CN110949139B - 电动车的自动驻坡方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动车的自动驻坡方法，包括步骤：采集当前工况信息，判断当前工况是否满足驻坡条件；若当前工况满足所述驻坡条件，则调节电机的输出扭矩，进入驻坡工况；若当前工况发生变化，不再满足所述驻坡条件，则退出所述驻坡工况。本发明能够在不增加ESP系统等额外硬件成本的前提下，通过电机控制器软件已有的通讯接口CAN，获取整车要求驻坡的指令或通过整车控制器固有指令即模式请求和扭矩请求，结合电机自身位置信号或速度信号的变化，产生反向驱动扭矩，达到整车不倒溜的目的，实现自动驻坡功能，给予驾驶员更好的驾驶感与主动安全性能，提升了驾驶舒适感；且不需要硬件的改动，降低了生产成本。

Description

电动车的自动驻坡方法
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域，尤其是涉及一种电动车的自动驻坡方法。
背景技术
在低成本的纯电动车中，电驱动系统主要由驱动电机、逆变器和高压电池 组成，为缩减成本，法规要求的防抱死制动系统(ABS系统)是各整车厂强制 安装的，但是，规格更高的车身电子稳定系统(ESP系统)一般并未安装，相 应的，ESP系统所能实现的自动驻坡等功能也无法通过纯电动车的制动系统完 成。
自动驻坡/上坡辅助系统是一种自动替代手刹的功能，车辆在坡道上时，受 到重力在纵向向后的分力，导致整车有后溜的倾向，传统的手刹在斜坡启动时， 需要依靠驾驶者通过手动释放手刹并熟练的操作油门、离合器来配合车辆启动， 避免驾驶员在松开手刹与踩下油门踏板的时间间隔中，车辆出现倒溜情况。此 情况对于新手驾驶员来说是十分棘手且危险的。
传统ESP系统通过车辆上装配的纵向角度传感器、加速度传感器等完成坡 道的识别，在检测到车辆档位信息为空档(N)或前进档(D)，自动驻车(Auto Hold)功能开启，车辆纵向角度传感器检测到车辆在纵向有角度，即有后溜的 倾向时，ESP系统通过液压油路为制动卡钳施加夹力，完成对车轮的制动，避 免车辆后溜。但ESP系统一般将为整车带来千元左右的成本，尤其对于低速纯 电动车来说，此成本还是比较高的。
因此，找到一种成本低廉且能用于电动车的自动驻坡方法是目前亟待解决 的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低成本的电动车自动驻坡方法，在降低成本的 同时，提高驾驶安全性和舒适性。
为了达到上述目的，本发明提供了一种电动车的自动驻坡方法，包括：
采集当前工况信息，判断当前工况是否满足驻坡条件；
若当前工况满足所述驻坡条件，则调节电机的输出扭矩，进入驻坡工况； 以及
若当前工况发生变化，不再满足所述驻坡条件，则退出所述驻坡工况。
可选的，通过整车控制器采集当前工况信息，判断当前工况是否满足驻坡 条件。
可选的，所述通过整车控制器采集当前工况信息，判断当前工况是否满足 驻坡条件的步骤包括：
采集档位信息、油门踏板信息、制动踏板信息及纵向角度信息；
根据所述档位信息、油门踏板信息、制动踏板信息计算驾驶员的需求扭矩， 并根据所述纵向角度信息和电动车的自重、结构计算出所述电动车在当前工况 下所需的驻坡力矩；
若驾驶员的需求扭矩小于等于第一力矩阈值，且所述电动车有倒溜倾向， 则当前工况满足驻坡条件，所述整车控制器向电机控制器发出请求驻坡指令。
可选的，通过电机控制器采集当前工况信息，判断当前工况是否满足驻坡 条件。
可选的，所述通过电机控制器采集当前工况信息，判断当前工况是否满足 驻坡条件的步骤包括：
确认整车控制器对所述电机控制器的驾驶模式请求是否为扭矩模式；
若所述驾驶模式请求为扭矩模式，则比较需求扭矩与第一力矩阈值的大小；
若所述需求扭矩小于等于所述第一力矩阈值，则判断电动车是否倒溜；
若所述电动车倒溜，则当前工况满足驻坡条件。
可选的，所述第一力矩阈值为驾驶员没有前进意愿时的需求扭矩，根据所 述电动车的结构设置标定。
可选的，通过监测所述电机的位置与转速来判断所述电动车是否倒溜，若 所述电机出现反向位置变化或反向转速，且所述反向位置变化的持续时间大于 第一时间阈值或反向转速的持续时间大于第二时间阈值，则所述电动车倒溜。
可选的，在通过所述电机控制器识别出驻坡工况后，以标示位的形式向所 述整车控制器发生驻坡工况信息。
可选的，若当前工况满足所述驻坡条件，则通过位置闭环控制或速度闭环 控制来调节所述电机的输出扭矩，进入驻坡工况。
可选的，在所述电机控制器识别倒溜的过程中，对所述电机的转速取微分 获取所述电动车的倒溜加速度，并根据所述电动车的自重、轮径、传动系速比 计算出预期驻坡扭矩，为所述位置闭环控制或速度闭环控制提供前馈值，以达 到更快停止倒倒溜的目的。
可选的，所述位置闭环控制为所述电机的位置闭环控制，所述速度闭环控 制为所述电机的速度闭环控制。
可选的，若所述档位信息、油门踏板信息、制动踏板信息及纵向角度信息 中的至少一个发生变化，使得当前工况不再满足所述驻坡条件，则所述整车控 制器向所述电机控制器发出退出驻坡指令，以退出所述驻坡工况。
可选的，若所述整车控制器的驾驶模式请求为退出扭矩模式，则当前工况 发生变化，不再满足所述驻坡条件，退出所述驻坡工况。
可选的，若所述整车控制器的驾驶模式请求为扭矩模式，且所述需求扭矩 大于驻坡力矩一设定阈值，则认为驾驶员有前进的驾驶意愿，当前工况发生变 化，不再满足所述驻坡条件，退出所述驻坡工况。
可选的，若电动车进入驻坡工况的时间超过第三时间阈值，则当前工况发 生变化，不再满足所述驻坡条件，退出所述驻坡工况。
本发明通过采集当前工况的相关信息，并判断当前工况是否满足驻坡条件， 在当前工况满足所述驻坡条件时，通过调节电机的输出扭矩，使得当前工况进 入驻坡工况，实现了电动车的自动驻坡功能，提高了驾驶安全性和舒适性；同 时，本发明的自动驻坡方法通过现有的电机控制器的软件算法就可以实现，不 需要增加额外的硬件，降低了成本。
附图说明
图1为车辆位于坡道时的部分受力示意图；
图2为本发明实施例一的电动车自动驻坡方法步骤示意图；
图3为本发明实施例一的电动车自动驻坡方法的控制流程图。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列 描述和权利要求书，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。
发明人研究发现：如图1所示，车辆1在坡道2上时，受到重力Ga在纵向 上向后的分力Ga·sinα(其中，α表示坡道2所在平面与水平面的夹角)，导致车 辆1有后溜的倾向，传统的手刹在斜坡启动时，需要依靠驾驶者通过手动释放 手刹并熟练的操作油门、离合器来配合车辆启动，避免驾驶员在松开手刹与踩 下油门踏板的时间间隔中，车辆1出现倒溜情况。此情况对于新手驾驶员来说 是十分棘手且危险的。
传统ESP系统通过车辆上装配的纵向角度传感器、加速度传感器等完成坡 道的识别，在检测到车辆档位信息为空档(N档)或前进档(D档)，自动驻坡 功能开启，车辆纵向角度传感器检测到车辆在纵向有角度，即有后溜的倾向时， ESP系统通过液压油路为制动卡钳施加夹力，完成对车轮的制动，避免车辆后 溜。但ESP系统一般将为整车带来千元左右的成本，尤其对于低速纯电动车来 说，此成本还是比较高的。
基于此，本发明仅从电动车本身动力系统出发，不考虑增加传统ESP系统 中的额外驻坡设备，仅通过整车请求或自动判断两种方式，识别车辆是否处在 坡道之上，即是否有倒溜的风险，再通过控制电机施加合适的正向扭矩，抵消 重力在纵向的分力，保持整车的位置不变，实现驻坡目的。整套系统不需要任 何新增硬件成本，就能实现电动车的自动驻坡功能。
实施例一
下面将结合图2-3详细介绍本发明的内容。
如图2所示，并结合图3，本发明实施例提供了一种电动车的自动驻坡方法， 包括步骤：
S1、采集当前工况信息，判断当前工况是否满足驻坡条件；
S2、若当前工况满足所述驻坡条件，则调节电机的输出扭矩，进入驻坡工 况；
S3、若当前工况发生变化，不再满足所述驻坡条件，则退出所述驻坡工况。
首先执行步骤S1，采集当前工况信息，判断当前工况是否满足驻坡条件。
其中，既可以通过整车控制器(VCU)采集当前工况信息，来判断当前工 况是否满足驻坡条件；也可以通过电机控制器(PEU)采集当前工况信息，来判断 当前工况是否满足驻坡条件。
可选的，在步骤S1中，通过整车控制器(VCU)集当前工况信息，判断当 前工况是否满足驻坡条件的步骤包括：
S11、采集档位信息、油门踏板信息、制动踏板信息及纵向角度信息等信息；
S12、根据所述档位信息、油门踏板信息、制动踏板信息计算驾驶员的需求 扭矩，并根据所述纵向角度信息和电动车的自重、结构计算出所述电动车在当 前工况下所需的驻坡力矩；
S13、若驾驶员的需求扭矩小于等于第一力矩阈值，且所述电动车有倒溜倾 向，则当前工况满足驻坡条件，整车控制器(VCU)向电机控制器(PEU)发 出请求驻坡指令。
其中，所述驻坡力矩根据所述纵向角度信息和电动车的自重、结构计算得 出；所述第一力矩阈值即驾驶员没有前进意愿时的需求扭矩，通常为零(或接 近零的数值)，为叠加摩擦扭矩后的结果，，其具体值需要根据所述电动车的结 构设置标定，不同电动车的标定结果不同。
可选的，在步骤S1中，通过电机控制器采集当前工况信息，判断当前工况 是否满足驻坡条件。
可选的，在步骤S1中，通过电机控制器(PEU)采集当前工况信息，判断 当前工况是否满足驻坡条件的步骤包括：
S1a、确认整车控制器(VCU)对电机控制器(PEU)的驾驶模式请求是否 为扭矩模式；
S1b、若所述驾驶模式请求为扭矩模式，则进一步比较需求扭矩与所述第一 力矩阈值的大小；
S1c、若所述需求扭矩小于等于所述第一力矩阈值，则进一步判断电动车是 否倒溜；
S1d、若所述电动车倒溜，则当前工况满足驻坡条件。
可选的，在步骤S1d中，通过监测所述电机的位置与转速来判断电动车是 否倒溜，若所述电机出现反向位置变化或反向转速，且所述反向位置变化的持 续时间大于第一时间阈值t1或反向转速的持续时间大于第二时间阈值t2，则所 述电动车发生倒溜。
其中，使用电机控制器(PEU)的转子位置传感器来监测反向位置时，在整 车控制器(VCU)需求模式为扭矩模式、需求扭矩小于所述第一力矩阈值、位 置传感器的位置变化为负数且持续时间大于第一时间阈值t1的情况下，能够识 别出整车处于倒退工况，出现倒溜现象。
可选的，如果驻坡工况的识别由电机控制器(PEU)完成，则其在进入驻坡 控制时，应以标示位的形式，发送信号给整车控制器(VCU)，说明当前状况。
如图3所示，执行步骤S1时，先通过电机控制器(PEU)采集整车控制器 (VCU)的指令，看是否有整车驻坡指令，若有整车驻坡指令，则直接执行步 骤S2，进入驻坡模式；若没有整车驻坡指令，则通过电机控制器(PEU)自动 采集当前工况信息，判断当前工况是否满足驻坡条件。
接着，若当前工况满足驻坡条件，则执行步骤S2，进入驻坡模式。
可选的，在步骤S2中，通过位置闭环控制来调节电机的输出扭矩，进入驻 坡工况。其中，所述位置闭环控制为电机的位置闭环控制。
在步骤S2中，通过位置环PI控制，计算出合理的正向扭矩，实现电机输 出的驱动扭矩与驻坡力矩的平衡，完成驻坡功能。
可选的，在电机控制器(PEU)识别倒溜的过程中，对所述电机的转速取微 分获取所述电动车的倒溜加速度，并根据所述电动车的自重、轮径、传动系速 比计算出预期驻坡扭矩，为所述位置闭环控制提供前馈值，以达到更快停止倒 倒溜的目的。
接着，执行步骤S3，若当前工况发生变化，不再满足驻坡条件，则退出驻 坡工况。驻坡功能由于施加了额外的扭矩，因此需要合理的路径使其能够自动 退出。
可选的，预设的退出条件包括但不限于：
a.整车控制器(VCU)的驾驶模式请求为退出扭矩模式，当前工况发生变化， 不再满足驻坡条件，退出驻坡工况；
b.整车控制器(VCU)的驾驶模式请求仍为扭矩模式，但整车控制器VCU 发送的需求扭矩大于驻坡力矩，且超出值大于一设定阀值，则认为驾驶员有前 进的驾驶意愿，当前工况发生变化，不再满足驻坡条件，退出驻坡工况；
c.电动车在驻坡模式下的时间超出设定的第三时间阈值t3(一般为3～5s，可 标定)，当前工况发生变化，不再满足所述驻坡条件，退出所述驻坡工况；
d.当由整车控制器判断驻坡模式时，若所述档位信息、油门踏板信息、制动 踏板信息及纵向角度信息中的至少一个发生变化，使得当前工况不再满足所述 驻坡条件，则整车控制器(VCU)向电机控制器(PEU)发出的整车指令从请 求驻坡变为非请求驻坡模式，应自动解除驻坡模式。
其中，以上4种条件应取或，即任何一种条件达成，即退出驻坡模式。
本发明实施例的自动驻坡方法能够在不增加ESP系统等额外硬件成本的前 提下，通过电机控制器(PEU)软件已有的通讯接口CAN，获取整车要求驻坡 的指令或通过整车控制器(VCU)固有指令即模式请求和扭矩请求，结合电机 自身位置信号的变化，产生反向驱动扭矩，达到整车不倒溜的目的。
对于不带驻坡功能的电动车，本发明能够实现自动驻坡功能，给予驾驶员 更好的驾驶感与主动安全性能，提升驾驶舒适感；且不需要硬件的改动，能替 代ESP系统，减少整车上所需的加速度传感器和水平位置传感器等，降低成本。
实施例二
在实施例一的步骤S2中对电机扭矩的调节采用电机的位置闭环控制方法， 但对电机扭矩的调节方法不仅限于此，还可以用如速度闭环控制代替实施例一 中的位置闭环控制。
基于此，在步骤S2中，通过速度闭环控制来调节电机的输出扭矩，进入驻 坡工况，即通过速度环的PI控制，使得驱动电机输出正向扭矩，使得电动车的 速度降为零，并完成驻坡功能。
同理，在电机控制器(PEU)识别倒溜的过程中，对所述电机的转速取微分 获取所述电动车的倒溜加速度，并根据所述电动车的自重、轮径、传动系速比 计算出预期驻坡扭矩，为所述速度闭环控制提供前馈值，以达到更快停止倒倒 溜的目的。
本实施例中的其它步骤同实施例一，在此不再赘述。
综上所述，在本发明实施例提供的电动车自动驻坡方法中，能够在不增加 ESP系统等额外硬件成本的前提下，通过电机控制器(PEU)软件已有的通讯接 口CAN，获取整车要求驻坡的指令或通过整车控制器(VCU)固有指令即模式 请求和扭矩请求，结合电机自身位置信号或速度信号的变化，产生反向驱动扭 矩，达到整车不倒溜的目的，实现自动驻坡功能，给予驾驶员更好的驾驶感与 主动安全性能，提升驾驶舒适感；对于不带驻坡功能的电动车，本发明能够实 现驻坡功能，且不需要硬件的改动，降低了生产成本；此外，对于已有的一些 驻坡控制逻辑，如整车控制器(VCU)通过倒溜速度信号识别，发送指令使电 机控制器(PEU)进入目标速度为0的转速闭环控制而言，位置闭环控制方法能 够缩短溜坡识别时间与进入转速环指令的延迟时间，有效缩短响应时间。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任 何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明 揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离 本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种电动车的自动驻坡方法，其特征在于，包括：
采集当前工况信息，判断当前工况是否满足驻坡条件；
若当前工况满足所述驻坡条件，则调节电机的输出扭矩，进入驻坡工况；以及
若当前工况发生变化，不再满足所述驻坡条件，则退出所述驻坡工况；
所述判断当前工况是否满足驻坡条件的步骤包括：
比较需求扭矩与第一力矩阈值的大小；若所述需求扭矩小于等于所述第一力矩阈值，且所述电动车倒溜，则当前工况满足驻坡条件；其中，整车控制器采集档位信息、油门踏板信息、制动踏板信息并根据所述档位信息、油门踏板信息、制动踏板信息计算所述需求扭矩，所述第一力矩阈值为驾驶员没有前进意愿时的需求扭矩，根据所述电动车的结构设置标定；
所述进入驻坡工况的步骤包括：
通过整车控制器采集当前工况信息，判断当前工况是否满足驻坡条件；若当前工况满足驻坡条件，所述整车控制器向电机控制器发出请求驻坡指令；
电机控制器采集整车控制器的指令，看是否有请求驻坡指令，若有所述请求驻坡指令，则直接进入所述驻坡工况；
若没有所述请求驻坡指令，则通过所述电机控制器采集当前工况信息，判断当前工况是否满足驻坡条件，若满足，则进入所述驻坡工况。
2.如权利要求1所述的电动车的自动驻坡方法，其特征在于，所述通过整车控制器采集当前工况信息，判断当前工况是否满足驻坡条件的步骤还包括：
采集纵向角度信息；
根据所述纵向角度信息和电动车的自重、结构计算出所述电动车在当前工况下所需的驻坡力矩。
3.如权利要求2所述的电动车的自动驻坡方法，其特征在于，所述通过电机控制器采集当前工况信息，判断当前工况是否满足驻坡条件的步骤包括：
确认整车控制器对所述电机控制器的驾驶模式请求是否为扭矩模式；
若所述驾驶模式请求为扭矩模式，则比较需求扭矩与所述第一力矩阈值的大小；
若所述需求扭矩小于等于所述第一力矩阈值，则判断电动车是否倒溜；
若所述电动车倒溜，则当前工况满足驻坡条件。
4.如权利要求3所述的电动车的自动驻坡方法，其特征在于，通过监测所述电机的位置与转速来判断所述电动车是否倒溜，若所述电机出现反向位置变化或反向转速，且所述反向位置变化的持续时间大于第一时间阈值或反向转速的持续时间大于第二时间阈值，则所述电动车倒溜。
5.如权利要求3所述的电动车的自动驻坡方法，其特征在于，在通过所述电机控制器识别出驻坡工况后，以标示位的形式向所述整车控制器发生驻坡工况信息。
6.如权利要求1所述的电动车的自动驻坡方法，其特征在于，若当前工况满足所述驻坡条件，则通过位置闭环控制或速度闭环控制来调节所述电机的输出扭矩，进入驻坡工况。
7.如权利要求6所述的电动车的自动驻坡方法，其特征在于，在所述电机控制器识别倒溜的过程中，对所述电机的转速取微分获取所述电动车的倒溜加速度，并根据所述电动车的自重、轮径、传动系速比计算出预期驻坡扭矩，为所述位置闭环控制或速度闭环控制提供前馈值，以达到更快停止倒倒溜的目的。
8.如权利要求6所述的电动车的自动驻坡方法，其特征在于，所述位置闭环控制为所述电机的位置闭环控制，所述速度闭环控制为所述电机的速度闭环控制。
9.如权利要求2所述的电动车的自动驻坡方法，其特征在于，若所述档位信息、油门踏板信息、制动踏板信息及纵向角度信息中的至少一个发生变化，使得当前工况不再满足所述驻坡条件，则所述整车控制器向所述电机控制器发出退出驻坡指令，以退出所述驻坡工况。
10.如权利要求3所述的电动车的自动驻坡方法，其特征在于，若所述整车控制器的驾驶模式请求为退出扭矩模式，则当前工况发生变化，不再满足所述驻坡条件，退出所述驻坡工况。
11.如权利要求3所述的电动车的自动驻坡方法，其特征在于，若所述整车控制器的驾驶模式请求为扭矩模式，且所述需求扭矩大于所述驻坡力矩一设定阈值，则认为驾驶员有前进的驾驶意愿，当前工况发生变化，不再满足所述驻坡条件，退出所述驻坡工况。
12.如权利要求1所述的电动车的自动驻坡方法，其特征在于，若电动车进入驻坡工况的时间超过第三时间阈值，则当前工况发生变化，不再满足所述驻坡条件，退出所述驻坡工况。
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