CN112810456B - 电动汽车防溜坡控制方法、系统及电动汽车 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动汽车防溜坡控制方法、系统及电动汽车，方法包括：根据实时档位信号、油门踏板信号、电机转速信号和电机旋转方向信号判断车辆是否进入上坡驻车工况；接收防溜坡控制指令，执行车辆防溜坡控制策略：根据驱动电机当前转速通过转速PI控制并计算使驱动电机的转速为零的第一扭矩值；计算当前上坡驻车工况车辆后溜的加速度值并根据加速度值估算使车速为零的扭矩预估转矩值；计算第一扭矩值和扭矩预估转矩值之和，作为驱动电机执行的目标扭矩值；对目标扭矩值进行平滑插值处理，获取第二扭矩值；计算零转速脉冲补偿扭矩值，并将零转速脉冲补偿扭矩值叠加至第二扭矩值，获得最终的扭矩执行值。实现提升车辆的坡道驻车防溜坡性能。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车技术领域，更具体地，涉及一种电动汽车防溜坡控制方法、系统及电动汽车。
背景技术
随着社会的发展，人们对交通工具的安全性要求越来越高，在新能源汽车日益普及的今天，大家越来越关注新能源汽车的技术问题，而纯电动汽车作为新能源汽车的主要部分，也自然受到越来越多的关注。坡道起步是车辆行驶的诸多情况中较为常见的一种，而在没有坡道传感器的情况下，车辆极其容易出现溜坡的情况，因此一个有效的防溜坡的控制方法对于电动汽车而言非常重要。
电动汽车需要根据当前的状态判断是否需要进入防溜坡模式，如果需要进入防溜坡模式，则启动防溜坡的模式。
目前，大多数防溜坡算法，通过采用转速环进行控制。当进入防溜坡模式后，电机的转速指令为0，通过PI模块调节出一个防溜坡所需要的驱动力。驱动力如果不经过特殊的处理常常会引起车辆的抖动和晃动，引起了驾驶不适感。常规的PI算法扭矩响应慢，相应的溜坡距离也就不能保证。
发明内容
本发明的目的是提出一种电动汽车防溜坡控制方法、系统及电动汽车，实现提升车辆的坡道驻车防溜坡性能。
为实现上述目的，本发明提出了一种电动汽车防溜坡控制方法，包括：
根据车辆的实时档位信号、油门踏板信号、电机转速信号和电机旋转方向信号判断车辆是否进入上坡驻车工况；
当判断进入所述上坡驻车工况时，执行车辆防溜坡控制策略，所述车辆防溜坡控制策略包括：
根据驱动电机当前转速进行转速PI控制，计算使所述驱动电机的转速为零的第一扭矩值；
计算当前上坡驻车工况车辆后溜的加速度值，并根据所述加速度值估算使车速为零的扭矩预估转矩值；
计算所述第一扭矩值和所述扭矩预估转矩值之和，作为所述驱动电机执行的目标扭矩值；
对所述目标扭矩值进行平滑插值处理，获取第二扭矩值；
计算零转速脉冲补偿扭矩值，并将所述零转速脉冲补偿扭矩值叠加至所述第二扭矩值上，获得所述驱动电机最终的扭矩执行值；
控制所述驱动电机输出所述扭矩执行值。
可选地，所述根据车辆的实时档位信号、油门踏板信号、电机转速信号和电机旋转方向信号判断车辆是否进入上坡驻车工况，包括：
根据车辆实时档位信号、油门踏板信号、电机转速信号、电机旋转方向信号，判断当前电机旋转方向与记录的电机旋转方向是否一致，若不一致，则判断车辆当前进入所述上坡驻车工况。
可选地，所述判断电机旋转方向与记录的电机旋转方向是否一致，若不一致，则判断车辆当前进入所述上坡驻车工况，包括：
若判断档位命令方向为前进且当前的电机旋转方向为后退，则判断车辆进入前进上坡驻车工况；
若判断档位命令方向为后退且当前的电机旋转方向为前进，则判断车辆进入后退上坡驻车工况。
可选地，所述根据驱动电机当前转速进行转速PI控制，计算使所述驱动电机的转速为零的第一扭矩值，包括：
计算所述驱动电机当前转速与目标转速为零的转速误差值；
计算所述转速误差值和预设的比例系数的乘积，获得PI控制算法的比例项分量的扭矩值；
计算所述转速误差值和预设的积分系数的乘积与积分项分量的上次扭矩值之和，获取PI控制算法的积分项分量的扭矩值；
计算所述比例项分量的扭矩值与所述积分项分量的扭矩值之和，获得所述第一扭矩值。
可选地，所述计算当前上坡驻车工况车辆后溜的加速度值，并根据所述加速度值估算使车速为零的扭矩预估转矩值，包括：
判断所述驱动电机的转速值的绝对值是否大于100Rpm，若是，则计算车辆后溜的加速度值；
计算所述车辆后溜的加速度值与标定的扭矩预估系数的乘积，获得所述扭矩预估转矩值。
可选地，所述车辆后溜的加速度值通过以下公式计算：
其中，a为车辆后溜的加速度值，nc为当前转速值，n0为车辆刚进入驻车工况记录的转速值，tc为当前时刻值，t0为车辆刚进入驻车工况记录的时刻值。
可选地，所述对所述目标扭矩值进行平滑插值处理，获取第二扭矩值，包括：
根据转速PI控制过程中的转速环节和电流环节的时间差距，通过转矩电流插值方法，对所述目标扭矩值进行平滑插值处理，计算相应的所述第二扭矩值。
可选地，所述计算零转速脉冲补偿扭矩值，包括：
当所述驱动电机的转速为零时，根据所述驱动电机的电机转速值和电机位置值，计算所述零转速脉冲补偿扭矩值。
第二方面，本发明还提出一种电动汽车防溜坡控制系统，包括：整车控制器、电机控制器、驱动电机油门踏板和档位器；
所述整车控制器与所述电机控制器电连接，所述整车控制器与所述油门踏板和所述档位器电连接，所述电机控制器与驱动电机电连接；
所述整车控制器用于根据所述档位器实时的档位信号、所述油门踏板实时的踏板信号、所述驱动电机实时的电机转速信号和电机旋转方向信号判断车辆是否进入上坡驻车工况，并当判断进入所述上坡驻车工况时向所述电机控制器发送防溜坡控制指令：
所述电机控制器用于接收所述防溜坡控制指令，并执行第一方面所述的车辆防溜坡控制策略。
第三方面，本发明还提出一种电动汽车，包括第二方面所述的电动汽车防溜坡控制系统。
本发明的有益效果在于：
通过在PI控制算法的基础上叠加了转矩预估环节，基于运动学原理，通过计算车辆后溜的加速度，在转速调节的输出环节处加上转矩的预估给定，加快了扭矩响应速度，以此能够在大的坡度溜坡距离也不会很长，同时小的坡道上也不会造成PI参数不合适造成超调以及车现晃动现象，并根据转速环节和电流环节的时间差距，对转矩进行平滑的插补，控制转矩突变提高驻车的稳定性，提高驾驶体验，以及通过添加零转速脉冲补偿环节，在0转速下继续监控电机的位置是否在缓慢移动，根据电机的移动位置补偿相应的扭矩，能够使车辆彻底的停止到坡道上，进一步提高车辆坡道驻车防溜坡性能。
本发明的装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明一个实施例的一种电动汽车防溜坡控制方法的步骤图。
图2示出了根据本发明一个实施例的一种电动汽车防溜坡控制方法中上坡驻车工况判断的流程图。
图3示出了根据本发明一个实施例的一种电动汽车防溜坡控制方法中执行车辆防溜坡控制策略的流程图。
图4示出了根据本发明一个实施例的一种电动汽车防溜坡控制方法中转速PI控制方法的流程图。
图5示出了根据本发明一个实施例的一种电动汽车防溜坡控制方法中计算扭矩预估转矩值的流程图。
图6示出了根据本发明一个实施例的一种电动汽车防溜坡控制系统的结构示意图。
附图标记说明：
1-整车控制器，2-电机控制器，3-驱动电机，4-油门踏板，5-档位器5。
具体实施方式
目前防溜坡算法大部分厂家只采用转速环PI调节算法，这样会造成防溜坡算法的普适性差，一套PI参数很难在不同坡道上同时达到比较好的效果。经常会出现大坡道溜坡距离较长、小坡道有超调现象和车辆来回晃动的情况。本专利加入扭矩前馈环节的技术方案可以改善这一类的问题。
很多厂家都是将PI调节出一个防溜坡所需要的驱动力，直接作为最终的执行扭矩。这样的驾驶感受是比较差的，本专利的防溜坡算法可以让车辆很平稳的停到坡上，提高了驾驶感受。
目前的方案没有考虑到电机0转速，但实际电机转子位置有改变，造成车辆继续溜坡的问题，采用本发明的技术方案可以解决车速在0转速下，车辆缓慢溜坡的问题。
下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
图1示出了根据本发明一个实施例的一种电动汽车防溜坡控制方法的步骤图。
如图1所示，一种电动汽车防溜坡控制方法，包括：
步骤S101：根据车辆的实时档位信号、油门踏板信号、电机转速信号和电机旋转方向信号判断车辆是否进入上坡驻车工况；
在一个具体应用场景中，参考图2，VCU(整车控制器)实时采集车辆实时档位信号、油门踏板信号、电机转速信号、电机旋转方向信号，判断当前电机旋转方向与记录的电机旋转方向是否一致，若不一致，则判断车辆当前进入上坡驻车工况，并向车辆防溜坡控制策略的执行主体MCU(电机控制器)发送防溜坡控制指令。
其中，若判断档位命令方向为前进且当前的电机旋转方向为后退，则判断车辆进入前进上坡驻车工况；
若判断档位命令方向为后退且当前的电机旋转方向为前进，则判断车辆进入后退上坡驻车工况。
步骤S102：当判断进入所述上坡驻车工况时，执行车辆防溜坡控制策略；
在上述具体应用场景中，参考图3，驻车算法(车辆防溜坡控制策略)是以速度控制为基础，算法主要的组成包括：转速控制环节、转矩预估环节、转矩电流插值给定环节以及0速脉冲补偿环节。
车辆防溜坡控制策略具体包括以下步骤：
步骤S201：根据驱动电机当前转速进行转速PI控制，计算使驱动电机的转速为零的第一扭矩值T1；
在上述具体应用场景中，转速控制环节主要控制转速最终转速为0，通过PI模块调节出一个防溜坡所需要的驱动力，到达电动车驻车的效果。主要参数为比例系数Kp和积分参数Ki。这样通过转速控制环节就可以计算出响应的转矩T1。PI扭矩的计算过程如图4所示：
计算驱动电机当前转速与目标转速为零的转速误差值，即：转速误差＝0Rpm-电机转速值；
计算转速误差值和预设的比例系数(KP)的乘积，获得PI控制算法的比例项分量(P项)的扭矩值，即：P项分量扭矩值＝转速误差值*KP；
计算转速误差值和预设的积分系数(KI)的乘积与积分项分量(I项)的上次扭矩值之和，获取PI控制算法的积分项分量的扭矩值，即：I项分量扭矩值＝I项分量上次扭矩值+转速误差值*KI；
计算比例项分量的扭矩值与积分项分量的扭矩值之和，获得第一扭矩值T1(PI扭矩值)，即PI扭矩值＝P项分量扭矩值+I项分量扭矩值。
需要说明的是PI(比例积分)控制方法为现有技术，本领域技术人员根据本发明公开能够容易实现本发明的方案，对于PI控制算法的具体细节此处不再赘述。
步骤S202：计算当前上坡驻车工况车辆后溜的加速度值，并根据加速度值估算使车速为零的扭矩预估转矩值T2；
在上述具体应用场景中，扭矩预估环节的扭矩预估主要是基于运动学原理，通过测量车辆后溜的加速度，在转速调节的输出环节处加上转矩电流的预估给定。扭矩预估转矩值通过初始速度、进入驻车工况下的速度以及器件的溜车时间进行计算。这样可以加快速度的调节相应，减小溜坡距离。这样通过扭矩预估环节计算出响应的转矩T2。加速度计算以及扭矩预估转矩的计算流程图如图5所示：
首先，判断驱动电机的转速值的绝对值是否大于100Rpm，若是，则计算车辆后溜的加速度值；
其中，车辆后溜的加速度值通过以下公式计算：
其中，a为车辆后溜的加速度值，nc为当前转速值，n0为车辆刚进入驻车工况记录的转速值，tc为当前时刻值，t0为车辆刚进入驻车工况记录的时刻值。
然后，计算车辆后溜的加速度值与标定的扭矩预估系数的乘积，获得扭矩预估转矩值，即：扭矩预估转矩值T2＝加速度值*标定的扭矩预估系数。
步骤S203：计算第一扭矩值T1和扭矩预估转矩值T2之和，作为驱动电机执行的目标扭矩值T3；
步骤S204：对目标扭矩值进行平滑插值处理，获取第二扭矩值T4；
在上述具体应用场景中，转矩插值计算主要是依据转速环节和电流环节的时间差距，对转矩进行平滑的插补，控制转矩突变的作用。将第一扭矩值T1值与扭矩预估转矩值T2值相加作为扭矩执行的目标扭矩值T3，然后通过转矩电流插值环节，对T3进行平滑插值处理，计算相应的第二扭矩值T4。
步骤S205：计算零转速脉冲补偿扭矩值T5，并将零转速脉冲补偿扭矩值T5叠加至第二扭矩值T4上，获得驱动电机最终的扭矩执行值T；
在上述具体应用场景中，零速脉冲补偿环节是为了补偿转速零时，由于电机转速为0时造成的动态误差，解决旋变精度较低的电机防溜坡时缓慢后溜的问题。其仅在转速为0的时候有作用。根据电机转速和电机位置值，计算0转速脉冲补偿扭矩值T5，然后叠加到T4扭矩上，得到最终的扭矩执行值T。
步骤S206：控制驱动电机输出扭矩执行值T。
实施例2
图6示出了根据本发明一个实施例的一种电动汽车防溜坡控制系统的结构示意图。
如图6所示，一种电动汽车防溜坡控制系统，包括：整车控制器1、电机控制器2、驱动电机3油门踏板4和档位器5；
整车控制器1与电机控制器2电连接，整车控制器1与油门踏板4和档位器5电连接，电机控制器2与驱动电机3电连接；
整车控制器1用于根据车辆的实时档位信号、油门踏板4信号、电机转速信号和电机旋转方向信号判断车辆是否进入上坡驻车工况，并当判断进入上坡驻车工况时向电机控制器2发送防溜坡控制指令：
电机控制器2用于接收防溜坡控制指令，并执行上述实施例1的车辆防溜坡控制策略。
在一个具体应用场景中，参考图6，电动汽车防溜坡系统主要包括油门踏板4、档位器5、整车控制器1、电机控制器2以及驱动电机3。整个防溜坡系统里，油门踏板4向整车控制器1传递的信号S1主要包括油门踏板4的信息。档位器5向整车控制器1传递的信号S2主要包括档位信号。整车控制器1向电机控制器2传递的信号S3主要包括扭矩信号、启动防溜坡控制信号等。电机控制器2向整车控制器1传递的信号S4主要包括电机转速信息。电机控制器2向驱动电机3发送的信号S5包括UVW三相电流电压信号，驱动电机3向电机控制器2传递的信号S6主要包括旋转变压器的信号。
整车控制器1通过采集油门踏板4信号、档位信号、电机转速。用来判断是否需要进入防溜坡的工况。整车控制器1能够发送启动防溜坡请求给电机控制器2，电机控制器2能够根据上述实施例的车辆防溜坡控制策略动态调节驱动电机3输出扭矩的大小，驱动电机3用于为电动汽车的车轮输出动力。驱动电机3的转子转轴上设置有转速传感器，转速传感器与电机控制器2连接，电机控制器2通过转速传感器获取车轮的转向及转速。
本实施例的防溜坡系统的主要工作流程如下：
前进防溜坡：
当车辆为前进上坡的工况下，整车控制器1实时采集档位信号、油门踏板4信号、电机转速、电机旋转方向等信号，并且判断是否进入防溜坡工况。如果进入防溜坡工况则向电机控制器2发送防溜坡控制命令，则电机控制系统快速从扭矩模式平稳过渡到驻车模式，否则退出防溜坡模式。电机控制器2执行上述实施例中的车辆防溜坡控制策略进行对应的防溜坡控制后，使得车辆停在坡道上。
后推防溜坡：
当为后退上坡的工况下，整车控制器1实时采集档位信号、油门踏板4信号、电机转速、电机旋转方向等信号，并且判断是否进入防溜坡工况。如果进入防溜坡工况则向电机控制器2发送防溜坡控制命令，则电机控制系统快速从扭矩模式平稳过渡到驻车模式，否则退出防溜坡模式。电机控制器2执行上述实施例中的车辆防溜坡控制策略进行相应的防溜坡控制后，使得车辆停在坡道上。
整车控制器1防溜坡逻辑的判断：
当车辆为前进上坡的工况下，整车控制器1实时采集档位信号、油门踏板4信号、电机转速、电机旋转方向等信号，如果发现电机转向与记录的电机转向不一致，则开始进行驻车工况的判断，如果档位命令方向为前进并且电机转向为后退，则进入前进驻车的工况。
当为后退上坡的工况下，整车控制器1实时采集档位信号、油门踏板4信号、电机转速、电机旋转方向等信号，如果发现电机转向与记录的电机转向不一致，则开始进行驻车工况的判断，如果档位命令方向为后退并且电机转向为前进，则进入后退驻车的工况。
实施例3
本发明实施例还提出一种电动汽车，包括实施例2的电动汽车防溜坡控制系统。
具体地，采用本发明电动汽车防溜坡控制系统的电动汽车能够在上坡驻车过程中加快扭矩响应速度，避免车现晃动现象，提高驻车的稳定性，提高驾驶体验。
综上，本发明针对目前防溜坡算法大部分厂家只采用PI调节算法造成的防溜坡算法的普适性差等问题，在PI算法的基础上叠加了转矩预估环节，基于运动学原理，通过测量车辆后溜的加速度，在转速调节的输出环节处加上转矩的预估给定，加快了扭矩响应速度，这样可以在大的坡度溜坡距离也不会很长，同时小的坡道上也不会造成PI参数不合适造成超调以及车现晃动现象，并针对目前很多方案将PI调节出一个防溜坡所需要的驱动力，直接作为最终的执行扭矩造成的控制比较生硬，驾驶感受差等问题，根据转速环节和电流环节的时间差距，对转矩进行平滑的插补，控制转矩突变的作用，从而提升驾驶体验，以及针对现有方案没有考虑到电机0转速，但实际电机转子位置有改变，造成车辆继续溜坡的问题，添加了零转速脉冲补偿环节，在0转速下继续监控电机的位置是否在缓慢移动，根据电机的移动位置补偿相应的扭矩，使得车辆彻底的停止到坡道上，，进一步提高车辆坡道驻车防溜坡性能。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (9)
1.一种电动汽车防溜坡控制方法，其特征在于，包括：
根据车辆的实时档位信号、油门踏板信号、电机转速信号和电机旋转方向信号判断车辆是否进入上坡驻车工况；
当判断进入所述上坡驻车工况时，执行车辆防溜坡控制策略，所述车辆防溜坡控制策略包括：
根据驱动电机当前转速进行转速PI控制，计算使所述驱动电机的转速为零的第一扭矩值；
计算当前上坡驻车工况车辆后溜的加速度值，并根据所述加速度值估算使车速为零的扭矩预估转矩值；
计算所述第一扭矩值和所述扭矩预估转矩值之和，作为所述驱动电机执行的目标扭矩值；
对所述目标扭矩值进行平滑插值处理，获取第二扭矩值；
计算零转速脉冲补偿扭矩值，并将所述零转速脉冲补偿扭矩值叠加至所述第二扭矩值上，获得所述驱动电机最终的扭矩执行值；
控制所述驱动电机输出所述扭矩执行值；
其中，所述根据驱动电机当前转速进行转速PI控制，计算使所述驱动电机的转速为零的第一扭矩值，包括：
计算所述驱动电机当前转速与目标转速为零的转速误差值；
计算所述转速误差值和预设的比例系数的乘积，获得PI控制算法的比例项分量的扭矩值；
计算所述转速误差值和预设的积分系数的乘积与积分项分量的上次扭矩值之和，获取PI控制算法的积分项分量的扭矩值；
计算所述比例项分量的扭矩值与所述积分项分量的扭矩值之和，获得所述第一扭矩值。
2.根据权利要求1所述的电动汽车防溜坡控制方法，其特征在于，所述根据车辆的实时档位信号、油门踏板信号、电机转速信号和电机旋转方向信号判断车辆是否进入上坡驻车工况，包括：
根据车辆实时档位信号、油门踏板信号、电机转速信号、电机旋转方向信号，判断当前电机旋转方向与记录的电机旋转方向是否一致，若不一致，则判断车辆当前进入所述上坡驻车工况。
3.根据权利要求2所述的电动汽车防溜坡控制方法，其特征在于，所述判断当前电机旋转方向与记录的电机旋转方向是否一致，若不一致，则判断车辆当前进入所述上坡驻车工况，包括：
若判断档位命令方向为前进且当前的电机旋转方向为后退，则判断车辆进入前进上坡驻车工况；
若判断档位命令方向为后退且当前的电机旋转方向为前进，则判断车辆进入后退上坡驻车工况。
4.根据权利要求1所述的电动汽车防溜坡控制方法，其特征在于，所述计算当前上坡驻车工况车辆后溜的加速度值，并根据所述加速度值估算使车速为零的扭矩预估转矩值，包括：
判断所述驱动电机的转速值的绝对值是否大于100Rpm，若是，则计算车辆后溜的加速度值；
计算所述车辆后溜的加速度值与标定的扭矩预估系数的乘积，获得所述扭矩预估转矩值。
5.根据权利要求4所述的电动汽车防溜坡控制方法，其特征在于，所述车辆后溜的加速度值通过以下公式计算：
其中，a为车辆后溜的加速度值，nc为当前转速值，n0为车辆刚进入驻车工况记录的转速值，tc为当前时刻值，t0为车辆刚进入驻车工况记录的时刻值。
6.根据权利要求1所述的电动汽车防溜坡控制方法，其特征在于，所述对所述目标扭矩值进行平滑插值处理，获取第二扭矩值，包括：
根据转速PI控制过程中的转速环节和电流环节的时间差距，通过转矩电流插值方法，对所述目标扭矩值进行平滑插值处理，计算相应的所述第二扭矩值。
7.根据权利要求1所述的电动汽车防溜坡控制方法，其特征在于，所述计算零转速脉冲补偿扭矩值，包括：
当所述驱动电机的转速为零时，根据所述驱动电机的电机转速值和电机位置值，计算所述零转速脉冲补偿扭矩值。
8.一种电动汽车防溜坡控制系统，其特征在于，包括：整车控制器、电机控制器、驱动电机油门踏板和档位器；
所述整车控制器与所述电机控制器电连接，所述整车控制器与所述油门踏板和所述档位器电连接，所述电机控制器与驱动电机电连接；
所述整车控制器用于根据所述档位器实时的档位信号、所述油门踏板实时的踏板信号、所述驱动电机实时的电机转速信号和电机旋转方向信号判断车辆是否进入上坡驻车工况，并当判断进入所述上坡驻车工况时向所述电机控制器发送防溜坡控制指令：
所述电机控制器用于接收所述防溜坡控制指令，并执行权利要求1-7任意一项所述的车辆防溜坡控制方法 。
9.一种电动汽车，其特征在于，包括权利要求8所述的电动汽车防溜坡控制系统。
Priority Applications (1)
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