控制器，通过网关GW与ADASCANFD连接，其负责将ADAS系统指令包含扭矩请求转换为动力需求，VCU也与PTCAN相连接来检测驾驶员操作（踩油门、刹车），同时通过硬线连接入驾驶员设置按钮，并转换为整车驱动力需求。然后，根据BMS反馈的当前电池电量等车辆状态，按照一定算法将整车驱动力分配给发动机、电机执行。5） ADAS系统控制器通过NEWPowerCAN与PCU和VCU相连接，接收PCU和VCU发出的电机和发动机最大扭矩限值后，发送相应的加速请求给VCU或PCU控制器进行驱动扭矩响应。1ADAS与VCU控制策略设计混合动力车型PHEV的驾驶辅助策略中，有两种不同的动力输出分配逻辑，主要是针对车辆纵向控制（Vehicle Longitudinal Control，VLC）方式以及动力响应的不同策略，下面分别将扭矩控制和响应进行逻辑分析。1、由驾驶辅助ADAS系统进行VLC控制：该控制逻辑下，混合动力车型PHEV与纯电动EV车型的控制策略基本一致，动力控制单元VCU仅响应ADAS加速控制命令，制动控制单元EPBi负责ADAS减速控制命令。当ADAS系统传感器探测到环境信息（包括如坡度、弯道等）、车辆信息及驾驶员设置项中有加速需求时，根据驾驶员设置信息按照设定时距加速到设定时速，此时按照发动机和电机发出的最大扭矩响应能力，发送相应的驱动扭矩（这里一般发送的是百分比ADAS_ACCPedal表示的油门开度）给VCU，VCU接收到相应的扭矩请求后，需要将该油门开度转换为整车驱动扭矩总体值VCU_Torq，同时实时接收到BMS反馈的电池电量、允许的最大放电功率等，此时，VCU发出控制发动机管理系统EMS输出扭矩EMS_Torq，以及电机扭矩控制单元PCU输出相应的电机扭矩PCU_Torq。在动力相应策略上，具有如下三种不同的方式：1） 串联驱动方式也称为纯电驱动方式，在这种驱动方式中，离合器Clutch处于开启Open状态。当ADAS系统检测到有加速请求时，发送驱动扭矩ADAS_AccTorq给VCU。PCU接收到电池管理系统BMS发出的电池电量状态后，计算生成相应的电机最大响应指示扭矩值PCU_MaxResTorq。此时，VCU将ADAS扭矩解析成相应的驱动电机扭矩VCU_MortorTorq，从而驱动电机通过差分变速器单独驱动车轮。 当ADAS系统检测到有减速请求时，发送反拖扭矩ADAS_AccTorq给VCU。PCU接收到电池管理系统BMS发出的电池电量状态后，计算生成相应的电机最小响应指示扭矩值PCU_MinResTorq。此时，VCU将ADAS扭矩解析成相应的反拖电机扭矩VCU_MortorTorq（该反拖电机扭矩一般为负扭矩值），该负扭矩值通过制动器产生相应的减速度值从而控制整车减速。此过程中通过电机反转可适当的进行“滑行能量回收”给电机电池充电。当ADAS检测到反拖扭矩不足以致使车辆减速到目标减速度时，需要发送相应的减速度值给制动系统EPBi控制液压系统建压响应ADAS系统减速到位。2） 并联驱动方式也称为混合驱动方式，在这种驱动方式中，离合器Clutch处于关闭Close状态。当ADAS系统检测到有加速请求时，发送驱动扭矩ADAS_AccTorq给VCU。VCU接收到发动机管理系统EMS发送的当前转速状态及发动机所能执行到的最大响应指示扭矩EMS_MaxResTorq，PCU接收到电池管理系统BMS发出的电池电量状态后，计算生成相应的电机最大响应指示扭矩值PCU_MaxResTorq并发送给VCU后，VCU将ADAS扭矩解析成电机可执行的驱动电机扭矩VCU_MortorTorq以及发动机可执行的发动机扭矩EMS_ExcuteTorq，从而驱动电机以及发动机通过差分变速器驱动车轮。当检测到电池电量较低时，VCU不再发送电机驱动扭矩而是发送发动机驱动扭矩单独驱动车轮进行加速控制。当ADAS系统检测到有减速请求时，其响应策略与串联式的响应策略一致，VCU通过接受电机最小反拖扭矩值PCU_MinResTorq后，可以基本确定当前是否可以通过发送给电机反拖负扭矩进行减速，由于反拖减速期间通过“滑行能量回收”策略使电机反转以便给电机充电，故不需要电池具备较强的电池电量。当ADAS发送的反拖扭矩接近最小电机反拖扭矩时仍然无法致使车辆减速到目标减速度时，ADAS停止发送反拖扭矩，切入减速度液压制动控制整车减速到位。2、由制动系统EPBi系统进行VLC控制：该控制逻辑下，混合动力车型PHEV与纯电动EV车型的控制策略基本一致，动力控制单元VCU不再与ADAS系统进行直接通信，整车加减速过程均由制动系统EPBi负责控制。此时针对ADAS系统而言无需考虑动力系统采用何种连接方式（串联或并联），前面所述的扭矩分配及制动分配均由制动系统EPBi进行控制，当ADAS系统有加速需求时，需要根据当前环境状态及车辆状态发送相应的加速度值给EPBi，EPBi内部通过一定的算法解析成相应的扭矩请求，发送给VCU后，由VCU参照前述提到的扭矩响应策略进行扭矩响应。当ADAS系统有减速请求时，无需再发送反拖扭矩给VCU，而是直接通过发送制动减速度给EPBi后，由EPBi决策当前是先分配扭矩请求给VCU还是直接驱动液压制动减速度给轮岗进行建压减速。此过程中，EPBi可以完全控制减速期间滑性能量回收及制动能量回收具体值。2混合动力车型的燃油与电机控制策略对比混合动力车型PHEV不同于新能源纯电动EV车型，他仍旧需要进行燃油及换挡控制，燃油控制逻辑中仍然需要发动机管理系统EMS进行扭矩响应。比如在ADAS系统发送加速控制命令过程中，当动力控制系统VCU检测到ADAS发送较大的扭矩时，不再单纯地像传统发动机一样通过加大喷油量以让发动机快速输出大扭矩来响应，而是通过分配电机助力使EMS选择不喷油或者少喷油以便获得同样良好的助力性。此时由于喷油少其经济性与高喷油产生的用户抱怨率也会大幅降低。而另一方面，传统燃油车在驾驶性动力标定中需要根据车型不同分别进行油耗以及排放的标定，该过程是一个庞大的工作量。而在混合动力车型中，EMS只是作为VCU的执行器，也即所有的扭矩分配及发动机介入工作点均由VCU进行控制，其中包括电池电量监控由PCU进行电机能力反算，油耗/排放的标定工作均放入VCU中进行整体控制。当然，混合动力PHEV车型对于扭矩模型准确性要求更高，因为无论在串联亦或是并联系统中，电机和发动机容易发生扭矩的耦合，对于VCU而言比较关注的是需要让电机输出x Nm扭矩的时候，电机能否准确、较快速地输出该值，假设电机由于电池电量或其他原因导致无法准确输出时，也需要尽可能准确地得到将电机当前状态下的实际输出扭矩反馈给VCU。这个对于发动机、电机一起输出正扭矩驱动时还好，对于发动机正输出、电机出负扭矩时就可能出现不同的响应结果。因为此时电机执行的反向扭矩会重新对电池充电，同时电机要根据发动机的实际输出判断如何输出扭矩，保证动力电池电量平衡、保证整体扭矩平顺避免传动系抖动。因此此种状态下，除了做好发动机本身的台架和整车试验外，VCU需要有相关逻辑配合发动机对各转速、扭矩下的输出精度进行自适应调节（有点类似于怠速自学习，不过由于加入了电机到闭环中，电机输出扭矩一般是比较准确且稳定的，适用工况更广），这部分要增加一些标定的工作量。除此之外，对于混合动力车型PHEV而言，其仍然需要传动系统变速器TCU，这里的TCU只是作为变速执行单元或档位类型（P/R/N/D）输入器，而不再针对不同的ADAS发出扭矩标定相应的换挡图谱，在加减速过程中具体执行多大的档位控制，是完全由VCU/PCU进行输出的，而换挡逻辑图谱标定等一系列工作均是在VCU中进行整体标定控制的。这里我们必须提到第一篇文章中所述的用户抱怨的“频繁换挡”问题，该问题是ADAS系统在发送扭矩时刻并未考虑TCU换挡区间间隔，在发送端发出斜率较大的扭矩请求造成的。当减小发出扭矩斜率时，便可规避此问题。而在这里，由于VCU负责控制相应的换挡图谱，在与ADAS系统实现控制的联合调试阶段便可将可执行换挡区间发送给ADAS系统，ADAS系统接收到该值后便可在发送扭矩时进行斜率调节，以避免出现前文的频繁换挡问题。3驾驶员干预下的ADAS及VCU响应策略对于混合动力车型的驾驶员输入响应策略与纯电动新能源车型是一致的，需要发送方与接收方均对驾驶员输入进行监控，当检测到驾驶员输入为油门请求时，由VCU参照前文所述的超越判断逻辑进行超越判断，当检测到驾驶员输入为刹车请求时，ADAS系统首先需要根据自己的逻辑进行退出或抑制控制，若ADAS控制逻辑失效，则由EPBi系统根据驾驶员输入的制动请求与ADAS系统输出的制动请求判断大小，要求执行两者中的较大值。一般情况下，驾驶员可以根据需要按下巡航设置按钮，当VCU检测到驾驶员按下相应的巡航硬线信号的上升沿时，需要将其转换为可执行的信号赋值到相应的执行器上。比如速度设置按钮Res/+或Set/-的解析策略为按下一次按钮，速度设置相应的值被叠加或减去一个相应的值。4

总结

本文针对混动动力车型对智能驾驶辅助系统ADAS的交互及响应策略进行了原理分析，针对当前智能驾驶控制而言分为两种不同的控制逻辑，其一是VLC控制由ADAS系统进行扭矩分配及制动点控制分配（该逻辑中ADAS需要发送扭矩接口及减速度接口），其二是VLC控制由制动系统EPBi接收ADAS系统发送的加减速请求（该逻辑中ADAS只需要发送减速度接口即可），这种逻辑中EPBi对整车的控制更为精准，各方执行效率更高，是比较推荐采用的一种纵向控制方法。此外，本文还分析了关于混合动力车型与传统燃油车型在EMS及TCU控制策略中的不同，其集中困难点体现在对于发动机功率标定及换挡控制的不同上。

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