基于插電式混動汽車的自動泊車控制策略

陳 聰，劉 甲，王 帥，吳光耀，周升輝

基于插電式混動汽車的自動泊車控制策略

陳 聰1，劉 甲2，王 帥1，吳光耀1，周升輝1

（1.比亞迪汽車工業(yè)有限公司 規(guī)劃院，廣東 深圳 815000；2.比亞迪機電設備有限公司 輕軌交通研究院，廣東 深圳 815000）

論文從汽車整車控制器的視角出發(fā)，詳細闡述了基于比亞迪插電式混動汽車的自動泊車策略的邏輯控制及實現(xiàn)方式。在駕駛員開啟自動泊車功能后，通過整車控制器判斷自動泊車的進入、退出條件，通過狀態(tài)機切換的方式，實現(xiàn)自動泊車過程中的車輛狀態(tài)切換，多控制器相互協(xié)作實現(xiàn)自動泊車扭矩輸出，控制車輛前進、后退、轉向等動作，實現(xiàn)車輛在倒車入庫、水平泊車等應用場景下的自動泊車功能，泊車完成后由駕駛員確認泊車狀態(tài)操作擋位退出自動泊車。論文為自動泊車的落地量產提供思路，為自動泊車研究和發(fā)展提供參考。

自動泊車；整車控制器；插電式混動；狀態(tài)控制；控制策略

隨著新能源汽車行業(yè)的發(fā)展，汽車智能化逐步成為汽車配置一個重要方面，為此，許多車企推出了智能駕駛汽車。定速巡航和自適應巡航系統(tǒng)的定速行駛、定速/變速跟車、近距離跟車、遠距離跟車、跟車剎停等功能可以大大緩解長途行車的勞累。遙控駕駛系統(tǒng)可以遠程控制車輛前進、后退、轉向，在車位狹窄無法進入車輛或者極端天氣無法靠近車輛時，方便將車輛遙控到駕駛員身邊。自動泊車系統(tǒng)能在汽車數(shù)量逐年增加、城市中停車空間日益緊張的情況下解決駕駛員停車面臨的難題[1]。根據(jù)蓋世汽車的調查，76%的用戶在使用自動泊車過程中遇到問題，可靠性不佳，但是72%的用戶表示愿意使用自動泊車，可以看出用戶嘗試意愿很高[2]。為滿足客戶的需要，目前國內整車廠小鵬汽車、威馬汽車等都將記憶/自主泊車作為自家車型的賣點，這種泊車方式需要在使用前對車輛進行一次教學，車輛在固定起點與終點進行路線學習。這種泊車方式增加了一定距離范圍內的無人駕駛功能，如在大型商場，用戶只需在停車場的出入口或者距離電梯最近的地方下車，車輛便可以自動泊車入位，進一步提升用戶停車的便捷性[3]。還有一批整車廠采用的是自動泊車輔助（Auto Parking Assit, APA），這種方式是一種半自動的輔助泊車功能，一般基于博世、百度、德賽西威、縱目科技等公司的產品開發(fā)，使用時需要駕駛員駕駛車輛到達車位附近后，用戶主動打開自動泊車功能，車輛APA模塊開始接管車輛控制，自主倒車入庫[4]。在比亞迪漢DM-i的幾款車型上配備的就是這種APA自動泊車輔助。本文基于比亞迪插電式混動車型的自動泊車功能的功能定義與實現(xiàn)邏輯進行介紹，以了解APA自動泊車的量產配置現(xiàn)狀。

1 功能定義

自動泊車是一種通過探測車輛周圍環(huán)境信息來找到合適的泊車位，從而控制車輛的轉向和速度，使得車輛能夠自主駛入泊車位的系統(tǒng)[5-6]。自動泊車功能隨著自動駕駛級別的提升，實現(xiàn)的自動化水平不斷提升[7]。由于自主代客泊車的自動駕駛方案成本居高不下，且控制算法不成熟，故大部分主機廠選擇更為穩(wěn)妥的自動泊車輔助APA。比亞迪汽車的DM-i平臺多車型都搭載了博世的智能集成制動（Intergrated Power Brake, IPB）系統(tǒng)[8]。自動泊車功能是在用戶有倒車入庫需求時，用戶選擇開啟的功能，開啟后自動泊車系統(tǒng)規(guī)劃出一條泊車路徑，通過電子轉向（Electric Power Steering, EPS）系統(tǒng)控制轉向，通過IPB制動，通過整車控制器（Vehicle Control Unit, VCU）控制前進后退，實現(xiàn)泊車功能，如圖1所示[9-11]。

圖1 自動泊車路徑規(guī)劃

2 自動泊車進入退出條件

用戶開啟自動泊車時，需要VCU實時判斷整車動力系統(tǒng)狀態(tài)，當動力系統(tǒng)狀態(tài)滿足自動泊車需求時，發(fā)送自動泊車狀態(tài)為允許。同時滿足條件一、條件二且離合器為脫開狀態(tài)時，可以進入自動泊車狀態(tài)。只有VCU判斷自動泊車狀態(tài)為允許時，才能響應EPS轉向扭矩、IPB制動扭矩及車輛縱向控制（Vehicle Longitudinal Control, VLC）模塊的驅動扭矩。

1.自動泊車進入條件一

1）OK指示燈為OK（車輛狀態(tài)正常信號燈亮起）；

2）擋位傳感器無故障；

3）荷電狀態(tài)（State Of Charge, SOC）≥10%；

4）整車最大驅動輪端扭矩≥1 000 Nm；

5）車身電子穩(wěn)定程序（Electric Stability Prog- ram, ESP）標志為穩(wěn)定；

6）以上條件的所有報文均通訊正常。

2.自動泊車進入條件二

1）自動泊車狀態(tài)為激活；

2）制動深度≥5%；

3）油門深度=0%；

4）VCU計算車速=0 km/h；

5）實際路面模式為普通路面模式；

6）|水平傾角|≤ 8%；

7）駕駛模式為正常駕駛；

8）以上條件的所有報文均通訊正常。

3.退出條件一

1）自動泊車狀態(tài)為不激活。

4.退出條件二

1）OK指示燈為OFF或OK；

2）VCU計算車速≥10 km/h；

3）ESP整車穩(wěn)定標志為失穩(wěn)；

4）目標路面模式非普通模式；

5）|水平傾角|≥10%；

6）SOC≤8%；

7）整車最大驅動輪端扭矩≤800 Nm；

8）擋位從倒（Reverse, R）/空（Neutral, N）/（前進Drive, D）擋變?yōu)橥Ｖ梗≒arking, P）擋；

9）進入條件一、進入條件二中的任意報文通訊失敗。退出條件滿足退出條件一或者退出條件二任意一條都會導致自動泊車退出。

3 自動泊車狀態(tài)控制

3.1 泊車狀態(tài)切換

圖2為自動泊車各狀態(tài)之間的切換邏輯， VCU內部邏輯按照圖2進行切換。表1為自動泊車各狀態(tài)切換條件，表2為各狀態(tài)保持條件。

圖2 自動泊車狀態(tài)切換邏輯

當滿足A1條件時，泊車狀態(tài)進入允許待機，在此狀態(tài)下自動泊車狀態(tài)為允許，自動泊車脫離合標志無效，自動泊車控制標志為無效。否則滿足A3進入禁止待機狀態(tài)，禁止待機狀態(tài)無法進入自動泊車，自動泊車狀態(tài)為禁止，自動泊車脫離合標志無效，自動泊車控制標志為無效。待機狀態(tài)根據(jù)是否滿足A1條件可以互相切換，并保持在相應的待機狀態(tài)。在允許待機狀態(tài)下滿足條件A2就進入了等待離合器動作狀態(tài)，當前狀態(tài)下自動泊車狀態(tài)為允許，自動泊車脫離合標志有效，自動泊車控制標志為無效，等待離合器動作狀態(tài)下滿足條件A6則退出自動泊車，滿足A4條件時，整車控制器將接收到的APA目標扭矩發(fā)送給電機執(zhí)行，實現(xiàn)前進后退，響應EPS轉向扭矩、IPB制動扭矩，此時實際進入了自動泊車狀態(tài)，處于泊車中。在自動泊車完成后當滿足條件A7進入正常等待P擋退出狀態(tài)，當前狀態(tài)自動泊車狀態(tài)為禁止，自動泊車脫離合標志有效，自動泊車控制標志為有效。否則滿足條件A8時因故障退出自動泊車，處于故障等待P擋退出，在當前狀態(tài)下，自動泊車狀態(tài)為泊車中，自動泊車脫離合標志有效，自動泊車控制標志為有效。在用戶操作車輛掛入P擋，也即滿足條件A5后，退出自動泊車，并進入下一次的自動泊車待機狀態(tài)。如果在同一個上電循環(huán)，駕駛員有多次泊車請求時，也可以重新按照自動泊車邏輯進行再次判斷，并成功完成自動泊車。

表1 自動泊車狀態(tài)切換條件

編號狀態(tài)切換條件 A1滿足進入條件一 A2滿足進入條件一&滿足進入條件二 A3不滿足進入條件一 A4離合器實際狀態(tài)為分離 A5擋位為P擋 A6滿足退出條件一||滿足退出條件二 A7滿足退出條件一 A8滿足退出條件二

表2 各狀態(tài)保持條件

泊車狀態(tài)狀態(tài)保持條件 允許待機自動泊車狀態(tài)為允許自動泊車脫離合標志無效自動泊車控制標志為無效 禁止待機自動泊車狀態(tài)為禁止自動泊車脫離合標志無效自動泊車控制標志為無效 等待離合器動作自動泊車狀態(tài)為允許自動泊車脫離合標志有效自動泊車控制標志為無效 等待P擋退出（正常）自動泊車狀態(tài)為禁止自動泊車脫離合標志有效自動泊車控制標志為有效 等待P擋退出（故障）自動泊車狀態(tài)為禁止自動泊車脫離合標志有效自動泊車控制標志為有效 響應APA故障（泊車中）自動泊車狀態(tài)為泊車中自動泊車脫離合標志有效自動泊車控制標志為有效

3.2 自動泊車目標扭矩

VCU收到VLC模塊的扭矩請求，根據(jù)擋位決定扭矩的輸出值。在輸出扭矩前需判斷自動泊車狀態(tài)為泊車中，VLC扭矩請求值狀態(tài)為有效且制動深度小于30%。如果滿足以上條件，當前擋位為D擋，則直接輸出VLC請求扭矩。R擋下，扭矩取反。VCU在滿足自動泊車條件滿足時輸出目標扭矩控制實現(xiàn)自動泊車。

3.3 自動泊車使用

比亞迪漢DM-i的APA自動泊車系統(tǒng)通過 360 ° 環(huán)視攝像頭與超聲波探頭傳感器的融合，能夠實現(xiàn)標準停車位的識別搜索，并自動控制車輛的擋位系統(tǒng)、轉向系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)，實現(xiàn)全自動泊入車位。同時，該系統(tǒng)還支持水平車位泊出、自選車位功能。使用時打開全息影像，選擇屏幕左側的自動泊車功能，或者按下?lián)鯒U側中間的「P」功能鍵，進入到自動泊車功能界面，滿足自動泊車條件時，開始自動搜索右側車位，也可以點擊屏幕車標左側或者打左轉向燈來選擇左側車位。找到車位后，選擇目標車位，點擊開始泊車，松開方向盤與剎車就可以開始自動泊車了，全程伴有語音提示及車輛運行路徑，直到完成泊車。而且支持自選車位，即在無法識別車位時，比亞迪給出了自選車位的泊車方式，可以通過選擇自動泊車里的自選車位功能，手動拖動屏幕中的綠色方框選擇需要停的位置，豐富了泊車使用場景。支持水平泊車即當車輛位于一些比較窄小的車位中難以泊出的情況下，可輔助車主進行車位 45 ° 角的水平車位泊出，但在相對寬敞的側方位車位中，該功能會提醒路徑通暢請自行泊車。行人介入泊車即出現(xiàn)行人或者物體靠近車輛時，系統(tǒng)會通過超聲波雷達傳感器進行報警，并且會自動剎車，當行人離開之后，泊車系統(tǒng)能繼續(xù)執(zhí)行泊車，并且順利泊入到車位中，多種泊車方式供用戶選擇。

4 總結

自動泊車輔助系統(tǒng)可使車輛自動駛入既定車位，避免在停車中遇到刮蹭、停不進去的麻煩。自動泊車功能的實現(xiàn)需要多系統(tǒng)的協(xié)作配合，VCU作為混動車的大腦控制扭矩的輸出，控制自動泊車的進入與退出，能夠在車輛狀態(tài)異常時緊急退出泊車，保證車輛安全。本文以比亞迪混動車型的APA配置為例，從VCU的角度出發(fā)詳細介紹了自動泊車控制的進入退出條件，自動泊車狀態(tài)之間的相互切換，自動泊車狀態(tài)下的各控制器配合完成扭矩輸出，自動泊車在實際應用場景下泊車過程中的使用方法，對了解自動泊車的控制方法具有重要意義。

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Automatic Parking Control Strategy Based on Plug-in Hybrid Vehicle

CHEN Cong1, LIU Jia2, WANG Shuai1, WU Guangyao1, ZHOU Shenghui1

( 1.Planning Institute, BYD Auto Industry Company Limited, Shenzhen 815000, China; 2.Light Rail Transit Research Institute, BYD Electromechanical Equipment Company Limited, Shenzhen 815000, China )

From the perspective of vehicle control unit, this paper expounds in detail the logical control and implementation of the automatic parking strategy based on BYD plug-in hybrid vehicle. After the driver turns on the automatic parking function, the entry and exit conditions of automatic parking are judged by the vehicle controller, and the vehicle state switching in the process of automatic parking is realized by the state machine switching. Multiple controllers cooperate with each other to realize the automatic parking torque output, control the vehicle forward reverse, turn and other actions to realize the automatic parking function of the vehicle in the application scenarios such as reverse warehousing and horizontal parking. After parking, the driver confirms the parking state and operates the gear to exit automatic parking. This paper provides ideas for the landing mass production of automatic parking, and provides a reference for the research and development of automatic parking.

Automatic parking; Vehicle control unit; Plug in hybrid; State control; Control strategy

U471.15

A

1671-7988(2023)10-30-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.010.006

陳聰（1990—），女，碩士，工程師，研究方向為整車控制器策略開發(fā)及軟件測試，E-mail:1612571418@qq.com。