CN108215939B - 一种电动汽车的蠕行扭矩控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车的蠕行扭矩控制方法，所述方法包括：根据蠕行控制参数，判断车辆是否启动蠕行控制；根据包括制动主缸压力、车辆当前坡度以及当前车速获得最终蠕行控制扭矩；按照所述最终蠕行控制扭矩实现控制。本发明优化了蠕行功能下车辆的动力输出，使得车辆的行驶更加贴近驾驶员的意图。本发明提高了驾驶员的驾驶舒适性，使得车辆在坡道上的起步更加安全。同时增加了挪车的便利性，使得在车辆泊车和出库时更加方便。

Description

一种电动汽车的蠕行扭矩控制方法

技术领域

本发明揭示了一种电动汽车的蠕行扭矩控制方法。

背景技术

传统汽车的蠕行控制功能通常由自动变速箱控制器实现，由于发动机有最小怠速转速的限制，蠕行控制功能实现需要包括扭矩控制和差速控制，自动变速箱控制器是通过离合器滑摩控制(DCT/AMT)或者液力变扭器耦合程度控制(AT/CVT)实现蠕行控制功能。对于电动汽车，由于动力电机没有最小转速的限制，而且所搭配的变速器许多是没有离合器的，所以传统汽车的蠕行控制方法已不再适用。

电动汽车的蠕行功能存在以下优点：第一，蠕行能够帮助驾驶员更好的控制车辆，在松刹车的同时，车辆给出驱动力，保证车辆能够向驾驶员所要求的方向行驶；第二，驾驶员只要通过刹车踏板就能在低速时控制车辆，这给驾驶员挪车带来了巨大的便利。第三，提高了驾驶安全，当车辆在坡上停车需要起步上坡时，蠕行功能可以避免遛坡。因此，如何控制电动汽车的蠕行在实际的使用过程中是非常有价值。

现有的一种控制电机驱动车辆的蠕行扭矩的方法为：计算道路的下坡坡度的步骤；使用下坡坡度、预定基本蠕行扭矩、设定速度和对应于设定速度的预定基本蠕行扭矩的补偿系数计算滤波器时间常数的步骤；以及可变控制步骤，将计算出的滤波器时间常数应用于滤波器，将预定基本蠕行扭矩输入至滤波器，并基于从滤波器输出的作为需求扭矩的扭矩值控制电机，这种方法虽然能达到控制蠕行扭矩的目的，但是控制方法复杂，且原理不直观。

另一种纯电动汽车防止坡起后溜的扭矩控制方法，利用闭环PI控制，通过标定不同电机转速下的P、I参数，当使得电动汽车在松开制动踏板的0.3s内达到驱动所需要的扭矩，并迅速达到理想的驱动车速，避免驾驶员松开制动后的后溜过程。这种方法中需要标定PI参数，PI参数是与电机转速相关的标定量，标定会很困难麻烦，因此不易实现。

而目前大多数的电动汽车，采用的蠕行方式是基于刹车踏板的开关信号。这种方法的缺点在于无法准确的输出所需要的扭矩，可能会在车辆蠕行开始的瞬间造成抖动，影响舒适性。严重的，在坡道上会有瞬间的动力不足，造成车辆溜坡，导致事故发生。

发明内容

本发明的目的，在于解决以上问题，通过引进刹车制动主缸压力和车辆坡度等信息后，可以更加准确的的输出蠕行扭矩。

为了实现上述发明目的，本发明的一种电动汽车的蠕行扭矩控制方法，所述方法包括：

步骤一，根据蠕行控制参数，判断车辆是否启动蠕行控制；

步骤二，根据包括制动主缸压力、车辆当前路面以及当前车速，按照公式(1)获得最终蠕行力：

F_creep＝(F_brake+F_slope)×C_speed (1)

其中，

F_brake为基于制动主缸压力的蠕行驱动力；

F_slope为基于坡度的蠕行驱动力；

C_speed为车速协调因子，与当前车速和蠕行目标车速相关；

步骤三，按照所述最终蠕行力，所述电动汽车的电机输出蠕行扭矩执行控制。

可选的是，所述步骤一中，所述蠕行控制参数包括蠕行目标车速、制动主缸压力、当前档位和制动压力。

可选的是，所述步骤二中，所述基于制动主缸压力的蠕行驱动力F_brake为：

F_brake＝P_brake×k_brake+F₀ (2)

其中，

P_brake为当前刹车踏板的制动主缸压力；

k_brake为制动主缸压力和蠕行驱动力之间的关系系数；

F₀为制动主缸压力为0时的蠕行驱动力。

可选的是，所述步骤二中，所述基于坡度的蠕行驱动力为：

F_slope＝S×k_slope×N×m×g (3)

其中，

S为坡度系数；

m为车辆的质量；

g为重力加速度常数；

k_slope为基于坡度的蠕行力和坡度之间的关系系数，取值范围在0～1之间；

N为单位向量，分为以下几种取值情况：

当车辆朝向坡上，且档位为D档时，N＝1；

当车辆朝向坡上，且档位为R档时，N＝-1；

当车辆朝向坡下，且档位为D档时，N＝-1；

当车辆朝向坡下，且档位为R档时，N＝1。

可选的是，所述步骤二中，所述车速协调因子C_speed为：

其中，

v为车辆当前速度；

v_creep为蠕行目标车速参考值；

k_speed为调节系数，取值范围在0～2之间。

可选的是，所述步骤三中，所述电机按照蠕行扭矩T_creep启动控制：

其中：

T_creep为蠕行扭矩；

F_creep为所述最终蠕行力；

R为汽车轮胎滚动半径；

η为从电机输出轴到车轮的传动系统效率；

k为从电机输出轴到车轮的传动比。

可选的是，所述蠕行目标车速为5～10km/h。

本发明优化了蠕行功能下车辆的动力输出，使得车辆的行驶更加贴近驾驶员的意图。其原理是基于车辆刹车的深度，控制车辆输出的驱动力大小。

附图说明

现在将详细参考附图描述本公开的实施例。现在将详细参考本公开的优选实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。此外，尽管本公开中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本公开说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本公开。

下面，参照附图，对于熟悉本技术领域的人员而言，从对本发明的详细描述中，本发明的上述和其他目的、特征和优点将显而易见。

图1说明车辆在行驶状态下的制动潜力和制动踏板行程的线性关系示意图；

图2给出蠕行状态下的制动潜力和制动踏板行程的关系示意图；

图3是本发明揭示的电动汽车蠕行扭矩控制方法流程图。

具体实施方式

本说明书公开了结合本发明特征的一或多个实施例。所公开的实施例仅仅例示本发明。本发明的范围不限于所公开的实施例。本发明由所附的权利要求是来限定。

说明书中引用的“一个实施例”、“一实施例”、“一示例性实施例”等等表明所述的实施例可以包括特殊特征、结构或特性，但所有实施例不必包含该特殊特征、结构或特性。此外，这些短语不必涉及相同的实施例。此外，在联系一实施例描述特殊特征、机构或特性时，就认为联系其他实施例(无论是否明确描述)实现这种特征、结构或特性在本领域的技术人员的知识范围之内。

此外，应理解，这里使用的空间描述(例如，之上、之下、上方、左边、右边、下方、顶部、底部、垂直、水平等等)仅用于说明的目的，且这里所描述的结构的实际实现方式可以是按任何定向或方式来在空间上排列。

本申请的控制方法，实际上是通过优化蠕行功能下车辆的动力输出，使得车辆的行驶更加贴近驾驶员的意图。其根本原理是基于车辆刹车的深度，控制车辆输出的驱动力大小，具体详细解释如下。

图1示意了车辆行驶状态下的制动潜力和制动主缸压力的线性关系示意图。

其中，X坐标轴代表制动主缸压力，Y坐标轴代表制动潜力。对行驶中的车辆，其制动潜力随着制动主缸压力的增加而增加，二者之间是线性关系，对应坐标中的斜线。

实际行驶中的车辆，其蠕行驱动力要结合车速和路面两方面因素综合考虑：

因素一：根据刹车压力确定

图2示意了电动汽车在蠕行状态下的制动潜力和制动主缸压力之间的关系，车辆从静止开始的蠕行驱动力是F₀，其蠕行驱动力如图2中虚线所示。

当车辆低速行驶，驾驶员慢慢踩下刹车，随着X方向表示的制动主缸压力不断增加，Y方向示意制动潜力不断增加，同时，车辆驱动力逐渐减小。当制动潜力超过驱动力后(对应虚斜线和实斜线相交之后)，车辆减速并停止。驾驶员继续踩深刹车，驱动力变为0(对应虚斜线与X轴的交点)。

当驾驶员深踩刹车踏板，而车辆静止时，为了起步，驾驶员慢慢松开刹车，在这个过程中，车辆输出的驱动力不断增加，制动力不断减小，当驱动力超过制动力后，车辆开始起步。

综上所述，基于制动主缸压力的蠕行驱动力F_brake的表达式如下：

F_brake＝P_brake×k_brake+F₀ (1)

其中，

P_brake为刹车踏板的制动主缸压力，由传感器采集当前数值获取；

k_brake为制动主缸压力和蠕行驱动力之间的关系系数，对应为图2的虚斜线的斜率，为负值；

F₀为制动主缸压力为0时的蠕行驱动力；

其中，k_brake和F₀需根据实际情况进行标定和调节。

举个示例来说，车辆A，质量为1500kg，车辆等效阻力f0、f1、f2分别为240,0.1,0.001，车辆在平路上的目标蠕行速度为7km/h，若希望车辆能够在3秒时间内从静止加速到该目标蠕行速度，根据车辆动力学公式，整车的阻力：

F_drag＝f₀+f₁v+f₂v² (2)

由于低速状态下，f₂v²项非常小，可忽略不计，因此阻力公式改写为：

F_drag＝f₀+f₁v (3)

若希望车辆在3秒时从静止加速到7km/h，假设加速度是均匀的，则加速度为：

所以，加速度为0.648m2/s。

车辆静止时，由于：

F₀-F_drag＝ma (5)

计算得出F₀＝1212N。

一般来说，驾驶员停车时，制动主缸压力在10bar左右，希望此时F_brake＝0。根据公式(1)，计算出k_brake为-121.2。

因此，k_brake和F₀两个值具体应该多少，最终取决于驾驶员的感受，以上示例计算仅供初步调节时参考。

因素二：根据路面因素确定

路面因素包括平路或坡道，对于平路的情况，蠕行驱动力与前述的制动主缸压力的蠕行驱动力F_brake一致，而当车辆行驶在坡道上，需要的蠕行驱动力会增大或减小，分为以下几种情况：

(1)当车辆朝向坡上，且档位为D档时，需要的蠕行驱动力增大；

(2)当车辆朝向坡上，且档位为R档时，需要的蠕行驱动力减小；

(3)当车辆朝向坡下，且档位为D档时，需要的蠕行驱动力减小；

(4)当车辆朝向坡下，且档位为R档时，需要的蠕行驱动力增大。

根据以上的不同情况，本发明的控制方法中，通过对路面的监控，在坡道情况下计入基于坡度的蠕行驱动力。具体请参考如下公式：

F_slope＝S×k_slope×N×m×g (6)

其中，

S为坡度系数；

m为车辆的质量；

g为重力加速度常数；

k_slope为基于坡度的蠕行驱动力和坡度之间的关系系数，取值范围在0～1之间；

N为单位向量，分为以下几种取值情况：

当车辆朝向坡上，且档位为D档时，N＝1；

当车辆朝向坡上，且档位为R档时，N＝-1；

当车辆朝向坡下，且档位为D档时，N＝-1；

当车辆朝向坡下，且档位为R档时，N＝1。

此外，为保证安全起见，还引入了车速协调因子C_speed，以确保蠕行扭矩随着车速增加而减少，该因子的表达式如下：

其中，

v为车辆当前速度；

v_creep为蠕行目标车速参考值；

k_speed为调节系数，取值范围在0～2之间。

在综合了当前车速和路面的情况下，根据制动主缸压力，车辆所在坡度以及车速协调因子，得出最终的蠕行力为：

F_creep＝(F_brake+F_slope)×C_speed (8)

结合前述，该等式右侧的水平状态、坡道状态下蠕行驱动力和车速协调因子三个参数是由公式(1)、(6)、(7)得出的。

根据公式(8)得出的最终蠕行力F_creep，按照如下公式(9)，由电机执行最终的蠕行扭矩T_creep。

其中：

T_creep为蠕行扭矩；

F_creep为最终蠕行力；

R为汽车轮胎滚动半径；

η为从电机输出轴到车轮的传动系统效率；

k为从电机输出轴到车轮的传动比；

最终，电机按照蠕行扭矩T_creep实现控制。

图3是本发明的电动汽车的蠕行扭矩控制方法的实现流程，结合该流程图对各个步骤逐一详细说明：

步骤S1，车辆处于待命状态；

步骤S2，判断车辆是否启动蠕行控制，如果需要启动蠕行控制，转入步骤S3，如果不需要，返回步骤S1仍于待命状态；

通常，当车速低于蠕行目标车速v₀，通常的蠕行目标车速为5～10km/h，且油门踏板位置为“松开”状态，且当前档位为D或者R，且制动踏板压力不为0时，启动蠕行控制，即，在该步骤，根据车速、制动主缸压力、当前档位、制动压力等参数判定是否蠕行；

步骤S3，在驾驶员踩动刹车踏板时，根据公式(1)获得基于制动主缸压力的蠕行驱动力F_brake，其中，传感器采集当前刹车踏板的制动主缸压力P_brake，并根据实际情况标定和调节制动主缸压力和蠕行驱动力之间的关系系数k_brake和制动主缸压力为0时的蠕行驱动力F₀。

步骤S4，判断车辆的坡度系数S是否为0？如果处于坡道上，S大于0，进入步骤S5，如果处于水平路面，则S等于0，进入步骤S6；

步骤S5，根据公式(6)将基于坡道的蠕行驱动力加入蠕行力中，具体是：

蠕行力＝根据步骤S3得到基于制动主缸压力的蠕行驱动力+基于坡度的蠕行驱动力；

步骤S6，如果车辆并非位于坡道而是在平路上，则无需考虑基于坡道的蠕行驱动力，直接转入步骤S7；

步骤S7，结合车速协调因子，按照公式(7)和公式(8)得出最终的蠕行力；

步骤S8，按照前述公式(9)，根据最终蠕行力输出蠕行扭矩，并据此由电机启动蠕行控制。

本发明提高了驾驶员的驾驶舒适性，具体体现在：

第一，使得车辆在坡道上的起步更加安全。本发明的蠕行力考虑了坡度的因素，会在车辆上坡时，加大蠕行力，以克服车辆下滑的力，保证车辆不遛坡。

第二，增加了挪车的便利性，使得在车辆泊车和出库时更加方便。车辆在挪车和进出库时，需要频繁的打方向，同时精准的控制车辆的前进和后退，对驾驶员的操作和注意力要求很高。有了本发明的基于刹车力的蠕行力部分，驾驶员只需要通过刹车踏板，就可以控制车辆的移动，不需要刹车和油门频繁的切换，减轻了驾驶员的负担。

因此，本发明提高了驾驶员的驾驶舒适性，使得车辆在坡道上的起步更加安全。同时增加了挪车的便利性，使得在车辆泊车和出库时更加方便。

前面提供了对较佳实施例的描述，以使本领域内的任何技术人员可使用或利用本发明。对这些实施例的各种修改对本领域内的技术人员是显而易见的，可把这里所述的总的原理应用到其他实施例而不使用创造性。因而，本发明将不限于这里所示的实施例，而应依据符合这里所揭示的原理和新特征的最宽范围。

Claims (7)

1.一种电动汽车蠕行扭矩控制方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤一，根据蠕行控制参数，判断车辆是否启动蠕行控制；

步骤二，根据包括制动主缸压力、车辆当前路面以及当前车速，按照公式(1)获得最终蠕行力：

F_creep＝(F_brake+F_slope)×C_speed (1)

其中，

F_brake为基于制动主缸压力的蠕行驱动力；

F_slope为基于坡度的蠕行驱动力；

C_speed为车速协调因子，与当前车速和蠕行目标车速相关；

步骤三，按照所述最终蠕行力，所述电动汽车的电机输出蠕行扭矩执行控制。

2.根据权利要求1所述的一种电动汽车的蠕行扭矩控制方法，其特征在于，

所述步骤一中，所述蠕行控制参数包括蠕行目标车速、制动主缸压力、当前档位和制动压力。

3.根据权利要求2所述的一种电动汽车的蠕行扭矩控制方法，其特征在于，所述步骤二中，所述基于制动主缸压力的蠕行驱动力F_brake为：

F_brake＝P_brake×k_brake+F₀ (2)

其中，

P_brake为当前刹车踏板的制动主缸压力；

k_brake为制动主缸压力和蠕行驱动力之间的关系系数；

F₀为制动主缸压力为0时的蠕行驱动力。

4.根据权利要求3所述的一种电动汽车的蠕行扭矩控制方法，其特征在于，

所述步骤二中，所述基于坡度的蠕行驱动力为：

F_slope＝S×k_slope×N×m×g (3)

其中，

S为坡度系数；

m为车辆的质量；

g为重力加速度常数；

k_slope为基于坡度的蠕行力和坡度之间的关系系数，取值范围在0～1之间；

N为单位向量，分为以下几种取值情况：

当车辆朝向坡上，且档位为D档时，N＝1；

当车辆朝向坡上，且档位为R档时，N＝-1；

当车辆朝向坡下，且档位为D档时，N＝-1；

当车辆朝向坡下，且档位为R档时，N＝1。

5.根据权利要求4所述的一种电动汽车的蠕行扭矩控制方法，其特征在于，

所述步骤二中，所述车速协调因子C_speed为：

其中，

v为车辆当前速度；

v_creep为蠕行目标车速参考值；

k_speed为调节系数，取值范围在0～2之间。

6.根据权利要求5所述的一种电动汽车的蠕行扭矩控制方法，其特征在于，

所述步骤三中，所述电机按照蠕行扭矩T_creep启动控制：

其中：

T_creep为蠕行扭矩；

F_creep为所述最终蠕行力；

R为汽车轮胎滚动半径；

η为从电机输出轴到车轮的传动系统效率；

k为从电机输出轴到车轮的传动比。

7.根据权利要求6所述的一种电动汽车的蠕行扭矩控制方法，其特征在于，

所述蠕行目标车速为5～10km/h。