CN106218444B - 一种牵引力协调控制方法、系统及纯电动汽车 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种牵引力协调控制方法，包括：检测驾驶操作参数，并以此计算驾驶需求扭矩；检测轮系运动参数，并以此计算行车干预扭矩；根据所述驾驶需求扭矩和行车干预扭矩计算并输出当前电机需求扭矩。其中，轮系运动参数与车轮运动相关，主要由电子稳定性控制系统进行计算，计算出的扭矩为行车干预扭矩，该行车干预扭矩主要考虑到整车行驶稳定性。如此，驾驶需求扭矩在考虑了行车干预扭矩后计算得出当前电机需求扭矩，然后电机控制器输出该扭矩，即可使整体牵引力变化满足驾驶员的需求，同时又保证牵引力在变化过程中的行驶稳定性，达到纯电动汽车牵引力的合理控制。本发明还公开一种牵引力协调控制系统及纯电动汽车，其有益效果均如上所述。

Description

一种牵引力协调控制方法、系统及纯电动汽车

技术领域

本发明涉及汽车电子技术领域，特别涉及一种牵引力协调控制方法。本发明还涉及一种牵引力协调控制系统及一种纯电动汽车。

背景技术

为了使紧急的车辆动态情况得以缓解或防止它们发生，越来越多的燃油车开始安装电子稳定性控制系统(ESP，Electronic Stabilty Program)，此系统配有多个传感器记录行驶情况，包括速度传感器、加速度传感器、扭矩传感器、压力传感器、偏转率传感器等等。通过这些传感器采集的数据，电子稳定性控制系统能够识别车辆实际运动状态，包括加速或减速的方向、车辆是否出现横摆、车辆是否发生打滑等，时刻监测紧急情况的出现，并迅速采取对应措施，包括特别地制动某一车轮或某几个车轮、降低发动机扭矩、抑制档位变化等。制动干预通过液压控制单元完成，档位干预通过变速箱管理系统完成，扭矩干预通过发动机管理系统完成(具体可包括调节节气门、屏蔽喷射脉冲、调节点火正时等)。

近几年因为能源危机和环境恶化使得纯电动车迅速发展，驾驶员对纯电动车的要求也越来越高，除了常规的动力性、经济性要求外，车辆行驶过程中的车身稳定性也受到了越来越多的重视，因此纯电动车的牵引力控制也变得尤其重要。对于纯电动车而言，它没有发动机管理系统及变速箱管理系统，因此无法通过上述燃油车的方式来实现牵引力控制。

在现有技术中，对纯电动车的牵引力控制方法主要为：整车控制器根据车轮的滑移率和车速确定整车的行驶状态(即是否打滑)，从而通过驱动扭矩和制动扭矩的调节来实现整车牵引力的控制，而车轮滑移率的获取则是整车控制器与ABS通讯或通过轮速传感器采集驱动轮和从动轮的车速，再由驱动轮和从动轮的车速通过公式计算得到。

此种控制方式结构简单，运行经济，但是扩展性比较差，仅可针对车辆的滑移进行控制，无法解决转向不足或过转向等车身稳定性控制问题；同时控制效果比较有限，整车控制器可控制调节的制动扭矩仅是靠电机的回馈扭矩实现，而该扭矩数值受电池、电机等很多因素的限制不宜过大。

因此，如何实现纯电动汽车的合理牵引力控制，保证纯电动汽车的行驶稳定性，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种牵引力协调控制方法，能够实现纯电动汽车牵引力的合理控制，保证纯电动汽车的行驶稳定性。本发明的另一目的是提供一种牵引力协调控制系统以及一种纯电动汽车。

为解决上述技术问题，本发明提供一种牵引力协调控制方法，包括：

检测驾驶操作参数，并以此计算驾驶需求扭矩；

检测轮系运动参数，并以此计算行车干预扭矩；

根据所述驾驶需求扭矩和行车干预扭矩计算并输出当前电机需求扭矩；

计算驾驶需求扭矩具体包括：

根据所述驾驶操作参数计算原始需求扭矩；

当所述原始需求扭矩大于上一单位时刻的电机需求扭矩时，通过公式：

M_N＝Max[(M_M′+Δ)，M_O]计算所述驾驶需求扭矩；

当所述原始需求扭矩小于上一单位时刻的电机需求扭矩时，通过公式：

M_N＝Min[(M_M′－Δ)，M_O]计算所述驾驶需求扭矩；

其中，M_N为驾驶需求扭矩，M_M′为上一单位时刻的电机需求扭矩，Δ为预设限制梯度扭矩，M_O为原始需求扭矩。

优选地，检测驾驶操作参数具体包括：检测加速踏板开度、制动踏板开关通断及当前档位中的至少一项。

优选地，检测轮系运动参数具体包括：检测各车轮的速度、加速度、横摆角速度中的至少一项。

优选地，所述行车干预扭矩包括增扭指令和对应的目标增扭值，以及降扭指令和对应的目标降扭值，且根据所述驾驶需求扭矩和行车干预扭矩计算当前电机需求扭矩包括：

当所述增扭指令激活时，通过公式：

M_M＝Max[M_N，M_G1]计算所述当前电机需求扭矩；

当所述降扭指令激活时，通过公式：

M_M＝Min[M_N，M_G2]计算所述当前电机需求扭矩；

其中，M_M为当前电机需求扭矩，M_G1为目标增扭值，M_G2为目标降扭值。

优选地，当所述增扭指令激活，且当前档位为前进档时，通过公式：

M_M＝Max[M_N，M_G1]计算所述当前电机需求扭矩；

当所述增扭指令激活，且当前档位为后退档时，通过公式：

M_M＝Min[M_N，(-1×M_G1)]计算所述当前电机需求扭矩。

优选地，当所述降扭指令激活，且当前档位为前进档时，通过公式：

M_M＝Min[M_N，M_G2]计算所述当前电机需求扭矩；

当所述降扭指令激活，且当前档位为后退档时，通过公式：

M_M＝Max[M_N，(-1×M_G2)]计算所述当前电机需求扭矩。

优选地，当所述降扭指令激活且加速踏板开度小于预设阈值时，或当所述降扭指令在去激活之后的预设时间内，加速踏板开度小于预设阈值时，通过公式：

M_Mj＝M_M+Min{Max[(M_O－M_M)，-Δ_max]，Δ_max}对计算出的当前电机需求扭矩进行降扭处理；

其中，M_Mj为电机安全扭矩，Δ_max为预设限制梯度最大扭矩，且有：

Δ_max≥3Δ。

本发明还提供一种牵引力协调控制系统，包括：

第一检测模块，用于检测驾驶操作参数；

第二检测模块，用于检测轮系运动参数；

第一计算模块，用于根据所述驾驶操作参数计算驾驶需求扭矩；

第二计算模块，用于根据所述轮系运动参数计算行车干预扭矩；

协调控制模块，用于根据所述驾驶需求扭矩和行车干预扭矩计算并输出当前电机需求扭矩。

本发明还提供一种纯电动汽车，包括如上述一项所述的牵引力协调控制系统。

本发明所提供的牵引力协调控制方法，主要包括三个步骤，其中，在第一步中，主要内容为检测驾驶操作参数，并以此计算驾驶需求扭矩。在第二步中，主要内容为检测轮系运动参数，并以此计算行车干预扭矩。在第三部中，主要内容为根据驾驶需求扭矩和行车干预扭矩计算并输出当前电机需求扭矩。本发明所提供的牵引力协调控制方法，驾驶操作参数为与驾驶员的操作相关的参数，主要由整车控制器进行计算，计算出的扭矩为驾驶需求扭矩，此时该扭矩暂不输出，等待行车干预扭矩的修正。而轮系运动参数为与车轮的运动相关的参数，主要由电子稳定性控制系统进行计算，计算出的扭矩为行车干预扭矩，该行车干预扭矩主要考虑到整车行驶稳定性。如此，驾驶需求扭矩在考虑了行车干预扭矩后计算得出当前电机需求扭矩，然后电机控制器输出该扭矩，即可使整体牵引力变化满足驾驶员的需求，同时又保证牵引力在变化过程中的行驶稳定性，达到纯电动汽车牵引力的合理控制。

本发明所提供的牵引力协调控制系统及纯电动汽车，其有益效果均如上所述。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的牵引力协调控制方法的流程图；

图2为本发明所提供的牵引力协调控制系统的控制原理图。

具体实施方式

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。

请参考图1，图1为本发明所提供的牵引力协调控制方法的流程图。

在本发明所提供的一种具体实施方式中，牵引力协调控制方法主要包括三个步骤，分别为：检测驾驶操作参数，并以此计算驾驶需求扭矩；检测轮系运动参数，并以此计算行车干预扭矩；根据驾驶需求扭矩和行车干预扭矩计算并输出当前电机需求扭矩。

其中，在第一步中，主要内容为驾驶操作参数的检测和驾驶需求扭矩的计算。该驾驶操作参数为与驾驶员的操作相关的参数，比如换挡、踩油门踏板、踩制动踏板等，主要由整车控制器进行计算，计算出的扭矩为驾驶需求扭矩，此时该扭矩暂不输出，等待行车干预扭矩的修正。

此处优选地，检测驾驶操作参数主要包括检测加速踏板开度信号、检测踏板开关信号和检测当前档位信号。其中，加速踏板开度信号包含加速踏板的开度，或者节气门的开度，其数值可以为百分比值或角度等，该信号能反应出驾驶员当前的驾驶意图，比如加速或匀速行驶等。制动踏板开关信号包含制动踏板开关的通断信息，能够反应制动踏板当前处于放松还是被踩踏的状态。而当前档位信号包含车辆当前所处行驶档位，比如1档、2档或倒档等。上述三种检测对象，检测其中任意一项即可初步计算出驾驶需求扭矩。而为了提高驾驶需求扭矩的计算结果可靠度，上述三种检测对象可同时进行检测，根据三种互不相同却具有内在联系的参数计算驾驶需求扭矩。

关于驾驶需求扭矩的计算，优选地，本实施例中具体包含两步。其中，在第一步中，直接根据上述检测的驾驶操作参数计算出原始需求扭矩M_O，该原始需求扭矩只由驾驶员的操作所决定，并未考虑到当前的车体行驶状态。在第二步中，为避免出现牵引力的突变现象，本实施例对其进行梯度处理。具体的，考虑到上一单位时刻的电机需求扭矩与根据驾驶操作参数计算出的原始需求扭矩，两者之间可能存在较大差距，为此，可将该差距“阶梯化”，换句话说，上一单位时刻的电机需求扭矩与原始需求扭矩之间的扭矩差距值，可以通过多次连续增长或多次连续下降的均匀变化方式完成。每一次阶梯变化，扭矩的变化值即改变了预设限制梯度扭矩Δ。此时具体可分别两种情况，其一为当原始需求扭矩大于上一单位时刻的电机需求扭矩时，可通过公式：

M_N＝Max[(M_M′+Δ)，M_O]

计算驾驶需求扭矩。而当原始需求扭矩小于上一单位时刻的电机需求扭矩时，可通过公式：

M_N＝Min[(M_M′－Δ)，M_O]

计算驾驶需求扭矩。其中，M_N为驾驶需求扭矩，M_M′为上一单位时刻的电机需求扭矩，Δ为预设限制梯度扭矩，M_O为原始需求扭矩。

如此，在检测到扭矩具有上升趋势时，即将上一单位时刻的电机需求扭矩增加预设限制梯度扭矩后，再与计算出的原始需求扭矩进行比较，之后取其中的较大值为驾驶需求扭矩。

而在检测到扭矩具有下降趋势时，即将上一单位时刻的电机需求扭矩减去预设限制梯度扭矩后，再与计算出的原始需求扭矩进行比较，之后取其中的较小值为驾驶需求扭矩。

如此，通过对原始需求扭矩进行限梯度处理后，当前电机需求扭矩到驾驶需求扭矩之间的变化，即变得平均、稳定。

在第二步中，主要内容为轮系运动参数的检测和行车干预扭矩的计算。该轮系运动参数主要为各个车轮的运动状态参数。此处优选地，检测轮系运动参数主要包括检测各车轮的速度、加速度和横摆角速度。其中，加速度又可分为纵向加速度和横向加速度。在上述关于轮系的4中运动状态参数中，检测其中的任意一项即可初步计算出行车干预扭矩。而为了提高行车干预扭矩的计算结果可靠度，上述四种检测对象可同时进行检测，根据四种互不相同却具有内在联系的参数计算行车干预扭矩。

行车干预扭矩，顾名思义，其主要作用为对第一步中计算出的驾驶需求扭矩进行干预、修正。为达到扭矩干预的目的，行车干预扭矩信号具体包括增扭指令和对应的目标增扭值，同时包括降扭指令和对应的目标降扭值。当在第一步中计算出的驾驶需求扭矩大于上一单位时刻的电机需求扭矩时，即可获知扭矩具有上升趋势，反之则具有下降趋势。而当扭矩具有上升趋势时，行车干预扭矩信号中的增扭指令即被激活，而当扭矩具有下降趋势时，行车干预扭矩信号中的降扭指令即被激活。而目标增扭值与目标降扭值，则是根据轮系运动参数所确定的能够保证行驶稳定性的扭矩值。

在第三步中，主要内容为根据驾驶需求扭矩和行车干预扭矩计算并输出当前电机需求扭矩。具体的，电机需求扭矩的计算分为两种情况，当增扭指令激活时，则说明驾驶需求扭矩大于上一单位时刻的电机需求扭矩，此时将驾驶需求扭矩与行车干预扭矩中的目标增扭值相比较，取其中的较大值作为当前电机需求扭矩，即公式：M_M＝Max[M_N，M_G1]；当降扭指令激活时，则说明驾驶需求扭矩小于上一单位时刻的电机需求扭矩，此时将驾驶需求扭矩与行车干预扭矩中的目标降扭值相比较，取其中的较小值作为当前电机需求扭矩，即公式：M_M＝Min[M_N，M_G2]。其中，M_M为当前电机需求扭矩，M_G1为目标增扭值，M_G2为目标降扭值。

另外，考虑到当前档位为前进挡和后退档时，扭矩的取值相反，为此，当增扭指令激活且当前档位为前进档时，则只需将驾驶需求扭矩与目标增扭值进行比较，然后取其中的较大值即可。而当增扭指令激活且当前档位为后退档时，由于目标增扭值总是正值，而此时驾驶需求扭矩却是负值，因此此时需要将驾驶需求扭矩与目标增扭值的相反数进行比较，然后取其中的较小值作为当前电机需求扭矩。

同样，对于降扭指令激活且当前档位为前进挡时，则只需将驾驶需求扭矩与目标降扭值进行比较，然后其其中的较小值即可。而当降扭指令激活且当前档位为后退档时，由于目标降扭值总是正值，而此时驾驶需求扭矩却是负值，因此此时需要将驾驶需求扭矩与目标降扭值的相反数进行比较，然后取其中的较大值作为当前电机需求扭矩。

另外，对于行车干预扭矩中的降扭指令而言，在实际行车时，其降扭指令的去激活一般可分为两种情况，其中第一种是车辆不稳定情况消失时，降扭指令去激活；另一种是当加速踏板完全松开时，降扭指令去激活。对于第一种降扭指令去激活的情况，在降扭指令激活时即可按照前述对应方法计算当前电机需求扭矩。而对于第二种降扭指令去激活的情况，若仍按照前述方法处理，则在降扭指令退出后电机需求扭矩仍然处于较高值，且下降相对缓慢，此时车辆若处于对开路面或由高附路面进入低附路面等，残余的电机需求扭矩会引起轮胎打滑。此种情况下的梯度应该特殊处理，需要整车控制器提前以最大梯度执行电机需求扭矩的降扭，以保证降扭指令退出时或退出后的短暂时间内，电机需求扭矩快速降低到安全值。当加速踏板有新的信号输入时，整车控制器再重新根据驾驶员需求扭矩和降扭/增扭指令状态控制电机需求扭矩的输出。

具体的，当降扭指令激活且加速踏板的开度小于预设阈值(比如5％等)时，或当降扭指令在去激活之后的预设时间(比如300ms等)内，加速踏板的开度小于预设阈值(比如7％等)时，此时需要对计算出的当前电机需求扭矩进行较严格的降扭处理。首先，将原始需求扭矩与当前电机需求扭矩进行差值运算，利用差值与预设限制梯度最大扭矩的相反数进行比较，取其中的较大值，然后再将该较大值与预设限制梯度最大扭矩进行比较，取其中的较小值，最后再将该较小值与当前电机需求扭矩进行求和，和值即为此种特殊情况下的电机安全扭矩。即此种特殊情况下，当前电机需求扭矩并非电机控制器的输出扭矩，实际的输出扭矩为电机安全扭矩。电机安全扭矩计算公式为：

M_Mj＝M_M+Min{Max[(M_O－M_M)，-Δ_max]，Δ_max}

其中，M_Mj为电机安全扭矩，Δ_max为预设限制梯度最大扭矩。其中预设限制梯度最大扭矩可根据驾驶员的可接受舒适度和电机承受能力而设定，一般可为1Nm/ms等。而预设限制梯度最大扭矩一般要大于预设限制梯度扭矩的三倍以上。

如图2所示，图2为本发明所通过的牵引力协调控系统的控制原理图。

本发明还提供一种牵引力协调控制系统，主要包括用于检测即使操作参数的第一检测模块，用于检测轮系运动参数的第二检测模块，用于根据驾驶操作参数计算驾驶需求扭矩的第一计算模块，用于根据轮系运动参数计算行车干预扭矩的第二计算模块，以及用于根据驾驶需求扭矩和行车干预扭矩计算并输出当前电机需求扭矩的协调控制模块。

其中，第一计算模块可为整车控制器(VCU)，而第二计算模块可为电子稳定性控制系统(ESP)。而协调控制模块计算出的当前电机需求扭矩可发送给电机控制器(IPU)进行输出。

本发明还提供一种纯电动汽车，包括如前所述的牵引力协调控制系统。

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的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明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 (9)

1.一种牵引力协调控制方法，其特征在于，包括：

检测驾驶操作参数，并以此计算驾驶需求扭矩；

检测轮系运动参数，并以此计算行车干预扭矩；

根据所述驾驶需求扭矩和行车干预扭矩计算并输出当前电机需求扭矩；

计算驾驶需求扭矩具体包括：

根据所述驾驶操作参数计算原始需求扭矩；

当所述原始需求扭矩大于上一单位时刻的电机需求扭矩时，通过公式：

M_N＝Max[(M_M′+Δ)，M_O]计算所述驾驶需求扭矩；

当所述原始需求扭矩小于上一单位时刻的电机需求扭矩时，通过公式：

M_N＝Min[(M_M′－Δ)，M_O]计算所述驾驶需求扭矩；

其中，M_N为驾驶需求扭矩，M_M′为上一单位时刻的电机需求扭矩，Δ为预设限制梯度扭矩，M_O为原始需求扭矩。

2.根据权利要求1所述的牵引力协调控制方法，其特征在于，检测驾驶操作参数具体包括：检测加速踏板开度、制动踏板开关通断及当前档位中的至少一项。

3.根据权利要求2所述的牵引力协调控制方法，其特征在于，检测轮系运动参数具体包括：检测各车轮的速度、加速度、横摆角速度中的至少一项。

4.根据权利要求1所述的牵引力协调控制方法，其特征在于，所述行车干预扭矩包括增扭指令和对应的目标增扭值，以及降扭指令和对应的目标降扭值，且根据所述驾驶需求扭矩和行车干预扭矩计算当前电机需求扭矩包括：

当所述增扭指令激活时，通过公式：

M_M＝Max[M_N，M_G1]计算所述当前电机需求扭矩；

当所述降扭指令激活时，通过公式：

M_M＝Min[M_N，M_G2]计算所述当前电机需求扭矩；

其中，M_M为当前电机需求扭矩，M_G1为目标增扭值，M_G2为目标降扭值。

5.根据权利要求4所述的牵引力协调控制方法，其特征在于，当所述增扭指令激活，且当前档位为前进档时，通过公式：

M_M＝Max[M_N，M_G1]计算所述当前电机需求扭矩；

当所述增扭指令激活，且当前档位为后退档时，通过公式：

M_M＝Min[M_N，(-1×M_G1)]计算所述当前电机需求扭矩。

6.根据权利要求4所述的牵引力协调控制方法，其特征在于，当所述降扭指令激活，且当前档位为前进档时，通过公式：

M_M＝Min[M_N，M_G2]计算所述当前电机需求扭矩；

当所述降扭指令激活，且当前档位为后退档时，通过公式：

M_M＝Max[M_N，(-1×M_G2)]计算所述当前电机需求扭矩。

7.根据权利要求4所述的牵引力协调控制方法，其特征在于，当所述降扭指令激活且加速踏板开度小于预设阈值时，或当所述降扭指令在去激活之后的预设时间内，加速踏板开度小于预设阈值时，通过公式：

M_Mj＝M_M+Min{Max[(M_O－M_M)，-Δ_max]，Δ_max}对计算出的当前电机需求扭矩进行降扭处理；

其中，M_Mj为电机安全扭矩，Δ_max为预设限制梯度最大扭矩，且有：

Δ_max≥3Δ。

8.一种牵引力协调控制系统，其特征在于，包括：

第一检测模块，用于检测驾驶操作参数；

第二检测模块，用于检测轮系运动参数；

第一计算模块，用于根据所述驾驶操作参数计算驾驶需求扭矩；

第二计算模块，用于根据所述轮系运动参数计算行车干预扭矩；

协调控制模块，用于根据所述驾驶需求扭矩和行车干预扭矩计算并输出当前电机需求扭矩。

9.一种纯电动汽车，其特征在于，包括如权利要求8所述的牵引力协调控制系统。