CN114801770A - 一种电动汽车驻坡抖动优化方法、系统、介质及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车驻坡抖动优化方法、系统、介质及设备，此方法包括步骤：1)当刹车踏板未激活且电机转速在前进档有n以上的负转速或后退档有n以上的正转速时，此状态连续x次后，确认车辆有溜坡，此时进入驻坡控制；2)根据进入驻坡控制时的转速选择对应的PI参数，进行转速环P I控制；其中进入驻坡控制时的转速不同，对应的P I参数不同；3)当驻坡时间达到堵转保护时间阈值、刹车踏板激活或加速踏板激活时，退出驻坡控制。本发明具有显著提高车辆的快速响应、减少车辆后溜距离、提高车辆的安全性、保证响应的平顺性、避免抖动冲击、提高整车的NVH性能等优点。

Description

一种电动汽车驻坡抖动优化方法、系统、介质及设备

技术领域

本发明主要涉及电动汽车技术领域，具体涉及一种电动汽车驻坡抖动优化方法、系统、介质及设备。

背景技术

随着电动汽车的逐渐普及，对电动汽车的舒适性提出了越来越严格的要求。电动汽车在坡道行驶过程中如遇到停车情况，若驾驶员未及时踩刹车或拉手刹，会导致车辆溜坡，造成安全风险。为提高驾驶舒适性、安全性，绝大部分电动车均使用电机输出力矩实现驻坡功能，但是从检测到溜坡转速，到进入驻坡的调节，以及驻坡退出过程，会产生冲击造成抖动、溜坡距离过长、甚至来回震荡，带来不好的驾乘感受和安全风险。

上海力信电气技术有限公司提出发明专利申请《纯电动汽车驻坡方法》，提出了进入驻坡状态的判断条件，通过检测手刹脚刹是否有效、电机转速是否小于-6r/min判断是否可以进入驻坡控制，并根据当前的电机转速及此时的实际输出转矩来设定不同的转矩变化梯度，当电机负转速越大及电机输出转矩越大，相应的设定的扭矩梯度越大，以确保快速的锁定最终的驻坡转矩，从而快速完成驻坡初始步骤，然后再对驻坡转矩进行判断选择转速环或转矩环进行驻坡。

上述专利申请主要提出了根据当前的电机转速及此时的实际输出转矩来设定不同的转矩变化梯度，并在驻坡过程中通过驻坡扭矩进行转速环和转矩环的选择。但只考虑了车辆上坡后溜,没有考虑车辆下坡前溜的工况，在复杂路况，如不同坡度、负载时，在调节过程中容易超调和震荡引起整车抖动。另外其在扭矩调节的过程中没有考虑电机最大扭矩输出能力，且对转速环的调节没有提出应对策略和解决方法。同时，由于该专利会通过扭矩变化梯度进行转速环、转矩环的选择和切换，若梯度变化大时，会造成频繁在转速转接环来回切换，会带来很大的系统风险、甚至带来车辆安全风险。

武汉理工通宇新源动力有限公司提出发明专利申请《一种新能源汽车的电机控制器驻坡控制方法及系统》，主要提供一种新能源汽车的电机控制器驻坡控制方法及系统，车辆在减速时，根据电机转速降低的快慢获得预驻坡力矩T1；结合档位信息，若检测到电机转速在一定时间内连续N次满足驻坡要求，则进入驻坡；驻坡过程中，若检测到有效的手刹信号或制动信号，则电机峰值扭矩降至额定扭矩以下的预设扭矩，驻坡状态继续；驻坡后，电机进入速度闭环模式，通过PI调节器获得驻坡扭矩T2；若驻坡后检测到车辆有后溜趋势，则根据后溜转速的大小，施加一个快速调节力矩T3；当油门力矩大于驻坡扭矩T2时，退出驻坡。预驻坡力矩T1和快速调节力矩T3的增加，能够明显减小溜坡距离，对进入驻坡的条件判断，可以避免引起车身抖动的情况。

该专利申请主要提出了预驻坡模块，根据电机减速的快慢进行施加，电机降速越快，预驻坡力矩越大，在根据转速施加不同扭矩的过程中不可避免的会导致车辆后溜(车辆后溜电机才会有转速)，且动态增加PI输出转矩(即补偿力矩T3)会带来输出转矩的不线性、不平顺，引起抖动震荡。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种驻坡平顺性好的电动汽车驻坡抖动优化方法、系统、介质及设备。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种电动汽车驻坡抖动优化方法，包括步骤：

1)当刹车踏板未激活且电机转速在前进档有n以上的负转速或后退档有n以上的正转速时，此状态连续x次后，确认车辆有溜坡，此时进入驻坡控制；

2)根据进入驻坡控制时的转速选择对应的PI参数，进行转速环PI控制；其中进入驻坡控制时的转速不同，对应的PI参数不同；

3)当驻坡时间达到堵转保护时间阈值、刹车踏板激活或加速踏板激活时，退出驻坡控制。

作为上述技术方案的进一步改进：

在步骤2)中，采用分段式的PI参数，不同范围的转速对不同组的PI参数。

不同PI参数针对实际车辆不同工况进行标定，具体标定方法：

当进入驻坡控制的转速在第一预设阈值内时，采用第一组PI参数；

当进入驻坡控制的转速在第二预设阈值内时，采用第二组PI参数；

当进入驻坡控制的转速在第三预设阈值内时，采用第三组PI参数；

其中第一预设阈值>第二预设阈值>第三预设阈值，第一组PI参数、第二组PI参数和第三组PI参数中的Kp依次由小至大，第一组PI参数、第二组PI参数和第三组PI参数中的Ki依次由大至小。

在步骤2)中，根据进入转速环PI控制的当前转速和转矩值，计算其加速度，并根据整车扭矩模型预估所需电机扭矩，形成转速环PI的转矩前馈，以使转速环的首次积分输出就有转矩。

所述转速环PI控制的PI采用串联式结构。

在转速环PI控制时，对积分环节的输出进行动态钳位，根据最外围的电流限幅减去实时的比例环节，作为积分环节电流限制输入，在P增大时动态的减小积分环节的输出。

在步骤3)中，在退出驻坡控制时，退出转速环PI控制，进入扭矩环控制，记录驻坡控制退出时的转速环当前扭矩值，并以该值为起始值，以请求扭矩为目标值，进行扭矩梯度平滑控制处理。

本发明还公开了一种电动汽车驻坡抖动优化系统，包括：

第一模块，用于当刹车踏板未激活且电机转速在前进档有n以上的负转速或后退档有n以上的正转速时，此状态连续x次后，确认车辆有溜坡，此时进入驻坡控制；

第二模块，用于根据进入驻坡控制时的转速选择对应的PI参数，进行转速环PI控制；其中进入驻坡控制时的转速不同，对应的PI参数不同；

第三模块，用于当驻坡时间达到堵转保护时间阈值、刹车踏板激活或加速踏板激活时，退出驻坡控制。

本发明进一步公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述的电动汽车驻坡抖动优化方法的步骤。

本发明还公开了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述的电动汽车驻坡抖动优化方法的步骤。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明使用非线性控制中的变结构PI参数调节，根据不同的负载工况自适应地使用不同的PI参数，适应性更广，驻坡调节过程中更平稳、避免了PI参数不适用负载工况导致的超调震荡等问题；通过多个条件对驻坡控制进入的判断，能够避免了单一使用电机转速进行判断时精度低的缺陷。

本发明在退出驻坡控制时，记录转速环当前扭矩值，并以该值为起始值、以VCU请求扭矩为目标值，进行扭矩梯度平滑控制，从而避免了扭矩突变，车辆平稳过渡。

本发明根据进入驻坡转速环的当前转速和转矩值，计算其加速度，并根据整车扭矩模型预估所需电机扭矩，形成转速环PI的转矩前馈，使转速环的首次积分输出就有转矩，可较大幅度的减少车辆后溜，同时加快系统收敛。同时，由于增加了转矩前馈，可在不降低系统响应的同时将Kp从整体上降低，避免了Kp较大造成超调抖动的风险。

本发明转速环PI控制的PI采用串联式结构，使系统零极点对消、降级为一阶响应系统、从而降低系统复杂性、提高可用性；同时在对积分环节的输出进行动态钳位，根据最外围的电流限幅减去实时的比例环节，作为积分环节电流限制输入，在P增大时动态的减小积分环节的输出，进一步避免了系统的超调震荡。

本发明的解决了车辆在驻坡时的溜坡距离长、平顺性差的问题，可显著提高车辆的快速响应、减少车辆后溜距离，降低车辆的安全风险；同时保证响应的平顺性，避免抖动冲击，提高整车的NVH性能。

附图说明

图1为本发明的方法在实施例的流程图。

图2为本发明的驻坡控制进入及退出流程图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

如图1所示，本实施例的电动汽车驻坡抖动优化方法，包括步骤：

1)当刹车踏板未激活且电机转速在前进档有n以上的负转速或后退档有n以上的正转速时，此状态连续x次(如3次)或持续一定时间后，确认车辆有溜坡，此时进入驻坡控制；

2)根据进入驻坡控制时的转速选择对应的PI参数，进行转速环PI控制；其中进入驻坡控制时的转速不同，对应的PI参数不同；

3)当驻坡时间达到堵转保护时间阈值、刹车踏板激活或加速踏板激活时，退出驻坡控制。

本发明使用非线性控制中的变结构PI参数调节，根据不同的负载工况自适应地使用不同的PI参数，适应性更广，驻坡调节过程中更平稳、避免了PI参数不适用负载工况导致的超调震荡等问题。

如图1所示，本实施例中，在步骤1)中，实时监测刹车踏板信号和电机转速以进行驻坡控制的进入判断。在刹车踏板未激活且电机转速在前进档有n以上的负转速或后退档有n以上的正转速时，此状态连续x次后，确认车辆有溜坡，进入驻坡控制。通过上述多个条件的判断，能够避免了单一使用电机转速进行判断时精度低的缺陷。

当驻坡时间达到堵转保护时间阈值或刹车踏板激活时，退出驻坡控制；此时将从转速环切到转矩环控制，若MCU此时直接切换响应VCU请求扭矩(根据加速踏板开度确定的扭矩原始值)，势必造成扭矩突变，车辆抖动。为避免这种情况，在退出驻坡控制时，记录转速环当前扭矩值，并以该值为起始值、以VCU请求扭矩为目标值，进行扭矩梯度平滑控制，从而避免了扭矩突变，车辆平稳过渡。

本实施例中，在步骤2)中，采用分段式的PI参数，不同范围的转速对不同组的PI参数。具体地，不同PI参数针对实际车辆不同工况(不同的坡度、负载等)进行标定，具体标定方法：

当进入驻坡控制的转速在第一预设阈值内时，采用第一组PI参数；

当进入驻坡控制的转速在第二预设阈值内时，采用第二组PI参数；

当进入驻坡控制的转速在第三预设阈值内时，采用第三组PI参数；

其中第一预设阈值>第二预设阈值>第三预设阈值，第一组PI参数、第二组PI参数和第三组PI参数中的Kp依次由小至大，第一组PI参数、第二组PI参数和第三组PI参数中的Ki依次由大至小。

也就是说，当进入转速较高时，采用较小的Kp和较大的Ki，选择第一组PI参数进行标定，以防止超调、缩短响应时间、减小后溜距离；当进入驻坡转速为中速时，采用第二组PI参数；同理，当进入转速较低时，采用第三组PI参数进行标定，使用较大的Kp和适当较小的Ki，以加快响应，减小后溜。在具体标定时，先标定好Kp，再调节Ki，在没有抖动的情况下适当增加Ki，直到发生轻微抖动，此时可减小Ki。如此反复多次，直到找到合适的边界值。

当然，在其它实施例中，也可以采用两组、四组或者更多组PI参数，具体根据实车标定的需求、特定工况的数量进行设定。由于不同组PI参数针对实际车辆不同工况(不同的坡度、负载等)进行标定，因此适用范围更广。

本实施例中，在步骤2)中，根据进入驻坡转速环的当前转速和转矩值，计算其加速度，并根据整车扭矩模型预估所需电机扭矩，形成转速环PI的转矩前馈，使转速环的首次积分输出就有转矩，可较大幅度的减少车辆后溜，同时加快系统收敛。同时，由于增加了转矩前馈，可在不降低系统响应的同时将Kp从整体上降低，避免了Kp较大造成超调抖动的风险。

如图1所示，本实施例中，转速环PI控制的PI采用串联式结构，使系统零极点对消、降级为一阶响应系统、从而降低系统复杂性、提高可用性。同时在对积分环节的输出进行动态钳位，根据最外围的电流限幅减去实时的比例环节，作为积分环节电流限制输入，在P增大时动态的减小积分环节的输出，进一步避免了系统的超调震荡。

本发明还公开了一种的电动汽车驻坡抖动优化系统，包括：

第一模块，用于当刹车踏板未激活且电机转速在前进档有n以上的负转速或后退档有n以上的正转速时，此状态连续x次后，确认车辆有溜坡，此时进入驻坡控制；

第二模块，用于根据进入驻坡控制时的转速选择对应的PI参数，进行转速环PI控制；其中进入驻坡控制时的转速不同，对应的PI参数不同；

第三模块，用于当驻坡时间达到堵转保护时间阈值、刹车踏板激活或加速踏板激活时，退出驻坡控制。

本发明的上述优化系统用于执行如上所述的优化方法，同样具有如上优化方法所述的优点。

本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序在被处理器运行时执行如上所述的电动汽车驻坡抖动优化方法的步骤。本发明进一步公开了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器上存储有计算机程序，计算机程序在被处理器运行时执行如上所述的电动汽车驻坡抖动优化方法的步骤。本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一个计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。存储器可用于存储计算机程序和/或模块，处理器通过运行或执行存储在存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现各种功能。存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(SecureDigital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其它易失性固态存储器件等。

下面结合一完整的具体实施例对上述发明做进一步说明：

(1)根据车辆实时刹车踏板信号和电机转速，当刹车踏板未激活且电机转速在前进档有n以上的负转速或后退档有n以上的正转速时，此状态连续x次后，确认车辆有溜坡，此时进入驻坡控制；

(2)进入驻坡控制时，记录当前的扭矩和转速，进入转速环零转速控制，同时根据进入驻坡控制时的转速选择对应的PI参数；

标定PI参数：当进入转速较高时，采用较小的Kp较大的Ki；当进入转速较低时，采用较大的Kp如适当较小的Ki，以加快收敛，减小后溜。首先需要标定好Kp，再调节Ki，多次标定测试后找到最合适的PI参数。

(3)转矩前馈：根据当前车辆实时转速转矩，根据整车负载模型，预估所需电机扭矩大小，得到前馈转矩，加快系统响应，减少车辆后溜；

(4)驻坡退出：当驻坡时间达到堵转保护时间阈值或刹车踏板或加速踏板激活时，退出驻坡控制；

(5)驻坡退出扭矩平滑：满足驻坡控制退出时，退出转速环进入扭矩环控制，记录驻坡退出时转速环当前扭矩值，并以该值为起始值、以VCU请求扭矩为目标值，进行扭矩梯度平滑控制处理，避免转矩突变造成车辆抖动。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电动汽车驻坡抖动优化方法，其特征在于，包括步骤：

1)当刹车踏板未激活且电机转速在前进档有n以上的负转速或后退档有n以上的正转速时，此状态连续x次后，确认车辆有溜坡，此时进入驻坡控制；

2)根据进入驻坡控制时的转速选择对应的PI参数，进行转速环PI控制；其中进入驻坡控制时的转速不同，对应的PI参数不同；

3)当驻坡时间达到堵转保护时间阈值、刹车踏板激活或加速踏板激活时，退出驻坡控制。

2.根据权利要求1所述的电动汽车驻坡抖动优化方法，其特征在于，在步骤2)中，采用分段式的PI参数，不同范围的转速对不同组的PI参数。

3.根据权利要求2所述的电动汽车驻坡抖动优化方法，其特征在于，不同PI参数针对实际车辆不同工况进行标定，具体标定方法：

当进入驻坡控制的转速在第一预设阈值内时，采用第一组PI参数；

当进入驻坡控制的转速在第二预设阈值内时，采用第二组PI参数；

当进入驻坡控制的转速在第三预设阈值内时，采用第三组PI参数；

其中第一预设阈值>第二预设阈值>第三预设阈值，第一组PI参数、第二组PI参数和第三组PI参数中的Kp依次由小至大，第一组PI参数、第二组PI参数和第三组PI参数中的Ki依次由大至小。

4.根据权利要求1或2或3所述的电动汽车驻坡抖动优化方法，其特征在于，在步骤2)中，根据进入转速环PI控制的当前转速和转矩值，计算其加速度，并根据整车扭矩模型预估所需电机扭矩，形成转速环PI的转矩前馈，以使转速环的首次积分输出就有转矩。

5.根据权利要求1或2或3所述的电动汽车驻坡抖动优化方法，其特征在于，所述转速环PI控制的PI采用串联式结构。

6.根据权利要求5所述的电动汽车驻坡抖动优化方法，其特征在于，在转速环P I控制时，对积分环节的输出进行动态钳位，根据最外围的电流限幅减去实时的比例环节，作为积分环节电流限制输入，在P增大时动态的减小积分环节的输出。

7.根据权利要求1或2或3所述的电动汽车驻坡抖动优化方法，其特征在于，在步骤3)中，在退出驻坡控制时，退出转速环PI控制，进入扭矩环控制，记录驻坡控制退出时的转速环当前扭矩值，并以该值为起始值，以请求扭矩为目标值，进行扭矩梯度平滑控制处理。

8.一种电动汽车驻坡抖动优化系统，其特征在于，包括：

第一模块，用于当刹车踏板未激活且电机转速在前进档有n以上的负转速或后退档有n以上的正转速时，此状态连续x次后，确认车辆有溜坡，此时进入驻坡控制；

第二模块，用于根据进入驻坡控制时的转速选择对应的PI参数，进行转速环PI控制；其中进入驻坡控制时的转速不同，对应的PI参数不同；

第三模块，用于当驻坡时间达到堵转保护时间阈值、刹车踏板激活或加速踏板激活时，退出驻坡控制。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在被处理器运行时执行如权利要求1-7中任意一项所述的电动汽车驻坡抖动优化方法的步骤。

10.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在被处理器运行时执行如权利要求1-7中任意一项所述的电动汽车驻坡抖动优化方法的步骤。

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