CN103879306B - 一种汽车坡道辅助系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种汽车坡道辅助系统及其控制方法，通过驾驶员请求坡道辅助功能，同时采集整车倾角、当前车速、目标车速、档位、驻车、油门、制动、电机等信息判断上坡起步状态或上坡行驶状态，确定当前状态后调整起步蠕行扭矩和上坡扭矩，在坡道起步无驻车的情况下，松开制动踏板到加油门的时间内，至少维持车辆平衡，防止车辆在坡道溜车。

Description

一种汽车坡道辅助系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及纯电动汽车控制领域，特别涉及使用永磁同步电机为驱动电机的纯电动汽车的坡道辅助控制，防止车辆发生溜坡，以达到坡道起步及坡道行驶的辅助。
背景技术
在特定的场合如停车场坡道、山路坡道时，可能需要频繁起停，为了防止车辆倒溜，所以需要一种坡道辅助系统。纯电动汽车完全由车载动力电池为动力源，并利用整车控制器、电机控制器、电池管理系统等控制器。通过驱动电机将电能转化为机械能，驱动车轮前进。目前驱动电机主要有直流电机、永磁同步电机、开关磁阻电机、感应电机等。永磁电机具有效率高、输出转矩稳定、功率体积比大等优点。
在坡道工况时，普通手动挡燃油车，从踩下离合器、松开制动踏板到松开离合器并踩下油门的过程中，汽车在一段时间内完全丧失动力，此时会发生车辆溜坡。普通自动挡燃油车，在D档松开制动踏板时有可能因为动力输出不足而发生车辆溜坡。某些中高档燃油车配备了坡道辅助功能按键，当车辆处于坡道工况及该功能下，在松开制动踏板后，车辆制动仍会保持1-2秒，从而给驾驶员提供了充裕的操控时间，防止车辆溜坡。
纯电动汽车由于电机特性与发动机特性截然不同，并且无怠速运转。所以纯电动汽车在坡道运行时与传统燃油车存在一些不同。发动机在停机时没有扭转输出，而电机可以在转子静止的状态下输出扭矩。因此只需控制动力系统输出扭矩与负载转矩平衡，即可实现纯电动汽车在坡道上静止起步辅助。但考虑到坡度与电机自身性能，为了防止电机堵转烧毁控制器，将维持时间等设定在一定范围内。
纯电动汽车的坡道工况，主要分为上坡、下坡两个状态。同时每个状态又存在起步和正常驾驶两种情况。由于下坡不存在溜坡，所以不做赘述。上坡起步时又会遇到松开制动踏板到踩油门的时间内车辆后溜、油门反应滞后等问题。在上坡正常驾驶过程中可能会出现动力不足而导致车辆后溜、一直处于大功率放电而导致电机堵转烧毁电机控制器等。
未来的纯电动汽车将大量采用永磁同步电机，其矢量控制方式可以精确控制电机的输出扭矩，从而提供极佳的操控性能，包括加速、制动、巡航及驻车等功能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种汽车坡道辅助系统及其控制方法，提高整车坡道行驶的安全性和舒适性。通过驾驶员请求坡道辅助功能，同时采集整车倾角、当前车速、目标车速、挡位、驻车、油门、制动、电机等信息判断上坡起步状态或上坡行驶状态，确定当前状态后调整起步蠕行扭矩和上坡扭矩，在坡道起步无驻车的情况下，松开制动踏板到加油门的时间内，至少维持车辆平衡，防止车辆在坡道溜车。
具体技术方案如下：
一种汽车坡道辅助系统，包括整车控制器，电机控制器和电机，所述整车控制器与电机控制器通讯连接并可对其进行控制，所述电机控制器与电机通讯连接并可对其进行控制，整车控制器包括蠕行控制模块，用于调用定义的坡道辅助起步蠕行扭矩；整车控制器包括扭矩仲裁模块，用于对扭矩信号进行处理并传送至电机控制器。
进一步地，整车控制器还包括油门踏板解析模块，用于进入和调整坡道行驶油门踏板MAP。
上述汽车坡道辅助系统的辅助方法，包括如下步骤：
(1)驾驶员请求坡道辅助功能；
(2)判断当前整车状态是否为上坡状态；
(3)当步骤(2)中判断整车状态为上坡状态时，判断当前整车运行状态是上坡起步/倒溜状态或是上坡行驶状态：
(3-1)当判断为上坡起步/倒溜状态时，汽车坡道辅助系统计算出要调整的蠕行扭矩；
(3-2)当判断为上坡行驶状态时，汽车坡道辅助系统计算出当前上坡扭矩；(4)电机控制器根据步骤(3-1)或(3-2)的扭矩信号控制电机输出相应扭矩。
进一步地，步骤(1)中通过外部按键发送坡道辅助请求。
进一步地，步骤(2)中通过整车控制器接收请求后，通过整车状态信息判断整车是否处于上坡状态。
进一步地，步骤(3)中通过比较当前车速与目标车速来判断当前整车运行状态是上坡起步/倒溜状态或是上坡行驶状态。
进一步地，步骤(3-1)中通过计算整车状态信息，蠕行控制模块调整蠕行扭矩值，使在驾驶员松开制动踏板后一定时间内输出相应电机扭矩维持车辆静止，防止车辆倒溜。
进一步地，步骤(3-2)中通过油门踏板解析模块进入一新油门MAP，通过新油门踏板MAP计算出当前上坡扭矩，使油门踏板在低开度时有较高的扭矩响应，通过比较当前车速与目标车速，计算出上坡扭矩。
进一步地，步骤(2)中通过采集整车倾角信息、当前车速信息、目标车速、当前挡位信息、驻车信息、油门踏板信息、制动踏板信息、关键零部件信息、故障信息和/或电机信息判断上坡起步状态或上坡行驶状态。
进一步地，步骤(4)中所述扭矩信号为由整车控制器处理后的扭矩信号，步骤(2)中整车角度信息获取整车前进方向与水平面的倾角，通过与定义的上坡倾角区间进行比较，如果当前的整车倾角在定义区间内时，则判定整车为上坡状态；和/或，步骤(3-1)中的整车状态信息包括：整车的当前车速与目标车速的判断，整车的当前挡位处于前进挡或倒车档，整车的驻车挡为松开状态，整车的油门踏板小于油门踏板阈值，整车关键零部件工作正常，整车无相关故障；步骤(3-2)中的整车状态信息包括：整车的当前车速与目标车速的判断，整车的当前挡位处于前进挡或倒车档。整车的驻车挡为松开状态，整车的油门踏板大于油门踏板阈值，整车的关键零部件工作正常，整车无相关故障；和/或，驾驶员请求扭矩经过扭矩仲裁模块的限制、平滑、滤波，发送到电机控制器，控制器经过处理后，进而控制电机输出相应的扭矩。
与目前现有技术相比，本发明，通过驾驶员请求坡道辅助功能，同时采集整车倾角信息判断上坡起步状态和上坡行驶状态，调整起步蠕行扭矩和上坡扭矩，防止车辆坡道溜车。
附图说明
图1为本发明的纯电动汽车的坡道控制系统的流程图；
图2为本发明的纯电动汽车的系统原理图；
具体实施方式
下面根据附图对本发明进行详细描述，其为本发明多种实施方式中的一种优选实施例。
本发明的基本原理为：将该功能设置为外部按键式，通过驾驶员发送请求，同时整车控制器进行当前车辆状态信息的判断后，来决定是否实现该功能。实例包括如下步骤：①驾驶员发送请求信号，需要该功能介入。③判断当前整车状态是否为上坡状态，②当前是上坡状态后，通过比较当前车速与目标车速，判断当前整车运行状态是上坡起步/倒溜状态或是上坡行驶状态；③如果是上坡起步/倒溜状态时，通过计算整车状态信息，调整蠕行扭矩值，使在驾驶员松开制动踏板后1-2秒内输出相应电机扭矩维持车辆静止。④上坡行驶状态时，则通过新油门踏板MAP，计算出当前上坡扭矩。。
根据本发明的纯电动汽车的坡道控制，根据整车的当前状态，计算出车辆运行在坡道上时的扭矩请求数值，进而由电机控制器输出对应的扭矩，以确保整车运行在坡道时的安全性和舒适性。
本发明中驾驶员请求信息通过外部按键功能实现。
本发明中整车状态信息包括，整车的当前挡位信息、油门踏板信息、制动踏板信息、驻车信息、角度信息、车速信息、电机相关信息、关键零部件信息及故障信息等。
本发明中判断车辆属于上坡状态的信息为，整车角度信息获取整车前进方向与水平面的倾角，通过与定义的上坡倾角区间进行比较，如果当前的整车倾角在定义区间内时，则判定整车为上坡状态。
本发明中判断车辆属于上坡起步/倒溜状态的信息为，整车在上坡状态的基础上，整车的当前车速与目标车速的判断，整车的当前挡位处于前进挡或倒车档，整车的驻车挡为松开状态，整车的油门踏板小于油门踏板阈值，整车关键零部件工作正常，整车无相关故障。
本发明中判断车辆属于上坡行驶状态的信息为，整车在上坡状态的基础上，整车的当前车速与目标车速的判断，整车的当前挡位处于前进挡或倒车档。整车的驻车挡为松开状态，整车的油门踏板大于油门踏板阈值，整车的关键零部件工作正常，整车无相关故障。
本发明中根据整车的倾角信息计算整车在坡道的自身下滑力，其中。并将该值转换为坡道阻力扭矩，在坡道起步状态时，则通过坡道阻力扭矩等调整CREEP蠕行扭矩，在坡道行驶状态时，则根据整车油门踏板信息和所述当前车速计算整车的驾驶员的请求扭矩。
本发明中坡道行驶中新定义的油门踏板MAP，要求油门踏板在低开度有较的扭矩，同时保证车辆行驶的平顺性，根据整车角度信息，对新油门踏板MAP有不同的修正。
本发明中的驾驶员请求扭矩经过扭矩仲裁的平滑和滤波，最终发送到电机控制器，控制器经过处理后，进而控制电机输出相应的扭矩。
在另一具体实施例中，一种纯电动汽车的坡道辅助系统的控制方法，主要是针对以永磁同步电机为驱动电机的纯电动汽车。可以有效提高纯电动汽车在坡道起步和行驶过程中的安全性及舒适性。具体步骤包括：
①驾驶员通过外部按键发送坡道辅助请求；②整车控制器接收请求后，通过整车状态信息判断整车是否处于上坡状态；③判断为上坡状态后，通过比较当前车速与目标车速判断整车运行状态是为上坡起步/倒溜状态或是上坡行驶状态；④为上坡起步/倒溜状态时，通过计算整车状态信息，在CREEP模块调整蠕行扭矩，在松开制动踏板后的一定时间内，使蠕行扭矩达到一设定值，防止车辆倒溜；⑤为上坡行驶状态时，则通过油门踏板解析模块进入一新油门MAP，使油门踏板在低开度时有较高的扭矩响应，通过比较当前车速与目标车速，计算出上坡扭矩。本发明通过驾驶员请求，根据整车当前状态信息，计算出坡道起步扭矩，调整坡道行驶油门踏板MAP，以确保整车行驶在坡道时的安全性和舒适性。
如图1所示，本发明提供的纯电动车汽车的坡道辅助系统控制流程，包括如下步骤：
步骤S101，驾驶员通过车辆外部按键进行坡道辅助系统控制的请求，发送给整车控制器。
步骤S102，整车控制器接收到驾驶员发送的坡道辅助请求，同时通过采集当前的整车状态信息，判断整车运行状态。当前的整车状态信息包括：角度信息等利用整车的角度传感器采集整车X方向与水平面的角度，将该角度信息经过处理后得到角度模拟信号，发送给整车控制器。整车控制器根据该角度信息与定义的角度区间进行比较判断，如果在定义的上坡角度区间内，则判定整车运行状态为上坡状态。
步骤S103，当判断整车运行状态为上坡状态时，整车控制器通过采集的当前的整车状态信息判断整车是否处于上坡起步状态或上坡行驶状态。整车状态信息包括：当前的车速信息、角度信息、挡位信息、驻车信息、油门踏板信息、制动踏板信息、电机相关信息等。上述信息均由整车控制器调用获得。
上坡起步状态的判定：当前车速小于一定义阈值，当前挡位在前进挡或倒车档，制动踏板开度大于一定义阈值，油门踏板开度小于一定义阈值，车轮不打滑，驻车挡位已送开等。上坡行驶状态的判定：当前车速大于一定义阈值，当前挡位在前进挡或倒车档，油门踏板大于一定义阈值等。
当整车运行状态为上坡起步状态时，通过整车控制器中CREEPCONTROL模块即蠕行控制模块，请求坡道辅助起步功能，调用定义的坡道辅助起步蠕行扭矩。在此之前已经进行对整车状态信息进行判断，发送了蠕行请求信号。该蠕行扭矩同时考虑到不同坡度，进而加载不同大小的扭矩，经过PI调节发送至扭矩仲裁模块进行限制、平滑、滤波处理。最终发送至电机控制器，进而处理后控制电机加载相应的扭矩。该扭矩会比正常情况下的蠕行扭矩大，足以维持车辆在坡道的下滑分力，在松开制动踏板到加油门的时间内，大概1-2S使车辆在定义坡度能至少维持平衡，考虑在大坡度的情况下长时间维持电机输出大扭矩可能导致电机控制器烧毁，进而定义时间在1-2S内，正常驾驶员的操作时间内。
当整车运行状态为上坡行驶状态时，通过整车控制器采集的当前驾驶员请求扭矩、当前整车运行状态等信息判断驾驶员的意图及坡道行驶需求扭矩。同时定义了一个新的油门MAP，该MAP的主要特点为，在电机低转速时即加载较大扭矩，使油门踏板在初始小开度便有较大较快的扭矩响应。
步骤S104，通过整车控制器将处理后的扭矩发送至电机控制器，由电机控制器控制电机实际输出该扭矩，从而驱动整车输出响应的扭矩，以达到驾驶员的意图和上坡辅助的目的。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种汽车坡道辅助系统的辅助方法：
汽车坡道辅助系统包括整车控制器、电机控制器和驱动电机，所述整车控制器与电机控制器通讯连接并可对其进行控制，所述电机控制器与驱动电机通讯连接并可对其进行控制，其特征在于：
整车控制器包括蠕行控制模块，用于调用定义的坡道辅助起步蠕行扭矩；
整车控制器包括扭矩仲裁模块，用于对扭矩信号进行处理并传送至电机控制器；
汽车为使用永磁同步电机为驱动电机的纯电动汽车，整车控制器还包括油门踏板解析模块，用于进入和调整坡道行驶油门踏板MAP；
所述汽车坡道辅助系统的辅助方法包括如下步骤：
（1）驾驶员请求坡道辅助功能；
（2）判断当前整车状态是否为上坡状态；
（3）当步骤（2）中判断整车状态为上坡状态时，判断当前整车状态是上坡起步状态或是上坡行驶状态：
（3-1）当判断为上坡起步状态时，汽车坡道辅助系统计算出要调整的蠕行扭矩；
（3-2）当判断为上坡行驶状态时，汽车坡道辅助系统计算出当前上坡扭矩；
（4）电机控制器根据步骤（3-1）或（3-2）的扭矩信号控制驱动电机输出相应扭矩；
步骤（1）中通过外部按键发送坡道辅助请求。
2.如权利要求1所述的辅助方法，其特征在于，步骤（2）中通过整车控制器接收请求后，通过整车状态信息判断整车是否处于上坡状态。
3.如权利要求1或2所述的辅助方法，其特征在于，步骤（3）中通过比较当前车速与目标车速来判断当前整车状态是上坡起步状态或是上坡行驶状态。
4.如权利要求3所述的辅助方法，其特征在于，步骤（3-1）中通过计算整车状态信息，蠕行控制模块调整蠕行扭矩值，使在驾驶员松开制动踏板后一定时间内输出相应扭矩维持车辆静止，防止车辆倒溜。
5.如权利要求4所述的辅助方法，其特征在于，步骤（3-2）中通过油门踏板解析模块进入一新油门踏板MAP，通过新油门踏板MAP计算出当前上坡扭矩，使油门踏板在低开度时有较高的扭矩响应，通过比较当前车速与目标车速，计算出上坡扭矩。
6.如权利要求5所述的辅助方法，其特征在于，步骤(3)中通过采集整车倾角信息、当前车速信息、当前挡位信息、驻车信息、油门踏板信息、制动踏板信息、故障信息和驱动电机相关信息判断上坡起步状态或上坡行驶状态。
7.如权利要求6中所述的辅助方法，其特征在于，步骤（4）中所述扭矩信号为由整车控制器处理后的扭矩信号，步骤（2）中获取整车前进方向与水平面的倾角，通过与定义的上坡倾角区间进行比较，如果当前的整车倾角在定义的上坡倾角区间内时，则判定整车为上坡状态；步骤（3-1）中的整车状态信息包括：整车的当前车速与目标车速的判断，整车的当前挡位处于前进挡或倒车挡，整车的驻车挡为松开状态，整车的油门踏板小于油门踏板阈值，整车无相关故障；步骤（3-2）中的整车状态信息包括：整车的当前车速与目标车速的判断，整车的当前挡位处于前进挡或倒车挡，整车的驻车挡为松开状态，整车的油门踏板大于油门踏板阈值，整车无相关故障；和/或，驾驶员请求扭矩经过扭矩仲裁模块的限制、平滑、滤波，发送到电机控制器，电机控制器经过处理后，进而控制驱动电机输出相应扭矩。
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