CN112874321A - 一种新能源载货汽车的起步系统及起步方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新能源载货汽车的起步系统，包括云端高精地图服务器、车载通信终端TBOX、整车控制器、电机控制器和变速箱控制器，整车控制器经车载通信终端TBOX向云端高精地图服务器传输车辆数据，云端高精地图服务器经车载通信终端TBOX和整车控制器向变速箱控制器传递坡度及整车质量信息，电机控制器用于接收整车控制器传输的扭矩信息，电机控制器包括制动控制器，制动控制器用于接收电机控制器反馈的实时扭矩。一种新能源载货汽车的起步方法，包括解除车辆机械制动、发送电机堵转控制命令、计算起步坡道角度和判断起步方式等步骤，适用于新能源载货汽车的特点，可以有效的提高新能源载货汽车起步的平顺性和安全性。

Description

一种新能源载货汽车的起步系统及起步方法

技术领域

本发明涉及新能源整车控制策略开发领域，具体是一种新能源载货汽车的起步系统及起步方法。

背景技术

在人类历史长河中，已经经历了两次交通能源动力系统变革，每一次变革都给人类的生产和生活带来了巨大变化，同时也成就了先导国或地区的经济腾飞。今天，人类再次来到了交通能源动力系统变革的十字路口，这次变革将是以电力和动力电池(包括燃料电池)替代石油和内燃机，将人类带入清洁能源时代。

如今，在能源和环保的压力下，新能源汽车无疑将成为未来汽车的发展方向。如果新能源汽车得到快速发展，以2020年中国汽车保有量1.4亿计算，可以节约石油3229万吨，替代石油3110万吨，节约和替代石油共6339万吨，相当于将汽车用油需求削减22.7％。2020年以前节约和替代石油主要依靠发展先进柴油车、混合动力汽车等实现。到2030年，新能源汽车的发展将节约石油7306万吨、替代石油9100万吨，节约和替代石油共16406万吨，相当于将汽车石油需求削减41％。届时，生物燃料、燃料电池在汽车石油替代中将发挥重要的作用。

新能源技术的普及和新能源汽车保有量的提高，新能源汽车在道路运输领域的比重逐年增加，传统能源的载货汽车也迎来的新能源的技术浪潮，但是乘用车的起步控制方案不适于直接转用至载货汽车，新能源乘用车中，因其作为乘用车，载重小，起步控制方法不需要特别大的动力，因此传统的乘用车和客车的起步控制方案无法适用于大吨位的新能源载货汽车，造成车辆平路起步和坡道起步的抖动较大，平顺性较差。由于新能源载货汽车的车辆质量变化范围大，若没有合适合理的起步控制方案，高负载会进一步放大新能源载货汽车短续航的缺点，同时新能源载货汽车传动系统中间隙多，直接使用传统的新能源乘用车的起步方法，会产生扭矩响应慢，溜坡，起步冲击震荡等一系列问题。本发明提出的这种针对新能源载货汽车的起步和坡道识别方法，适用于新能源载货汽车的特点，可以有效的提高新能源载货汽车起步的平顺性和安全性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新能源载货汽车的起步系统及起步方法，以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种新能源载货汽车的起步系统，为一种结合云端高精地图的新能源载货汽车的起步系统，包括云端高精地图服务器、车载通信终端TBOX、整车控制器、电机控制器和变速箱控制器，所述整车控制器经车载通信终端TBOX向云端高精地图服务器传输车辆数据，所述云端高精地图服务器经车载通信终端TBOX和整车控制器向变速箱控制器传递坡度及整车质量信息，所述电机控制器用于接收整车控制器传输的扭矩信息，所述电机控制器包括制动控制器，所述制动控制器用于接收电机控制器反馈的实时扭矩，解除机械制动力，增加电机制动力。

所述云端高精地图服务器用于接收车载通信终端TBOX传输的车辆数据，并向车载通信终端TBOX反馈坡度、整车质量信息，所述车载通讯终端TBOX用于将坡度及整车质量反馈给整车控制器，所述整车控制器用于选择控制模式，并向电机控制器传递扭矩值，还用于向变速箱控制器传递坡度、整车质量信息，所述电机控制器用于响应整车控制器的控制模式和执行扭矩转速命令，所述变速箱控制器用于控制档位和向整车控制器反馈实时档位。

一种新能源载货汽车的起步方法，为一种结合云端高精地图的新能源载货汽车的起步方法，包括以下步骤：

S1：解除车辆机械制动：通过制动控制器解除车辆制动，制动控制器根据电机的实时扭矩反馈，逐步解除机械制动力，增加电机制动力；

S2：发送电机堵转控制命令：整车控制器向电机控制器发送电机堵转命令；

S3：计算起步坡道角度：整车控制器根据车载通信终端TBOX反馈的整车质量，并计算坡道角度；

S4：判断起步方式：整车控制器根据坡道角度判断车辆起步方式。

步骤S2中，整车控制器向电机控制器发送电机堵转命令后，电机控制器向整车控制器反馈电机堵转保持扭矩Tq_0。

步骤S3中，坡道角度计算步骤为：

根据坡道质量公式：k*Tq＝mg*cosθ得出，

坡道角度θ＝arcos(k*Tq/(mg))；

其中，k为修正系数，Tq为电机实时扭矩。

步骤S4中，当车辆为坡道起步时，电机控制器从堵转保持扭矩Tq_0开始施加扭矩，平稳起步。

步骤S4中，当车辆为坡道起步时，包括以下步骤：

A1：坡道上制动控制器控制制动系统施加堵转保持扭矩Tq_0，

A2：制动控制器逐渐将堵转保持扭矩Tq_0降低，在车辆有后溜趋势前的时刻Ts，电机进入0转速模式，电机控制器施加的扭矩逐渐增大；

A3：电机控制器扭矩稳定堵转模式扭矩稳定判定时间Ta秒后，读取实时电机扭矩Tq作为坡道角度公式的输入，同时从云端高精地图服务器获取的整车质量m，在整车控制器VCU计算坡道角度时间Tb内计算出车辆当前所处的坡道角度θ；

A4：根据坡道角度施加起步扭矩，提升电机扭矩，从车辆实际起步时刻Tacc开始响应驾驶员的油门需求，电机进入扭矩控制模式，车辆正常加速。

步骤S4中，当车辆为平路起步时，电机控制器从车辆实际起步时刻Tacc扭矩开始，扭矩升至消除齿轮间隙的小扭矩值Tq_1后在消除齿轮间隙的小扭矩值Tq_1上保持齿轮齿隙锁紧时间T1秒，在传动间隙闭合后再进行升扭矩。

在平路起步的工况下，从车辆实际起步时刻Tacc开始响应驾驶员扭矩需求，在电机控制器扭矩达到消除齿轮间隙的小扭矩值Tq_1时，在消除齿轮间隙的小扭矩值Tq_1扭矩上保持齿轮齿隙锁紧时间T1秒，待齿轮间隙消除后，再响应驾驶员油门需求，提升起步扭矩，车辆正常加速。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提出的这种针对新能源载货汽车的起步和坡道识别方法，适用于新能源载货汽车的特点，可以有效的提高新能源载货汽车起步的平顺性和安全性；

1、通过这种坡道起步方法，可以降低电机低速大扭矩对传动系统的冲击，可以将传动系统的寿命延长30％以上，车桥寿命由120万公里提升至150万公里，提高传动系统的可靠性，提升整车安全性；

2、通过这种坡道起步方法，在可以预计坡道和整车质量的情况下，保证起步扭矩响应的同时，可以将车辆的起步加速度控制在一定的范围内，提高车辆的启动时的平顺性和舒适度。

附图说明

图1为一种新能源载货汽车的起步系统的数据传输示意图；

图2为一种新能源载货汽车的起步方法的起步流程图；

图3为一种新能源载货汽车的起步方法的坡道起步轮边扭矩情况示意图；

图4为一种新能源载货汽车的起步方法的平坡起步轮边扭矩情况示意图。

具体实施方式

下为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1：如图1所示，一种新能源载货汽车的起步系统，为一种结合云端高精地图的新能源载货汽车的起步系统，包括云端高精地图服务器、车载通信终端TBOX、整车控制器、电机控制器和变速箱控制器，整车控制器经车载通信终端TBOX向云端高精地图服务器传输车辆数据，云端高精地图服务器经车载通信终端TBOX和整车控制器向变速箱控制器传递坡度及整车质量信息，电机控制器用于接收整车控制器传输的扭矩信息，电机控制器包括制动控制器，制动控制器用于接收电机控制器反馈的实时扭矩，解除机械制动力，增加电机制动力。

云端高精地图服务器用于接收车载通信终端TBOX传输的车辆数据，并向车载通信终端TBOX反馈坡度、整车质量信息，车载通讯终端TBOX用于将坡度及整车质量反馈给整车控制器，整车控制器用于选择控制模式，并向电机控制器传递扭矩值，还用于向变速箱控制器传递坡度、整车质量信息，电机控制器用于响应整车控制器的控制模式和执行扭矩转速命令，变速箱控制器用于控制档位和向整车控制器反馈实时档位。

整车控制器向车载通信终端TBOX传输车辆数据，车载通信终端TBOX根据接收到的车辆数据，结合云端高精地图服务器，将整车质量反馈给整车控制器；

其中，云端高精地图服务器采用上汽集团RVM3.0系统远程平台。

云端高精地图服务器端的地图数据，包含车辆定位处的地图信息，包含坡道等信息；

一种新能源载货汽车的起步方法，为一种结合云端高精地图的新能源载货汽车的起步方法，包括以下步骤：

S1：解除车辆机械制动：通过制动控制器解除车辆制动，制动控制器根据电机的实时扭矩反馈，逐步解除机械制动力，增加电机制动力；

S2：发送电机堵转控制命令：整车控制器向电机控制器发送电机堵转命令；

S3：计算起步坡道角度：整车控制器根据车载通信终端TBOX反馈的整车质量，并计算坡道角度；

拟合车辆质量的过程由云端高精地图服务器完成，根据车辆的实时的扭矩数据，和车辆的定位信息，包含车辆速度、加速度以及车辆的基本参数，整备质量、传动系速比、通过先验估计的轮胎半径和实际的扭矩加速度来修正迭代得到车辆的实时质量，实测的精度在3％以内；更新频率每1秒更新一次至整车控制器；

坡道角度计算步骤为：

根据坡道质量公式：k*Tq＝mg*cosθ得出，

坡道角度θ＝arcos(k*Tq/(mg))；

其中，其中，k为修正系数，Tq为电机实时扭矩。

对于上汽集团4.5T物流车，mg的范围在3-4.5T，Tq的范围在0-800Nm，

其中坡道角度为实时更新的值，整车质量m为云端高精地图服务器每1秒反馈到整车控制器端，

k值为一个修正的值，为通过前一次的云端反馈的整车质量和坡道角度修正而来，为滚动更新的值；

例1：当前云端反馈的车辆质量mg为4500kg，

Tq电机的实时扭矩为300Nm，

根据前一次的质量系数修正得到的k值为146.2，

计算出的坡道角度θ为5.98°；

例2：当前云端反馈的车辆质量mg为3400kg，

Tq电机的实时扭矩为249Nm，

根据前一期的质量修正系数得到的k值为133.8，

计算出的坡道角度θ值为3.88°。

由于云端质量更新刷新为每1秒一次，质量参数相对于时间来说是一个相对固定的量，而坡道角度相对时间来说是一个相对变化的量，实时坡道角度，由整车控制器根据实时的电机扭矩和云端的预估质量来计算出目前的实时坡道角度，来作为起步加速度计算的参数，修正由与整车控制器can总线连接的车速传感器计算出的整车加速度；

S4：判断起步方式：整车控制器根据坡道角度判断车辆起步方式。

如图3所示，在坡道起步工况下，坡道上制动控制器控制制动系统施加制动力Tq_0，当驾驶员有起步需求后，制动控制器逐渐将制动力Tq_0降低，在车辆有后溜趋势前的时刻Ts，电机进入0转速模式，随着制动控制器制动力的逐渐降低，电机控制器为了保持车辆不后溜，电机控制器施加的扭矩逐渐增大，在电机控制器扭矩稳定Ta秒后，读取当前的电机扭矩Tq作为坡道角度公式的输入，同时从云端高精地图服务器获取的整车质量m，在Tb时间内计算出车辆当前所处的坡道角度θ，在根据坡道角度施加起步扭矩，提升电机扭矩，从Tacc时刻开始响应驾驶员的油门需求，电机进入扭矩控制模式，车辆正常加速；

如图4所示，在平路起步的工况下，从Tacc时刻开始响应驾驶员扭矩需求，在电机控制器扭矩达到Tq_1时，在Tq_1扭矩上保持T1秒，待齿轮间隙消除后，再响应驾驶员油门需求，提升起步扭矩，车辆正常加速；

图3和图4中，

Tq_0为堵转保持扭矩，Tq_1为施加的用于消除齿轮间隙的小扭矩值；

Ts：Ts为制动控制器降低制动扭矩到与轮边制动力刚好平衡的前的一个时刻，即车辆即将后溜的临界时刻，即电机进入0转速命令的时刻；

Ta：Ta为电机控制器0转速稳定判定的时间，由于电机0转速模式(堵转模式)下扭矩稳定判定时间，判定经过Ta时间后的电机扭矩为稳定的，可以作为坡道计算的数据；

Tb：为VCU计算车辆坡道角度所需要的时间；

Tacc：Tacc为车辆实际起步的时刻，即车辆产生运动趋势的时刻，响应油门扭矩的时刻，电机由转速控制切换到扭矩控制的时刻；

T1：T1为施加小扭矩激励后，整车传动系齿隙降低的时间，即齿轮齿隙锁紧的时间；

当车辆为平路起步时，电机控制器从Tq_0扭矩开始，扭矩升至Tq_1后在Tq_1上保持T1秒，在传动间隙闭合后再进行升扭矩；

传动系统间隙为从电机轴段到车轮过程中，经过变速箱齿轮、驱动桥、轮边，由于加工公差、齿轮配合等因素造成传动系统非刚性连接，在施加扭矩激励后整个传动系统会产生阻尼震荡，造成车辆抖动。起初施加扭矩时需要先施加小扭矩，来将传统系统中的齿轮齿隙闭合，提高传动系统的刚度，在齿隙闭合后，再施加大激励，降低传动系统的震荡，提高平顺性，提升操控。

由于车辆在平路上，路面给通过轮边作用于传动系的力较小，整个传动系统的齿隙较大，需要施加小激励来吃掉齿隙；在坡道上，路面通过轮边作用于传动系的力较大，整个传动系的齿隙较小，可以施加较大的激励。

当车辆为坡道起步时，电机控制器从Tq_0扭矩开始施加扭矩，平稳起步。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神和基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种新能源载货汽车的起步系统，其特征在于，为一种结合云端高精地图的新能源载货汽车的起步系统，包括云端高精地图服务器、车载通信终端TBOX、整车控制器、电机控制器和变速箱控制器，所述整车控制器经车载通信终端TBOX向云端高精地图服务器传输车辆数据，所述云端高精地图服务器经车载通信终端TBOX和整车控制器向变速箱控制器传递坡度及整车质量信息，所述电机控制器用于接收整车控制器传输的扭矩信息，所述电机控制器包括制动控制器，所述制动控制器用于接收电机控制器反馈的实时扭矩，解除机械制动力，增加电机制动力。

2.根据权利要求1所述的一种新能源载货汽车的起步系统，其特征在于，所述云端高精地图服务器用于接收车载通信终端TBOX传输的车辆数据，并向车载通信终端TBOX反馈坡度、整车质量信息，所述车载通讯终端TBOX用于将坡度及整车质量反馈给整车控制器，所述整车控制器用于选择控制模式，并向电机控制器传递扭矩值，还用于向变速箱控制器传递坡度、整车质量信息，所述电机控制器用于响应整车控制器的控制模式和执行扭矩转速命令，所述变速箱控制器用于控制档位和向整车控制器反馈实时档位。

3.一种新能源载货汽车的起步方法，其特征在于，为一种结合云端高精地图的新能源载货汽车的起步方法，包括以下步骤：

S1：解除车辆机械制动：通过制动控制器解除车辆制动，制动控制器根据电机的实时扭矩反馈，逐步解除机械制动力，增加电机制动力；

S2：发送电机堵转控制命令：整车控制器向电机控制器发送电机堵转命令；

S3：计算起步坡道角度：整车控制器根据车载通信终端TBOX反馈的整车质量，并计算坡道角度；

S4：判断起步方式：整车控制器根据坡道角度判断车辆起步方式。

4.根据权利要求3所述的一种新能源载货汽车的起步方法，其特征在于，步骤S2中，整车控制器向电机控制器发送电机堵转命令后，电机控制器向整车控制器反馈电机堵转保持扭矩Tq_0。

5.根据权利要求3所述的一种新能源载货汽车的起步方法，其特征在于，步骤S3中，坡道角度计算步骤为：

根据坡道质量公式：k*Tq＝mg*cosθ得出，

坡道角度θ＝arcos(k*Tq/(mg))；

其中，k为修正系数，Tq为电机实时扭矩。

6.根据权利要求3所述的一种新能源载货汽车的起步方法，其特征在于，步骤S4中，当车辆为坡道起步时，电机控制器从堵转保持扭矩Tq_0开始施加扭矩，平稳起步。

7.根据权利要求6所述的一种新能源载货汽车的起步方法，其特征在于，步骤S4中，当车辆为坡道起步时，包括以下步骤：

A1：坡道上制动控制器控制制动系统施加堵转保持扭矩Tq_0；

A2：制动控制器逐渐将堵转保持扭矩Tq_0降低，在车辆有后溜趋势前的时刻Ts，电机进入0转速模式，电机控制器施加的扭矩逐渐增大；

A3：电机控制器扭矩稳定堵转模式扭矩稳定判定时间Ta秒后，读取实时电机扭矩Tq作为坡道角度公式的输入，同时从云端高精地图服务器获取的整车质量m，在整车控制器VCU计算坡道角度时间Tb内计算出车辆当前所处的坡道角度θ；

A4：根据坡道角度施加起步扭矩，提升电机扭矩，从车辆实际起步时刻Tacc开始响应驾驶员的油门需求，电机进入扭矩控制模式，车辆正常加速。

8.根据权利要求3所述的一种新能源载货汽车的起步方法，其特征在于，步骤S4中，当车辆为平路起步时，电机控制器从车辆实际起步时刻Tacc扭矩开始，扭矩升至消除齿轮间隙的小扭矩值Tq_1后在消除齿轮间隙的小扭矩值Tq_1上保持齿轮齿隙锁紧时间T1秒，在传动间隙闭合后再进行升扭矩。

9.根据权利要求8所述的一种新能源载货汽车的起步方法，其特征在于，在平路起步的工况下，从车辆实际起步时刻Tacc开始响应驾驶员扭矩需求，在电机控制器扭矩达到消除齿轮间隙的小扭矩值Tq_1时，在消除齿轮间隙的小扭矩值Tq_1扭矩上保持齿轮齿隙锁紧时间T1秒，待齿轮间隙消除后，再响应驾驶员油门需求，提升起步扭矩，车辆正常加速；

10.根据权利要求3所述的一种新能源载货汽车的起步方法，其特征在于，为一种结合云端高精地图的新能源载货汽车的起步方法，包括以下步骤：

S1：解除车辆机械制动：通过制动控制器解除车辆制动，制动控制器根据电机的实时扭矩反馈，逐步解除机械制动力，增加电机制动力；

S2：发送电机堵转命令：整车控制器向电机控制器发送电机堵转命令；

反馈堵转扭矩：电机控制器向整车控制器反馈电机堵转保持扭矩Tq_0；

S3：计算起步坡道角度：整车控制器根据车载通信终端TBOX反馈的整车质量m，并计算坡道角度，坡道角度计算步骤为：

根据坡道质量公式：k*Tq＝mg*cosθ得出，

坡道角度θ＝arcos(k*Tq/(mg))；

S4：判断起步方式：整车控制器根据坡道角度判断车辆起步方式，

当车辆为坡道起步时，电机控制器从电机堵转保持扭矩Tq_0扭矩开始施加扭矩，平稳起步；

坡道起步时工况中，还包括以下步骤：

A1：坡道上制动控制器控制制动系统施加堵转保持扭矩Tq_0，

A2：制动控制器逐渐将堵转保持扭矩Tq_0降低，在车辆有后溜趋势前的时刻Ts，电机进入0转速模式，电机控制器施加的扭矩逐渐增大；

A3：电机控制器扭矩稳定堵转模式扭矩稳定判定时间Ta秒后，读取实时电机扭矩Tq作为坡道角度公式的输入，同时从云端高精地图服务器获取的整车质量m，在整车控制器VCU计算坡道角度时间Tb内计算出车辆当前所处的坡道角度θ；

A4：根据坡道角度施加起步扭矩，提升电机扭矩，从车辆实际起步时刻Tacc开始响应驾驶员的油门需求，电机进入扭矩控制模式，车辆正常加速；

当车辆为平路起步时，电机控制器从堵转保持扭矩Tq_0开始，扭矩升至消除齿轮间隙的小扭矩值Tq_1后在消除齿轮间隙的小扭矩值Tq_1上保持齿轮齿隙锁紧时间T1秒，在传动间隙闭合后再进行升扭矩；

在平路起步的工况下，从车辆实际起步时刻Tacc开始响应驾驶员扭矩需求，在电机控制器扭矩达到消除齿轮间隙的小扭矩值Tq_1时，在消除齿轮间隙的小扭矩值Tq_1扭矩上保持齿轮齿隙锁紧时间T1秒，待齿轮间隙消除后，再响应驾驶员油门需求，提升起步扭矩，车辆正常加速。

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