CN105711590A - 一种坡道起步辅助控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种坡道起步辅助控制方法和装置，该方法包括：判断车辆是否满足坡道起步辅助条件；若判断得到车辆满足坡道起步辅助条件，则获取车辆所在坡道的坡度，再根据车辆所在坡道的坡度计算坡道起步辅助扭矩，其中，所述坡道起步辅助扭矩为保持车辆静止所需执行的电机输出扭矩；控制电机输出所述坡道起步辅助扭矩，直至油门踏板给定的电机输出扭矩大于等于所述坡道起步辅助扭矩时，才开始控制电机输出所述油门踏板给定的电机输出扭矩，从而使车辆在坡道上实现了安全起步。

Description

一种坡道起步辅助控制方法和装置

技术领域

本发明涉及整车控制技术领域，更具体地说，涉及一种坡道起步辅助控制方法和装置。

背景技术

车辆在坡道上起步时，在驾驶员从制动踏板切换至油门踏板的空档车辆将向后溜，从而导致起步困难。因此，有必要为车辆配置坡道起步辅助功能，该功能用来为车辆在坡道上起步时提供一定的辅助，从而使车辆在坡道上实现安全起步。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种坡道起步辅助控制方法和装置，以使车辆在坡道上实现安全起步。

一种坡道起步辅助控制方法，包括：

判断车辆是否满足坡道起步辅助条件；

若判断得到车辆满足坡道起步辅助条件，则：

获取车辆所在坡道的坡度；

再根据车辆所在坡道的坡度计算坡道起步辅助扭矩，其中，所述坡道起步辅助扭矩为保持车辆静止所需执行的电机输出扭矩；

控制电机输出所述坡道起步辅助扭矩，直至油门踏板给定的电机输出扭矩大于等于所述坡道起步辅助扭矩时，才开始控制电机输出所述油门踏板给定的电机输出扭矩。

其中，车辆满足坡道起步辅助条件的判断标准，包括：车速为零，且档位为前进档，且电机反转转速超过设定转速。

其中，所述根据车辆所在坡道的坡度计算坡道起步辅助扭矩，包括：

将车辆所在坡道的坡度代入公式中，计算得到坡道起步辅助扭矩；

式中，T为坡道起步辅助扭矩；η为从车轮端到电机端的速比；r为车轮半径；G为车辆所受重力；为所述坡度；ζ为车辆的静摩擦系数；δ为转矩浮动系数，其取值需根据具体车型来标定。

其中，所述获取车辆所在坡道的坡度，包括：利用公式

$\∂={\cos }^{-1}\frac{2\×L\×(\sqrt{{\mathrm{\ζ}}^2+1-\frac{4\×L^2}{g^2\×t^4}}-\mathrm{\ζ})}{g\×t^2({\mathrm{\ζ}}^2+1)}$

计算得到车辆所在坡道的坡度，式中：g为重力加速度；t为从驾驶员松开制动踏板开始计时至检测到电机反转转速所用的时间；L为车辆在所述t时间内后溜的距离；ζ为车辆的静摩擦系数。

可选地，所述控制电机输出所述坡道起步辅助扭矩后，还包括：

若油门踏板给定的电机输出扭矩小于所述坡道起步辅助扭矩，且这一状态的持续时间达到设定时长时，控制电机停转，并发出警示信息。

一种坡道起步辅助控制装置，包括：

功能启动条件判断单元，用于判断车辆是否满足坡道起步辅助条件；

功能执行单元，用于在判断得到车辆满足坡道起步辅助条件的情况下，获取车辆所在坡道的坡度，再根据车辆所在坡道的坡度计算坡道起步辅助扭矩，最后控制电机输出所述坡道起步辅助扭矩；其中，所述坡道起步辅助扭矩为保持车辆静止所需执行的电机输出扭矩；

功能退出条件判断单元，用于判断油门踏板给定的电机输出扭矩是否大于等于所述坡道起步辅助扭矩；

第一功能退出单元，用于在油门踏板给定的电机输出扭矩大于等于所述坡道起步辅助扭矩的情况下，控制电机输出所述油门踏板给定的电机输出扭矩。

其中，所述功能启动条件判断单元对车辆满足坡道起步辅助条件的判断标准，包括：车速为零，且档位为前进档，且电机反转转速超过设定转速。

其中，所述功能执行单元为将车辆所在坡道的坡度代入公式中，以计算得到坡道起步辅助扭矩的单元；

式中，T为坡道起步辅助扭矩；η为从车轮端到电机端的速比；r为车轮半径；G为车辆所受重力；为车辆所在坡道的坡度；ζ为车辆的静摩擦系数；δ为转矩浮动系数，其取值需根据具体车型来标定。

其中，所述功能执行单元为利用公式

$\∂={\cos }^{-1}\frac{2\×L\×(\sqrt{{\mathrm{\ζ}}^2+1-\frac{4\×L^2}{g^2\×t^4}}-\mathrm{\ζ})}{g\×t^2({\mathrm{\ζ}}^2+1)}$

获取得到车辆所在坡道的坡度的单元，式中：g为重力加速度；t为从驾驶员松开制动踏板开始计时至检测到电机反转转速所用的时间；L为车辆在所述t时间内后溜的距离；ζ为车辆的静摩擦系数。

可选地，所述坡道起步辅助控制装置，还包括：第二功能退出单元，用于在油门踏板给定的电机输出扭矩小于所述坡道起步辅助扭矩，且这一状态的持续时间达到设定时长时，控制电机停转，并发出警示信息。

从上述的技术方案可以看出，为防止车辆在坡道上起步时后溜，本发明在驾驶员松开制动踏板时对车轮施加驱动来阻止车辆后溜，使之继续保持在静止状态，从而为驾驶员从制动踏板切换至油门踏板提供了充裕的操控时间，进而使车辆在坡道上实现了安全起步，同时也降低了驾驶员的操作难度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为车辆在坡道上的静态受力图；

图2为本发明实施例公开的一种坡道起步辅助控制方法流程图；

图3为本发明实施例公开的又一种坡道起步辅助控制方法流程图；

图4为本发明实施例公开的一种坡道起步辅助控制装置结构示意图；

图5为本发明实施例公开的又一种坡道起步辅助控制装置结构示意图。

具体实施方式

车辆停在坡道上时会受到重力G产生的垂直于路面的分力F1和沿路面向下的分力F2的作用，其静态受力图如图1所示。在F1作用下车辆受到沿路面向上的静摩擦力，该静摩擦力会试图阻止车辆移动；但若车辆所在坡道的坡度大到一定程度而使F2＞F1时，就会导致车辆后溜，所以在较大(即F2＞F1)的情况下驾驶员必须要踩住制动踏板才能使车辆保持静止。

但是，车辆在坡道上起步时需要驾驶员先松开制动踏板再踩下油门踏板，而在较大的情况下，在驾驶员从制动踏板切换至油门踏板的空档必然会发生溜车，因此有必要在此空档启动坡道起步辅助功能以使车辆能够在短时间内继续保持静止状态，从而为驾驶员从制动踏板切换至油门踏板提供充裕的操作时间，进而使车辆在坡道上实现安全起步。所述坡道起步辅助功能的实现方案即是本发明实施例所要阐述的技术方案。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图2，本发明实施例公开了一种坡道起步辅助控制方法，以使车辆在坡道上实现安全起步，包括：

步骤201：判断车辆是否满足坡道起步辅助条件；若满足，进入步骤202；否则，返回步骤201；

车辆停在坡道上时车速为零，若此时档位为前进档，则坡道起步辅助功能处于待启动状态；在此状态下，如果车辆所在坡道的坡度较小(即F2＜F1)，则在驾驶员松开制动踏板后车辆将前行，如果车辆所在坡道的坡度较大(即F2＞F1)，则在驾驶员松开制动踏板后电机将被车轮倒拖而反转，那么当检测到电机反转转速超过某一设定值时，即可认为发生了溜坡(理论上应当以电机反转转速超过零作为发生溜坡的判断标准，但由于车辆传动系统有一定的间隙和柔性，同时电机转速也有一定的采集精度，所以车辆后溜一定距离时才会引起可识别的电机反转转速v，而车速的采集精度相比电机转速则更差，所以可以以电机反转转速超过v作为发生溜坡的判断标准)，需要启动坡道起步辅助功能。基于此，本发明实施例以以下三点同时成立作为车辆满足坡道起步辅助条件的判断标准：①车速为零；②档位为前进档；③电机反转转速超过v，v的取值根据具体车辆标定。

步骤202：获取车辆所在坡道的坡度，再根据所述车辆所在坡道的坡度计算坡道起步辅助扭矩，其中，所述坡道起步辅助扭矩为保持车辆静止所需执行的电机输出扭矩；

正常的电机转矩控制模式，是控制电机输出油门踏板给定的电机输出扭矩。但由于车辆溜坡时驾驶员尚未来得及踩下油门踏板，因此本发明实施例在车辆溜坡时启用一种特殊的电机转矩控制模式，该模式根据车辆所在坡道的坡度计算出保持车辆静止所需执行的电机输出扭矩，并作为指令发送给电机控制器进行执行，从而通过对车轮施加驱动来使车辆保持在静止状态。所述特殊的电机转矩控制模式，即为车辆需要配置的坡道起步辅助功能；所述保持车辆静止所需执行的电机输出扭矩，就称为坡道起步辅助扭矩。

其中，根据车辆所在坡道的坡度计算所述坡道起步辅助扭矩的方法及推导过程如下：

在不考虑静摩擦力的情况下，根据车辆所在坡道的坡度计算所述坡道起步辅助扭矩的公式为

$T=\mathrm{\η}\×r\×G\×sin\∂$

式中，T为坡道起步辅助扭矩，η为从车轮端到电机端的速比，r为车轮半径，G为车辆所受重力，为车辆所在坡道的坡度。

但因为有静摩擦力作用，所以坡道起步辅助扭矩会在上下浮动ζ为车辆的静摩擦系数，因此坡道起步辅助扭矩的理论计算公式应当为但为实现电机输出扭矩的快速响应，同时为避免电机输出扭矩过冲，因此本实施例推荐把乘以一定系数δ后再增加到上，从而得到最终的坡道起步辅助扭矩计算公式

$T=\mathrm{\η}\×r\×G\×(sin\∂+\mathrm{\δ}\×\mathrm{\ζ}\×cos\∂)$

其中，δ为转矩浮动系数，其取值需根据具体车型来标定。最终计算出的坡道起步辅助扭矩不能作滤波处理，需要电机尽快响应。

其中，车辆所在坡道的坡度可通过倾角传感器直接测量得到；也可采用一定的计算方式获得，如：车辆停在坡道上时，由于F2＞F1时车辆就会后溜，那么可通过计算车辆后溜效果参数反向推导出车辆所在坡道的坡度。具体的推导方法如下：

前文已经提到，由于车辆传动系统有一定的间隙和柔性，同时电机转速也有一定的采集精度，所以车辆后溜一定距离时才会引起可识别的电机反转转速v，那么设定当车辆后溜距离值L时才会引起可识别的电机反转转速v，车辆后溜距离值L所用时间为t，即从驾驶员松开制动踏板开始计时至能够检测到电机反转转速所用的时间为t。t和L就是所述车辆后溜效果参数。

已知经过T时间车辆后溜距离为L，再根据重力加速度g和车辆的静摩擦系数ζ，可得到如下等式

$L=\frac{g}{2}\×(sin\∂-\mathrm{\ζ}\×cos\∂)\×t^2$

据此求解得到车辆所在坡道的坡度

$\∂={\cos }^{-1}\frac{2\×L\×(\sqrt{{\mathrm{\ζ}}^2+1-\frac{4\×L^2}{g^2\×t^4}}-\mathrm{\ζ})}{g\×t^2({\mathrm{\ζ}}^2+1)}.$

步骤203：判断油门踏板给定的电机输出扭矩是否大于等于所述坡道起步辅助扭矩；若是，说明驾驶员已成功从制动踏板切换至油门踏板，且油门踏板踩下深度已足以保证车辆不溜坡，此时进入步骤204；否则，返回步骤202；

步骤204：控制电机输出所述油门踏板给定的电机输出扭矩，即恢复正常的电机转矩控制模式，起步完成。

由上述描述可以看出，为防止车辆在坡道上起步时后溜，本发明实施例在驾驶员松开制动踏板时开始对车轮施加驱动以阻止车辆后溜，使之继续保持在静止状态，从而为驾驶员从制动踏板切换至油门踏板提供了充裕的操控时间，进而使车辆在坡道上实现了安全起步，同时也降低了驾驶员的操作难度。

此外，基于图2，本发明实施例公开了又一种坡道起步辅助控制方法，以使车辆在坡道上实现安全起步，如图3所示，包括：

步骤201：判断车辆是否满足坡道起步辅助条件；若满足，进入步骤202；否则，返回步骤201；

步骤202：获取车辆所在坡道的坡度，再根据车辆所在坡道的坡度计算坡道起步辅助扭矩；

步骤203：判断油门踏板给定的电机输出扭矩是否大于等于所述坡道起步辅助扭矩；若是，进入步骤204；否则，进入步骤205；

步骤204：控制电机输出所述油门踏板给定的电机输出扭矩，至此，本轮逻辑控制以起步完成结束。

步骤205：判断油门踏板给定的电机输出扭矩小于所述坡道起步辅助扭矩这一状态的持续时间是否达到设定时长，若达到所述设定时长，则进入步骤206；否则，返回步骤202；

步骤206：控制电机停转，并发出警示信息，至此，本轮逻辑控制以起步失败结束。

本实施例相较于图2所示实施例的区别之处在于，增加了步骤205-步骤206，实现了在坡道起步辅助功能启动一段时间后，若驾驶员迟迟不踩油门踏板，则退出坡道起步辅助功能，以节省能耗，并对驾驶员发出起步失败的提醒。

此外，参见图4，本发明实施例公开了一种坡道起步辅助控制装置，以使车辆在坡道上实现安全起步，包括：

功能启动条件判断单元401，用于判断车辆是否满足坡道起步辅助条件；

功能执行单元402，用于在判断得到车辆满足坡道起步辅助条件的情况下，获取车辆所在坡道的坡度，再根据车辆所在坡道的坡度计算坡道起步辅助扭矩，最后控制电机输出所述坡道起步辅助扭矩；其中，所述坡道起步辅助扭矩为保持车辆静止所需执行的电机输出扭矩；

功能退出条件判断单元403，用于判断油门踏板给定的电机输出扭矩是否大于等于所述坡道起步辅助扭矩；

第一功能退出单元404，用于在油门踏板给定的电机输出扭矩大于等于所述坡道起步辅助扭矩的情况下，控制电机输出所述油门踏板给定的电机输出扭矩。

其中，功能启动条件判断单元401对车辆满足坡道起步辅助条件的判断标准，包括：车速为零，且档位为前进档，且电机反转转速超过设定转速。

其中，功能执行单元402为将车辆所在坡道的坡度代入公式中，以计算得到坡道起步辅助扭矩的单元；

式中，T为坡道起步辅助扭矩；η为从车轮端到电机端的速比；r为车轮半径；G为车辆所受重力；为车辆所在坡道的坡度；ξ为车辆的静摩擦系数；δ为转矩浮动系数，其取值需根据具体车型来标定。

其中，功能执行单元402为利用公式

$\∂={\cos }^{-1}\frac{2\×L\×(\sqrt{{\mathrm{\ζ}}^2+1-\frac{4\×L^2}{g^2\×t^4}}-\mathrm{\ζ})}{g\×t^2({\mathrm{\ζ}}^2+1)}$

获取得到车辆所在坡道的坡度，式中：g为重力加速度；t为从驾驶员松开制动踏板开始计时至检测到电机反转转速所用的时间；L为车辆在所述t时间内后溜的距离；ζ为车辆的静摩擦系数。

可选的，参见图5，所述坡道起步辅助控制装置，还包括：第二功能退出单元405，用于在油门踏板给定的电机输出扭矩小于所述坡道起步辅助扭矩，且这一状态的持续时间达到设定时长时，控制电机停转，并发出警示信息。

综上所述，为防止车辆在坡道上起步时后溜，本发明在驾驶员松开制动踏板时对车轮施加驱动来阻止车辆后溜，使之继续保持在静止状态，从而为驾驶员从制动踏板切换至油门踏板提供了充裕的操控时间，进而使车辆在坡道上实现了安全起步，同时也降低了驾驶员的操作难度。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种坡道起步辅助控制方法，其特征在于，包括：

判断车辆是否满足坡道起步辅助条件；

若判断得到车辆满足坡道起步辅助条件，则：

获取车辆所在坡道的坡度；

再根据车辆所在坡道的坡度计算坡道起步辅助扭矩，其中，所述坡道起步辅助扭矩为保持车辆静止所需执行的电机输出扭矩；

控制电机输出所述坡道起步辅助扭矩，直至油门踏板给定的电机输出扭矩大于等于所述坡道起步辅助扭矩时，才开始控制电机输出所述油门踏板给定的电机输出扭矩。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，车辆满足坡道起步辅助条件的判断标准，包括：车速为零，且档位为前进档，且电机反转转速超过设定转速。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据车辆所在坡道的坡度计算坡道起步辅助扭矩，包括：

将车辆所在坡道的坡度代入公式中，计算得到坡道起步辅助扭矩；

式中，T为坡道起步辅助扭矩；η为从车轮端到电机端的速比；r为车轮半径；G为车辆所受重力；为所述坡度；ζ为车辆的静摩擦系数；δ为转矩浮动系数，其取值需根据具体车型来标定。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取车辆所在坡道的坡度，包括：利用公式

$\∂={\cos }^{-1}\frac{2\×L\×(\sqrt{{\mathrm{\ζ}}^2+1-\frac{4\×L^2}{g^2\×t^4}}-\mathrm{\ζ})}{g\×t^2({\mathrm{\ζ}}^2+1)}$

计算得到车辆所在坡道的坡度，式中：g为重力加速度；t为从驾驶员松开制动踏板开始计时至检测到电机反转转速所用的时间；L为车辆在所述t时间内后溜的距离；ζ为车辆的静摩擦系数。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制电机输出所述坡道起步辅助扭矩后，还包括：

若油门踏板给定的电机输出扭矩小于所述坡道起步辅助扭矩，且这一状态的持续时间达到设定时长时，控制电机停转，并发出警示信息。

6.一种坡道起步辅助控制装置，其特征在于，包括：

功能启动条件判断单元，用于判断车辆是否满足坡道起步辅助条件；

功能执行单元，用于在判断得到车辆满足坡道起步辅助条件的情况下，获取车辆所在坡道的坡度，再根据车辆所在坡道的坡度计算坡道起步辅助扭矩，最后控制电机输出所述坡道起步辅助扭矩；其中，所述坡道起步辅助扭矩为保持车辆静止所需执行的电机输出扭矩；

功能退出条件判断单元，用于判断油门踏板给定的电机输出扭矩是否大于等于所述坡道起步辅助扭矩；

第一功能退出单元，用于在油门踏板给定的电机输出扭矩大于等于所述坡道起步辅助扭矩的情况下，控制电机输出所述油门踏板给定的电机输出扭矩。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述功能启动条件判断单元对车辆满足坡道起步辅助条件的判断标准，包括：车速为零，且档位为前进档，且电机反转转速超过设定转速。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述功能执行单元为将车辆所在坡道的坡度代入公式中，以计算得到坡道起步辅助扭矩的单元；

式中，T为坡道起步辅助扭矩；η为从车轮端到电机端的速比；r为车轮半径；G为车辆所受重力；为车辆所在坡道的坡度；ζ为车辆的静摩擦系数；δ为转矩浮动系数，其取值需根据具体车型来标定。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述功能执行单元为利用公式

$\∂={\cos }^{-1}\frac{2\×L\×(\sqrt{{\mathrm{\ζ}}^2+1-\frac{4\×L^2}{g^2\×t^4}}-\mathrm{\ζ})}{g\×t^2({\mathrm{\ζ}}^2+1)}$

获取得到车辆所在坡道的坡度的单元，式中：g为重力加速度；t为从驾驶员松开制动踏板开始计时至检测到电机反转转速所用的时间；L为车辆在所述t时间内后溜的距离；ζ为车辆的静摩擦系数。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述坡道起步辅助控制装置，还包括：第二功能退出单元，用于在油门踏板给定的电机输出扭矩小于所述坡道起步辅助扭矩，且这一状态的持续时间达到设定时长时，控制电机停转，并发出警示信息。