CN109080499B - 整车控制器、电动交通工具及电动交通工具驻坡控制方法 - Google Patents

整车控制器、电动交通工具及电动交通工具驻坡控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电动交通工具驻坡控制方法，利用整车控制器实现对坡道起步工况的识别、计算抑制电动交通工具溜坡所需的预控制动力矩、将电动交通工具的制动力矩设定为预控制动力矩，并根据电动交通工具的当前车速计算的微调制动力矩进一步调整电动交通工具的制动力矩、将电动交通工具的制动力矩设定为调整后的制动力矩控制。整个方法中每个步骤均利用整车控制器实现，无需增加额外的硬件，降低了成本；进一步地，在预控制动力矩和微调制动力矩的共同组成的的制动力矩的控制下，可快速准确的对驻坡制动力矩进行控制，整个计算过程由整车控制器进行，不存在电机控制器根据转速被动调节，制动力矩响应较慢的问题，简化了驻坡逻辑。

Description

整车控制器、电动交通工具及电动交通工具驻坡控制方法
技术领域
本发明涉及交通工具技术领域，特别涉及一种整车控制器、电动交通工具及电动交通工具驻坡控制方法。
背景技术
汽车驻坡能力是在ESP系统基础上衍生开发出来的一种功能，它可让车辆在不用手刹的情况下在坡路上起步而不会溜车。常见的电动车驻坡方法有电子液压制动(Electric Hydraulic Brake，EHB)驻坡、电子稳定系统坡道起步保持功能(ElectronicStability Program Hill-StartHold System，ESP HHS)驻坡以及电机控制驻坡。
EHB主要通过坡度传感器识别到本次车辆起步为坡道起步时，控制液压制动系统产生一定的油压，进而在车轮上产生足够克服坡道阻力的制动力；当驾驶员踩加速踏板时，EHB系统通过不断检测驱动力，逐渐卸载车轮制动力，通过动态调节制动力的方法，使驱动力和制动力的总和不小于坡道阻力，从而防止车辆倒溜。
ESP HHS主要通过安装的陀螺仪(转角传感器的一种)识别车辆起步为坡道起步工况时，驾驶员松开制动踏板，HHS系统在一定的时间内制动车辆，防止车辆倒溜，给驾驶员足够的时间换脚踩加速踏板。
EHB和ESP HHS这两种驻坡方案都是通过安装的传感器硬件辅助以软件策略获知车辆起步为坡道起步工况，进而实现驻坡功能。但是，安装传感器无疑会显著增加成本，还需要对传统液压系统进行改造。另外，EHB系统和ESP系统价格相对高昂，在高端车上比较常见，而对于中低端电动汽车上普及率较低，不利于两种驻坡方案在普通电动汽车上推广应用。
电机控制驻坡主要通过整车控制器识别车辆溜坡，然后向电机控制器发送目标转速为零，电机控制器采用转速闭环控制方法，调节电机扭矩使车辆制动，进而实现驻坡功能。但是，由于电机控制器无法预知坡度，通过PI控制的方法调节速度较慢，容易造成溜坡距离较大的情况；另外，由于这种方法需要整车控制器和电机控制器进行密切配合方可实现驻坡，两者都需要加入驻坡逻辑，方法较繁琐。
综上，寻找一种新的驻坡方法以克服现有驻坡方法存在的不足成为当务之急。
发明内容
本发明的目的在于提供一种整车控制器、电动交通工具及电动交通工具驻坡控制方法，以弥补现有驻坡方法存在的不足。
为解决上述技术问题，本发明提供一种整车控制器，所述整车控制器包括：一中央处理器，所述中央处理器用于对交通工具的起步工况进行识别，计算交通工具处于当前起步工况时所需的预控制动力矩，并对交通工具的制动力矩依次进行动态调整以及稳态保持。
可选的，在所述的整车控制器中，所述中央处理器包括：
起步工况识别模块，用于识别交通工具所处的起步工况，所述起步工况包括坡道起步工况和平道起步工况；
预控制动力矩计算模块，用于计算交通工具处于当前起步工况时抑制溜坡所需的预控制动力矩；
制动力矩动态调整模块，用于根据经过所述预控制动力矩控制的交通工具的车速计算的微调制动力矩进一步调整交通工具的制动力矩；
制动力矩稳态保持模块，用于冻结经所述制动力矩动态调整模块调整后的制动力矩。
可选的，在所述的整车控制器中，所述中央处理器还包括一制动力矩卸载模块，所述制动力矩卸载模块用于卸载经所述制动力矩稳态保持模块冻结的制动力矩。
本发明还提供一种电动交通工具，所述电动交通工具使用上述整车控制器。
可选的，在所述的电动交通工具中，所述电动交通工具为电动车。
本发明还提供一种电动交通工具驻坡控制方法，所述电动交通工具驻坡控制方法包括如下步骤：
S1：利用整车控制器识别电动交通工具是否处于坡道起步工况；
S2：在电动交通工具处于坡道起步工况时，利用整车控制器计算抑制电动交通工具溜坡所需的预控制动力矩；
S3：利用整车控制器将电动交通工具的制动力矩设定为所述预控制动力矩，并根据电动交通工具的当前车速计算的微调制动力矩进一步调整电动交通工具的制动力矩；
S4：利用整车控制器将电动交通工具的制动力矩设定为调整后的制动力矩控制。
可选的，在所述的电动交通工具驻坡控制方法中，在S4运行超过预定时间后，还包括步骤：
S5：利用整车控制器将电动交通工具的制动力矩设定为经卸载调整后的制动力矩。
可选的，在所述的电动交通工具驻坡控制方法中，所述预定时间根据电动交通工具的电机性能设定。
可选的，在所述的电动交通工具驻坡控制方法中，S1包括如下步骤：
S10：判断电动交通工具是否处于起步工况，所述起步工况为电动交通工具的车速低于预定阀值并且制动踏板由制动状态转为非制动状态；
S11：判断电动交通工具是否处于坡道，所述电动交通工具处于坡道时，整车控制器接收到电机控制器反馈的电机的转速为负向。
可选的，在所述的电动交通工具驻坡控制方法中，在S2中，整车控制器利用牛顿第二定律计算电动交通工具发生溜坡时所需的预控制动力矩。
可选的，在所述的电动交通工具驻坡控制方法中，利用整车控制器计算电动交通工具发生溜坡时所需的预控制动力矩采用如下公式：
Trqprectl＝ElM_trqAct*ig-K*a (1)
公式(1)中，Trqprectl表示预控制动力矩，ElM_trqAct表示电机控制器反馈的当前电机实际扭矩值；ig为传动系速比；K为补偿因子，K与电动交通工具的质量成正比；a为电动交通工具加速度。
可选的，在所述的电动交通工具驻坡控制方法中，所述电动交通工具加速度根据矢量电机转速计算。
可选的，在所述的电动交通工具驻坡控制方法中，在S3中，整车控制器采用PI控制算法计算微调制动力矩。
可选的，在所述的电动交通工具驻坡控制方法中，在S4中，调整后的制动力矩为预设制动力矩与微调制动力矩求和。
在本发明所提供的整车控制器、电动交通工具及电动交通工具驻坡控制方法中，所述电动交通工具驻坡控制方法包括：利用整车控制器实现对坡道起步工况的识别、计算抑制电动交通工具溜坡所需的预控制动力矩、将电动交通工具的制动力矩设定为预控制动力矩，并根据电动交通工具的当前车速计算的微调制动力矩进一步调整电动交通工具的制动力矩、将电动交通工具的制动力矩设定为调整后的制动力矩控制。整个方法中每个步骤均利用整车控制器实现，无需增加额外的硬件，降低了成本；进一步地，在预控制动力矩和微调制动力矩的共同组成的的制动力矩的控制下，可快速准确的对驻坡制动力矩进行控制，整个计算过程由整车控制器进行，不存在电机控制器根据转速被动调节，制动力矩响应较慢的问题，简化了驻坡逻辑。
附图说明
图1是本发明一实施例的电动交通工具驻坡控制方法的流程图；
图2是基于本发明的电动交通工具驻坡控制方法进行驻坡过程的实测数据图。
图2中：
1-目标制动力矩；2-车速信号；3-制动踏板状态信号。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的整车控制器、电动交通工具及电动交通工具驻坡控制方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
请参考图1，其为本发明的电动交通工具驻坡控制方法的流程图，如图1所示，所述电动交通工具驻坡控制方法包括：
S1：利用整车控制器识别电动交通工具是否处于坡道起步工况；
其中，S1包括如下步骤：
S10：判断电动交通工具是否处于起步工况，所述起步工况为电动交通工具的车速低于预定阀值并且制动踏板由制动状态转为非制动状态；
S11：判断电动交通工具是否处于坡道，所述电动交通工具处于坡道时，整车控制器接收到电机控制器反馈的电机的转速为负向(即溜坡状态)。
S2：在电动交通工具处于坡道起步工况时，利用整车控制器计算抑制电动交通工具溜坡所需的预控制动力矩；优选的，所述电动交通工具为电动车，整车控制器利用牛顿第二定律计算电动交通工具发生溜坡时所需的预控制动力矩(即克服溜坡所需的阻力矩)，根据牛顿第二定律推导得到：预控制动力矩＝电机实际扭矩*传动比-整车质量*车辆加速度*车轮半径，实际应用过程中，考虑到电机扭矩控制存在滞后，使得电机反馈的转速信号存在误差的问题，因此对上述推导的公式做了优化，引入了补偿因子(具体请参考公式(1))，以避免电机扭矩控制存在滞后给最终计算的预控制动力矩的结果造成的误差。
Trqprectl＝ElM_trqAct*ig-K*a (1)
公式(1)中，Trqprectl表示预控制动力矩，ElM_trqAct表示电机控制器反馈的当前电机实际扭矩值；ig为传动系速比；K为补偿因子，K与电动交通工具的质量成正比；a为电动交通工具加速度。
在对于电动交通工具加速度计算时，以电动交通工具为电动车为例，为了提高计算精度，加速度a根据矢量电机转速计算。通常加速度a通过矢量车速(带符号指代的是车速为矢量，具有正负之分)微分得到，而本发明的矢量车速使用矢量电机转速，使用电机转速的原因在于：来自ABS的车速表征车辆状态，在低车速下车速信号经过滤波后不准确，无法反应车速细微变化，因此，车速信号存在误差。较佳的，在利用电机转速计算车速进而计算加速度的过程中，需要对电机转速进行适度滤波处理。其原因在于：电机转速传感器在车辆接近于零车速附近会产生-30r/min～30r/min的抖动，因此会影响驻坡功能的控制精度。滤波系数的选择需要遵循在保持车辆稳定的前提下尽量小的原则(滤波系统过大容易造成驻坡扭矩计算滞后于车辆状态变化)。
此外，计算预控制动力矩的方法包括但不局限于牛顿第二定律一种方法，还可以采用下面的几种方法计算。
1、根据制动主缸压力估算坡道阻力矩：主缸压力越高，说明克服坡道阻力，保持车辆静止在坡道上的车轮制动力越大，可以通过实验标定制动主缸压力与坡道阻力的关系。
2、根据驾驶员制动踏板的开度估算阻力矩；
3、根据制动真空泵的工作时间估算阻力矩；
4、根据单位时间内车辆的行驶阻力来估算坡道阻力：通过选取合理时间段内的车辆行驶阻力，并将其作为驻坡预控制动力矩，可以在驻坡起步之前估算到坡道阻力；也可以采用车辆长时间的行驶阻力和短时间行驶阻力加权的方法得到预控制动力矩。
S3：利用整车控制器将电动交通工具的制动力矩设定为所述预控制动力矩，并根据电动交通工具的当前车速计算的微调制动力矩进一步调整电动交通工具的制动力矩；在预控制动力矩的控制下，交通工具(例如车辆)会迅速改变加速溜坡的趋势，加速度会趋向于零，但是车速仍未制动到零车速，为使车速制动到零车速，需要加入微调制动力矩。其中，微调制动力矩的计算采用PI(比例积分)控制。根据当前车速与零车速的差值进行计算微调制动力矩，进而基于计算的微调制动力矩对制动力矩进行动态调节。由于PI控制算法是本领域技术人员所公知的技术，此处不对其进行赘述。
S4：利用整车控制器将电动交通工具的制动力矩设定为调整后的制动力矩控制；其中，调整后的制动力矩为预设制动力矩与微调制动力矩求和。在调整后的制动力矩控制下，车速达到最小速度(可能为零车速)，此时电动交通工具几乎静止，只是由于电机转速信号在零值附近精度较低，存在波动，如果继续调节会导致制动力矩抖动从而加剧系统的不稳定性，进而使驾驶员感到车辆抖动。所以，在本阶段需要冻结驻坡制动力矩计算，改善驾驶感受。
由于自适应驻坡工况电机处于堵转状态，只能用于辅助驾驶员起步，不适宜过长时间保持，因此本发明的驻坡控制方法还设置了S5。若S2至S3中任意一步骤中驾驶员对车辆进行了操作，则会退出当前的工况，按照驾驶员的操作执行相关功能。
S5：利用整车控制器将电动交通工具的制动力矩设定为经卸载调整后的制动力矩。当电动交通工具制动静止超过预定时间后，开始执行S5进行梯度卸载调整后的制动力矩控制，以使整车控制器采用固定较小的制动力驻坡，电动交通工具会减速下溜，既不会因为突然卸载制动扭矩影响行车安全，又保护了电机。预定时间优选为6s，具体可以根据车辆的电机性能进行设定。
本发明的电动交通工具驻坡控制方法每个步骤均利用电动交通工具的整车控制器实现，实际是对整车控制器的软件策略的改进，首先对坡道起步工况进行识别，进而确定电动交通工具处于坡道起步工况下，运用“前馈”加“反馈”的控制思路实现制动力矩的精确计算，进而将计算的结果发送给电机控制器，电机控制器基于整车控制器计算的制动力矩对电动交通工具进行控制，实现驻坡。其中，“前馈”体现于步骤S2，通过预先计算的预控制动力矩初步控制电动交通工具，扭转电动交通工具加速溜坡的趋势，使其加速度趋向于零；“反馈”体现于步骤S3，考虑在预控制动力矩的控制下，电动交通工具加速度趋向于零时，车速(即电动交通工具的行驶速度)可能仍未制动到零车速(仍存在溜坡的现象)，通过加入微调制动力矩，实现对制动力矩的动态调整，从而使得车速制动到零车速，实现驻坡。
本实施例中，为支持上述电动交通工具驻坡控制方法，需要提供一电动交通工具，所述电动交通工具具有整车控制器和电机控制器，两者之间通过CAN总线通信，电动交通工具的改进主要在于仅对整车控制器的改进。所述整车控制器包括：一中央处理器，所述中央处理器用于对交通工具的起步工况进行识别，计算交通工具处于当前起步工况时所需的预控制动力矩，并对交通工具的制动力矩依次进行动态调整以及稳态保持。
具体的，所述中央处理器包括：起步工况识别模块、预控制动力矩计算模块、制动力矩动态调整模块、制动力矩稳态保持模块、制动力矩卸载模块，其中，所述起步工况识别模块用于识别交通工具所处的起步工况，所述起步工况包括坡道起步工况和平道起步工况；所述预控制动力矩计算模块用于计算交通工具处于当前起步工况时所需的预控制动力矩；所述制动力矩动态调整模块用于根据经过所述预控制动力矩控制的交通工具的车速计算的微调制动力矩进一步调整车辆的制动力矩；所述制动力矩稳态保持模块用于冻结经所述制动力矩动态调整模块调整后的制动力矩；所述制动力矩卸载模块用于卸载经所述制动力矩稳态保持模块冻结的制动力矩，所述制动力矩卸载模块以梯度方式多次卸载冻结的制动力矩，每次卸载的量为固定数值，所述固定数值根据实际需求进行设定。
请参考图2，其为基于本发明的电动交通工具驻坡控制方法进行驻坡过程的实测数据图。如图2所示，标号1为目标制动力矩随时间变化的曲线，标号2为车速信号(即电动交通工具的行驶速度信号)随时间变化的曲线，标号3为制动踏板状态信号随时间变化的曲线，通过数据可以看出，在溜坡开始阶段，制动力矩迅速增加；当车辆加速度为零，车速逐渐减小时，制动力矩反向变化；当车速达到较小值时，制动力矩保持不变。在40度坡道上从开始制动到车辆静止耗时1.2s。由此可见，本发明的电动交通工具驻坡控制方法是简单有效的。
综上，在本发明所提供的整车控制器、电动交通工具及电动交通工具驻坡控制方法中，所述电动交通工具驻坡控制方法包括：利用整车控制器实现对坡道起步工况的识别、计算抑制电动交通工具溜坡所需的预控制动力矩、将电动交通工具的制动力矩设定为预控制动力矩，并根据电动交通工具的当前车速计算的微调制动力矩进一步调整电动交通工具的制动力矩、将电动交通工具的制动力矩设定为调整后的制动力矩控制。整个方法中每个步骤均利用整车控制器实现，无需增加额外的硬件，降低了成本；进一步地，在预控制动力矩和微调制动力矩的共同组成的的制动力矩的控制下，可快速准确的对驻坡制动力矩进行控制，整个计算过程由整车控制器进行，不存在电机控制器根据转速被动调节，制动力矩响应较慢的问题，简化了驻坡逻辑。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (11)

1.一种整车控制器，其特征在于，包括一中央处理器，所述中央处理器用于对交通工具的起步工况进行识别，计算交通工具处于当前起步工况时所需的预控制动力矩，并对交通工具的制动力矩依次进行动态调整以及稳态保持；其中，所述中央处理器通过如下公式(1)计算交通工具处于当前起步工况时所需的预控制动力矩：
Trqprectl＝ElM_trqAct*ig-K*a (1)
公式(1)中，Trqprectl表示预控制动力矩，ElM_trqAct表示电机控制器反馈的当前电机实际扭矩值；ig为传动系速比；K为补偿因子，K与电动交通工具的质量成正比；a为电动交通工具加速度，通过矢量电机转速计算，且在计算a时还对所述矢量电机转速进行滤波处理。
2.如权利要求1所述的整车控制器，其特征在于，所述中央处理器包括：
起步工况识别模块，用于识别交通工具所处的起步工况，所述起步工况包括坡道起步工况和平道起步工况；
预控制动力矩计算模块，用于计算交通工具处于当前起步工况时抑制溜坡所需的预控制动力矩；
制动力矩动态调整模块，用于根据经过所述预控制动力矩控制的交通工具的车速计算的微调制动力矩进一步调整交通工具的制动力矩；
制动力矩稳态保持模块，用于冻结经所述制动力矩动态调整模块调整后的制动力矩。
3.如权利要求2所述的整车控制器，其特征在于，所述中央处理器还包括一制动力矩卸载模块，所述制动力矩卸载模块用于卸载经所述制动力矩稳态保持模块冻结的制动力矩。
4.一种电动交通工具，其特征在于，包括如权利要求1～3中任一项所述的整车控制器。
5.如权利要求4所述的电动交通工具，其特征在于，所述电动交通工具为电动车。
6.一种电动交通工具驻坡控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：利用整车控制器识别电动交通工具是否处于坡道起步工况；
S2：在电动交通工具处于坡道起步工况时，利用整车控制器计算抑制电动交通工具溜坡所需的预控制动力矩；所述整车控制器根据如下公式(1)计算所述预控制动力矩：
Trqprectl＝ElM_trqAct*ig-K*a (1)
公式(1)中，Trqprectl表示预控制动力矩，ElM_trqAct表示电机控制器反馈的当前电机实际扭矩值；ig为传动系速比；K为补偿因子，K与电动交通工具的质量成正比；a为电动交通工具加速度，通过矢量电机转速进行计算，且在计算a时还对所述矢量电机转速进行滤波处理；
S3：利用整车控制器将电动交通工具的制动力矩设定为所述预控制动力矩，并根据电动交通工具的当前车速计算的微调制动力矩进一步调整电动交通工具的制动力矩；
S4：利用整车控制器将电动交通工具的制动力矩设定为调整后的制动力矩控制。
7.如权利要求6所述的电动交通工具驻坡控制方法，其特征在于，在S4运行超过预定时间后，还包括步骤：
S5：利用整车控制器将电动交通工具的制动力矩设定为经卸载调整后的制动力矩。
8.如权利要求7所述的电动交通工具驻坡控制方法，其特征在于，所述预定时间根据电动交通工具的电机性能设定。
9.如权利要求6所述的电动交通工具驻坡控制方法，其特征在于，S1包括如下步骤：
S10：判断电动交通工具是否处于起步工况，所述起步工况为电动交通工具的车速低于预定阀值并且制动踏板由制动状态转为非制动状态；
S11：判断电动交通工具是否处于坡道，所述电动交通工具处于坡道时，整车控制器接收到电机控制器反馈的电机的转速为负向。
10.如权利要求6所述的电动交通工具驻坡控制方法，其特征在于，在S3中，整车控制器采用PI控制算法计算微调制动力矩。
11.如权利要求6所述的电动交通工具驻坡控制方法，其特征在于，在S4中，调整后的制动力矩为预设制动力矩与微调制动力矩求和。
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