CN105711440A - 一种车辆倒挡控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种车辆倒挡控制方法，获取电机解析扭矩；获取电机转速；将所述电机转速与目标设定转速进行比较；如果电机转速大于目标设定转速，则进行电机转速闭环控制，并通过上下限限值处理得到转速限值系数；将所述电机解析扭矩与所述转速限值系数相乘取负得到电机倒挡扭矩。该方案通过电机转速来代替车速的测量，不仅能提高控制精度，还能够节约成本。此外，本方案中整车控制器接收车辆信号，计算倒挡扭矩，并且电机转速达到目标设定转速时，进行电机转速闭环控制；电机控制器接收扭矩信号并且通过限值处理，能够限制电机的输出转速。通过该倒档控制方法能够提升车辆在倒挡时速度的平顺性，而通过电机控制器的上下限值处理能够起到双重保护的功能。

Description

一种车辆倒挡控制方法和系统

技术领域

本发明涉及汽车控制领域，具体地说是一种车辆倒挡控制方法。

背景技术

电动汽车具有零排放、无污染、能量转换效率高、噪声小等特点，是解决城市化汽车突出问题的重要途径。发展电动汽车将对调整我国产业结构、提高重点领域的创新能力和市场竞争能力，促进经济社会协调发展产生深远影响。电动汽车的价值不仅仅是节能减排，更是一种用能方式的变革及由此带来的能源结构的优化，只有通过电动汽车才能从根本上解决石油依赖、环境污染、温室气体排放以及能源安全问题，是发展新能源汽车的最终选择。

车辆运行状态包括前行和后退，分别通过前进挡和倒挡来实现，车辆倒挡是实现整车后退功能的挡位，其行驶方向跟挂前进挡的正好相反，即跟正常前进时的正好相反。所以倒车时，就存在更高的几率出现事故，或者碰到车后部，或者碰到他人车辆。为了车辆及行人的安全，车辆在挂倒挡倒退行驶过程中，必须对车辆进行限速。传统内燃机汽车通过倒挡比较大的速比来对车辆进行限速，但是电动汽车，尤其是直驱电动汽车，车辆没有变速箱，车辆的倒挡是通过电机的反转来实现。这就需要整车控制器及电机控制器对电机进行限速，限速的同时并且要考虑驾驶平顺性。

目前，现有的倒挡控制的方案如下：整车控制器接收电机最大允许扭矩、加速踏板、电机转速、车速、挡位等信号。根据加速踏板及电机转速信号，查询二维表得到扭矩百分比，最后将该扭矩百分比与电机最大运行扭矩相乘得到电机解析扭矩。根据车速查询一维表，得到车速限值系数。该一维表起到限值电机扭矩的作用，目前的方案中，该表格的数值如下表1所示：

表1

车速	0	5	10	15	20
						系数	1	1	1	0	0

在车速小于10km/h之前，车速限值系数一直为1，到15km/h，车速限值系数变为0。在10-15km/h之间采用差值算法。最后将该车速限值系数与电机解析扭矩相乘，再乘以一个-1，得到电机倒挡需求扭矩。该方案中通过车速信号查一维表得到车速限值系数，在车速到达15km/h（标定值）之后，车速限值系数为0，这样与电机最大允许扭矩相乘得到的电机倒挡扭矩为0。这会出现以下情况：

1）在平坦的路面：车辆挂倒挡，当车速超过15km/h时，电机输出的扭矩变为0，车辆没有动力，此时不管驾驶员如何踩加速踏板，车辆始终没有动力输出；当车辆由于地面阻力，车速降到15km/h以下，车辆又有动力；如此反复，给驾驶员的感觉是车辆的动力时有时无。

2）在倒车上坡：车辆挂倒挡，同样，当车速超过15km/h时，电机输出的扭矩变为0，车辆没有动力，此时不管驾驶员如何踩加速踏板，车辆始终没有动力输出；相对于平坦路面，车辆在坡道上行驶，由于车辆重力会使车辆在坡道上具有下滑的趋势，此时车辆无动力，给使驾驶员产生惊慌，容易产生事故。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中的车辆倒挡时动力时有时无，驾驶平顺性差的问题，从而提出一种扭矩输出稳定、驾驶平顺的车辆倒挡控制方法和系统。

为解决上述技术问题，本发明的提供一种车辆倒挡控制方法和系统，包括

获取电机解析扭矩；

获取电机转速；

将所述电机转速与目标设定转速进行比较；

如果电机转速大于目标设定转速，则进行电机转速闭环控制，并通过上下限限值处理得到转速限值系数；

将所述电机解析扭矩与所述转速限值系数相乘取负得到电机倒挡扭矩。

优选地，如果电机转速小于目标设定转速，则通过查表获得转速限值系数，所述表中存储有电机转速与转速限值系数的对应关系。

优选地，所述获取电机解析扭矩的过程，包括：

获取电机最大允许扭矩；

根据当前电池状态和电池温度，获取电池最大允许扭矩；

将所述电机最大允许扭矩和电池最大允许扭矩取小，得到扭矩限值；

根据当前加速踏板的位置和当前的电机转速，得到扭矩百分比；

将所述扭矩限值与所述扭矩百分比相乘，得到电机解析扭矩。

优选地，根据当前电池状态和电池温度，获取电池最大允许扭矩的步骤之前，还包括建立电池状态、电池温度对应的电池最大允许扭矩的表格；在计算转速限值系数之前，还包括建立电机转速与转速限值系数的对应关系。

优选地，所述电机转速闭环控制包括根据电机转速与目标设定转速的差值，通过PID计算得到PID系数。

本方案提供一种车辆倒挡控制系统，包括

电机解析扭矩获取单元：获取电机解析扭矩；

电机转速获取单元：获取电机转速；

比较单元：将所述电机转速与目标设定转速进行比较；

第一转速限值系数计算单元：如果电机转速大于目标设定转速，则进行电机转速闭环控制，并进行上下限限值处理得到转速限值系数；

电机倒挡扭矩输出单元：将所述电机解析扭矩与所述转速限值系数相乘取负得到电机倒挡扭矩。

优选地，还包括，第二转速限值系数计算单元：如果电机转速小于目标设定转速，则通过查表获得转速限值系数，所述表中存储有电机转速与转速限值系数的对应关系。

优选地，所述电机解析扭矩获取单元包括：

电机最大允许扭矩获取子单元：获取电机最大允许扭矩；

电池最大允许扭矩获取子单元：根据当前电池状态和电池温度，获取电池最大允许扭矩；

扭矩限值子单元：将所述电机最大允许扭矩和电池最大允许扭矩取小，得到扭矩限值；

扭矩百分比计算子单元：根据当前加速踏板的位置和当前的电机转速，得到扭矩百分比；

电机解析扭矩输出子单元：将所述扭矩限值与所述扭矩百分比相乘，得到电机解析扭矩。

优选地，电池最大允许扭矩获取子单元，还包括建表子单元：建立电池状态、电池温度对应的电池最大允许扭矩的表格，所述第二转速限值系数计算单元还包括对应关系建立子单元：建立电机转速与转速限值系数的对应关系。

优选地，所述第一转速限值系数计算单元还包括电机转速闭环控制子单元：根据电机转速与目标设定转速的差值，通过PID计算得到PID系数。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点，

（1）本发明提供一种车辆倒挡控制方法，通过电机转速来代替车速的测量，电机转速传感器信号用试验的方法确认与车速传感器信号的关系，并以此来代替车速传感器信号，不仅能提高控制精度，还能够节约成本。此外，本方案中整车控制器接收车辆信号，计算倒挡扭矩，并且电机转速达到设定转速（即目标设定转速）时，进行电机转速闭环控制；电机控制器接收扭矩信号并且通过限值处理，能够限制电机的输出转速。通过整车控制器能够提升车辆的速度在倒挡时的平顺性，而通过电机控制器的上下限值处理能够起到双重保护的功能。

（2）本发明的车辆倒挡控制方法，根据当前电池状态和电池温度，获取电池最大允许扭矩，由于考虑到了电池的状态，通过电池对应的扭矩限值，避免了电池过放情况的发生。

（3）本发明提供一种车辆倒挡控制系统，包括电机解析扭矩获取单元、电机转速获取单元、比较单元、第一转速限值系数计算单元以及电机倒挡扭矩输出单元，通过电机转速来代替车速的测量，不仅能提高控制精度，还能够节约成本。通过整车控制器能够提升车辆的速度在倒挡时的平顺性，而通过电机控制器的上下限值处理能够起到双重保护的功能。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是现有技术中的倒档控制方法示意图；

图2是本发明实施例中的一种倒档控制方法的流程图；

图3是本发明实施例中的一种倒档控制方法的示意图。

具体实施方式

实施例1：

本实施例中提供一种车辆倒挡控制方法，用于车辆倒挡，其过程如下：

首先，获取电机解析扭矩。此处的方法可以采用现有技术中的方法，根据当前加速踏板的位置和电机转速，通过查二维表的方式得到扭矩百分比，然后将电机最大允许扭矩与该扭矩百分比相乘，可以得到电机解析扭矩。此处的二维表可以根据大量的实验建立。

同时，获取电机转速。电机转速可以通过设置在电机处的电机转速传感器来获得。

然后，将当前的电机转速与目标设定转速进行比较，目标设定转速是电机的转速限值，在设置完成后，该值时一个固定值。如果电机转速大于目标设定转速，说明电机转速已经超过电机转速的限值，因此需要进行调整，此时进行电机转速闭环控制，具体为：根据电机转速与目标转速的差值，通过PID计算得到PID系数。然后，再进行上下限限值处理得到转速限值系数。根据该差值通过PID控制器，得到PID系数，由于不能保证在任何情况下PID控制都是有效地，为了避免PID失调带来的较大数据偏差，因此通过上下限值处理，将该值进一步限定在合理的范围内，保证在合理的范围内输出扭矩。

最后，将所述电机解析扭矩与所述转速限值系数相乘取负得到电机倒挡扭矩。

在其他的可以实现方式中，如果电机转速小于目标设定转速，则通过查表获得转速限值系数，所述表中存储有电机转速与转速限值系数的对应关系。在计算转速限值系数之前，还包括建立电机转速与转速限值系数的对应关系的表格的过程。

实施例中提供一种车辆倒挡控制方法，由于电动汽车采用直驱形式，电机的转速与车速具有一定的函数关系，同时控制电机转速比控制车速有更高的精度，所以可以采用电机转速传感器代替车速传感器。通过电机转速来代替车速的测量，电机转速传感器信号用试验的方法确认与车速传感器信号的关系，并以此来代替车速传感器信号，不仅能提高控制精度，还能够节约成本。此外，本方案中整车控制器接收车辆信号，计算倒挡扭矩，并且电机转速达到设定转速（即目标设定转速）时，进行电机转速闭环控制；电机控制器接收扭矩信号并且通过限值处理，能够限制电机的输出转速。通过整车控制器能够提升车辆的速度在倒挡时的平顺性，而通过电机控制器的上下限值处理能够起到双重保护的功能。

实施例2：

本实施例中提供另外一种车辆倒车控制方法，其主要步骤与实施例1相同，本实施例中获取电机解析扭矩的过程，与实施例1不同，通过加入电池对扭矩的影响，尽量减少电池过放的情况发生。获取电机解析扭矩的过程包括如下步骤：

首先，获取电机最大允许扭矩。此处的电极最大允许扭矩是电机的参数之一，针对每种电机都有具体的电机最大允许扭矩值。

然后，根据当前电池状态和电池温度，获取电池最大允许扭矩。由于电池对输出扭矩也有一定的影响，因此根据电池的SOC以及电池温度（还可以包括电池的充放电特性）建立一个二维表，表中的数据是当前电池所能提供的最大功率。电池SOC，全称是StateofCharge，荷电状态，也叫剩余电量，代表的是电池使用一段时间或长期搁置不用后的剩余容量与其完全充电状态的容量的比值，常用百分数表示。通过查表的方式可以得到当前电池所能提供的电池最大允许扭矩。

接着，将所述电机最大允许扭矩和电池最大允许扭矩取小，得到扭矩限值。此处的扭矩限制由电机最大允许扭矩和电池最大允许扭矩取小获得，因此可以大大降低电池供电不足导致的过放问题，大大提高电池的使用寿命和安全性能。

再次，根据当前加速踏板的位置和当前的电机转速，得到扭矩百分比。

最后，将所述扭矩限值与所述扭矩百分比相乘，得到电机解析扭矩。

现有技术的方案中，将电机最大允许扭矩作为车辆的最大扭矩，并未考虑到到电池的状态，当电池电量低时，电池所能提供的扭矩要小于电机最大允许扭矩，这就有可能存在导致电池过放的情况。本方案中，由于考虑到了电池的状态，通过电池对应的扭矩限值，避免了电池过放情况的发生。

实施例3：

本实施例中提供一种电动车或混合动力汽车的倒挡控制方法，涉及三个控制器，其中包括：整车控制器，用于管理车辆的整体状态；电池管理系统，用于管理电池的整体状态；电机控制器，用于控制电机的运行。

整车控制器包括输入模块，接收其他控制器及外围器件的信号，电池SOC（电池荷电状态）、电池温度、挡位信号、加速踏板信号、电机转速信号等；扭矩解析模块，根据输入模块的信号，计算车辆的最大允许扭矩；限速系数模块，计算限速时的系数；输出模块，将需求扭矩信号传送给电机控制器。

电机控制器即要接收整车控制器发送的倒挡扭矩并执行，同时电机控制器内部建立一个转速限速模块，用来限制倒挡的最高转速，起到倒挡双重保护的作用。

输入模块主要是接收其他控制器及外围元器件发送给整车控制器的信号。挡位器通过硬线给整车控制器发送当前车辆的挡位状态，挡位器有三个状态：D（前进挡）、N（空挡）、R（倒挡）。

本实施例中的方案是指在挡位器挂倒挡的情况。加速踏板通过硬线将当前驾驶员的驾驶意图发送给整车控制器。电池管理系统将电池SOC及电池温度发送给整车控制器，电机控制器将当前的电机转速发送给整车控制器。由于本方案的电动汽车采用直驱的方式，所以电机转速跟车速存在着特定的函数关系。故车辆不需要额外的车速传感器。采用试验的方法将电机转速和车速的数据记录下来，然后通过线性拟合的方法得出电机转速与车速的函数关系。本发明以下将用电机转速代替车速，不仅可以节约成本，也可以提高控制精度。

扭矩解析模块主要是计算整车所能提供的最大允许扭矩。电池管理系统将电池SOC及电池温度等信号发送给整车控制器，整车控制器的扭矩解析模块根据电池SOC及电池温度以及电池的充放电特性建立一个二维表格，表格中的数值是当前电池所能提供的最大功率，然后根据当前的转速，得到此时电池所能提供的最大扭矩。将电池最大允许扭矩与电机的最大允许扭矩做取小处理。然后根据加速踏板开度以及电机转速，查询二维表，得到扭矩百分比，将该数值与整车最大允许扭矩相乘得到电机解析扭矩。

然后，计算电机的转速限值系数。过程如下：将电机转速与目标转速做差值，判断该差值是否大于0，如果该差值小于0，则根据电机转速查询一维表格得到转速限值系数；如果电机转速与目标转速的差值大于0，则将该差值通过PID控制器，得到PID系数，并做上下限限值，得到转速限值系数。

转速限值系数主要是计算车辆倒挡时的限速系数，将该系数与电机解析扭矩相乘并乘以-1得到电机倒挡扭矩。

这样就能保证车辆在大于目标转速的时候，车辆是按照目标转速在行驶，不会出现动力时有时无的情况，保证了车辆行驶的平顺性。

最后，本方案中的电机控制器接收到整车控制器发送的电机倒挡扭矩，控制电机执行该扭矩。另外，电机控制器对于车辆倒挡状态，对电机转速进行限值处理，该限值是可标定量。这样不仅在整车控制器中具有倒挡限速保护功能，电机控制器也具备限速保护功能，实现了双重保护。

本实施例中的倒挡控制方法具有以下优点，首先，采用电机转速传感器代替车速传感器，提高精度，并且节约成本；其次，利用试验来确定电机转速与车速的函数关系，准确性高，且节约成本；再次，整车控制器接收挡位信号、电机转速信号、电池SOC、电机放电功率等信号，计算当前车辆所能提供的最大能力，从而确定当前倒挡需要的扭矩，避免了现有技术中倒车时动力时有时无的问题，提高了驾驶的平稳性。

实施例4：

本实施例中提供一种车辆倒挡控制系统，包括

电机解析扭矩获取单元：获取电机解析扭矩；

电机转速获取单元：获取电机转速；

比较单元：将所述电机转速与目标设定转速进行比较；

第一转速限值系数计算单元：如果电机转速大于目标设定转速，则进行电机转速闭环控制，并进行上下限限值处理得到转速限值系数；

电机倒挡扭矩输出单元：将所述电机解析扭矩与所述转速限值系数相乘取负得到电机倒挡扭矩。

其他的实施例中，还包括第二转速限值系数计算单元：如果电机转速小于目标设定转速，则通过查表获得转速限值系数，所述表中存储有电机转速与转速限值系数的对应关系。

本实施例中，所述电机解析扭矩获取单元包括：

电机最大允许扭矩获取子单元：获取电机最大允许扭矩；

电池最大允许扭矩获取子单元：根据当前电池状态和电池温度，获取电池最大允许扭矩；

扭矩限值子单元：将所述电机最大允许扭矩和电池最大允许扭矩取小，得到扭矩限值；

扭矩百分比计算子单元：根据当前加速踏板的位置和当前的电机转速，得到扭矩百分比；

电机解析扭矩输出子单元：将所述扭矩限值与所述扭矩百分比相乘，得到电机解析扭矩。

本实施例中，电池最大允许扭矩获取子单元，还包括建表子单元：建立电池状态、电池温度对应的电池最大允许扭矩的表格，所述第二转速限值系数计算单元还包括对应关系建立子单元：建立电机转速与转速限值系数的对应关系。

作为优选地，所述第一转速限值系数计算单元还包括电机转速闭环控制子单元：根据电机转速与目标设定转速的差值，通过PID计算得到PID系数。

本发明提供一种车辆倒挡控制系统，包括电机解析扭矩获取单元、电机转速获取单元、比较单元、第一转速限值系数计算单元以及电机倒挡扭矩输出单元，通过电机转速来代替车速的测量，不仅能提高控制精度，还能够节约成本。通过整车控制器能够提升车辆的速度在倒挡时的平顺性，而通过电机控制器的上下限值处理能够起到双重保护的功能。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

Claims (10)

1.一种车辆倒挡控制方法，其特征在于，包括

获取电机解析扭矩；

获取电机转速；

将所述电机转速与目标设定转速进行比较；

如果电机转速大于目标设定转速，则进行电机转速闭环控制，并通过上下限限值处理得到转速限值系数；

将所述电机解析扭矩与所述转速限值系数相乘取负得到电机倒挡扭矩。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括，如果电机转速小于目标设定转速，则通过查表获得转速限值系数，所述表中存储有电机转速与转速限值系数的对应关系。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述获取电机解析扭矩的过程，包括：

获取电机最大允许扭矩；

根据当前电池状态和电池温度，获取电池最大允许扭矩；

将所述电机最大允许扭矩和电池最大允许扭矩取小，得到扭矩限值；

根据当前加速踏板的位置和当前的电机转速，得到扭矩百分比；

将所述扭矩限值与所述扭矩百分比相乘，得到电机解析扭矩。

4.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，根据当前电池状态和电池温度，获取电池最大允许扭矩的步骤之前，还包括建立电池状态、电池温度对应的电池最大允许扭矩的表格；在计算转速限值系数之前，还包括建立电机转速与转速限值系数的对应关系。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的方法，其特征在于，所述电机转速闭环控制包括根据电机转速与目标设定转速的差值，通过PID计算得到PID系数。

6.一种车辆倒挡控制系统，其特征在于，包括

电机解析扭矩获取单元：获取电机解析扭矩；

电机转速获取单元：获取电机转速；

比较单元：将所述电机转速与目标设定转速进行比较；

第一转速限值系数计算单元：如果电机转速大于目标设定转速，则进行电机转速闭环控制，并进行上下限限值处理得到转速限值系数；

电机倒挡扭矩输出单元：将所述电机解析扭矩与所述转速限值系数相乘取负得到电机倒挡扭矩。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括，第二转速限值系数计算单元：如果电机转速小于目标设定转速，则通过查表获得转速限值系数，所述表中存储有电机转速与转速限值系数的对应关系。

8.根据权利要求6或7所述的系统，其特征在于，所述电机解析扭矩获取单元包括：

电机最大允许扭矩获取子单元：获取电机最大允许扭矩；

电池最大允许扭矩获取子单元：根据当前电池状态和电池温度，获取电池最大允许扭矩；

扭矩限值子单元：将所述电机最大允许扭矩和电池最大允许扭矩取小，得到扭矩限值；

扭矩百分比计算子单元：根据当前加速踏板的位置和当前的电机转速，得到扭矩百分比；

电机解析扭矩输出子单元：将所述扭矩限值与所述扭矩百分比相乘，得到电机解析扭矩。

9.根据权利要求6-8任一所述的系统，其特征在于，电池最大允许扭矩获取子单元，还包括建表子单元：建立电池状态、电池温度对应的电池最大允许扭矩的表格，所述第二转速限值系数计算单元还包括对应关系建立子单元：建立电机转速与转速限值系数的对应关系。

10.根据权利要求6-9任一所述的系统，其特征在于，所述第一转速限值系数计算单元还包括电机转速闭环控制子单元：根据电机转速与目标设定转速的差值，通过PID计算得到PID系数。