CN107284290B - 纯电动汽车坡道辅助起步控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纯电动汽车坡道辅助起步控制方法，当处于上坡辅助模式时，检测电机是否反转，若反转则车辆倒溜，根据电机反转速度和加速度计算所需电机附加防溜扭矩，增加电机扭矩至电机不再反转；当处于平路辅助模式时，不进行溜车判断；当处于下坡辅助模式时，根据坡道角设定下坡起步最高稳定车速，根据车重传感器计算坡道产生的驱动力，计算驻车需求扭矩并求出该驻车扭矩对应的制动踏板开度值K，当制动踏板开度小于K时，通过判断加速踏板信号将起步过程分为无油门起步模式和有油门起步模式，进行不同的辅助起步控制。基于多传感器信息融合技术，结合合理的纯电动车坡道起步控制策略，实现纯电动车辆在坡道上进行的平稳、快速、安全的起步。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车坡道辅助起步控制方法，具体地涉及一种纯电动汽车坡道辅助起步控制方法。
背景技术
坡道起步辅助控制功能是为简化坡道起步操作而开发的一种控制功能，当驾驶员右脚松开制动踏板后，该功能可让车辆在不使用手刹的情况下，短时间内继续保持制动状态，给驾驶员留出了由制动踏板换到加速踏板的时间，使驾驶员可以从容操作踏板，轻松驾车起步。
现有的电动汽车一般有两种：纯电动驱动功能的混合动力汽车和纯电动汽车。纯电动车取消传统汽车的发动机甚至变速箱，以电池为能量源，电机为动力源，动力系统的机械特性和控制方式不同于传统燃油汽车，其中作为动力源的驱动电机相对于内燃机来讲，具有转矩需求响应快、转矩控制精度高、低转速时能恒转矩输出等优点。
中国专利文献CN 103754222公开了一种电动汽车坡道起步辅助控制功能的实现方法，包括两步骤：1、激活条件判断，当驾驶员踩住制动踏板使车辆处于静止状态、没有拉启手刹且档位在前进档时，进入功能的待激活状态；如果驾驶员松开制动踏板后车辆开始溜坡，则激活坡道起步辅助控制功能；2、修正驱动电机转矩目标值，坡道起步功能激活后首先要迅速增加电机输出转矩，使车辆不再溜坡，随后保持该转矩输出以使车辆在原地静止。当驾驶员踩下加速踏板后，坡道起步辅助控制功能自动退出，车辆在坡道上平稳起步。该种方法只考虑了车辆上坡发生倒溜的情况，没有考虑车辆在下坡发生前溜的情况。很显然，前溜的危险同样很大。现有技术中虽然有一些判断前溜情况的方法，但是并不能及时有效的发现并预防。在电机维持驻车状态时，若一直未踩下加速踏板，电机存在长时间堵转的可能，当踩下加速踏板起步时不能很好的控制起步车速、起步加速度和冲击度，起步顿挫大。此外，车重对坡道分力的影响很大，现有坡道辅助起步技术缺乏对车重因素的考虑。本发明因此而来。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提出了一种纯电动汽车坡道辅助起步控制方法和系统，利用坡道传感器及车重传感器信号对坡道起步过程中的车辆进行较为精确的受力分析，确定纯电动汽车起步时的电机扭矩与制动踏板和加速踏板的关系，控制起步过程的时间、车速和加速度，并对冲击度和起步爬行的最大稳定车速进行限制。
本发明的技术方案是：
一种纯电动汽车坡道辅助起步控制方法，包括以下步骤：
S01：根据制动踏板位置、档位所处位置、驱动电机当前转速及手刹位置进行判定，如果是踩下制动踏板、档位处于D 档，驱动电机转速为0 rpm，手刹位置为未拉启，则进行坡道辅助控制；
S02：根据坡道角传感器信号将坡道辅助模式分为上坡辅助模式、平路辅助模式、下坡辅助模式；
S03：当处于上坡辅助模式时，实时检测电机是否反转，若反转则车辆倒溜，根据电机反转速度和加速度计算所需电机附加防溜扭矩，增加电机扭矩至电机不再反转；
S04：当处于平路辅助模式时，不进行溜车判断；
S05：当处于下坡辅助模式时，根据坡道角设定下坡起步最高稳定车速，根据车重传感器计算坡道产生的驱动力，计算驻车需求扭矩并求出该驻车扭矩对应的制动踏板开度值K，当制动踏板开度小于K时，通过判断加速踏板信号将起步过程分为无油门起步模式和有油门起步模式，当处于无油门起步模式时，由车辆按照预设加速度-时间曲线和速度-时间曲线计算制动扭矩和电机需求起步扭矩，直至达到最高稳定车速，当处于有油门起步模式时，通过油门开度和变化率解析驾驶员起步动力需求，结合坡道驱动力计算电机需求加速扭矩，然后进行冲击度检查修正加速扭矩，使车辆平稳快速起步，当车辆速度达到下坡起步最高稳定车速时，退出下坡辅助模式。
优选的，所述步骤S03中根据坡道角设定上坡起步最高稳定车速，通过判断加速踏板信号将起步过程分为无油门起步模式和有油门起步模式，当处于无油门起步模式时，由车辆按照预设加速度-时间曲线和速度-时间曲线计算电机需求起步扭矩，控制电机实际扭矩实时跟随目标值，并采集实际车速，计算实际车速及加速度，形成闭环控制，直至车速达到上坡起步最高稳定车速；若无油门起步过程中检测到加速踏板信号，则切换至有油门起步模式，根据油门开度和变化率计算需求加速扭矩，计算该加速扭矩下的冲击度，依据冲击度限制修正需求加速扭矩，直至车辆加速至上坡起步最高稳定车速结束，当车速达到上坡起步最高稳定车速时，退出坡道辅助模式，进入正常行车驱动模式。
优选的，所述步骤S04中根据坡道角设定平路起步最高稳定车速，判断是否完全松开制动踏板进入起步模式，当完全松开制动踏板后，通过判断加速踏板信号将起步过程分为无油门起步模式和有油门起步模式，当处于无油门起步模式时，由车辆按照预设加速度-时间曲线和速度-时间曲线计算电机需求起步扭矩，控制电机实际扭矩实时跟随目标值，并采集实际车速，计算实际车速及加速度，形成闭环控制，直至车速达到平路起步最高稳定车速；若无油门起步过程中检测到加速踏板信号，则切换至有油门起步模式，根据油门开度和变化率计算需求加速扭矩，计算该加速扭矩下的冲击度，依据冲击度限制修正需求加速扭矩，直至车辆加速至平路起步最高稳定车速结束，当车速达到上坡起步最高稳定车速时，退出坡道辅助模式，进入正常行车驱动模式。
与现有技术相比，本发明的优点是：
利用坡道传感器及车重传感器信号对坡道起步过程中的车辆进行较为精确的受力分析，确定纯电动汽车起步时的电机扭矩与制动踏板和加速踏板的关系，控制起步过程的时间、车速和加速度，并对冲击度和起步爬行的最大稳定车速进行限制，检测电机转动方向来判断车辆的后溜状态并不断控制电机转矩使车辆停止后溜，既保证了起步的快捷性又兼顾了平顺性和安全性。根据坡道角将起步模式分为上坡起步模式、平路起步模式、下坡起步模式，根据加速踏板开度又将起步过程分为无油门起步和有油门起步两种模式，结合油门开度的变化率识别驾驶员慢起步、急起步等起步意图，覆盖了大多数道路状况以及驾驶模式，对外部行驶环境以及驾驶员操作具有更好的适应性。此外，无油门起步过程缩短了驻坡时间，低速爬行可减小电机堵转的发热量，避免电机和控制器烧坏。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为纯电动汽车的整车控制原理图；
图2为本发明前期是否进行坡道辅助控制的流程图；
图3为本发明上坡辅助模式的辅助起步控制方法的流程图；
图4为本发明平路辅助模式的辅助起步控制方法的流程图；
图5为本发明下坡辅助模式的辅助起步控制方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
实施例：
下面结合附图，对本发明的较佳实施例作进一步说明。
如图1所示，该方案的整车控制系统包括整车控制器10，用于对整个车辆的数据进行处理和控制，本发明的坡道辅助起步控制方法作为坡道起步辅助系统11集成于整车控制器10中。本发明主要描述整车控制器的坡道辅助起步控制方法，整车控制器连接有加速踏板1，制动踏板2，手刹3，档位4，坡道传感器5，车重传感器6，车速信号7，电机转速信号8，电机9，由电机控制器12，其中1-8提供坡道起步辅助系统11所需信号。下面对坡道辅助起步控制方法进行详细说明。
如图2所示，首先检测D档信号，检测行车意图，判断车速是否为0，判断车辆是否静止，直到踩下刹车松手刹后开始激活坡道辅助系统。处于起步辅助当电机控制器检测到放电指令或者因为自身故障而要求放电时，通过检查主接触器的状态判断是否激活放电功能。只有在主接触器断开的情况下,才容许激活放电功能。根据坡道角传感器信号可将坡道辅助模式分为上坡辅助模式、平路辅助模式、下坡辅助模式。
如图3所示，当处于上坡辅助模式时，系统根据坡道角设定上坡起步最高稳定车速。当开始松制动踏板时，系统根据坡道角和制动踏板开度实时计算坡道阻力和制动力，最终计算得到坡道驻车状态电机需求驻车扭矩，然后转矩需求从整车控制器中的坡道辅助起步模块传递至电机控制器，使电机实际扭矩增加至目标值。与此同时转速传感器检测电机是否反转，若反转则车辆倒溜。可由电机反转速度和加速度计算得到所需电机附加防溜扭矩，控制器使电机增扭直至电机不再反转。当完全松开制动踏板时，表明驾驶员意图从驻车模式开始切换至起步模式。此时依然检测电机反转状态阻止倒溜。当车辆不倒溜时，通过判断油门信号把起步过程分为无油门起步和有油门起步两种模式。无油门起步模式模拟自动挡汽车低速爬行过程，通过预设的速度-时间v-t，加速度-时间a-t曲线计算电机需求起步扭矩，控制电机实际扭矩实时跟随目标值，并采集实际车速，计算实际车速及加速度，形成闭环控制，直至车速到达上坡起步最高稳定车速，退出坡道辅助模式，进入正常行车驱动模式。若无油门起步过程中检测到油门踏板信号，则切换至有油门起步模式，系统根据油门开度和变化率计算驾驶员需求加速扭矩，并根据车辆动力学计算该加速扭矩下的冲击度，依据冲击度限制修正需求加速扭矩，然后控制电机扭矩增至目标值，直至车辆加速至上坡起步最高稳定车速结束，进入正常行车驱动模式。
如图4所示，当处于平路辅助模式时，不用考虑倒溜的风险，控制逻辑更为简单。系统设定平路起步最高稳定车速。当开始松制动踏板时，系统不必计算及施加驻车扭矩，而是直接判断是否完全松开制动踏板来进入起步程序。完全松开制动踏板后，表明起步意图，根据有无油门信号决定起步模式。无油门时依然根据预设的v-t、a-t曲线计算电机需求起步扭矩，然后控制电机实际转矩跟随目标转矩，并在车辆加速运动中采集实际车速信号并计算加速度，反馈至需求扭矩计算环节，重新计算需求扭矩，形成对车速和加速度的闭环控制，直至达到平路起步最高稳定车速后退出起步辅助模式。若检测到油门信号则进入有油门起步模式，根据油门开度和变化率计算需求扭矩，经冲击度检查后输出修正后需求扭矩。控制电机实际扭矩使车辆加速至平路起步最高稳定车速后退出起步辅助模式。
如图5所示，当处于下坡辅助模式时，没有倒溜的可能，但要考虑前溜的风险。首先根据坡道角设定下坡起步最高稳定车速，再根据车重传感器计算坡道产生的驱动力，计算驻车需求的扭矩并求解出该驻车扭矩所对应的制动踏板开度值K。当制动踏板开度小于K时，制动力小于坡道驱动力，理论上车辆开始向前溜车起步。以制动踏板开度小于K表明起步意图。无油门起步时，依然要求车辆按照预设的v-t、a-t曲线起步。当坡道驱动力满足预设起步需求时，电机需求扭矩为0，实时调整制动力使车辆按照预设v-t、a-t曲线起步，直至达到下坡起步最高稳定车速；当坡道驱动力小于起步驱动力需求，此时需要电机提供额外的驱动力，使车辆按预设v-t、a-t曲线起步。在无油门起步过程中，一旦获取油门信号，立即进入有油门起步模式，通过油门开度和变化率解析驾驶员起步动力需求，结合坡道驱动力计算电机需求加速扭矩，然后进行冲击度检查修正加速扭矩，使车辆平稳快速起步。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (3)
1.一种纯电动汽车坡道辅助起步控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01：根据制动踏板位置、档位所处位置、驱动电机当前转速及手刹位置进行判定，如果是踩下制动踏板、档位处于D 档，驱动电机转速为0 rpm，手刹位置为未拉启，则进行坡道辅助控制；
S02：根据坡道角传感器信号将坡道辅助模式分为上坡辅助模式、平路辅助模式、下坡辅助模式；
S03：当处于上坡辅助模式时，实时检测电机是否反转，若反转则车辆倒溜，根据电机反转速度和加速度计算所需电机附加防溜扭矩，增加电机扭矩至电机不再反转；
S04：当处于平路辅助模式时，不进行溜车判断；
S05：当处于下坡辅助模式时，根据坡道角设定下坡起步最高稳定车速，根据车重传感器计算坡道产生的驱动力，计算驻车扭矩并求出该驻车扭矩对应的制动踏板开度值K，当制动踏板开度小于K时，通过判断加速踏板信号将起步过程分为无油门起步模式和有油门起步模式，当处于无油门起步模式时，由车辆按照预设加速度-时间曲线和速度-时间曲线计算制动扭矩和电机需求起步扭矩，直至达到最高稳定车速，当处于有油门起步模式时，通过油门开度和变化率解析驾驶员起步动力需求，结合坡道驱动力计算电机需求加速扭矩，然后进行冲击度检查修正加速扭矩，使车辆平稳快速起步，当车辆速度达到下坡起步最高稳定车速时，退出下坡辅助模式。
2.根据权利要求1所述的纯电动汽车坡道辅助起步控制方法，其特征在于，所述步骤S03中根据坡道角设定上坡起步最高稳定车速，通过判断加速踏板信号将起步过程分为无油门起步模式和有油门起步模式，当处于无油门起步模式时，由车辆按照预设加速度-时间曲线和速度-时间曲线计算电机需求起步扭矩，控制电机实际扭矩实时跟随目标值，并采集实际车速，计算实际车速及加速度，形成闭环控制，直至车速达到上坡起步最高稳定车速；若无油门起步过程中检测到加速踏板信号，则切换至有油门起步模式，根据油门开度和变化率计算需求加速扭矩，计算该加速扭矩下的冲击度，依据冲击度限制修正需求加速扭矩，直至车辆加速至上坡起步最高稳定车速结束，当车速达到上坡起步最高稳定车速时，退出坡道辅助模式，进入正常行车驱动模式。
3.根据权利要求1所述的纯电动汽车坡道辅助起步控制方法，其特征在于，所述步骤S04中根据坡道角设定平路起步最高稳定车速，判断是否完全松开制动踏板进入起步模式，当完全松开制动踏板后，通过判断加速踏板信号将起步过程分为无油门起步模式和有油门起步模式，当处于无油门起步模式时，由车辆按照预设加速度-时间曲线和速度-时间曲线计算电机需求起步扭矩，控制电机实际扭矩实时跟随目标值，并采集实际车速，计算实际车速及加速度，形成闭环控制，直至车速达到平路起步最高稳定车速；若无油门起步过程中检测到加速踏板信号，则切换至有油门起步模式，根据油门开度和变化率计算需求加速扭矩，计算该加速扭矩下的冲击度，依据冲击度限制修正需求加速扭矩，直至车辆加速至平路起步最高稳定车速结束，当车速达到上坡起步最高稳定车速时，退出坡道辅助模式，进入正常行车驱动模式。
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