CN107825996B - 防溜坡控制方法、装置及电动汽车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电动汽车技术领域，提供一种防溜坡控制方法、装置及电动汽车，所述电动汽车包括电机，且采用PID控制系统，PID控制系统包括PID速度环和PID电流环，所述方法包括：当电动汽车处于溜坡状态时，获取电动汽车的当前速度；根据电机电流和当前速度，利用能量守恒定律计算出电动汽车的稳定电流值；根据稳定电流值，计算补偿电流；将电机的实际转速输入PID速度环进行计算，得到转矩电流；将补偿电流和转矩电流输入PID电流环，以对电动汽车进行控制。本发明实施例提供的基于能量守恒定律计算稳定电流对PID控制进行补偿的方法，可在保证控制平滑的基础上，有效地缩短溜坡距离。

Description

防溜坡控制方法、装置及电动汽车

技术领域

本发明涉及电动汽车技术领域，具体而言，涉及一种防溜坡控制方法、装置及电动汽车。

背景技术

电动汽车是指以车载电源为动力，以电机驱动车轮行驶的汽车。因其对环境的影响比传统汽车要小，因此是未来汽车的发展方向。与传统汽车一样，电动汽车的防溜坡功能一样重要。因为在坡道起步时，如果没有防溜坡功能，则在松开刹车、油门响应前，车身会往下溜，从而可能出现与后车碰撞的危险。为了尽可能地减少溜坡距离，需要给电机加一个反向制动力矩，从而使车身稳定。

目前常用的电动汽车防溜坡控制方法有采用倾角传感器、PID速度闭环控制等，采用这些方法都不可避免地存在一些缺点，如倾角传感器成本高。而传统的PID控制方法，在车身控制这个大惯性、大延迟系统中，效果并不好，在不超调和快速制动上无法达到一个好的平衡。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种防溜坡控制方法、装置及电动汽车，用以改善上述问题。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种防溜坡控制方法，应用于电动汽车，所述电动汽车包括电机，且采用PID控制系统，所述PID控制系统包括PID速度环和PID电流环，所述方法包括：当所述电动汽车处于溜坡状态时，获取所述电动汽车的当前速度；根据电机电流和所述当前速度，利用能量守恒定律计算出所述电动汽车的稳定电流值；根据所述稳定电流值，计算补偿电流；将电机的实际转速输入所述PID速度环进行计算，得到转矩电流；将所述补偿电流和所述转矩电流输入所述PID电流环，以对所述电动汽车进行控制。

第二方面，本发明实施例还提供了一种防溜坡控制装置，应用于电动汽车，所述电动汽车包括电机，且采用PID控制系统，所述PID控制系统包括PID速度环和PID电流环，所述装置包括当前速度获取模块、稳定电流值计算模块、补偿电流计算模块、转矩电流获得模块及控制模块。其中，当前速度获取模块用于当所述电动汽车处于溜坡状态时，获取所述电动汽车的当前速度；稳定电流值计算模块用于根据电机电流和所述当前速度，利用能量守恒定律计算出所述电动汽车的稳定电流值；补偿电流计算模块用于根据所述稳定电流值，计算补偿电流；转矩电流获得模块用于将电机的实际转速输入所述PID速度环进行计算，得到转矩电流；控制模块用于将所述补偿电流和所述转矩电流输入所述PID电流环，以对所述电动汽车进行控制。

第三方面，本发明实施例还提供了一种电动汽车，所述电动汽车包括电机，且采用PID控制系统，所述PID控制系统包括PID速度环和PID电流环，所述电动汽车还包括存储器；处理器，所述处理器与所述电机电性连接；以及防溜坡控制装置，所述防溜坡控制装置安装于所述存储器中并包括一个或多个由所述处理器执行的软件功能模组。所述防溜坡控制装置包括当前速度获取模块、稳定电流值计算模块、补偿电流计算模块、转矩电流获得模块及控制模块。其中，当前速度获取模块用于当所述电动汽车处于溜坡状态时，获取所述电动汽车的当前速度；稳定电流值计算模块用于根据电机电流和所述当前速度，利用能量守恒定律计算出所述电动汽车的稳定电流值；补偿电流计算模块用于根据所述稳定电流值，计算补偿电流；转矩电流获得模块用于将电机的实际转速输入所述PID速度环进行计算，得到转矩电流；控制模块用于将所述补偿电流和所述转矩电流输入所述PID电流环，以对所述电动汽车进行控制。

相对现有技术，本发明实施例提供的一种防溜坡控制方法、装置及电动汽车，当电动汽车处于溜坡状态时，获取电动汽车的当前速度，并根据电机电流和当前速度，利用能量守恒定律计算出电动汽车的稳定电流值；然后根据稳定电流值，计算补偿电流，并将电机的实际转速输入PID速度环进行计算，得到转矩电流；最后将补偿电流和转矩电流输入PID电流环，以对电动汽车进行控制。本发明实施例提供的基于能量守恒定律计算稳定电流对PID控制进行补偿的方法，可在保证控制平滑的基础上，有效地缩短溜坡距离。由于根据能量守恒定律计算出的电流值，只是作为PID控制的一个补偿量进行控制，故而对输入参数中的质量m的准确性要求不敏感。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1示出了本发明实施例提供的电动汽车的方框示意图。

图2示出了本发明实施例提供的防溜坡控制方法流程图。

图3为图2示出的防溜坡控制方法的控制框图。

图4示出了本发明实施例提供的防溜坡控制装置的方框示意图。

图标：100-电动汽车；110-存储器；120-处理器；130-外设接口；140-电机；150-输入设备；200-防溜坡控制装置；201-当前速度获取模块；202-稳定电流值计算模块；203-补偿电流计算模块；204-转矩电流获得模块；205-控制模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

请参照图1，图1示出了本发明实施例提供的电动汽车100的方框示意图。电动汽车100包括防溜坡控制装置200、存储器110、处理器120、外设接口130、电机140和输入设备150。

所述存储器110、处理器120、外设接口130、电机140和输入设备150各元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。所述防溜坡控制装置200包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于所述存储器110中或固化在所述电动汽车100的整车控制系统中的软件功能模块。所述处理器120用于执行存储器110中存储的可执行模块，例如所述防溜坡控制装置200包括的软件功能模块或计算机程序。

其中，存储器110可以是，但不限于，随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-OnlyMemory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)等。其中，存储器110用于存储程序，所述处理器120在接收到执行指令后，执行所述程序。

处理器120可以是一种集成电路芯片，具有信号处理能力。上述的处理器120可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，NP)、语音处理器以及视频处理器等；还可以是数字信号处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器120也可以是任何常规的处理器等。

所述外设接口130用于将各种输入/输出装置耦合至处理器120以及存储器110。

所述电机140用于产生驱动转矩，作为电动汽车100的动力源。

所述输入设备150可以是，但不限于档位、油门、编码器等。

请参照图2，图2示出了本发明实施例提供的防溜坡控制方法流程图。防溜坡控制方法包括以下步骤：

步骤S101，当电动汽车处于溜坡状态时，获取电动汽车的当前速度。

在本发明实施例中，通过检测电机150的旋转方向与电动汽车100的档位方向来判断电动汽车100是否处于溜坡状态。当电机150的旋转方向与电动汽车100的档位方向相反时，判定电动汽车100处于溜坡状态，这时启动防溜坡控制，获取电动汽车100的当前速度。

步骤S102，根据电机电流和当前速度，利用能量守恒定律计算出电动汽车的稳定电流值。

在本发明实施例中，稳定电流值的计算过程可以是：首先，获取电动汽车100的当前速度；然后，根据能量守恒定律，利用第一公式计算电动汽车100的稳定电流值I₁，其中，v为当前速度，I₂为电机电流，k1为比例系数，m为电动汽车100的重量，s为电动汽车100运动的距离，t为电动汽车100运动的时间。

作为一种实施方式，根据能量守恒定律，电动汽车100在溜坡过程中的能量等效公式可以是：

其中，F_下滑为车身的下滑力，等于重力在坡道方向的分量减去摩擦力。

在理想的坡道上，F_下滑即为车身稳定的力矩，为下滑力在整个溜坡过程中做的功。F_电机为给定的电机电流产生的力矩。即为制动力矩在车身滑动的反方向做的功。即为车身当前所拥有的能量，即为动能。当F_下滑＝F_电机时，车身加速度为0，此时如果车身速度也为0，则就达到了稳定。

但是对于实际控制系统而言，我们控制的是电流I的大小，其与力矩F近似成正比关系，即可以理解为F≈k*I，故而以上公式也可以写为：

也就是，假设在整个过程中，I₁是恒定不变的，则在最终稳定时，I₁＝I₂。

因此，需要计算出m/k1的大小，只要得到这个参数，就能不断地根据电机电流I₂计算出稳定电流I₁，随着数据的增多，I₁的计算将会越来越准确。而要识别出m/k1的大小，可以在一个已知I₁大小的斜坡上，根据以下公式计算：在确定了参数m/k1的大小之后，就可以计算出I₁，计算公式为

步骤S103，根据稳定电流值，计算补偿电流。

在本发明实施例中，确定稳定电流值之后，可以利用第二公式I_补偿＝w*(k*I₁-I₂)计算补偿电流，其中，w和k均为比例系数。

作为一种实施方式，增加补偿电流的目的是为了使电流快速上升到稳定电流，从而减少溜坡距离。但是考虑到利用能量守恒定律计算出来的是平均稳定电流，而非瞬时的稳定电流，当坡道上摩擦力不均匀时，平均稳定电流与瞬时稳定电流会有一定的偏差，为了避免此偏差带来的错误调整，将计算出来的补偿电流乘以w系数，可以保证控制的稳定可靠性。

同时，考虑到在控制电流达到平均稳定电流时，车身具有一定的速度，因此必须有一个减速过程，即存在一个控制电流大于平均稳定电流的时间段，从而使车身减速。因此在计算补偿电流时，应将计算出来的稳定电流乘以一个系数k去进行补偿，即I_补偿＝w*(k*I₁-I₂)。在整个过程中，w的数值需要根据当前的电机电流变化，随着电机电流的增加，w、k逐渐变小。

步骤S104，将电机的实际转速输入PID速度环进行计算，得到转矩电流。

在本发明实施例中，电动汽车100采用PID控制系统，PID控制系统包括PID速度环和PID电流环。请参照图3，转矩电流的计算过程可以是：首先，获取电机150的设定转速V和实际转速V₁；然后，将设定转速V和实际转速V₁均输入PID速度环，计算得到转矩电流。作为一种实施方式，电机150的设定转速V可以为0。

步骤S105，将补偿电流和转矩电流输入PID电流环，以对电动汽车进行控制。

在本发明实施例中，将补偿电流I_补偿和转矩电流进行叠加，得到传递电流Iref，再将传递电流Iref和电机电流I₂输入PID电流环，得到控制电流，以对电动汽车100进行控制。

在本发明实施例中，利用能量守恒定律计算电动汽车100防溜坡控制的稳定电流，再根据稳定电流值，计算补偿电流，并将电机150的实际转速输入PID速度环进行计算，得到转矩电流；最后将补偿电流和转矩电流输入PID电流环，以对电动汽车100进行控制。本发明实施例提供的基于能量守恒定律计算稳定电流对PID控制进行补偿的方法，可在保证控制平滑的基础上，有效地缩短溜坡距离。

请参照图4，图4示出了本发明实施例提供的防溜坡控制装置200的方框示意图。防溜坡控制装置200包括当前速度获取模块201、稳定电流值计算模块202、补偿电流计算模块203、转矩电流获得模块204及控制模块205。

当前速度获取模块201，用于当电动汽车处于溜坡状态时，获取电动汽车的当前速度。

在本发明实施例中，当前速度获取模块201可以用于执行步骤S101。

稳定电流值计算模块202，用于根据电机电流和当前速度，利用能量守恒定律计算出电动汽车的稳定电流值。

在本发明实施例中，稳定电流值计算模块202可以用于执行步骤S102。

补偿电流计算模块203，用于根据稳定电流值，计算补偿电流。

在本发明实施例中，补偿电流计算模块203可以用于执行步骤S103。

转矩电流获得模块204，用于将电机的实际转速输入PID速度环进行计算，得到转矩电流。

在本发明实施例中，转矩电流获得模块204可以用于执行步骤S104。

控制模块205，用于将补偿电流和转矩电流输入PID电流环，以对电动汽车进行控制。

在本发明实施例中，控制模块205可以用于执行步骤S105。

综上所述，本发明提供的一种防溜坡控制方法、装置及电动汽车，所述电动汽车包括电机，且采用PID控制系统，PID控制系统包括PID速度环和PID电流环，所述方法包括：当电动汽车处于溜坡状态时，获取电动汽车的当前速度；根据电机电流和当前速度，利用能量守恒定律计算出电动汽车的稳定电流值；根据稳定电流值，计算补偿电流；将电机的实际转速输入PID速度环进行计算，得到转矩电流；将补偿电流和转矩电流输入PID电流环，以对电动汽车进行控制。本发明实施例提供的基于能量守恒定律计算稳定电流对PID控制进行补偿的方法，可在保证控制平滑的基础上，有效地缩短溜坡距离。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

Claims (10)

1.一种防溜坡控制方法，其特征在于，应用于电动汽车，所述电动汽车包括电机，且采用PID控制系统，所述PID控制系统包括PID速度环和PID电流环，所述方法包括：

当所述电动汽车处于溜坡状态时，获取所述电动汽车的当前速度；

根据电机电流和所述当前速度，利用能量守恒定律计算出所述电动汽车的稳定电流值；

根据所述稳定电流值，计算补偿电流；

将电机的实际转速输入所述PID速度环进行计算，得到转矩电流；

将所述补偿电流和所述转矩电流输入所述PID电流环，以对所述电动汽车进行控制。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据电机电流和所述当前速度，利用能量守恒定律计算出所述电动汽车的稳定电流值的步骤，包括：

获取所述电动汽车的当前速度；

根据能量守恒定律，利用第一公式计算所述电动汽车的稳定电流值，其中，v为当前速度，I₂为电机电流，k₁为比例系数，m为电动汽车的重量，I₁为稳定电流的计算值，s为所述电动汽车运动的距离，t为运动的时间。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述稳定电流值，计算出补偿电流的步骤，包括：

根据所述稳定电流值，利用第二公式I_补偿＝w*(k*I₁-I₂)计算所述补偿电流，其中，w和k均为比例系数。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将电机的实际转速输入所述PID速度环进行计算，得到转矩电流的步骤，包括：

获取所述电机的设定转速和实际转速；

将所述设定转速和所述实际转速均输入所述PID速度环，计算得到转矩电流。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将补偿电流和所述转矩电流输入所述PID电流环，以对所述电动汽车进行控制的步骤，包括：

将所述补偿电流和所述转矩电流进行叠加，得到传递电流；

将所述传递电流和所述电机电流输入所述PID电流环，得到控制电流，以对所述电动汽车进行控制。

6.一种防溜坡控制装置，其特征在于，应用于电动汽车，所述电动汽车包括电机，且采用PID控制系统，所述PID控制系统包括PID速度环和PID电流环，所述装置包括：

当前速度获取模块，用于当所述电动汽车处于溜坡状态时，获取所述电动汽车的当前速度；

稳定电流值计算模块，用于根据电机电流和所述当前速度，利用能量守恒定律计算出所述电动汽车的稳定电流值；

补偿电流计算模块，用于根据所述稳定电流值，计算补偿电流；

转矩电流获得模块，用于将电机的实际转速输入所述PID速度环进行计算，得到转矩电流；

控制模块，用于将所述补偿电流和所述转矩电流输入所述PID电流环，以对所述电动汽车进行控制。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述稳定电流值计算模块还用于：

获取所述电动汽车的当前速度；

根据能量守恒定律，利用第一公式计算所述电动汽车的稳定电流值，其中，v为当前速度，I₂为电机电流，k₁为比例系数，m为电动汽车的重量，I₁为稳定电流的计算值，s为所述电动汽车运动的距离，t为运动的时间。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述补偿电流计算模块还用于：

根据所述稳定电流值，利用第二公式I_补偿＝w*(k*I₁-I₂)计算所述补偿电流，其中，w和k均为比例系数。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述转矩电流获得模块还用于：

获取所述电机的设定转速和实际转速；

将所述设定转速和所述实际转速均输入所述PID速度环，计算得到转矩电流。

10.一种电动汽车，其特征在于，所述电动汽车包括电机，且采用PID控制系统，所述PID控制系统包括PID速度环和PID电流环，所述电动汽车还包括：

存储器；

处理器，所述处理器与所述电机电性连接；以及

防溜坡控制装置，所述防溜坡控制装置安装于所述存储器中并包括一个或多个由所述处理器执行的软件功能模组，其包括：

当前速度获取模块，用于当所述电动汽车处于溜坡状态时，获取所述电动汽车的当前速度；

稳定电流值计算模块，用于根据电机电流和所述当前速度，利用能量守恒定律计算出所述电动汽车的稳定电流值；

补偿电流计算模块，用于根据所述稳定电流值，计算补偿电流；

转矩电流获得模块，用于将电机的实际转速输入所述PID速度环进行计算，得到转矩电流；

控制模块，用于将所述补偿电流和所述转矩电流输入所述PID电流环，以对所述电动汽车进行控制。