CN105946856A - 一种纯电驱动汽车自适应滑行控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纯电驱动汽车自适应滑行控制方法，其系统包括整车控制器、电机及其控制器以及动力电池及其控制器。整车控制器负责上层协调控制，用于向电机控制器发送命令，并接受电机控制器和动力电池控制器上传的信号。本发明可保持原有车辆的驾乘感受，无需改变驾驶员的驾驶习惯；本发明可根据车辆状态参数和驾驶员的操作实现自动控制，并且可以使车辆在坡道工况下以稳定的速度滑行，可减轻驾驶员的疲劳程度；本发明在坡道工况下可减少驾驶员踩下制动踏板的次数，有效地降低制动器发生热衰退的几率；本发明可实现坡道工况下车辆制动能量的最大化回收，提高了整车经济性；本发明在动力电池荷电状态SOC过高时设置了退出条件，以保护动力电池。

Description

一种纯电驱动汽车自适应滑行控制方法

技术领域

本发明涉及一种电动汽车的智能控制技术，特别涉及一种纯电驱动汽车自适应滑行控制方法。

背景技术

当前市场上的电动汽车在滑行状态下，均采用电机发电产生的制动转矩模拟发动机反拖制动转矩，同时进行制动能量回收。其中宝马i3考虑了坡道工况的安全问题，将车辆滑行时电机的制动转矩调整到较大的数值，方便驾驶员在坡道上保持车速的稳定。特斯拉也考虑了以上问题，并设置了标准回收模式和强回收模式的切换开关，其中标准回收模式下的电机制动转矩是在模拟发动机反拖制动转矩，用于平路工况下的滑行；强回收模式下的电机制动转矩调整到较大的数值，用于坡道工况下的滑行，方便驾驶员保持车速的稳定。

由于宝马i3在滑行时电机制动转矩大小无法调整，车辆在平路上滑行时制动减速度很大，会造成驾乘感受的改变，进而强迫驾驶员改变驾驶习惯；特斯拉虽然通过开关可以调整滑行时电机的制动转矩，但需要驾驶员对回收模式进行手动选择，增加了驾驶员的工作量，易导致驾驶疲劳；另外，宝马i3以及特斯拉在强回收模式下的电机制动转矩是提前设定好的，驾驶员无法根据坡道大小实时调整制动转矩，当车辆在坡道上滑行时，若驾驶员想保持车速稳定，仍需对加速踏板或制动踏板进行操作，即该技术仍未降低驾驶员的工作量。由此可见，在本技术领域，车辆的滑行技术，尤其是在坡道工况下的滑行技术需进行改进。

发明内容

本发明的目的是提供一种纯电驱动汽车自适应滑行控制方法。

为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种纯电驱动汽车自适应滑行控制方法，其系统包括整车控制器、电机及其控制器以及动力电池及其控制器。整车控制器负责上层协调控制，用于向电机控制器发送命令，并接受电机控制器和动力电池控制器上传的信号。整车控制器实时采集的信号有整车纵向加速度a、电机转速n、电机驱动转矩T_d、电机制动转矩T_b和动力电池荷电状态SOC等车辆状态参数信号，以及加速踏板开度APS、制动踏板开度BPS和自适应滑行控制程序开关通断状态等驾驶员的操作信号。电机和动力电池则由各自的控制器内部控制逻辑控制。

本发明自适应滑行控制程序的控制方法包括以下步骤：

1、当整车处于滑行模式时，若驾驶员打开自适应滑行控制程序开关，自适应滑行控制程序则处于可启动状态；否则，自适应滑行控制程序不可启动。

2、若整车纵向加速度a>0，表示车辆在加速，可断定车辆处于坡道工况，且车辆重力沿坡道方向的分力大于行驶阻力与电机反拖阻力之和。为使车速保持稳定，应增大电机制动转矩T_b。因此自适应滑行控制程序启动，整车进入自适应滑行模式。

3、待自适应滑行控制程序启动后，整车控制器记忆当前电机转速n，并向电机控制器发送“发电状态”“转速模式”和“转速为n”的命令。此时，车速得到稳定控制。

4、整车控制器实时采集车辆状态参数信号和驾驶员的操作信号，当整车状态满足加速踏板退出条件、制动踏板退出条件、滑行退出条件以及高荷电状态退出条件其中之一时，自适应滑行控制程序退出，整车退出自适应滑行模式。

本发明加速踏板退出子程序的控制方法包括以下步骤：

1、当整车处于自适应滑行模式时，若加速踏板开度APS＞0，则根据下式计算车辆在平直路面上的理论车速：

$V_1=\sqrt{\frac{21.15(T_{d}ir-mf)}{C_{D}A}}$

式中，V₁为根据加速踏板开度APS计算的平直路面理论车速；T_d为电机驱动转矩；i为传动系统传动比；r为车轮半径；m为整车整备质量；f为滚动阻力系数；C_D为空气阻力系数；A为迎风面积。

2、当根据加速踏板开度APS计算的平直路面理论车速V₁大于当前车速V₀时，整车控制器向电机控制器发送“发电状态”“转速模式”和“转速为的命令。其中，V₁为根据加速踏板开度APS计算的平直路面理论车速；i为传动系统传动比；r为车轮半径。

3、由于此时电机处于“转速模式”，制动转矩自适应。随着车速的增加，电机制动转矩T_b在不断减小。当电机制动转矩T_b＝0时，自适应滑行控制程序退出，整车退出自适应滑行模式，进入驱动模式。

本发明制动踏板退出子程序的控制方法包括以下步骤：

1、当整车处于自适应滑行模式时，若制动踏板开度BPS＞0，由于电机处于“转速模式”，制动转矩自适应，会随着制动器制动转矩的增大而自动减小。

2、随着电机制动转矩T_b的减小，当T_b等于根据制动踏板开度BPS计算的理论电机制动转矩时，若驾驶员继续踩下制动踏板，自适应滑行控制程序退出，整车退出自适应滑行模式，进入制动模式。

本发明滑行退出子程序的控制方法包括以下步骤：

1、当整车处于自适应滑行模式时，若电机制动转矩T_b小于等于在当前车速下滑行时的理论电机制动转矩，可断定车辆处于平路工况或者坡度很小的坡道工况。

2、当断定车辆处于平路工况或者坡度很小的坡道工况下时，滑行模式下的电机制动转矩T_b即可保持车速稳定。因此自适应滑行控制程序退出，整车退出自适应滑行模式，进入滑行模式。

本发明高荷电状态退出子程序的控制方法包括以下步骤：

1、当整车处于自适应滑行模式时，若动力电池荷电状态SOC高于荷电状态上限SOC_H时，为了保护动力电池，自适应滑行控制程序应该退出。

2、为了保证车辆安全，此时整车控制器报警，提醒驾驶员踩下制动踏板，并且在2s后退出自适应滑行模式，为驾驶员介入操作提供充足的反应时间。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.本发明可保持原有车辆的驾乘感受，驾驶员亦可根据自身习惯选择自适应滑行控制程序是否可以启动，因此无需改变驾驶员的驾驶习惯；

2.本发明可根据车辆状态参数和驾驶员的操作实现自动控制，并且可以使车辆在坡道工况下以稳定的速度滑行，在识别驾驶员意图的同时，减少了驾驶员对加速踏板和制动踏板的操作，可减轻驾驶员的疲劳程度；

3.本发明在坡道工况下可减少驾驶员踩下制动踏板的次数，有效降低了制动器发生热衰退的几率，在提高行车安全的同时，也减少了制动器的磨损；

4.本发明可实现坡道工况下车辆制动能量的最大化回收，提高了整车经济性；

5.本发明在动力电池荷电状态SOC过高时设置了退出条件，在保护动力电池的同时，也为驾驶员介入操作提供了反应时间，可保证车辆安全。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1是本发明自适应滑行控制程序的控制方法流程图。

图2是本发明加速踏板退出子程序的控制方法流程图。

图3是本发明制动踏板退出子程序的控制方法流程图。

图4是本发明滑行退出子程序的控制方法流程图。

图5是本发明高荷电状态退出子程序的控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

本发明的自适应滑行控制系统包括整车控制器、电机及其控制器以及动力电池及其控制器。整车控制器负责上层协调控制，用于向电机控制器发送命令，并接受电机控制器和动力电池控制器上传的信号。整车控制器实时采集的信号有整车纵向加速度a、电机转速n、电机驱动转矩T_d、电机制动转矩T_b和动力电池荷电状态SOC等车辆状态参数信号，以及加速踏板开度APS、制动踏板开度BPS和自适应滑行控制程序开关通断状态等驾驶员的操作信号。电机和动力电池则由各自的控制器内部控制逻辑控制。

如图1所示，本发明自适应滑行控制程序的控制方法包括以下步骤：

1、当整车处于滑行模式时，若驾驶员打开自适应滑行控制程序开关，自适应滑行控制程序则处于可启动状态；否则，自适应滑行控制程序不可启动。

2、若整车纵向加速度a>0，表示车辆在加速，可断定车辆处于坡道工况，且车辆重力沿坡道方向的分力大于行驶阻力与电机反拖阻力之和。为使车速保持稳定，应增大电机制动转矩T_b。因此自适应滑行控制程序启动，整车进入自适应滑行模式。

3、待自适应滑行控制程序启动后，整车控制器记忆当前电机转速n，并向电机控制器发送“发电状态”“转速模式”和“转速为n”的命令。此时，车速得到稳定控制。

4、整车控制器实时采集车辆状态参数信号和驾驶员的操作信号，当整车状态满足加速踏板退出条件、制动踏板退出条件、滑行退出条件以及高荷电状态退出条件其中之一时，自适应滑行控制程序退出，整车退出自适应滑行模式。

如图2所示，本发明加速踏板退出子程序的控制方法包括以下步骤：

1、当整车处于自适应滑行模式时，若加速踏板开度APS＞0，则根据式(1)计算车辆在平直路面上的理论车速：

$V_1=\sqrt{\frac{21.15(T_{d}ir-mf)}{C_{D}A}}---\left(1\right)$

式中，V₁为根据加速踏板开度APS计算的平直路面理论车速，单位为km/h；T_d为电机驱动转矩，单位为N·m；i为传动系统传动比；r为车轮半径，单位为m；m为整车整备质量，单位为kg；f为滚动阻力系数；C_D为空气阻力系数；A为迎风面积，单位为m²。

2、当根据加速踏板开度APS计算的平直路面理论车速V₁大于当前车速V₀时，整车控制器向电机控制器发送“发电状态”“转速模式”和“转速为的命令。其中，V₁为根据加速踏板开度APS计算的平直路面理论车速，单位为km/h；i为传动系统传动比；r为车轮半径，单位为m；转速命令的单位为r/min。

3、由于此时电机处于“转速模式”，制动转矩自适应。随着车速的增加，电机制动转矩T_b在不断减小。当电机制动转矩T_b＝0时，自适应滑行控制程序退出，整车退出自适应滑行模式，进入驱动模式。

如图3所示，本发明制动踏板退出子程序的控制方法包括以下步骤：

1、当整车处于自适应滑行模式时，若制动踏板开度BPS＞0，由于电机处于“转速模式”，制动转矩自适应，会随着制动器制动转矩的增大而自动减小。

2、随着电机制动转矩T_b的减小，当T_b等于根据制动踏板开度BPS计算的理论电机制动转矩时，若驾驶员继续踩下制动踏板，自适应滑行控制程序退出，整车退出自适应滑行模式，进入制动模式。

如图4所示，本发明滑行退出子程序的控制方法包括以下步骤：

1、当整车处于自适应滑行模式时，若电机制动转矩T_b小于等于在当前车速下滑行时的理论电机制动转矩，可断定车辆处于平路工况或者坡度很小的坡道工况。

2、当断定车辆处于平路工况或者坡度很小的坡道工况下时，滑行模式下的电机制动转矩T_b即可保持车速稳定。因此自适应滑行控制程序退出，整车退出自适应滑行模式，进入滑行模式。

如图5所示，本发明高荷电状态退出子程序的控制方法包括以下步骤：

1、当整车处于自适应滑行模式时，若动力电池荷电状态SOC高于荷电状态上限SOC_H时，为了保护动力电池，自适应滑行控制程序应该退出。

2、为了保证车辆安全，此时整车控制器报警，提醒驾驶员踩下制动踏板，并且在2s后退出自适应滑行模式，为驾驶员介入操作提供充足的反应时间。

需要指出的是，本发明适用于所有纯电驱动的汽车，包括纯电动汽车、增程式电动汽车、串联式混合动力汽车和燃料电池汽车。本领域的技术人员应该知道，以上实施例并不是对本发明技术方案的唯一限定，凡是在本发明技术方案精神实质下所做的任何等同变换或改动，都应视为属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种纯电驱动汽车自适应滑行控制方法，其特征包括以下步骤：

1)设置一个自适应滑行控制系统，包括整车控制器、电机及其控制器以及动力电池及其控制器；

2)整车控制器实时采集整车纵向加速度a、电机转速n、电机驱动转矩T_d、电机制动转矩T_b、动力电池荷电状态SOC、加速踏板开度APS、制动踏板开度BPS和自适应滑行程序开关通断状态等信号，当整车处于滑行模式，且自适应滑行控制程序开关打开时，若整车纵向加速度a>0，启动自适应滑行控制程序；

3)整车控制器记忆当前电机转速n，并向电机控制器发送“发电状态”“转速模式”和“转速为n”的命令，车速得到稳定控制；

4)整车状态满足加速踏板退出条件、制动踏板退出条件、滑行退出条件以及高荷电状态退出条件其中之一时，自适应滑行控制程序退出，整车退出自适应滑行模式。

2.如权利要求1所述的一种纯电驱动汽车自适应滑行控制方法，其特征在于：在执行步骤4)时，包括以下内容：

1)加速踏板退出子程序的控制方法包括内容：

a、当整车处于自适应滑行模式时，若加速踏板开度APS＞0，则根据下式计算车辆在平直路面上的理论车速：

$V_1=\sqrt{\frac{21.15(T_{d}ir-mf)}{C_{D}A}}$

式中，V₁为根据加速踏板开度APS计算的平直路面理论车速；T_d为电机驱动转矩；i为传动系统传动比；r为车轮半径；m为整车整备质量；f为滚动阻力系数；C_D为空气阻力系数；A为迎风面积；

b、当根据加速踏板开度APS计算的平直路面理论车速V₁大于当前车速V₀时，整车控制器向电机控制器发送“发电状态”“转速模式”和“转速为”的命令，其中V₁为根据加速踏板开度APS计算的平直路面理论车速；i为传动系统传动比；r为车轮半径；

c、当电机制动转矩T_b＝0时，自适应滑行控制程序退出，整车退出自适应滑行模式，进入驱动模式；

2)制动踏板退出子程序的控制方法包括以下内容：

当整车处于自适应滑行模式时，若制动踏板开度BPS＞0，且电机制动转矩T_b等于根据制动踏板开度BPS计算的理论电机制动转矩时，自适应滑行控制程序退出，整车退出自适应滑行模式，进入制动模式；

3)滑行退出子程序的控制方法包括以下内容：

当整车处于自适应滑行模式时，若电机制动转矩T_b小于等于在当前车速下滑行时的理论电机制动转矩，自适应滑行控制程序退出，整车退出自适应滑行模式，进入滑行模式；

4)高荷电状态退出子程序的控制方法包括以下内容：

当整车处于自适应滑行模式时，若动力电池荷电状态SOC高于荷电状态上限SOC_H时，此时整车控制器报警，提醒驾驶员踩下制动踏板，并且在2s后退出自适应滑行模式。