CN113043858B - 一种用于重型轮毂电机车辆的陡坡蠕行控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于重型轮毂电机车辆的陡坡蠕行控制方法，属于车辆动力学控制领域。该方法利用蠕行控制状态机将蠕行控制划分为停止状态，正常蠕行状态，陡坡蠕行状态和过渡状态；并且利用车辆静止状态下的车辆姿态传感器测得坡度角，结合车速和制动踏板开度，确定蠕行控制进入何种状态。在正常蠕行状态中，使用带限值的比例控制计算蠕行扭矩。在陡坡蠕行状态中，控制参数根据测量的坡度进行调整，实现对车辆在陡坡道路的蠕行控制。在过渡状态中，采用正常蠕行扭矩与陡坡蠕行扭矩的加权平均值作为蠕行扭矩。本发明能够在电机能力范围内的坡道上，保证车辆起步不溜坡，且在正常道路上蠕行行驶车速不超调，起步具有较好的平顺性。

Description

一种用于重型轮毂电机车辆的陡坡蠕行控制方法

技术领域

本发明属于车辆动力学控制领域，特别涉及一种用于轮毂电机车辆的陡坡蠕行控制方法。

背景技术

为了解决电动汽车在坡道起步溜坡现象，以及城市道路不断启停的低速行驶工况，保证起步的平顺性，电动汽车大多需要实现蠕行控制。

目前针对重型轮毂电机车辆的蠕行控制(如本申请人已提出的一种用于轮毂电机驱动车辆的蠕行控制方法，ZL201910021552.3.)，能够在行业标准CJJ 37-2012《城市道路工程设计规范》和JTG B01-2014《公路工程技术标准》所规定的道路上，实现自适应各种坡度防止溜坡。并且在车辆低速行驶工况下，驾驶员能仅通过制动踏控制车辆速度，方便驾驶员操作，适用于城市道路不断启停的低速行驶工况。并且结合防滑控制，能够在较低附着道路是实现防滑起步。然而在行业标准规定的更高坡度的道路上，车辆按照目前的方法起步会发生溜坡现象。并且目前的方法没有在陡坡起步时利用电机的最大能力，去实现更高坡度的道路的蠕行控制。此外，当驾驶员踩下制动踏板并且车辆处于停车状态时，目前的方法为了保证车辆起步不发生溜坡现象，电机处于堵转状态，这样在一定程度上不利于车辆的经济性。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提出一种用于重型轮毂电机车辆的陡坡蠕行控制方法，本发明能够使得车辆在起步时识别出陡坡蠕行状态、正常蠕行状态、过渡状态和停止状态，在陡坡蠕行模式下最大限度利用电机能力，在尽可能大的坡度下起步不发生溜坡现象，并且针对质量较大的轮毂电机驱动客车，能够满足蠕行起步车速不发生超调现象，起步具有较好的平顺性，而且减少车辆在停止状态下的电能消耗。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提出的一种用于重型轮毂电机车辆的陡坡蠕行控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)设定控制参数

蠕行控制分为前进蠕行控制和倒车蠕行控制两种情况，对于前进蠕行控制和倒车蠕行控制，均可将车辆蠕行过程分为四种状态：停止状态S、正常蠕行状态NC、陡坡蠕行状态SC和过渡状态TR；各状态间具有以下转移关系：车辆由停止状态S可以向正常蠕行状态NC或者陡坡蠕行状态SC转移；车辆由陡坡蠕行状态SC可以向停止状态S或者过渡状态TR转移；车辆由过渡状态TR可以向停止状态S或者正常蠕行状态NC转移；车辆由正常蠕行状态NC可以向停止状态S转移；

设定的控制参数包括基本参数、最大正常蠕行扭矩限值、最大陡坡蠕行扭矩限值、蠕行扭矩速度比例系数和蠕行目标车速，具体过程如下：

1.1)设定基本参数

设定车速停止阈值v_s和制动踏板开度停止阈值α_bs；

根据行业标准CJJ 37-2012《城市道路工程设计规范》和JTG B01-2014《公路工程技术标准》，设定最大蠕行坡度i_cmax覆盖上述标准的所有道路坡度，通过下式由所述最大蠕行坡度i_cmax设定最大蠕行坡道角α_cmax：

α_cmax＝arctan(i_cmax)

设定起步时间，包括前进起步时间t_c和倒车起步时间t_bc，且倒车起步时间t_bc略长于前进起步时间t_c；

设定蠕行车速，包括前进蠕行车速v_c和倒车蠕行车速v_bc，且倒车蠕行车速v_bc略低于前进蠕行车速v_c；

1.2)通过设定的最大蠕行坡度角α_cmax确定最大正常蠕行扭矩限值T_cpmax和最大陡坡蠕行扭矩限值T_scpmax，在正常蠕行和陡坡蠕行状态中，前进和倒车蠕行分别采用相同的蠕行扭矩限值；计算公式如下：

T_cpmax＝mgr_rsin(α_cmax)/n

T_scpmax＝min{T_cpmaxα₀/α_cmax,T_max}

其中，n为车辆的驱动轮数量；r_r为车轮滚动半径，各车轮的滚动半径相等；m为车辆总质量；g为重力加速度；T_max是电机最大扭矩；α₀是车辆姿态传感器测得的坡度角；

1.3)设定蠕行扭矩速度比例系数

将蠕行起步分为两个阶段，令前进蠕行和倒车蠕行第一阶段时间分别为t₁和t_b1，前进蠕行和倒车蠕行第二阶段时间分别为t₂和t_b2；

按照下式设定前进正常蠕行扭矩速度比例系数K_cp：

t_c＝t₁+t₂

其中，K_m是与车辆质量相关的系数，表征车辆惯性，为一常数；r_r为车轮滚动半径，m为车辆总质量；J为所有车轮转动惯量之和；

按照下式设定倒车正常蠕行扭矩速度比例系数K_bcp：

t_bc＝t_b1+t_b2

按照下式分别设定前进陡坡蠕行扭矩速度比例系数K_scp和倒车陡坡蠕行扭矩速度比例系数K_bscp：

K_scp＝min{K_cpα₀/α_cmax,K_cpT_max/T_cpmax}

K_bscp＝min{K_bcpα₀/α_cmax,K_bcpT_max/T_bcpmax}

1.4)设定蠕行目标车速

所述蠕行目标车速包括前进蠕行目标车速v_ref和倒车蠕行目标车速v_bref，分别通过下式设定前进蠕行目标车速v_ref和倒车蠕行目标车速v_bref：

其中，F_r为平路行驶的行驶阻力；

2)蠕行控制状态判定条件

2.1)判定是否满足车辆由在蠕行控制刚开始的初始状态向停止状态S或正常蠕行状态NC转移的条件

若满足条件①，则认为满足车辆由在蠕行控制刚开始的初始状态向停止状态S转移的条件，进入步骤3.4)；若满足条件②，则认为车辆由在蠕行控制刚开始的初始状态向正常蠕行状态NC转移的条件，进入步骤3.2)；若条件①和条件②均不满足，则一直等待，直至条件①或条件②满足；

条件①和条件②分别如下式所示：

|v|≤v_s∧α_b>α_bs

|v|>v_s∨α_b≤α_bs

其中，v是当前车速，α_b为制动踏板开度百分比；

2.2)判断是否满足车辆由停止状态S向正常蠕行状态NC转移的条件

若满足条件③，则认为满足车辆由停止状态S向正常蠕行状态NC转移的条件，进入步骤3.2)；若不满足，则进入步骤3.4)，进行下一步条件判断；

条件③如下式所示：

α_b≤α_bs∧α₀≤α_cmax

2.3)判断是否满足车辆由停止状态S向陡坡蠕行状态SC转移的条件

若满足条件④，则认为满足车辆由停止状态S向陡坡蠕行状态SC转移的条件，进入步骤3.1)；若不满足条件④，则进入步骤3.4)，进行下一步条件判断；

条件④如下式所示：

α_b≤α_bs∧α₀>α_cmax

2.4)判断是否满足车辆由陡坡蠕行状态SC向过渡状态TR转移的条件

若满足条件⑤，则认为满足车辆由陡坡蠕行状态SC向过渡状态TR转移的条件，则进入步骤3.3)；若不满足条件⑤，则进入并重复步骤3.1)；

条件⑤如下式所示：

t_sc≥t_ssc

其中，t_sc是车辆进入陡坡蠕行状态SC后的时间，一旦车辆进入陡坡蠕行状态SC，则t_sc置0并且开始重新计时；

2.5)判断是否满足车辆由过渡状态TR向正常蠕行状态NC转移的条件

若满足条件⑥，则认为满足车辆由过渡状态TR向正常蠕行状态NC转移的条件，进入步骤3.2)；若不满足条件⑥，则进入并重复步骤3.3)；

条件⑥如下式所示：

t_tr≥t_str

其中，t_tr是车辆进入过渡状态TR后的时间，一旦车辆进入过渡状态TR，则t_tr置0并且开始重新计时；

3)重型轮毂电机车辆的蠕行控制

3.1)陡坡蠕行控制

当车辆处于前进挡或倒挡时，分别按照下式计算前进陡坡蠕行扭矩T_sc和倒车陡坡蠕行扭矩T_bsc：

T_sc＝max{min{T_scpmax,K_scp(v_ref-v)},0}

T_bsc＝min{max{-T_scpmax,K_bscp(v_bref-v)},0}

车辆按照前进陡坡蠕行扭矩T_sc或倒车陡坡蠕行扭矩T_bsc进行响应后，首先进行步骤2.1)的条件判断，若条件①成立，则进入步骤3.4)；若条件①不成立，则进入步骤2.4)的条件判断，若条件⑤成立，则进入步骤3.3)；若条件⑤不成立，则重复步骤3.1)，直至车辆停止蠕行行驶，本方法结束；

3.2)正常蠕行控制

当车辆处于前进挡或倒挡时，分别按照下式计算前进正常蠕行扭矩T_c和倒车正常蠕行扭矩T_bc：

T_c＝max{min{T_cpmax,K_cp(v_ref-v)},0}

T_bc＝min{max{-T_cpmax,K_bcp(v_bref-v)},0}

车辆按照前进正常蠕行扭矩T_c或倒车正常蠕行扭矩T_bc进行响应后，首先进行步骤2.1)的条件判断，若条件①成立，则进入步骤3.4)；若条件①不成立，则重复步骤3.2)，直至车辆停止蠕行行驶，本方法结束；

3.3)过渡状态控制

过渡状态蠕行扭矩采用陡坡蠕行扭矩和正常蠕行扭矩的加权平均值，分别按照下式计算前进过渡扭矩T_tr和倒车过渡扭矩T_btr：

车辆按照前进过渡扭矩T_tr或倒车过渡扭矩T_btr进行响应后，首先进行步骤2.1)的条件判断，若条件①成立，则进入步骤3.4)；若条件①不成立，则进入步骤2.5)的条件判断，若条件⑥成立，则进入步骤3.2)；若条件⑥不成立，则重复步骤3.3)，直至车辆停止蠕行行驶，本方法结束；

3.4)停止状态控制

前进停止状态扭矩T_s和倒车停止状态扭矩T_bs均为0；车辆按照前进停止状态扭矩Ts和倒车停止状态扭矩T_bs进行响应后，首先进行步骤2.2)的条件判断，若条件③成立，则进入步骤3.2)；若条件③不成立，则进入步骤2.3)的条件判断，若条件④成立，则进入步骤3.1)；若条件④不成立，则重复步骤3.4)，直至车辆停止蠕行行驶，本方法结束。

与现有技术相比，本发明具有以下特点及有益效果：

本发明能够使得车辆在起步时识别出道路坡度并识别出车辆处于陡坡蠕行状态、正常蠕行状态、过渡状态和停止状态中的哪种状态，使得车辆能够在电机能力允许范围内坡道上均能实现蠕行，在尽可能大的坡度下起步不发生溜坡现象。并且控制参数根据坡度进行调整，在不同坡度的道路上，针对质量较大的轮毂电机驱动客车，能够满足蠕行起步车速不发生超调现象，在陡坡蠕行模式下最大限度地利用电机能力，起步具有较好的平顺性。在车辆处于停止状态时，同时能减少车辆在停止状态下的电能消耗。

附图说明

图1为本发明控制方法中车辆所处各状态间的转移条件示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

本发明提出的一种用于重型轮毂电机车辆的陡坡蠕行控制方法，包括以下步骤：

1)设定控制参数

蠕行控制分为前进蠕行控制和倒车蠕行控制两种情况，均采用带扭矩限值的比例控制。参见图1，对于前进蠕行控制和倒车蠕行控制，均可将车辆蠕行过程分为四种状态：停止状态S、正常蠕行状态NC、陡坡蠕行状态SC和过渡状态TR；各状态间具有以下转移关系：车辆由停止状态S可以向正常蠕行状态NC或者陡坡蠕行状态SC转移；车辆由陡坡蠕行状态SC可以向停止状态S或者过渡状态TR转移；车辆由过渡状态TR可以向停止状态S或者正常蠕行状态NC转移；车辆由正常蠕行状态NC可以向停止状态S转移。

在控制的开始，设定蠕行控制参数，包括基本参数、最大正常蠕行扭矩限值、最大陡坡蠕行扭矩限值、蠕行扭矩速度比例系数和蠕行目标车速，具体过程如下：

1.1)设定基本参数

设定车速停止阈值v_s和制动踏板开度停止阈值α_bs；本实施例中，v_s设为0.5km/h，α_bs设为制动踏板最大开度的80％。

根据轮毂电机最大扭矩的允许时间设定过渡状态TR总时间t_str和陡坡蠕行状态SC总时间t_ssc；本实施例中，t_str和t_ssc分别设为轮毂电机最大扭矩允许时间的1/3。

设定最大蠕行坡道角α_cmax为：

α_cmax＝arctan(i_cmax) (1)

其中，i_cmax是最大蠕行坡度，根据行业标准CJJ 37-2012《城市道路工程设计规范》和JTG B01-2014《公路工程技术标准》，最大蠕行坡度i_cmax覆盖上述标准的所有道路坡度，本实施例中i_cmax取为8％。

设定起步时间，包括前进起步时间t_c和倒车起步时间t_bc，且倒车起步时间t_bc略长于前进起步时间t_c；3s≤t_c<8s，3s<t_bc≤8s；本实施例中t_c设为4s，t_bc设为5s。

设定蠕行车速，包括前进蠕行车速v_c和倒车蠕行车速v_bc，且倒车蠕行车速v_bc略低于前进蠕行车速v_c；3km/h<v_c≤10km/h，3km/h≤v_bc<10km/h；本实施例中v_c设为7km/h，v_bc设为5km/h。

1.2)通过设定的最大蠕行坡度角α_cmax确定最大正常蠕行扭矩限值和最大陡坡蠕行扭矩限值，在正常蠕行和陡坡蠕行状态中，前进和倒车蠕行分别采用相同的蠕行扭矩限值。

通过下式设定最大正常蠕行扭矩限值T_cpmax：

T_cpmax＝mg_rsin(α_cmax)/n (2)

其中，n为车辆的驱动轮数量；r_r为车轮滚动半径，各车轮的滚动半径相等；m为车辆总质量；g为重力加速度。

通过下式设定最大陡坡蠕行扭矩限值T_scpmax：

T_scpmax＝min{T_cpmaxα₀/α_cmax,T_max} (3)

其中，T_max是电机最大扭矩，α₀是如俯仰角传感器等车辆姿态传感器测得的坡度角。

1.3)设定蠕行扭矩速度比例系数

将蠕行起步分为两个阶段，令前进蠕行和倒车蠕行第一阶段时间分别为t₁和t_b1，前进蠕行和倒车蠕行第二阶段时间分别为t₂和t_b2。第一阶段以最大正常蠕行扭矩限值T_cpmax或者陡坡蠕行扭矩限值T_scpmax驱动车辆，第二阶段为比例控制阶段，车速以达到蠕行车速的95％作为蠕行起步结束时刻。

在平路忽略行驶阻力情况下，前进正常蠕行扭矩速度比例系数K_cp通过联立求解以下方程(4)～(7)得到：

t_c＝t₁+t₂ (4)

其中，t_c为步骤1.1)中设定的前进起步时间，定义为前进蠕行第一阶段和第二阶段的时间之和；K_m是与车辆质量相关的系数，表征车辆惯性，为一常数。r_r为车轮滚动半径，m为车辆总质量，J为所有车轮转动惯量之和。

在平路忽略行驶阻力情况下，倒车正常蠕行扭矩速度比例系数K_bcp通过联立求解以下方程(8)～(10)以及方程(7)得到。

t_bc＝t_b1+t_b2 (8)

其中，t_bc为步骤1.1)中设定的倒车起步时间，定义为倒车蠕行第一阶段和第二阶段的时间之和。

设定前进陡坡蠕行扭矩速度比例系数K_scp为：

K_scp＝min{K_cpα₀/α_cmax,K_cpT_max/T_cpmax} (11)

设定倒车陡坡蠕行扭矩速度比例系数Kbscp为：

K_bscp＝min{K_bcpα₀/α_cmax,K_bcpT_max/T_bcpmax} (12)

1.4)设定蠕行目标车速

所述蠕行目标车速包括前进蠕行目标车速v_ref和倒车蠕行目标车速v_bref，在考虑行驶阻力情况下，前进蠕行目标车速v_ref和倒车蠕行目标车速v_bref分别通过公式(13)和(14)计算得到：

其中，F_r为平路行驶的行驶阻力，可以通过实验测得(平路行驶的行驶阻力F_r的具体确定方式如下：将车辆加速到小于20km/h的初始车速v_s，滑行通过长度为s的固定道路，测量通过道路的终了车速v_e，行驶阻力F_r＝m(v_s ²-v_e ²)/2s，行驶阻力需多次测量取平均值)。

2)蠕行控制状态判定条件

首先利用蠕行控制状态机确定使用哪种控制方法，图1表示蠕行控制的状态机，其中四个状态分别是：S为停止状态，NC为正常蠕行状态，SC为陡坡蠕行状态，TR为过渡状态。①～⑥分别表示各个状态之间的转移条件。

2.1)判定是否满足车辆由在蠕行控制刚开始的初始状态向停止状态S或正常蠕行状态NC转移的条件

若满足条件①，则认为满足车辆由在蠕行控制刚开始的初始状态向停止状态S转移的条件，进入步骤3.4)；若满足条件②，则认为车辆由在蠕行控制刚开始的初始状态向正常蠕行状态NC转移的条件，进入步骤3.2)；若条件①和条件②均不满足，则一直等待，直至条件①或条件②满足；

条件①如式(15)所示：

|v|≤v_s∧α_b>α_bs (15)

其中，v是当前车速，α_b为制动踏板开度百分比，由制动踏板开度传感器测得。

条件②，如式(16)所示：

|v|>v_s∨α_b≤α_bs (16)

2.2)判断是否满足车辆由停止状态S向正常蠕行状态NC转移的条件

若满足条件③，则认为满足车辆由停止状态S向正常蠕行状态NC转移的条件，进入步骤3.2)；若不满足，则进入步骤3.4)，进行下一步条件判断。

条件③如式(17)所示：

α_b≤α_bs∧α₀≤α_cmax (17)

其中，α₀是由如俯仰角传感器等车辆姿态传感器测得的坡度角。

2.3)判断是否满足车辆由停止状态S向陡坡蠕行状态SC转移的条件

若满足条件④，则认为满足车辆由停止状态S向陡坡蠕行状态SC转移的条件，进入步骤3.1)；若不满足条件④，则进入步骤3.4)，进行下一步条件判断。

条件④如式(18)所示：

α_b≤α_bs∧α₀>α_cmax (18)

2.4)判断是否满足车辆由陡坡蠕行状态SC向过渡状态TR转移的条件

若满足条件⑤，则认为满足车辆由陡坡蠕行状态SC向过渡状态TR转移的条件，则进入步骤3.3)；若不满足条件⑤，则进入步骤3.1)并重复步骤3.1)。

条件⑤如式(19)所示：

t_sc≥t_ssc (19)

其中，t_sc是车辆进入陡坡蠕行状态SC后的时间，一旦车辆进入陡坡蠕行状态SC，则t_sc置0并且开始重新计时。

2.5)判断是否满足车辆由过渡状态TR向正常蠕行状态NC转移的条件

若满足条件⑥，则认为满足车辆由过渡状态TR向正常蠕行状态NC转移的条件，进入步骤3.2)；若不满足条件⑥，则进入步骤3.3)并重复步骤3.3)。

条件⑥如式(20)所示：

t_tr≥t_str (20)

其中，t_tr是车辆进入过渡状态TR后的时间，一旦车辆进入过渡状态TR，则t_tr置0并且开始重新计时。

3)重型轮毂电机车辆的蠕行控制

3.1)陡坡蠕行控制

此时车辆处于陡坡蠕行状态SC，若车辆处于前进挡，则前进陡坡蠕行扭矩Tsc按照式(21)计算：

T_sc＝max{min{T_scpmax,K_scp(v_ref-v)},0} (21)

当车辆处于倒挡时，则倒车陡坡蠕行扭矩Tbsc按照式(22)计算：

T_bsc＝min{max{-T_scpmax,K_bscp(v_bref-v)},0} (22)

车辆按照前进陡坡蠕行扭矩T_sc或倒车陡坡蠕行扭矩T_bsc进行响应。车辆完成响应后首先进行步骤2.1)的条件判断，若条件①成立，则进入步骤3.4)，否则进入步骤2.4)的条件判断，若条件⑤成立，则进入步骤3.3)，否则重复步骤3.1)，直至车辆停止蠕行行驶，本方法结束。

3.2)正常蠕行控制

此时车辆处于正常蠕行状态NC，若车辆处于前进挡，则前进正常蠕行扭矩T_c按照式(23)计算：

T_c＝max{min{T_cpmax,K_cp(v_ref-v)},0} (23)

当车辆处于倒挡时，则倒车正常蠕行扭矩Tbc按照式(24)计算：

T_bc＝min{max{-T_cpmax,K_bcp(v_bref-v)},0} (24)

车辆按照前进正常蠕行扭矩T_c或倒车正常蠕行扭矩T_bc进行响应。车辆完成响应后，首先进行步骤2.1)的条件判断，若条件①成立，则进入步骤3.4)；否则重复步骤3.2)，直至车辆停止蠕行行驶，本方法结束。

3.3)过渡状态控制

过渡状态蠕行扭矩采用陡坡蠕行扭矩和正常蠕行扭矩的加权平均值。

若车辆处于前进挡，则前进过渡扭矩T_tr按照式(25)计算：

若车辆处于倒挡，则倒车过渡扭矩T_btr按照式(26)计算：

车辆按照前进过渡扭矩T_tr或倒车过渡扭矩T_btr进行响应。车辆完成响应后，首先进行步骤2.1)的条件判断，若条件①成立，则进入步骤3.4)；否则进入步骤2.5)的条件判断，若条件⑥成立，则进入步骤3.2)；否则重复步骤3.3)，直至车辆停止蠕行行驶，本方法结束。

3.4)停止状态控制

此时车辆处于停止状态S，前进停止状态扭矩T_s和倒车停止状态扭矩T_bs分别为0，如式(27)～(28)所示。

T_s＝0 (27)

T_bs＝0 (28)

车辆按照前进停止状态扭矩T_s和倒车停止状态扭矩T_bs进行响应。车辆完成响应后，首先进行步骤2.2)的条件判断，若条件③成立，则进入步骤3.2)；否则进入步骤2.3)的条件判断，若条件④成立，则进入步骤3.1)；否则重复步骤3.4)，直至车辆停止蠕行行驶，本方法结束。

综上所述，本发明提出了一种用于重型轮毂电机车辆的陡坡蠕行控制方法，该方法利用蠕行控制状态机将蠕行控制划分为停止状态，正常蠕行状态，陡坡蠕行状态和过渡状态；并且利用车辆静止状态下的车辆姿态传感器测得坡度角，结合车速和制动踏板开度，确定蠕行控制进入何种状态。在正常蠕行状态中，使用带限值的比例控制计算蠕行扭矩。在陡坡蠕行状态中，控制参数根据测量的坡度进行调整，实现对车辆在陡坡道路的蠕行控制。在过渡状态中，采用正常蠕行扭矩与陡坡蠕行扭矩的加权平均值作为蠕行扭矩。本发明能够在电机能力范围内的坡道上，保证车辆起步不溜坡，且在正常道路上蠕行行驶车速不超调，起步具有较好的平顺性。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种用于重型轮毂电机车辆的陡坡蠕行控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)设定控制参数

蠕行控制分为前进蠕行控制和倒车蠕行控制两种情况，对于前进蠕行控制和倒车蠕行控制，均可将车辆蠕行过程分为四种状态：停止状态S、正常蠕行状态NC、陡坡蠕行状态SC和过渡状态TR；各状态间具有以下转移关系：车辆由停止状态S可以向正常蠕行状态NC或者陡坡蠕行状态SC转移；车辆由陡坡蠕行状态SC可以向停止状态S或者过渡状态TR转移；车辆由过渡状态TR可以向停止状态S或者正常蠕行状态NC转移；车辆由正常蠕行状态NC可以向停止状态S转移；

设定的控制参数包括基本参数、最大正常蠕行扭矩限值、最大陡坡蠕行扭矩限值、蠕行扭矩速度比例系数和蠕行目标车速，具体过程如下：

1.1)设定基本参数

设定车速停止阈值v_s和制动踏板开度停止阈值α_bs；

根据行业标准CJJ 37-2012《城市道路工程设计规范》和JTG B01-2014《公路工程技术标准》，设定最大蠕行坡度i_cmax覆盖上述标准的所有道路坡度，通过下式由所述最大蠕行坡度i_cmax设定最大蠕行坡道角α_cmax：

α_cmax＝arctan(i_cmax)

设定起步时间，包括前进起步时间t_c和倒车起步时间t_bc，且倒车起步时间t_bc略长于前进起步时间t_c；

设定蠕行车速，包括前进蠕行车速v_c和倒车蠕行车速v_bc，且倒车蠕行车速v_bc略低于前进蠕行车速v_c；

1.2)通过设定的最大蠕行坡度角α_cmax确定最大正常蠕行扭矩限值T_cpmax和最大陡坡蠕行扭矩限值T_scpmax，在正常蠕行和陡坡蠕行状态中，前进和倒车蠕行分别采用相同的蠕行扭矩限值；计算公式如下：

T_cpmax＝mgr_rsin(α_cmax)/n

T_scpmax＝min{T_cpmaxα₀/α_cmax,T_max}

其中，n为车辆的驱动轮数量；r_r为车轮滚动半径，各车轮的滚动半径相等；m为车辆总质量；g为重力加速度；T_max是电机最大扭矩；α₀是车辆姿态传感器测得的坡度角；

1.3)设定蠕行扭矩速度比例系数

将蠕行起步分为两个阶段，令前进蠕行和倒车蠕行第一阶段时间分别为t₁和t_b1，前进蠕行和倒车蠕行第二阶段时间分别为t₂和t_b2；

按照下式设定前进正常蠕行扭矩速度比例系数K_cp：

t_c＝t₁+t₂

其中，K_m是与车辆质量相关的系数，表征车辆惯性，为一常数；r_r为车轮滚动半径，m为车辆总质量；J为所有车轮转动惯量之和；

按照下式设定倒车正常蠕行扭矩速度比例系数K_bcp：

t_bc＝t_b1+t_b2

按照下式分别设定前进陡坡蠕行扭矩速度比例系数K_scp和倒车陡坡蠕行扭矩速度比例系数K_bscp：

K_scp＝min{K_cpα₀/α_cmax,K_cpT_max/T_cpmax}

K_bscp＝min{K_bcpα₀/α_cmax,K_bcpT_max/T_bcpmax}

1.4)设定蠕行目标车速

所述蠕行目标车速包括前进蠕行目标车速v_ref和倒车蠕行目标车速v_bref，分别通过下式设定前进蠕行目标车速v_ref和倒车蠕行目标车速v_bref：

其中，F_r为平路行驶的行驶阻力；

2)蠕行控制状态判定条件

2.1)判定是否满足车辆由在蠕行控制刚开始的初始状态向停止状态S或正常蠕行状态NC转移的条件

若满足条件①，则认为满足车辆由在蠕行控制刚开始的初始状态向停止状态S转移的条件，进入步骤3.4)；若满足条件②，则认为车辆由在蠕行控制刚开始的初始状态向正常蠕行状态NC转移的条件，进入步骤3.2)；若条件①和条件②均不满足，则一直等待，直至条件①或条件②满足；

条件①和条件②分别如下式所示：

|v|≤v_s∧α_b>α_bs

|v|>v_s∨α_b≤α_bs

其中，v是当前车速，α_b为制动踏板开度百分比；

2.2)判断是否满足车辆由停止状态S向正常蠕行状态NC转移的条件

若满足条件③，则认为满足车辆由停止状态S向正常蠕行状态NC转移的条件，进入步骤3.2)；若不满足，则进入步骤3.4)，进行下一步条件判断；

条件③如下式所示：

α_b≤α_bs∧α₀≤α_cmax

2.3)判断是否满足车辆由停止状态S向陡坡蠕行状态SC转移的条件

若满足条件④，则认为满足车辆由停止状态S向陡坡蠕行状态SC转移的条件，进入步骤3.1)；若不满足条件④，则进入步骤3.4)，进行下一步条件判断；

条件④如下式所示：

α_b≤α_bs∧α₀>α_cmax

2.4)判断是否满足车辆由陡坡蠕行状态SC向过渡状态TR转移的条件

若满足条件⑤，则认为满足车辆由陡坡蠕行状态SC向过渡状态TR转移的条件，则进入步骤3.3)；若不满足条件⑤，则进入并重复步骤3.1)；

条件⑤如下式所示：

t_sc≥t_ssc

其中，t_sc是车辆进入陡坡蠕行状态SC后的时间，一旦车辆进入陡坡蠕行状态SC，则t_sc置0并且开始重新计时；t_ssc是根据轮毂电机最大扭矩的允许时间设定的陡坡蠕行状态SC总时间；

2.5)判断是否满足车辆由过渡状态TR向正常蠕行状态NC转移的条件

若满足条件⑥，则认为满足车辆由过渡状态TR向正常蠕行状态NC转移的条件，进入步骤3.2)；若不满足条件⑥，则进入并重复步骤3.3)；

条件⑥如下式所示：

t_tr≥t_str

其中，t_tr是车辆进入过渡状态TR后的时间，一旦车辆进入过渡状态TR，则t_tr置0并且开始重新计时；t_str是根据轮毂电机最大扭矩的允许时间设定的渡状态TR总时间；

3)重型轮毂电机车辆的蠕行控制

3.1)陡坡蠕行控制

当车辆处于前进挡或倒挡时，分别按照下式计算前进陡坡蠕行扭矩T_sc和倒车陡坡蠕行扭矩T_bsc：

T_sc＝max{min{T_scpmax,K_scp(v_ref-v)},0}

T_bsc＝min{max{-T_scpmax,K_bscp(v_bref-v)},0}

车辆按照前进陡坡蠕行扭矩T_sc或倒车陡坡蠕行扭矩T_bsc进行响应后，首先进行步骤2.1)的条件判断，若条件①成立，则进入步骤3.4)；若条件①不成立，则进入步骤2.4)的条件判断，若条件⑤成立，则进入步骤3.3)；若条件⑤不成立，则重复步骤3.1)，直至车辆停止蠕行行驶，本方法结束；

3.2)正常蠕行控制

当车辆处于前进挡或倒挡时，分别按照下式计算前进正常蠕行扭矩T_c和倒车正常蠕行扭矩T_bc：

T_c＝max{min{T_cpmax,K_cp(v_ref-v)},0}

T_bc＝min{max{-T_cpmax,K_bcp(v_bref-v)},0}

车辆按照前进正常蠕行扭矩T_c或倒车正常蠕行扭矩T_bc进行响应后，首先进行步骤2.1)的条件判断，若条件①成立，则进入步骤3.4)；若条件①不成立，则重复步骤3.2)，直至车辆停止蠕行行驶，本方法结束；

3.3)过渡状态控制

过渡状态蠕行扭矩采用陡坡蠕行扭矩和正常蠕行扭矩的加权平均值，分别按照下式计算前进过渡扭矩T_tr和倒车过渡扭矩T_btr：

车辆按照前进过渡扭矩T_tr或倒车过渡扭矩T_btr进行响应后，首先进行步骤2.1)的条件判断，若条件①成立，则进入步骤3.4)；若条件①不成立，则进入步骤2.5)的条件判断，若条件⑥成立，则进入步骤3.2)；若条件⑥不成立，则重复步骤3.3)，直至车辆停止蠕行行驶，本方法结束；

3.4)停止状态控制

前进停止状态扭矩T_s和倒车停止状态扭矩T_bs均为0；车辆按照前进停止状态扭矩T_s和倒车停止状态扭矩T_bs进行响应后，首先进行步骤2.2)的条件判断，若条件③成立，则进入步骤3.2)；若条件③不成立，则进入步骤2.3)的条件判断，若条件④成立，则进入步骤3.1)；若条件④不成立，则重复步骤3.4)，直至车辆停止蠕行行驶，本方法结束。

2.根据权利要求1所述的陡坡蠕行控制方法，其特征在于，步骤1.1)中，设定所述最大蠕行坡度i_cmax为8％。

3.根据权利要求1所述的陡坡蠕行控制方法，其特征在于，步骤1.1)中，3s≤t_c<8s，3s<t_bc≤8s。

4.根据权利要求1所述的陡坡蠕行控制方法，其特征在于，步骤1.1)中，3km/h<v_c≤10km/h，3km/h≤v_bc<10km/h。