CN103754222A - 一种电动汽车坡道起步辅助控制功能的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动汽车坡道起步辅助控制功能的实现方法，包括两步骤：1、激活条件判断，当驾驶员踩住制动踏板使车辆处于静止状态、没有拉启手刹且档位在前进档时，进入功能的待激活状态；如果驾驶员松开制动踏板后车辆开始溜坡，则激活坡道起步辅助控制功能；2、修正驱动电机转矩目标值，坡道起步功能激活后首先要迅速增加电机输出转矩，使车辆不再溜坡，随后保持该转矩输出以使车辆在原地静止。当驾驶员踩下加速踏板后，坡道起步辅助控制功能自动退出，车辆在坡道上平稳起步。本发明通过精确控制车辆在陡坡起步时电机的转矩输出，在不使用手刹的情况下避免车辆溜坡，使驾驶员可以从容的将脚从制动踏板移到加速踏板，完成坡道起步。

Description

一种电动汽车坡道起步辅助控制功能的实现方法

技术领域

本发明涉及电动汽车技术领域，尤其涉及一种电动汽车坡道起步辅助控制功能的实现方法。

背景技术

驾驶员驾驶车辆在大坡度路面（如地下车库坡道）或光滑坡道（如结冰路面）上停稳后再起步上坡时，不论驾驶车型为手动挡或自动档，如果不使用手刹辅助制动，当右脚离开制动踏板后车辆都会出现不同程度的向后溜车（溜坡），易引发事故。因此车辆在坡道起步前驾驶员通常先拉启手刹以维持车辆静止，松开制动踏板后再迅速踩下加速踏板，在车辆起步的同时松开手刹，增加了车辆驾驶难度。

坡道起步辅助控制功能就是为简化坡道起步操作而开发的一种控制功能，当驾驶员右脚松开制动踏板后，该功能可让车辆在不使用手刹的情况下，短时间内继续保持制动状态，给驾驶员留出了由制动踏板换到加速踏板的时间，使驾驶员可以从容操作踏板，轻松驾车起步。

当前，坡道起步辅助控制功能多是作为车身电子稳定系统（或称作车身动态稳定系统）的衍生功能。车身稳定系统可自动调整各个车轮的驱动力和制动力，稳定车身，提高驾驶安全性。而坡道起步辅助控制功能就是利用了车身稳定系统此项功能，在驾驶员右脚离开制动踏板后，自动命令保持制动油管油压，使车辆处于制动状态中。待驾驶员踩下加速踏板后，随着车轮驱动力逐渐增加，相应减少制动力，使车辆在坡道上平稳起步。对于没有装配车身电子稳定系统的传统内燃机车辆，无法实现坡道起步辅助控制功能。

现有的电动汽车一般有两种：纯电动驱动功能的混合动力汽车和纯电动汽车。电动汽车安装有电驱动系统，其中作为动力源的驱动电机相对于内燃机来讲，具有转矩需求响应快、转矩控制精度高、低转速时能恒转矩输出等优点。

发明内容

本发明的目的是提供一种电动汽车坡道起步辅助控制功能的实现方法，在没有装配车身电子稳定系统的电动汽车上，实现坡道辅助起步功能。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种电动汽车坡道起步辅助控制功能的实现方法，其包括以下步骤：

a)、整车控制器通过CAN网络和硬线接收以下信号：驱动电机当前旋转方向、驱动电机当前转速、驱动电机当前转矩、加速踏板位置、制动踏板位置、档位所处位置以及手刹位置；

b)、整车控制器依据制动踏板位置、档位所处位置、驱动电机当前转速及手刹位置，判定驾驶员意图为临时停车；

c)、当驾驶员松开制动踏板时，整车控制器判定驾驶员有车辆起步的控制意图，命令驱动电机输出设定转矩，该转矩能使车辆在平缓路面上起步并慢速前进；

d)、整车控制器依据驱动电机旋转方向和转速，判定车辆是否已经开始溜坡，如果溜坡整车控制器将重新计算驱动电机转矩目标值；

e)、车辆溜坡时，整车控制器会迅速提高驱动电机转矩目标值，以确保车辆停止溜坡；

f)、整车控制器会限制驱动电机转矩增加变化率和最大目标值；

g)、当驱动电机改为正向旋转，其转速大于设定值时，整车控制器判定车辆已经从溜坡改为了静止状态；

h)、整车控制器用此刻的驱动电机转矩实际值作为目标值，驱动电机转矩在设定时间内将保持不变，车辆维持在静止状态；

i)、整车控制器依据加速踏板位置，判定出驾驶员已经完成从制动踏板改为加速踏板的转换，退出坡道起步辅助控制功能；

j)、在车辆维持静止的时间内，驾驶员如果没有踩下加速踏板，出于安考虑，整车控制器将自动退出坡道起步辅助控制器功能；

k)、在驱动电机转矩输出不变时，如果驱动电机正向转速超过设定值，整车控制器认为车辆已经驶离坡道，退出坡道起步辅助控制功能；

l)、坡道起步辅助控制功能被激活后，只要驾驶员对档位、加速踏板或制动踏板再次进行操作，不论车辆处于何种状态，都将自动退出坡道起步辅助控制功能。

    进一步的，对于驾驶员临时停车意图的判断标准为：踩下制动踏板，驱动电机转速为0rpm，档位处于前进档，未拉启手刹。

    进一步的，对车辆起步后发生溜坡的判断标准为：车辆在前进档，但驱动电机反转，而且转速超过设定值，优选的，驱动电机转速设定值为2rpm。

    进一步的，车辆发生溜坡后，驱动电机转矩目标值将迅速增加，优选的，最大转矩变化率设为1000Nm/s，最大转矩设为平缓路面起步转矩目标值的2-3倍。

    进一步的，对车辆由溜坡改为静止状态的判断标准为：驱动电机旋转方向由反转变为正传，而且驱动电机转速超过设定值，优选的，驱动电机转速值设为3rpm。

    进一步的，当车辆由溜坡变为静止状态时，驱动电机转矩不再增加，并在设定的时间内维持静止状态，优选的，驱动电机转矩保持时间设为1s。

进一步的，所述坡道起步辅助控制功能的退出条件为：当驾驶员已经将脚由制动踏板移到加速踏板，坡道起步辅助控制功能执行完毕，自动退出。

    进一步的，所述坡道起步辅助控制功能的退出条件为：在设定的转矩保持时间内，驾驶员没有任何操作，超时后坡道起步辅助控制功能自动退出。

    进一步的，所述坡道起步辅助控制功能的退出条件为：在设定的转矩保持时间内，如果驱动电机正向转速超过设定值，坡道起步辅助控制功能自动退出，优选的，所述驱动电机正向转速设为30rpm。

进一步的，所述坡道起步辅助控制功能的退出条件为：坡道起步辅助控制功能激活后，只要驾驶员对档位、加速踏板或制动踏板再次进行操作，不论车辆当前处于何种状态，都将退出坡道起步辅助控制功能。

本发明的有益效果是：本发明的电动汽车坡道起步辅助控制功能的实现方法以现有电动汽车为基础，无需加装车身电子稳定系统，只需将上述方案集成到整车控制器控制软件中，就能实现车辆坡道起步辅助控制功能，从而有效改善车辆行驶性能，提高驾驶安全性。本发明可广泛应用于各种电动汽车中。

附图说明

下面根据附图对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明实施例所述的坡道起步辅助控制功能进入条件的判断逻辑框图；

图2是本发明实施例所述的坡道起步辅助控制功能控制流程图。

具体实施方式

如图1-2所示，本发明实施例所述的电动汽车坡道起步辅助控制功能的实现方法，整车控制器需要接收以下信号：驱动电机当前旋转方向、驱动电机当前转速、驱动电机当前转矩、加速踏板位置、制动踏板位置、当前档位以及手刹位置；坡道起步辅助控制功能开启后，驱动电机转矩目标值将会被重新计算（修正）并作为指令发送到驱动电机控制器。

坡道起步辅助控制功能由1、功能开启条件判断；2、车辆起步时电机转矩目标值计算两个主要步骤来完成。在第1个步骤中，将依据驾驶员操作动作及驱动电机当前状态，判断是否满足坡道起步辅助控制功能的启动条件；默认状态下坡道起步辅助功能处于关闭状态。当驾驶员踩下制动踏板车辆完全静止后没有拉启手刹，而且档位处于前进档时，功能会进入待激活状态（或称作“等待状态”）。在此状态时，如果驾驶员松开制动踏板，车辆开始前进，即进入了正常的“爬行状态”，坡道起步辅助控制功能退出（“爬行状态”是指驾驶员不踩加速踏板，车辆慢速前进的状态，此时的电机输出转矩被称作“爬行转矩”）；如果车辆恰好位于陡坡上，当驾驶员松开制动踏板后，由于“爬行转矩”过小车辆发生溜坡，驱动电机将被车轮倒拖反向旋转，当反向旋转速度超过某一限值时典型值可设为2rpm），认为发生了溜坡，坡道起步辅助控制功能被激活。

当坡道辅助功能被激活后则进入第2个步骤，开始计算新的驱动电机转矩目标值，其中包含3个子步骤：1）转矩增加：确认溜坡后，为避免车辆加速下滑，驱动电机转矩将迅速增加。但如果增加过快，将导致车轮上的驱动力瞬间增大，车辆前冲引发事故，因此要对转矩上升速度进行限制（典型值可设为 1000Nm/s）。另外，为了保证驾驶安全，并兼顾驱动电机本身“转矩-转速”的特性，需要设定允许增加到的最大值电机转矩值（典型值可设为正常“爬行转矩”的2-3倍）。2）转矩保持：随着驱动电机转矩不断上升，车辆会由溜坡变为静止，如果此时转矩继续增加，车辆就会加速前进。因此当驱动电机由倒转改为正转，且转速超过某一限值时（典型值可设为3rpm），认为车辆已经处于静止与前进的临界状态，命令驱动电机保持此刻的转矩不再增加。3）退出条件判断：本发明在此处设计了4种退出条件，ⅰ、在转矩保持状态下（车辆静止），如果驾驶员踩了加速踏板，认为其已经完成了从制动踏板到加速踏板的切换过程，车辆可以正常起步，退出坡道辅助功能；ⅱ、当转矩保持超过设定时间后（典型值可设为1s），将自动退出坡道起步辅助功能。设定转矩保持时间有两个目的：a、保护驱动电机，避免因长时间堵转发热量过大；b、模仿已有的坡道起步辅助功能系统特征。ⅲ、如果驾驶员踩下了制动踏板或者对档位进行了操作，认为有其他驾驶意图，退出坡道起步控制功能。ⅳ、为了确保车辆行驶安全，在转矩保持状态下，如果电机正向转速突然增大，且超过某一限值时（典型值可设为30rpm），坡道辅助功能自动退出。退出后，转矩快速减小到“爬行转矩”，回复正常状态下的电机转矩控制。

实例一

在一款纯电动汽车上，整车控制器通过硬线和CAN网络与车辆上其他控制器（如电机控制器，电池管理系统）、传感器（踏板位置传感器，温度传感器，手刹位置传感器等）、执行器（驱动电机，水泵，风扇等）组成完整的车辆动力控制系统。此款纯电动汽车采用固定档传动装置，驱动电机通过单级减速器直接驱动车轮，档位分为前进档、倒车档和空档。其中整车控制器负责计算驱动电机转矩目标值，并通过动力系统CAN网络发送给电机控制器，电机控制器接收到来自整车控制器的转矩指令后，控制驱动电机做出正确转矩响应，驱动车辆行驶。

车辆坡道起步辅助控制功能需要整车控制器接收的信号有：驱动电机当前旋转方向、驱动电机当前转速、驱动电机当前转矩、加速踏板位置、制动踏板位置、当前档位以及手刹位置。坡道起步辅助控制功能开启后，整车控制器会重新计算（修正）驱动电机转矩目标值，并发送给电机控制器。车辆坡道起步辅助控制功能通过对车辆起步时电机转矩的精确控制，达到防止车辆溜坡，平稳起步的目的。

本发明中坡道起步辅助控制功能的实现方法分为两步骤：1、判断是否开启坡道辅助控制功能；2、计算完成坡道辅助控制功能所需的电机转矩目标值。

图 1所示为开启坡道起步辅助控制功能的判断逻辑，坡道起步辅助控制功能默认处于关闭状态，如果驾驶员踩下制动踏板车辆完全静止后，没有拉启手刹且档位处于前进档，整车控制器会“认为”车辆有可能出现溜坡，从而进入到“等待状态”，在此状态中整车控制器并不会修正驱动电机转矩目标值，驱动电机照常输出“爬行转矩”。如果此时车辆位于陡坡上，当驾驶员松开制动踏板后，由于“爬行转矩”过小车辆开始溜坡，驱动电机被车轮倒拖反向旋转。为了避免由于驱动电机转速信号测量误差，当反转转速超过2rpm 时，整车控制器确认车辆发生溜坡，坡道起步辅助控制功能被激活。以2rpm作为激活坡道辅助控制功能的电机倒转转速阀值，是在考虑了实例中所述电动汽车的单级减速器传动速比以及驱动电机转速测量精度的情况下，通过车辆实际标定得到的，该阀值应根据不同车辆的具体情况进行重新标定，2rpm可作为初始值使用。

图 2所示为坡道辅助功能的第二步骤，即坡道辅助功能被激活后，整车控制器如何重新计算驱动电机转矩目标值，其中包含3个子步骤。

1）转矩增加：车辆在陡坡起步时所需要的正向驱动转矩，要远大于平地上驱动车辆前进的“爬行转矩”。因此坡道辅助功能被激活后，迅速增加驱动电机转矩，使车辆停止溜坡；但如果驱动电机转矩瞬间增大，车辆容易前冲，因此要限制转矩增加的变化率，同时考虑到驱动电机所能实现的转矩最大变化率，在本实例中以1000Nm/s作为转矩上升变化率的限值。另外考虑到驱动电机输出外特性及驾驶安全性，设定电机转矩最大限值为3倍的爬行转矩，即75Nm。

2）转矩保持：随着驱动电机转矩以1000Nm/s的速度迅速增加，车辆会停止溜坡，处于短暂的静止状态，并开始出现前进趋势。此时如果继续快速增加电机驱动转矩，车辆就会加速前进，容易引发事故，因此当车辆出现前进趋势，但还没开始移到时，要停止增加驱动电机转矩，并维持当前转矩一段时间，使车辆维持静止状态。在本实例中，当电机正向转速超过3rpm时，整车控制器“认为”车辆将要起步前进，转矩不再增加。3rpm作为判断车辆开始前进的电机转速阀值，是在考虑了实例中所述电动汽车的单级减速器传动速比以及驱动电机转速测量精度的情况下，通过车辆实际标定得到的，该阀值应根据不同车辆的具体情况进行重新标定，3rpm可作为初始值使用。

3）退出条件判断：在转矩保持状态下，如果驾驶员又踩下了制动踏板或加速踏板，或者进行了换档操作，坡道辅助控制会自动退出。在本实例中如果没有进行其他操作，转矩保持超过1s后，坡道辅助控制功能也将退出。正常退情况下，算上转矩增加和转矩保持两个步骤，松开制动踏板后的2s内，车辆不会溜坡，这段时间内驾驶员可以从容地将脚由制动踏板移到加速踏板。此外为了车辆行驶安全，本实例中当电机正向转速超过30rpm，认为车辆已经驶离坡道，不再需要加大转矩，坡道辅助功能自动退出。退出后，驱动电机转矩目标值恢复到“爬行转矩”。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电动汽车坡道起步辅助控制功能的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)   、整车控制器通过CAN网络和硬线接收以下信号：驱动电机当前旋转方向、驱动电机当前转速、驱动电机当前转矩、加速踏板位置、制动踏板位置、档位所处位置以及手刹位置；

b)  、整车控制器依据制动踏板位置、档位所处位置、驱动电机当前转速及手刹位置进行判定，如果是踩下制动踏板、档位处于D档，驱动电机转速为0 rpm，手刹位置为未拉启，则判定驾驶员意图为临时停车；

c)  、当驾驶员松开制动踏板时，整车控制器判定驾驶员有车辆起步的控制意图，命令驱动电机输出设定转矩，该转矩能使车辆在平缓路面上起步并慢速前进；

d)  、整车控制器依据驱动电机旋转方向是否反向和转速，判定车辆是否已经开始溜坡，如果溜坡，整车控制器将重新计算驱动电机转矩目标值；以及

e)   、车辆溜坡时，整车控制器会迅速提高驱动电机转矩目标值，以确保车辆停止溜坡。

2.根据权利要求1所述的电动汽车坡道起步辅助控制功能的实现方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：

整车控制器限制驱动电机转矩增加变化率和最大目标值；当驱动电机改为正向旋转，其转速大于设定值时，整车控制器判定车辆已经从溜坡改为了静止状态；整车控制器用此刻的驱动电机转矩实际值作为目标值，驱动电机转矩在设定时间内将保持不变，车辆维持在静止状态；以及

整车控制器依据加速踏板位置，判定出驾驶员已经完成从制动踏板改为加速踏板的转换，退出坡道起步辅助控制功能。

3.根据权利要求2所述的电动汽车坡道起步辅助控制功能的实现方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：

在车辆维持静止的时间内，驾驶员如果没有踩下加速踏板，出于安全考虑，整车控制器将自动退出坡道起步辅助控制器功能；在驱动电机转矩输出不变时，如果驱动电机正向转速超过设定值，整车控制器认为车辆已经驶离坡道，退出坡道起步辅助控制功能。

4.根据权利要求3所述的电动汽车坡道起步辅助控制功能的实现方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：

坡道起步辅助控制功能被激活后，只要驾驶员对档位、加速踏板或制动踏板再次进行操作，不论车辆处于何种状态，都将自动退出坡道起步辅助控制功能。

5.根据权利要求4所述的电动汽车坡道起步辅助控制功能的实现方法，其特征在于：对车辆起步后发生溜坡的判断标准为：车辆在前进档，但驱动电机反转，而且转速超过设定值，驱动电机转速设定值为2rpm。

6.根据权利要求5所述的电动汽车坡道起步辅助控制功能的实现方法，其特征在于：车辆发生溜坡后，驱动电机转矩目标值将迅速增加，最大转矩变化率设为1000Nm/s，最大转矩设为平缓路面起步转矩目标值的2-3倍。

7.根据权利要求6所述的电动汽车坡道起步辅助控制功能的实现方法，其特征在于：对车辆由溜坡改为静止状态的判断标准为：驱动电机旋转方向由反转变为正传，而且驱动电机转速超过设定值，驱动电机转速值设为3rpm。

8.根据权利要求7所述的电动汽车坡道起步辅助控制功能的实现方法，其特征在于：当车辆由溜坡变为静止状态时，驱动电机转矩不再增加，并在设定的时间内维持静止状态，驱动电机转矩保持时间设为1s。

9.根据权利要求8所述的电动汽车坡道起步辅助控制功能的实现方法，其特征在于，所述坡道起步辅助控制功能的退出条件为：在设定的转矩保持时间内，驾驶员没有任何操作，超时后坡道起步辅助控制功能自动退出。

10.根据权利要求9所述的电动汽车坡道起步辅助控制功能的实现方法，其特征在于，所述坡道起步辅助控制功能的退出条件为：在设定的转矩保持时间内，如果驱动电机正向转速超过设定值，坡道起步辅助控制功能自动退出，所述驱动电机正向转速设为30rpm。

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