CN104176058A - 一种基于多信息融合的纯电动汽车驱动工况识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多信息融合的纯电动汽车驱动工况识别方法，包括如下步骤：首先依据驾驶员操作意图和驾驶习惯以及车辆实时运行状态，获取挡位信号、制动踏板信号、加速踏板信号、车速信号、电池SOC值信号；然后，运用多信息融合方法将上述信号进行融合分析；最后，对驱动工况行驶模式做出划分，将所述驱动工况分为空转、起步、怠速、匀速、加减速和跛行行车的模式。本发明既能够考虑到驾驶员的操作意图，又考虑纯电动车实时运行状态，并且能够对驱动工况行驶模式做出准确划分，完善纯电动汽车整车驱动控制系统，为制定整车驱动控制策略提供了理论依据。

Description

一种基于多信息融合的纯电动汽车驱动工况识别方法

技术领域

本发明涉及纯电动汽车驱动系统控制技术领域，具体涉及纯电动汽车驱动工况识别控制方法的制定。

背景技术

纯电动汽车行驶时是由电机直接将动力传输给车辆的驱动轴，整车控制器作为电动车的控制单元，是整车动力控制系统的核心，负责整车动力输出、动力性能和能量管理，通过将采集、接收到的数据，经过运算处理后，向ECU发出控制指令，控制车辆的实际运行。驾驶员通过对加速踏板和制动踏板进行操作，将操作意图传递给车辆，由控制算法计算得出需求转矩，并将转矩指令发送给电机控制器以控制电机驱动车辆。

纯电动汽车驱动控制系统是整车动力控制系统中最为关键的部分，也是难点所在，主要因素在于：实际驱动行驶过程中的纯电动汽车是一个变工况、多输入多输出的时变系统。如加速踏板给出的信号与车速的关系不仅与路况有关，还与环境有关，同时与蓄电池当前储能状况有关，这些难以用一个准确的数学模型描述。所以对纯电动汽车驱动行驶过程制定控制策略时往往是不完善的，可能会出现电机输出转矩不符合驾驶员操作意图等情况，严重影响整车性能及乘员舒适性。

由上述对纯电动汽车驱动控制系统的分析可知，如何通过采集到的加速踏板、制动踏板、挡位开关、车速以及电池SOC值等信号，对驾驶员的驾驶意图和当前车辆的行驶状态进行综合分析，准确判断车辆的驱动工况，是制定驱动控制系统控制策略的前提。

针对纯电动汽车驱动控制系统的驱动工况识别，国内外学者提出了一些识别方法，比如：上海交通大学2010年硕士学位毕业论文《纯电动车整车控制策略及控制器的研究》；University of Waterloo 2007年硕士学位毕业论文《Simultaneous Plant/Controller Optimizationof Traction Control for Electric Vehicle》均将驾驶员操作意图作为工况划分的依据，通过参考加速踏板开度信号，判断驾驶员操作意图，来制定驱动系统控制策略。《新能源汽车》的《纯电动轿车整车驱动控制策略开发实践》一文提出通过对加速踏板行程变化及其变化率反映驾驶员操作意图，制定基于模糊控制的驾驶员预测器。

以上几篇文献对驱动工况识别的共性在于：只考虑到驾驶员的操作意图，没有考虑纯电动车实时运行状态，并且没有考虑电动汽车所有可能出现的驱动状态。虽然驾驶员意图的识别是制定驱动系统控制策略的最主要参考依据，但这样必然导致控制策略的不完善性。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于多信息融合的纯电动汽车驱动工况识别方法，能够对驱动工况行驶模式做出准确划分，完善纯电动汽车整车驱动控制系统，为制定整车驱动控制策略提供了理论依据。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种基于多信息融合的纯电动汽车驱动工况识别方法，包括如下步骤：

步骤1，汽车ECU获取挡位信号、制动踏板信号、加速踏板信号、车速信号、电池SOC值信号；

步骤2，依据驾驶员操作意图和驾驶习惯以及车辆实时运行状态，运用多信息融合方法将挡位信号、制动踏板信号、加速踏板信号、车速信号、电池SOC值等信号进行融合分析；其中挡位信号、制动踏板信号、加速踏板信号反映驾驶员的操作意图；手动选择常规模式、经济模式、动力模式反映驾驶员驾驶风格；车速信号、电池SOC值信号反映实时车辆运行状态；

步骤3，依据步骤2对驱动工况行驶模式做出划分，将所述驱动工况分为空转、起步、怠速、匀速、加减速和跛行行车的模式。

进一步，所述步骤3中空转模式的判断为：当挡位开关传感器置于关的位置。

进一步，所述步骤3中起步模式的判断为：当车速小于或等于5km/h、制动踏板无信号且挡位信号不为空档。

进一步，所述步骤3中怠速模式的判断为：当车速大于5km/h、加速踏板无信号且挡位信号不为空档。

进一步，所述步骤3中匀速模式的判断为：当车速大于5km/h、加速踏板开度不为0、加速踏板开度变化率小于标定值且挡位信号不为空档。

进一步，所述步骤3中加减速模式的判断为：当车速大于5km/h、加速踏板开度不为0且加速踏板开度变化率大于或等于标定值。

进一步，所述步骤3中跛行行车模式的判断为：当电池SOC值小于0.2。

进一步，所述起步模式进一步划分的依据为：根据加速踏板开度反映驾驶员起步意图，进一步划分为起车模式及驾驶员起步模式；当加速踏板开度为0时，进入起车模式，当加速踏板开度不为0时进入驾驶员起步模式。

进一步，所述怠速模式进一步划分的依据为：根据车速信号反映车辆实时运行状态，进一步划分为怠速控制模式及无扭矩怠速模式；当车速在5km/h至8km/h之间时，为逐步减小起步转矩，进入怠速控制模式，当车速大于8km/h时，应停止转矩输出，进入无扭矩怠速模式。

进一步，所述加减速模式进一步划分的依据为：根据手动选择驾驶模式反映驾驶员驾驶习惯，进一步划分为常规模式、经济模式及动力模式。

本发明的有益效果为：首先依据驾驶员操作意图和驾驶习惯以及车辆实时运行状态，获取挡位信号、制动踏板信号、加速踏板信号、车速信号、电池SOC值信号；然后，运用多信息融合方法将上述信号进行融合分析；最后，对驱动工况行驶模式做出划分，将所述驱动工况分为空转、起步、怠速、匀速、加减速和跛行行车的模式。本发明既能够考虑到驾驶员的操作意图，又考虑纯电动车实时运行状态，并且能够对驱动工况行驶模式做出准确划分，完善纯电动汽车整车驱动控制系统，为制定整车驱动控制策略提供了理论依据。

附图说明

图1为驱动模式识别策略示意图。

图2为空转模式识别的示意图。

图3为起步模式识别的示意图。

图4为怠速模式识别的示意图。

图5为匀速模式识别的示意图。

图6为加减速模式识别的示意图。

图7为跛行行车模式识别的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

整车控制器ECU作为电动车的控制单元，是整车动力控制系统的核心，负责整车动力输出、动力性能和能量管理，通过将采集、接收到的数据，本发明的基本思想是根据驾驶员驾驶意图以及车辆实时运行状态，通过ECU获取的将挡位信号、制动踏板信号、加速踏板信号、车速信号、电池SOC值等信号进行融合分析。将驱动工况分为空转、起步、怠速、匀速、加减速和跛行行车等具体的模式。并且对起步、怠速、加减速模式进一步细分，其中根据是否有加速踏板开度信号将起步模式分为起车模式和驾驶员起步模式；根据行驶车速大小将怠速模式分为怠速控制模式和无扭矩怠速模式；驾驶员可根据驾驶习惯手动选择驾驶模式，包括常规模式、动力模式和经济模式。

如图1所示，根据挡位信号、制动踏板信号、加速踏板信号、车速信号、电池SOC值等信号，将驱动工况分为空转、起步、怠速、匀速、加减速和跛行行车等具体的模式。并且对具体的驱动模式进一步细分，其中根据是否有加速踏板开度信号将起步模式分为起车模式和驾驶员起步模式；根据行驶车速大小将怠速模式分为怠速控制模式和无扭矩怠速模式；驾驶员可根据驾驶习惯手动选择驾驶模式，包括常规模式、动力模式和经济模式。

如图2所示，当挡位开关传感器置于关的位置时，即档位信号为空档，识别为空转模式。空转模式为过渡模式，电机输出转矩为0，电机处于自由状态，此时电机随驱动轮转动。

如图3所示，当车速小于或等于5km/h且制动踏板无信号时，识别为起步模式。起步模式下，根据加速踏板开度反映驾驶员起步意图，进一步划分为起车模式及驾驶员起步模式。当加速踏板开度为0时，进入起车模式；当加速踏板开度不为0时进入驾驶员起步模式。起车模式是指车辆起动，挡位挂在驱动挡(挡位信号不为空档)，加速踏板开度为0的运行模式，起车模式下车辆最终以恒定速度行驶，该速度即为起车最大稳定车速5km/h；驾驶员起步模式是指车辆起步时，当起车转矩不足以克服起步阻力或驾驶员需要较大起步转矩时，驾驶员通过踩加速踏板来控制车辆起步过程，此时电机输出转矩与加速踏板开度相关。

如图4所示，当车速大于5km/h且加速踏板无信号时，识别为怠速模式。怠速模式下，根据车速信号反映车辆实时运行状态，进一步划分为怠速控制模式及无扭矩怠速模式。当车速在5km/h至8km/h之间时，进入怠速控制模式，怠速控制模式主要是防止当车辆在平路或下坡路面起步时，在起车转矩的作用下，车速将越来越快，所以当车速超过起步最大稳定车速5km/h后，逐渐减小起步转矩，保证起步的安全。同时作为起车模式与无扭矩怠速模式之间的过渡模式，可有效减小转矩波动；当车速大于8km/h时，应停止转矩输出，进入无扭矩怠速模式，无扭矩怠速模式可以反映驾驶员为减速而松开加速踏板的意图，停止转矩输出，使车辆靠惯性减速；也可以反映当汽车起步车速过大，基于安全性考虑，停止扭矩输出从而避免通过踩踏制动踏板减速，造成能量损失。

如图5所示，当车速大于5km/h、加速踏板开度不为0且加速踏板开度变化率小于标定值、且挡位信号不为空档时，识别为匀速模式。匀速行驶模式是指车速大于起步最大稳定车速后，驾驶员基于良好路面状况，保持加速踏板的开度基本维持不变，使汽车匀速行驶。

如图6所示，当车速大于5km/h、加速踏板开度不为0且加速踏板开度变化率大于或等于标定值时，识别为加减速模式。由于加减速模式是纯电动电车驱动工况下最常使用的模式之一，根据手动选择驾驶模式反映驾驶员驾驶习惯，进一步划分为常规模式、经济模式及动力模式。其中，动力模式注重车辆的加速性能，使车辆对于加速踏板的响应更为迅速。对常规模式下的转矩需求做适当的放大处理。经济模式注重提高驱动电机工作效率，尽量使驱动电机在一定转速下的高效区工作。利用一定转速下电机效率曲线修正。

如图7所示，当电池SOC值小于0.2时，识别为跛行行车模式。跛行行车模式是电池电量较低、供电能力不足时的驱动模式。在电池SOC较低的情况下，车辆处于跛行行车模式，驾驶员需求的功率和实际系统的输出能力不符。电机若按驾驶员需求的大功率输出有可能会造成电池供电不足而切断的现象，或者在电池电压低时，电池输出为满足需求功率，使得流经电机的电流增大从而导致电机升温，损坏电机。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于多信息融合的纯电动汽车驱动工况识别方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，汽车ECU获取挡位信号、制动踏板信号、加速踏板信号、车速信号、电池SOC值信号；

步骤2，依据驾驶员操作意图和驾驶习惯以及车辆实时运行状态，运用多信息融合方法将挡位信号、制动踏板信号、加速踏板信号、车速信号、电池SOC值等信号进行融合分析；其中挡位信号、制动踏板信号、加速踏板信号反映驾驶员的操作意图；手动选择常规模式、经济模式、动力模式反映驾驶员驾驶风格；车速信号、电池SOC值信号反映实时车辆运行状态；

步骤3，依据步骤2对驱动工况行驶模式做出划分，将所述驱动工况分为空转、起步、怠速、匀速、加减速和跛行行车的模式。

2.根据权利要求1所述的基于多信息融合的纯电动汽车驱动工况识别方法，其特征在于，所述步骤3中空转模式的判断为：当挡位开关传感器置于关的位置。

3.根据权利要求1所述的基于多信息融合的纯电动汽车驱动工况识别方法，其特征在于，所述步骤3中起步模式的判断为：当车速小于或等于5km/h、制动踏板无信号且挡位信号不为空档。

4.根据权利要求1所述的基于多信息融合的纯电动汽车驱动工况识别方法，其特征在于，所述步骤3中怠速模式的判断为：当车速大于5km/h、加速踏板无信号且挡位信号不为空档。

5.根据权利要求1所述的基于多信息融合的纯电动汽车驱动工况识别方法，其特征在于，所述步骤3中匀速模式的判断为：当车速大于5km/h、加速踏板开度不为0、加速踏板开度变化率小于标定值且挡位信号不为空档。

6.根据权利要求1所述的基于多信息融合的纯电动汽车驱动工况识别方法，其特征在于，所述步骤3中加减速模式的判断为：当车速大于5km/h、加速踏板开度不为0且加速踏板开度变化率大于或等于标定值。

7.根据权利要求1所述的基于多信息融合的纯电动汽车驱动工况识别方法，其特征在于，所述步骤3中跛行行车模式的判断为：当电池SOC值小于0.2。

8.根据权利要求1或3所述的基于多信息融合的纯电动汽车驱动工况识别方法，其特征在于，所述起步模式进一步划分的依据为：根据加速踏板开度反映驾驶员起步意图，进一步划分为起车模式及驾驶员起步模式；当加速踏板开度为0时，进入起车模式，当加速踏板开度不为0时进入驾驶员起步模式。

9.根据权利要求1或4所述的基于多信息融合的纯电动汽车驱动工况识别方法，其特征在于，所述怠速模式进一步划分的依据为：根据车速信号反映车辆实时运行状态，进一步划分为怠速控制模式及无扭矩怠速模式；当车速在5km/h至8km/h之间时，为逐步减小起步转矩，进入怠速控制模式，当车速大于8km/h时，应停止转矩输出，进入无扭矩怠速模式。

10.根据权利要求1或6所述的基于多信息融合的纯电动汽车驱动工况识别方法，其特征在于，所述加减速模式进一步划分的依据为：根据手动选择驾驶模式反映驾驶员驾驶习惯，进一步划分为常规模式、经济模式及动力模式。