CN112265544B - 一种新能源汽车防溜坡辅助控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新能源汽车防溜坡辅助控制方法，当防溜坡系统识别出起步溜坡工况后，控制电机输出堵转扭矩进行防溜坡；当电机防溜坡超时或电驱动系统出现无法维持防溜坡堵转扭矩故障，且车辆没起步或踩下刹车或拉上手刹时，通过车身稳定控制器控制制动执行器输出行车制动力防溜坡；当防溜坡系统识别车身稳定控制器防溜坡超时且车辆仍未或踩下刹车或拉上手刹时，控制电子驻车控制器驻坡控制，由电子驻坡控制器控制制动执行器继续输出机械制动力进行驻车；驾驶员操作车辆起步或踩刹车或拉上手刹时，系统自动释放电机堵转扭矩或机械制动力。本发明解决了单纯依靠电机防溜坡造成坡道辅助功能可靠性不足的问题，极大提升了驾驶员操作舒适性和安全性。

Description

一种新能源汽车防溜坡辅助控制方法

技术领域

本发明涉及新能源汽车的防溜坡辅助控制，尤其是涉及一种带有电力驱动系统的新能源车辆的防溜坡辅助控制方法。

背景技术

随着新能源汽车的推广，电力驱动技术在汽车领域应用越来越广泛。但是当车辆爬坡过程中停下后重新起步时，需驾驶员松刹车后立即踩油门，否则车辆会在自身重力的作用下发生后溜。对于不熟练的驾驶员来说，往往会手忙脚乱，容易发生事故。由于电机的扭矩输出具备响应快的特性，可以考虑通过电机堵转在车辆后溜的反方向施加能平衡车辆坡道阻力的驱动力，使车辆能够在后溜10cm内静止在坡道上。

关于电机进行坡道辅助的技术，目前已有相关发明专利，例如[CN 107697067 B ]基于电机实际转速对电机命令进行PI控制；发明专利[CN 106904100 B]通过逐渐增加电机扭矩和扭矩变化率的方法控制车辆，使其退出溜坡状态；发明专利[CN 106515507 B]也提出当车辆有溜坡趋势时通过驱动电机施加扭矩维持车辆在坡道上保持禁止的方法。虽然现有技术方案都能够在一定程度上进行坡道辅助，但这些方案都受制于电机的堵转特性，通过电机堵转保持车辆在坡道上静止的时间不能太长，否则可能会造成温升过高进而导致电机损坏，或者因电机自保护而不能输出足够的扭矩，造成车辆后溜发生安全事故。

发明内容

本发明针对目前电机坡道辅助技术无法长时间进行驻坡的技术缺陷，提供一种可工作时间长、使用方便、性能可靠的坡道辅助系统和控制方法。

本发明采用的技术方案：

一种新能源汽车防溜坡辅助控制方法，当防溜坡系统识别出起步溜坡工况后，以控制电机转速至0为目标，控制电机输出堵转扭矩进行防溜坡；

当防溜坡系统识别电机防溜坡超时或电驱动系统出现无法维持防溜坡堵转扭矩的故障，且车辆没有起步或踩下刹车或拉上手刹时，通过车身稳定控制器控制制动执行器输出行车制动力进行防溜坡；

当防溜坡系统识别车身稳定控制器防溜坡超时且车辆仍未或踩下刹车或拉上手刹时，控制电子驻车控制器进行驻坡控制，由电子驻坡控制器控制制动执行器继续输出机械制动力进行驻车；

当系统在防溜坡辅助控制过程中，驾驶员操作车辆起步或踩下刹车或拉上手刹时，系统自动释放电机堵转扭矩或机械制动力。

所述起步溜坡工况识别方法为：档位在前进档，未踩刹车，且检测到车辆电机有超过某一阈 值的反向转速；车辆是否起步的判断方法为：油门踏板被踩下且驱动力大于车辆坡道阻力和滚动阻力之和。

所述的新能源汽车防溜坡辅助控制方法，电机防溜坡超时的判断方法为：当系统开始进行电机防溜坡控制后即开始计时，当计时时间大于第一预设时间t1后即认为电机防溜坡超时。

所述的新能源汽车防溜坡辅助控制方法，车身稳定控制器防溜坡超时的判断方法为：当系统开始进行ESC防溜坡控制后即开始计时，当计时时间大于第二预设t2后即认为ESC防溜坡超时。

所述的新能源汽车防溜坡辅助控制方法，车身稳定控制器防溜坡控制的方法为：记录驾驶员起步溜坡前踩下的制动踏板深度循环，提取最大的制动踏板深度，并控制制动执行器输出并保持该制动深度对应的行车制动力。

所述的新能源汽车防溜坡辅助控制方法，电子驻车控制器防溜坡控制的方法为：ESC防溜坡超时后，电子驻车控制器控制驻车制动执行器对车轮施加某一固定的驻车制动力并保持该制动力。

所述的新能源汽车防溜坡辅助控制方法，实现步骤如下：

s1，检测车辆状态：采集档位、油门踏板开度、刹车踏板开关和电机转速信号；

s2，判断车辆是否处于起步溜坡工况：当车辆档位在前进挡，且未踩刹车，且电机转速小于某一预设负转速限值n1；若是，进入步骤S3；若否，返回步骤S1；

S3，控制电机防溜坡和计时：根据电机转速，PI控制输出电机目标扭矩T_FLP；并开始对电机防溜坡时间t_Mot进行计时；

S4，判断车辆是否起步或踩下刹车或拉上手刹：是否油门踏板被踩下且驱动力大于车辆坡道阻力和滚动阻力之和，或刹车踏板被踩下，或手刹被拉上；若是，进入步骤S5；若否，进入步骤S6；

S5，退出防溜坡辅助控制：系统释放防溜坡的电机扭矩或制动力，并控制MCU和电机输出驾驶员需求驱动力，车辆起步，并退出电机防溜坡模式；

S6，判断电机防溜坡发生超时或电驱动系统故障：判断是否发生无法维持防溜坡扭矩的电驱动系统故障，若是，进入步骤S7，若否，返回步骤S3；其中，电机防溜坡超时是根据电机防溜坡时间t_Mot和第一预设时间t1进行比较，当t_Mot＞t1时，认为电机防溜坡超时；

S7，控制ESC防溜坡和计时：系统请求ESC控制制动执行器防溜坡，ESC接收到制动防溜坡请求后，通过控制制动执行器输出制动力让车辆维持在静止状态，并开始对ESC防溜坡进行计时t_ESC；同步的，系统请求MCU释放电机防溜坡扭矩，并退出电机防溜坡模式；

S8，判断车辆起步或踩下刹车或拉起手刹：判断方法同步骤S4；若是，进入步骤S5；若否，进入步骤S9；

S9，判断ESC防溜坡超时：将ESC防溜坡计时时间t_ESC和第二预设时间t2进行比较，若t_ESC＞t2，认为ESC防溜坡超时，进入步骤S10；若否，返回步骤S7；

S10，控制EPB制动驻车：系统请求EPB控制制动执行器进行制动驻坡，EPB接收到制动驻坡请求后，通过控制制动执行器输出制动力让车辆维持在静止状态；

S11，判断车辆起步或踩下刹车或拉起手刹，判断方法同步骤S4；若是，进入步骤S5，若否，返回步骤S10。

其中，步骤S3中，进入电机防溜坡后计时的控制流程如下：

当判断车辆起步溜坡时（当车辆档位在前进挡，且未踩刹车，且电机转速小于某一预设负转速限值n1），开始计时；当退出电机防溜坡状态，即电机防溜坡标志位为无效时，停止计时；

电机防溜坡激活标志位计算方法如下：

标志位S为车辆起步溜坡工况标志位，判断条件为：车辆档位在前进挡，且未踩刹车，且电机转速小于某一预设负转速限值n1；

标志位R为电机防溜坡自动退出标志位，判断条件为电驱动系统故障或电机防溜坡超时（当t_Mot＞t1时，认为电机防溜坡超时）；

S有效，R无效时，输出电机防溜坡激活标志位有效；

S无效，R无效时，输出电机防溜坡激活标志位保持上一时刻状态；

S无效，R有效时，输出电机防溜坡激活标志位无效；

S有效，R有效时，输出电机防溜坡激活标志位无效。

发明有益效果：

1、本发明解决了单纯依靠电机防溜坡造成的坡道辅助功能可靠性不足的问题，在长时间驻坡或电机驱动系统故障时，依然可以依靠ESC/EPB系统的机械制动功能进行坡道辅助。

2、本发明从节省能源能量的角度，正常情况下使用电机防溜坡可以避免起步时机械制动力和电机驱动力滑摩造成的能耗浪费。

3、本发明坡道辅助系统同时具备坡道辅助和自动驻车功能，适用于坡道起步、坡道拥堵跟车和红绿灯停车起步等工况，极大提升了驾驶员操作的舒适性和安全性。

下表为采用本发明技术方案和单独采用电机坡道辅助、单独采用ESC/EPB坡道辅助方案之间的优劣对比：

本发明结合电驱动系统和ESC/EPB系统的优势，短时间的坡道辅助使用电机防溜坡功能；电驱动系统坡道辅助功能失效或长时间的驻坡时使用ESC/EPB执行器进行驻坡。

附图说明

图1为本发明的坡道辅助系统示意图；

图2本发明的坡道辅助控制方法流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，结合附图对本发明技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

参见图2，本发明新能源汽车防溜坡辅助控制方法，其过程是：

当防溜坡系统识别出起步溜坡工况后，以控制电机转速至0为目标，控制电机输出堵转扭矩进行防溜坡；

当防溜坡系统识别电机防溜坡超时或电驱动系统出现无法维持防溜坡堵转扭矩的故障，且车辆没有起步或踩下刹车或拉上手刹时，通过车身稳定控制器控制制动执行器输出行车制动力进行防溜坡；

当防溜坡系统识别车身稳定控制器防溜坡超时且车辆仍未或踩下刹车或拉上手刹时，控制电子驻车控制器进行驻坡控制，由电子驻坡控制器控制制动执行器继续输出机械制动力进行驻车；

当系统在防溜坡辅助控制过程中，驾驶员操作车辆起步或踩下刹车或拉上手刹时，系统自动释放电机堵转扭矩或机械制动力。

其中，起步溜坡工况识别方法为：档位在前进档，未踩刹车，且检测到车辆电机有超过某一阈 值的反向转速；

车辆是否起步的判断方法为：油门踏板被踩下且驱动力大于车辆坡道阻力和滚动阻力之和；

电机防溜坡超时的判断方法为：当系统开始进行电机防溜坡控制后即开始计时，当计时时间大于第一预设时间t1后即认为电机防溜坡超时；

车身稳定控制器防溜坡超时的判断方法为：当系统开始进行ESC防溜坡控制后即开始计时，当计时时间大于第二预设t2后即认为ESC防溜坡超时；

车身稳定控制器防溜坡超时的判断方法为：当系统开始进行ESC防溜坡控制后即开始计时，当计时时间大于第二预设t2后即认为ESC防溜坡超时；

车身稳定控制器防溜坡控制的方法为：记录驾驶员起步溜坡前踩下的制动踏板深度循环，提取最大的制动踏板深度，并控制制动执行器输出并保持该制动深度对应的行车制动力；

电子驻车控制器防溜坡控制的方法为：ESC防溜坡超时后，电子驻车控制器控制驻车制动执行器对车轮施加某一固定的驻车制动力并保持该制动力。

图1所示为实现本发明防溜坡辅助控制方法的坡道辅助系统，所述坡道辅助系统包括坡道辅助控制模块（HHC）、电机控制器（MCU）、车身稳定控制器（ESC）、电子驻车控制器（EPB）、驱动电机和制动执行器。所述坡道辅助控制模块、电机控制器、仪表、车身稳定控制器和电子驻车控制器之间通过车内总线连接；所述坡道辅助控制模块用于对驾驶员驾驶意图进行识别，并协调MCU、ESC和EPB进行防溜坡控制；所述电机控制器用于响应坡道辅助控制模块的电机防溜坡控制指令，控制驱动电机输出堵转扭矩到车轮；所述车身稳定控制器（ESC）用于在电机防溜坡超时或电驱动系统出现故障时，ESC控制制动执行器，向车轮施加机械制动力；所述电子驻车控制器（EPB）用于在车身稳定控制器防溜坡时间超过一定时间后，若坡道辅助控制模块没有发出退出防溜坡请求，控制制动执行器，继续向车轮施加机械制动力。

本发明新能源汽车防溜坡辅助控制方法，ESC和EPB之间的协调过程如下：

接收到制动防溜坡请求后，先由ESC控制行车制动执行器（一般为液压或气压装置）向车轮施加行车制动力，并开始对T_EscBrk进行计时；

判断T_EscBrk是否超过第二预设时间t2；

若T_EscBrk在t2内，收到HHC的退出制动放溜坡请求，则逐步释放行车制动力；

若T_EscBrk超过t2时间后，依然未收到HHC的退出制动防溜坡请求，则由EPB控制驻车制动执行器（一般为电机驱动的机械装置）向车轮施加驻车制动力；当接收到HHC的退出制动防溜坡请求后，立即或逐步释放驻车制动力。

通过ESC和EPB协调控制制动执行器进行防溜坡辅助功能，仅是一个应用举例，也可以由一个单独的控制器，例如ESC或EPB，单独控制制动执行器实现防溜坡辅助功能。

本发明所述的坡道辅助控制模块，仅是一个应用举例，此模块的控制功能也可以集成在车辆现有任一控制器模块中，如发动机控制器、整车控制器等。

实施例2

本实施例的新能源汽车防溜坡辅助控制方法，和实施例1相比，进一步的限定了具体实现步骤如下：

s1，检测车辆状态：采集档位、油门踏板开度、刹车踏板开关和电机转速信号；

s2，判断车辆是否处于起步溜坡工况：

当车辆档位在前进挡，且未踩刹车，且电机转速小于某一预设负转速限值n1（例如-10rpm）；若是，进入步骤S3；若否，返回步骤S1；

S3，控制电机防溜坡和计时：根据电机转速，PI控制输出电机目标扭矩T_FLP；并开始对电机防溜坡时间t_Mot进行计时；

S4，判断车辆是否起步或踩下刹车或拉上手刹：是否油门踏板被踩下且驱动力大于车辆坡道阻力和滚动阻力之和，或刹车踏板被踩下，或手刹被拉上；若是，进入步骤S5；若否，进入步骤S6；

S5，退出防溜坡辅助控制：系统释放防溜坡的电机扭矩或制动力控制MCU和电机输出驾驶员需求驱动力，车辆起步，并退出电机防溜坡模式；

S6，判断电机防溜坡发生超时或电驱动系统故障：判断是否发生无法维持防溜坡扭矩的电驱动系统故障，若是，进入步骤S7，若否，返回步骤S3；其中，电机防溜坡超时是根据电机防溜坡时间t_Mot和第一预设时间t1（例如5s）进行比较，当t_Mot＞t1时，认为电机防溜坡超时；

S7，控制ESC防溜坡和计时：系统请求ESC控制制动执行器防溜坡，ESC接收到制动防溜坡请求后，通过控制制动执行器输出制动力让车辆维持在静止状态，并开始对ESC防溜坡进行计时t_ESC；同步的，系统请求MCU释放电机防溜坡扭矩，并退出电机防溜坡模式；

S8，判断车辆起步或踩下刹车或拉起手刹：判断方法同步骤S4；若是，进入步骤S5；若否，进入步骤S9；

S9，判断ESC防溜坡超时：将ESC防溜坡计时时间t_ESC和第二预设时间t2（例如60s）进行比较，若t_ESC＞t2，认为ESC防溜坡超时，进入步骤S10；若否，返回步骤S7；

S10，控制EPB制动驻车：系统请求EPB控制制动执行器进行制动驻坡，EPB接收到制动驻坡请求后，通过控制制动执行器输出制动力让车辆维持在静止状态；

S11，判断车辆起步或踩下刹车或拉起手刹，判断方法同步骤S4；若是，进入步骤S5，若否，返回步骤S10。

实施例3

本实施例的新能源汽车防溜坡辅助控制方法，和实施例2不同的是：步骤S3中，进入电机防溜坡后计时的控制流程如下：

当判断车辆起步溜坡时（当车辆档位在前进挡，且未踩刹车，且电机转速小于某一预设负转速限值n1），开始计时；当退出电机防溜坡状态，即电机防溜坡标志位为无效时，停止计时；

电机防溜坡激活标志位计算方法如下：

标志位S为车辆起步溜坡工况标志位，判断条件为：车辆档位在前进挡，且未踩刹车，且电机转速小于某一预设负转速限值n1；

标志位R为电机防溜坡自动退出标志位，判断条件为电驱动系统故障或电机防溜坡超时（当t_Mot＞t1时，认为电机防溜坡超时）；

S有效，R无效时，输出电机防溜坡激活标志位有效；

S无效，R无效时，输出电机防溜坡激活标志位保持上一时刻状态；

S无效，R有效时，输出电机防溜坡激活标志位无效；

S有效，R有效时，输出电机防溜坡激活标志位无效。

本发明新能源汽车坡道防溜坡辅助控制方法，当防溜坡系统识别出起步溜坡工况后，以控制电机转速至0为目标，控制电机输出堵转扭矩进行防溜坡；通过PI控制方法控制输出电机堵转扭矩的过程如下：

电机防溜坡请求扭矩计算采用公式：

T_FLP=Kp*(n0-n_mot)+Ki*∫(n0-n_mot)dt

其中，n0为期望的目标转速，一般设置为0；n_mot为电机当前转速；Kp为比例环节调节系数，可设置为根据当前转速的查表标定值；Ki为积分环节调节系数，可设为标定值。

本发明解决了单纯依靠电机防溜坡造成的坡道辅助功能可靠性不足的问题，在长时间驻坡或电机驱动系统故障时，依然可以依靠ESC/EPB系统的机械制动进行坡道辅助。

本发明从节省能源能量的角度，正常情况下使用电机防溜坡可以避免起步时机械制动力和电机驱动力滑摩造成的能耗浪费。本发明同时具备坡道辅助和自动驻车功能，适用于坡道起步、坡道拥堵跟车和红绿灯停车起步等工况，极大提升了驾驶员操作的舒适性和安全性。

Claims (6)

1.一种新能源汽车防溜坡辅助控制方法，其特征是：当防溜坡系统识别出起步溜坡工况后，以控制电机转速至0为目标，控制电机输出堵转扭矩进行防溜坡；

当防溜坡系统识别电机防溜坡超时或电驱动系统出现无法维持防溜坡堵转扭矩的故障，且车辆没有起步或踩下刹车或拉上手刹时，通过车身稳定控制器控制行车制动执行器输出行车制动力进行防溜坡；

车身稳定控制器防溜坡控制的方法为：记录驾驶员起步溜坡前踩下的制动踏板深度循环，提取最大的制动踏板深度，并控制行车制动执行器输出并保持该制动踏板深度对应的行车制动力；

当防溜坡系统识别车身稳定控制器防溜坡超时且车辆仍未起步或踩下刹车或拉上手刹时，控制电子驻车控制器进行驻坡控制，由电子驻车控制器控制驻车制动执行器继续输出机械制动力进行驻车；车身稳定控制器防溜坡超时的判断方法为：当防溜坡系统开始进行车身稳定控制器防溜坡控制后即开始计时，当计时时间大于第二预设时间t2后即认为车身稳定控制器防溜坡超时；

车身稳定控制器和电子驻车控制器之间的协调过程如下：

接收到制动防溜坡请求后，先由车身稳定控制器控制行车制动执行器向车轮施加行车制动力，并开始对车身稳定控制器防溜坡时间T_EscBrk进行计时；

判断车身稳定控制器防溜坡时间T_EscBrk是否超过第二预设时间t2；

若车身稳定控制器防溜坡时间T_EscBrk在t2时间内，收到坡道辅助控制模块的退出制动防溜坡请求，则逐步释放行车制动力；若车身稳定控制器防溜坡时间T_EscBrk超过t2时间后，依然未收到坡道辅助控制模块的退出制动防溜坡请求，则由电子驻车控制器控制驻车制动执行器向车轮施加驻车制动力；当接收到坡道辅助控制模块的退出制动防溜坡请求后，立即或逐步释放驻车制动力；

当防溜坡系统在防溜坡辅助控制过程中，驾驶员操作车辆起步或踩下刹车或拉上手刹时，防溜坡系统自动释放电机堵转扭矩或机械制动力。

2.如权利要求1所述的新能源汽车防溜坡辅助控制方法，其特征在于：所述起步溜坡工况识别方法为：档位在前进档，未踩刹车，且检测到电机有超过某一阈值的反向转速；车辆是否起步的判断方法为：油门踏板被踩下且驱动力大于车辆坡道阻力和滚动阻力之和。

3.如权利要求1或2所述的新能源汽车防溜坡辅助控制方法，其特征在于：电机防溜坡超时的判断方法为：当防溜坡系统开始进行电机防溜坡控制后即开始计时，当计时时间大于第一预设时间t1后即认为电机防溜坡超时。

4.如权利要求3所述的新能源汽车防溜坡辅助控制方法，其特征在于：电子驻车控制器防溜坡控制的方法为：车身稳定控制器防溜坡超时后，电子驻车控制器控制驻车制动执行器对车轮施加某一固定的驻车制动力并保持该制动力。

5.如权利要求1、2或4所述的新能源汽车防溜坡辅助控制方法，其特征是：实现步骤如下：

s1，检测车辆状态：采集档位、油门踏板开度、刹车踏板开关和电机转速信号；

s2，判断车辆是否处于起步溜坡工况：

是否车辆档位在前进挡，且未踩刹车，且电机转速小于某一预设负转速限值n1；若是，进入步骤S3；若否，返回步骤S1；

S3，控制电机防溜坡和计时：根据电机转速，PI控制输出电机目标扭矩T_FLP；并开始对电机防溜坡时间t_Mot进行计时；

S4，判断车辆是否起步或踩下刹车或拉上手刹：是否油门踏板被踩下且驱动力大于车辆坡道阻力和滚动阻力之和，或刹车踏板被踩下，或手刹被拉上；若是，进入步骤S5；若否，进入步骤S6；

S5，退出防溜坡辅助控制：系统释放防溜坡的电机扭矩或制动力，并控制MCU和电机输出驾驶员需求驱动力，车辆起步，并退出电机防溜坡模式；

S6，判断电机防溜坡发生超时或电驱动系统故障：判断是否发生无法维持防溜坡扭矩的电驱动系统故障，若是，进入步骤S7，若否，返回步骤S3；其中，电机防溜坡超时是根据电机防溜坡时间t_Mot和第一预设时间t1进行比较，当t_Mot＞t1时，认为电机防溜坡超时；

S7，控制车身稳定控制器防溜坡和计时：防溜坡系统请求车身稳定控制器控制行车制动执行器防溜坡，车身稳定控制器接收到制动防溜坡请求后，通过控制行车制动执行器输出制动力让车辆维持在静止状态，并开始对车身稳定控制器防溜坡进行计时t_ESC；同步的，防溜坡系统请求MCU释放电机防溜坡扭矩，并退出电机防溜坡模式；

S8，判断车辆起步或踩下刹车或拉起手刹：判断方法同步骤S4；若是，进入步骤S5；若否，进入步骤S9；

S9，判断车身稳定控制器防溜坡超时：将车身稳定控制器防溜坡计时时间t_ESC和第二预设时间t2进行比较，若t_ESC＞t2，认为车身稳定控制器防溜坡超时，进入步骤S10；若否，返回步骤S7；

S10，控制电子驻车控制器制动驻车：防溜坡系统请求电子驻车控制器控制驻车制动执行器进行制动驻坡，电子驻车控制器接收到制动驻坡请求后，通过控制驻车制动执行器输出制动力让车辆维持在静止状态；

S11，判断车辆起步或踩下刹车或拉起手刹，判断方法同步骤S4；若是，进入步骤S5，若否，返回步骤S10。

6.如权利要求5所述的新能源汽车防溜坡辅助控制方法，其特征在于：步骤S3中，进入电机防溜坡后计时的控制流程如下：

当判断车辆起步溜坡时，开始计时；当退出电机防溜坡状态，即电机防溜坡标志位为无效时，停止计时；

电机防溜坡激活标志位计算方法如下：

标志位S为车辆起步溜坡工况标志位，判断条件为：车辆档位在前进挡，且未踩刹车，且电机转速小于某一预设负转速限值n1；

标志位R为电机防溜坡自动退出标志位，判断条件为电驱动系统故障或电机防溜坡超时；

S有效，R无效时，输出电机防溜坡激活标志位有效；

S无效，R无效时，输出电机防溜坡激活标志位保持上一时刻状态；

S无效，R有效时，输出电机防溜坡激活标志位无效；

S有效，R有效时，输出电机防溜坡激活标志位无效。

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