CN109383508A - 一种智能斜坡行车控制方法及其使用该控制方法的车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能斜坡行车控制方法及其使用该控制方法的车辆，该智能斜坡行车控制方法为：在上坡道上，车辆前进速度为零且未踩下加速踏板和制动踏板时、若加速度值小于0，则所述车辆进入自动斜坡平衡模式以防止溜坡。这种智能斜坡行车控制方法通过PI算法能够在车辆加速度值小于零的时候精准、快速地调节驱动电机的输出扭矩，使上坡道上的车辆刚有下滑趋势的时候即停止下滑，从而防止车辆发生坡起溜车现象，进而防止因前后车辆间距过小发生碰撞，提高安全性。

Description

一种智能斜坡行车控制方法及其使用该控制方法的车辆
技术领域
本发明涉及电动车辆控制领域，尤其涉及一种智能斜坡行车控制方法及其使用该控制方法的车辆。
背景技术
纯电动汽车的动力来源于电池组的电能，并通过电机驱动系统驱动车辆运行，但由于电机驱动系统没有锁止机构，上坡起步过程中，在松开制动踏板的瞬间若动力输出不足，纯电动汽车受重力的下滑分力的作用会发生向后溜车(溜坡)现象，在密集的行车状况下易引发交通安全事故。
针对上述电动汽车的溜坡现象，中国发明(CN103786725A)公开了一种防止电动汽车溜坡的方法，具体包括如下步骤：
S1、判断电动汽车状态是否需要启动防溜坡模式，包括如下步骤：1a、整车控制器判断电动汽车当前的档位状态，如果是行驶档位则进入下一步判断，否则重复本步骤；1b、整车控制器判断电动汽车的制动踏板是否被踩下，如果电动汽车的制动踏板未被踩下，则进入下一步判断，否则执行制动动作；1c、整车控制器判断电动汽车油门踏板是否被踩下，如果电动汽车的油门踏板未被踩下，则进入下一步判断，否则执行步骤S3；1d、整车控制器获取电动汽车的速度方向，判断电动汽车的运动方向与行驶档位是否一致，如果不一致则执行步骤S2，否则重复本步骤；
S2、启动防溜坡模式，包括如下步骤：2a、整车控制器内存储当前档位状态的目标速度VB及达到该目标速度所需的目标时间TB；整车控制器采集电动汽车当前的实际速度V1，分析得到加速度a1＝(VB-V1)/TB，根据加速度a1与电动汽车整车质量的乘积得到第一驱动转矩M1，整车控制器控制电机输出第一驱动转矩M1；2b、经过时间t，整车控制器采集电动汽车的实际速度V2，分析得到加速度a2＝(V2-V1)/t；2c、比较加速度a2与加速度a1，整车控制器控制电机输出第二驱动转矩M2＝(A-a2/a1)M1，其中A为转矩变化率系数，A>1；2d、重复步骤2a至2c，直到整车控制器采集到的电动汽车当前的实际速度与目标速度VB相等；
S3、整车控制器根据电动汽车油门踏板开度信号计算电机的第三驱动转矩M3；
S4、比较所述第二驱动转矩M2和所述第三驱动转矩M3：若第二驱动转矩M2≥第三驱动转矩M3则整车控制器控制电机输出第二驱动转矩M2；若第二驱动转矩M2<第三驱动转矩M3则整车控制器控制电机输出第三驱动转矩M3。
上述方法中，电动汽车进入防溜坡模式的前提是电动汽车已有一个下溜的速度，那么，在这种情况下电动汽车已经发生小幅的溜车现象，这对整个控制来说是不合理的、迟滞的。并且，上述方法中，电动汽车加速度的计算方法是根据公式a＝(V1-V2)/t得到，这样的加速度是一段时间内的平均加速度，不具备实时性，会对控制带来负面影响，且此算法得到的加速度对车速传感器的精度要求过高。另外，这种扭矩的控制方式具有调节时间长、鲁棒性差的不足，因而上述方法对电动汽车溜坡的问题解决效果不甚理想。
发明内容
本发明的目的在于提出一种智能斜坡行车控制方法及其使用该控制方法的车辆，旨在快速、高效、合理地解决电动汽车的溜坡问题。
为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：
一种智能斜坡行车控制方法，在上坡道上，车辆前进速度为零且未踩下加速踏板和制动踏板时、若加速度值小于0，则所述车辆进入自动斜坡平衡模式以防止溜坡；
在所述自动斜坡平衡模式下，驱动电机的输出扭矩Torq1为:
Torq1＝sinθ·G·R+A·(KP·error_balance+KI·error_sum_balance)
其中，θ为坡度值，G为车辆的总重力值，R为车辆的轮胎半径，A为第一调节系数，KP为比例系数，error_balance为车辆的当前加速度偏差值，KI为积分系数，error_sum_balance为每个运算周期内的加速度累计偏差值。
这种智能斜坡行车控制方法能够在车辆加速度值小于零的时候,精准、快速地调节驱动电机的输出扭矩，使上坡道上的车辆刚有下滑趋势的时候即停止下滑，从而高效、合理地防止车辆发生坡起溜车现象，进而防止前后车辆间距过小发生碰撞，提高安全性。
进一步的，上述的智能斜坡行车控制方法中，还具有这样的特征：当车辆处于所述自动斜坡平衡模式时，若踩下加速踏板，则所述车辆切换至自动助力上坡模式并开始前进；
在所述自动助力上坡模式下，驱动电机的输出扭矩Torq2为:
Torq2＝F+sinθ·G·R
其中，F为驾驶员需求扭矩。
这种控制方法中，当踩加速踏板行驶在上坡道上时，驾驶员无需因为斜坡的存在而比平地上行驶踩更深的加速踏板，优化了车辆的控制性，使得驾驶员的操作感更加舒适。
进一步的，上述的智能斜坡行车控制方法中，还具有这样的特征：所述自动助力上坡模式下，若未踩下加速踏板和制动踏板时，则所述车辆切换至自动匀速爬坡模式并保持匀速前进；
在所述自动匀速爬坡模式下，所述驱动电机的输出扭矩Torq3为：
Torq3＝sinθ·G·R+B·(KP·error_assist+KI·error_sum_assist)
其中，B为第二调节系数，error_assist为车辆当前周期的速度偏差值，error_sum_assist为累计速度偏差值。
这种控制方法能够在驾驶员松开加速踏板的情况下也能保持车辆匀速上坡，改善驾驶体验。
进一步的，上述的智能斜坡行车控制方法中，还具有这样的特征：当所述车辆在上坡道上保持前进状态，且未踩下所述加速踏板和所述制动踏板时，则所述车辆进入自动匀速爬坡模式并保持匀速前进；
在所述自动匀速爬坡模式下，所述驱动电机的输出扭矩Torq3为：
Torq3＝sinθ·G·R+B·(KP·error_assist+KI·error_sum_assist)
其中，B为第二调节系数，error_assist为车辆当前周期的速度偏差值，error_sum_assist为累计速度偏差值。
这种控制方法能够在驾驶员不踩加速踏板的情况下也能保持匀速上坡，从而在保证行车安全的前提下简化驾驶员的操作，不但提高了坡道行车安全，还改善驾驶体验。
进一步的，上述的智能斜坡行车控制方法中，还具有这样的特征：在所述自动匀速爬坡模式下，若踩下所述制动踏板，则所述车辆减速直至停止前进；车辆停止前进后当松开制动踏板时，所述车辆切换至自动斜坡平衡模式。
这种控制方法能够充分发挥防止斜坡溜车的优势，有效确保行车安全。
进一步的，上述的智能斜坡行车控制方法中，还具有这样的特征：所述第二调节系数B大于所述第一调节系数A。
这种控制方法，能够为车辆在上坡行驶中提供较高的驱动力，减小驾驶员踩加速踏板的力度，改善驾驶体验。
进一步的，上述的智能斜坡行车控制方法中，还具有这样的特征：所述扭矩Torq1的运算周期为10ms,车辆切换至所述自动斜坡平衡模式的调整时间为300ms。
这种控制方法具有响应迅速、执行高效的优点，使得车辆在发生下滑之前实现驻停，防止因与后方车辆间距过近造成碰撞。
进一步的，上述的智能斜坡行车控制方法中，还具有这样的特征：当车辆由平地驶上坡道或处于自动匀速爬坡模式时，若踩下加速踏板，则所述车辆进入自动助力上坡模式并保持前进。
这种控制方法能够根据加速踏板的开度自动在匀速爬坡模式和自动助力上坡模式之间的切换。
此外，在车辆由平地驶上坡道的过程中，该控制方法能够制动根据加速踏板的开度判断车辆所处的行车模式并输出相应的转矩，行车安全无需驾驶员干预即可实现。
另外，本发明还提供了一种车辆，该车辆使用上述任意一种方案提供的智能斜坡行车控制方法。
所述车辆包含：驱动电机，控制所述驱动电机运行的电机控制器，与所述电机控制器电连接的整车控制器，以及分别与所述整车控制器电连接的车速传感器、加速度计、重力传感器、坡度传感器、加速踏板、制动踏板。
此种车辆能够从硬件方面充分保障智能斜坡行车控制方法的运行可靠性。
进一步的，上述的车辆还具有这样的特征：所述坡度传感器和所述加速度计水平安装在所述车辆的底盘上，所述重力传感器安装在所述底盘的承重部分，所述车速传感器安装在车辆的车轮上。
对于上述车辆，这样的传感器安装方式能够最大限度地提高传感器检测数据的精确性，从而保障智能斜坡行车控制方法充分发挥作用。
附图说明
图1是实施例中车辆的结构框图；
图2是实施例中智能斜坡行车控制方法的流程图；
图3是实施例的智能斜坡行车控制方法中第一调节扭矩的控制原理图；
图4是实施例的智能斜坡行车控制方法中第二调节扭矩的控制原理图。
附图中：1、驱动电机；2、电机控制器；3、整车控制器；4、车速传感器；5、加速度计；6、重力传感器；7、坡度传感器；8、加速踏板；9、制动踏板。
具体实施方式
在以下优选的实施例的具体描述中，将参考构成本申请一部分的所附附图。所附附图通过示例的方式示出了能够实现本申请的特定的实施例。示例的实施例并不旨在穷尽根据本申请的所有实施方式，可以理解，在不偏离本申请范围的前提下，可以利用其它实施方式，也可以进行结构性或者逻辑性修改。因此，以下的具体描述并非限制性的。
本实施例提供了一种智能斜坡行车控制方法和使用该控制方法的车辆。该车辆可以是电动小汽车、电动客车、电动矿车、电动卡车、电动叉车等任意一种使用电力驱动的车辆。
如图1所示，车辆包含：驱动电机1、电机控制器2、整车控制器3、车速传感器4、加速度计5、重力传感器6、坡度传感器7、加速踏板8以及制动踏板9。其中，驱动电机1用以输出驱动车轮转动的转矩，电机控制器2用以控制驱动电机1运行，整车控制器3用以向电机控制器2输出控制指令。
坡度传感器7和加速度计5水平安装在车辆的底盘上，重力传感器6安装在车辆底盘的承重部分，车速传感器4安装在车辆的车轮上。并且，电机控制器2、车速传感器4、加速度计5、重力传感器6、坡度传感器7、加速踏板8以及制动踏板9分别与整车控制器3电连接。
如图2所示，在本实施例提供的一种智能斜坡行车控制方法中，先由整车控制器3根据坡度传感器7检测的信息判断车辆是否处于上坡道上，若是，则整车控制器3基于车速传感器4检测的信息进一步判断车辆是否前进，否则，车辆正常行驶。
在上坡道上，车辆前进速度为零且未踩下加速踏板8(即加速踏板8开度小于10％)和制动踏板9(即制动踏板9开度小于10％)时、若加速度值小于0，则该车辆进入自动斜坡平衡模式以防止溜坡；当车辆处于自动斜坡平衡模式时，若踩下加速踏板8(即加速踏板8开度大于或等于10％)，则车辆切换至自动助力上坡模式并开始前进。
在上坡道上，若整车控制器3判断车辆处于行驶前进状态，则进一步判断是否松开加速踏板8(即判断加速踏板8的开度是否小于10％)。若否，车辆切换至自动助力上坡模式并保持行驶前进，若是，则整车控制器3进一步判断当前是否松开制动踏板9(即判断制动踏板9开度是否小于10％)；若此时松开制动踏板9(即判断制动踏板9开度小于10％)，则车辆进入自动匀速爬坡模式并保持匀速前进；若否，车辆刹车减速。
在自动助力上坡模式下，若未踩下加速踏板8(即加速踏板8开度小于10％)和制动踏板9(即制动踏板9开度小于10％)时，则车辆切换至自动匀速爬坡模式并保持匀速前进；在自动助力上坡模式下，若松开加速踏板8(即加速踏板8开度小于10％)且踩下制动踏板9(即制动踏板9开度大于或等于10％)时，则车辆刹车减速。
在自动匀速爬坡模式下，若踩下制动踏板9(即制动踏板9开度大于或等于10％)，则车辆刹车减速。当车辆减速直至停止前进且松开制动踏板9(即制动踏板9开度小于10％)时，车辆进入自动斜坡平衡模式以防止溜坡。当车辆减速但仍行驶前进过程中，松开制动踏板9(即制动踏板9开度小于10％)和加速踏板8(即加速踏板8开度小于10％)时，车辆进入自动匀速爬坡模式并保持匀速前进；当车辆减速但仍行驶前进过程中，松开制动踏板9(即制动踏板9开度小于10％)且踩下加速踏板8(即加速踏板8开度大于或等于10％)时，车辆进入自动助力上坡模式并保持行驶前进。
当车辆由平地驶上坡道或处于自动匀速爬坡模式时，若踩下加速踏板8(即加速踏板8开度大于或等于10％)，则车辆进入自动助力上坡模式并保持前进。
本实施例中，在车辆进入自动斜坡平衡模式的过程中，前进速度为零的车辆在加速度值刚出现负值的时候就开始调整驱动电机1的输出扭矩使得车辆能够在斜坡上实现驻车以防止溜坡，此时，整车控制器3计算得出驱动电机1所需的输出扭矩Torq1为:
Torq1＝T1+T2；
其中，T1为基础扭矩，T2为第一调节扭矩。
基础扭矩T1根据重力传感器6检测到的车辆的总重力值、坡度传感器7检测到的坡度值以及车辆的轮胎半径计算得到，具体的：
T1＝sinθ·G·R
其中，θ为坡度值，G为车辆的总重力值，R为车辆的轮胎半径。
如图3所示，第一调节扭矩T2根据加速度计5检测到的加速度值-X进行比例、积分运算得到，具体的：
T2＝A·(KP·error_balance+KI·error_sum_balance)
其中，A为第一调节系数，KP为比例系数，error_balance(error_balance＝0-X＝-X)为车辆的当前加速度偏差值，KI为积分系数，error_sum_balance为每个运算周期内的加速度累计偏差值。
因此，输出扭矩Torq1的最终计算公式为：
Torq1＝sinθ·G·R+A·(KP·error_balance+KI·error_sum_balance)。
扭矩Torq1的运算周期为10ms,车辆切换至自动斜坡平衡模式的调整时间为300ms。
本实施例中，当车辆处于自动助力上坡模式下，驱动电机1的输出扭矩Torq2为:
Torq2＝F+sinθ·G·R
其中，F为驾驶员需求扭矩。
本实施例中，当车辆处于自动匀速爬坡模式下，驱动电机1的输出扭矩Torq3为：
Torq1＝T1+T3；
其中，T1为基础扭矩，T3为第二调节扭矩。
如图4所示，第二调节扭矩T3根据车速传感器4检测到的当前实际车速S1与预设匀速行驶速度S2的差值进行比例、积分运算得到，具体的：
第二调节扭矩T3＝B·(KP·error_assist+KI·error_sum_assist)
其中，B为第二调节系数，error_assist(error_assist＝S1-S2)为车辆当前周期的速度偏差值，error_sum_assist为累计速度偏差值。
本实施例中，第一调节扭矩系数A和第二调节扭矩系数B均由驱动电机1的参数、车重、变速箱转换比、地面摩擦力等参数综合估算得出，且第二调节扭矩系数B大于第一调节扭矩系数A。
因此，输出扭矩Torq3的最终计算公式为：
Torq3＝sinθ·G·R+B·(KP·error_assist+KI·error_sum_assist)。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理，但需要说明的是，上述的这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的具体限制。基于此处的解释，本领域的技术人员在不付出创造性劳动即可联想到本发明的其他具体实施方式或等同替换，都将落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种智能斜坡行车控制方法，其特征在于，在上坡道上，车辆前进速度为零且未踩下加速踏板和制动踏板时、若加速度值小于0，则所述车辆进入自动斜坡平衡模式以防止溜坡；
在所述自动斜坡平衡模式下，驱动电机的输出扭矩Torq1为:
Torq1＝sinθ·G·R+A·(KP·error_balance+KI·error_sum_balance)
其中，θ为坡度值，G为车辆的总重力值，R为车辆的轮胎半径，A为第一调节系数，KP为比例系数，error_balance为车辆的当前加速度偏差值，KI为积分系数，error_sum_balance为每个运算周期内的加速度累计偏差值。
2.根据权利要求1所述的智能斜坡行车控制方法，其特征在于，当车辆处于所述自动斜坡平衡模式时，若踩下所述加速踏板，则所述车辆切换至自动助力上坡模式并开始前进；
在所述自动助力上坡模式下，驱动电机的输出扭矩Torq2为:
Torq2＝F+sinθ·G·R
其中，F为驾驶员需求扭矩。
3.根据权利要求2所述的智能斜坡行车控制方法，其特征在于，在所述自动助力上坡模式下，若未踩下所述加速踏板和所述制动踏板时，则所述车辆切换至自动匀速爬坡模式并保持匀速前进；
在所述自动匀速爬坡模式下，所述驱动电机的输出扭矩Torq3为：
Torq3＝sinθ·G·R+B·(KP·error_assist+KI·error_sum_assist)
其中，B为第二调节系数，error_assist为车辆当前周期的速度偏差值，error_sum_assist为累计速度偏差值。
4.根据权利要求1所述的智能斜坡行车控制方法，其特征在于，当所述车辆在上坡道上保持前进状态，且未踩下所述加速踏板和所述制动踏板时，则所述车辆进入自动匀速爬坡模式并保持匀速前进；
在所述自动匀速爬坡模式下，所述驱动电机的输出扭矩Torq3为：
Torq3＝sinθ·G·R+B·(KP·error_assist+KI·error_sum_assist)
其中，B为第二调节系数，error_assist为车辆当前周期的速度偏差值，error_sum_assist为累计速度偏差值。
5.根据权利要求3或4所述的智能斜坡行车控制方法，其特征在于，在所述自动匀速爬坡模式下，若踩下所述制动踏板，则所述车辆减速直至停止前进；
车辆停止前进后当松开制动踏板时，所述车辆切换至自动斜坡平衡模式。
6.根据权利要求3所述的智能斜坡行车控制方法，其特征在于，所述第二调节系数B大于所述第一调节系数A。
7.根据权利要求1所述的智能斜坡行车控制方法，其特征在于，所述扭矩Torq1的运算周期为10ms,车辆切换至所述自动斜坡平衡模式的调整时间为300ms。
8.根据权利要求3或4所述的智能斜坡行车控制方法，其特征在于，当车辆由平地驶上坡道或处于自动匀速爬坡模式时，若踩下加速踏板，则所述车辆进入自动助力上坡模式并保持前进。
9.一种车辆，其特征在于，使用权利要求1至8中的任一所述的智能斜坡行车控制方法；
所述车辆包含：驱动电机，控制所述驱动电机运行的电机控制器，与所述电机控制器电连接的整车控制器，以及分别与所述整车控制器电连接的车速传感器、加速度计、重力传感器、坡度传感器、加速踏板、制动踏板。
10.根据权利要求9所述的车辆，其特征在于，所述坡度传感器和所述加速度计水平安装在所述车辆的底盘上，所述重力传感器安装在所述底盘的承重部分，所述车速传感器安装在车辆的车轮上。
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