CN105501074B - 电动车辆控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动车辆控制方法，包括以下步骤：S100：获取电池SOC，值；S200：当判定估计值S大于设定的阈值时，进入智能驾驶模式；S300：获取车辆的档位和加速踏板信息；S400：获取至少包括驾驶员选定路况和弯道信息的路况信息；S500：根据获取到的路况信息，调整阻尼和胎压。本发明提高了电动车的操控性和舒适性。

Description

电动车辆控制方法

技术领域

本发明属于自动控制领域，特别涉及一种电动车辆控制方法。

背景技术

电动汽车是指以车载电源为动力,用电机驱动车轮行驶,符合道路交通、安全法规各项要求的车辆，电动汽车行驶不会排放有毒气体,即零排放电动汽车(ZeroEmissionVehicle),与传统内燃机汽车相比,电动汽车具有如下优点:不排放有毒气体,对大气无污染；能源效率高,尤其适合频繁地起步停车；噪声低,电动机的噪声远小于内燃机车；结构简单易维修,传动部件少,操纵简单；能源多样化,可利用煤炭、水力、核能、风力、太阳能等能源转化为电能供电，上述优点决定了电动汽车在环保和节能上具有不可比拟的优势,使其前景被广泛看好。同时,电能来源广泛,人们对电力的使用也积累了丰富的经验,发展电动汽车目前被认为是解决未来能源与环境问题的最有希望的措施之一,已成为各国开发绿色汽车的主方向。然而目前的电动车辆在驾驶感受和乘坐舒适性方面与传统的内燃车辆还有一定差距。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种电动车辆控制方法。

一种电动车辆控制方法，包括以下步骤：S100：获取动力电池端的电压和电流信号，根据所建立的动力电池的数学模型，采用安时积分、状态观测器和自适应扩展卡尔曼滤波法分别估计电池SOC，对估计值进行加权计算，得到动力电池当前的SOC值S；S200：当判定估计值S大于设定的阈值时，进入智能驾驶模式；当判定估计值S小于或等于设定的阈值时，开始计时，当计时时长T大于设定的时长T0后，当判定估计值S小于或等于设定的阈值时，退出智能驾驶模式；S300：获取车辆的档位和加速踏板信息；S400：获取至少包括驾驶员选定路况和弯道信息的路况信息，所述弯道信息包括弯道长度、弯道曲度、和预定距离内弯道的数量；S500：根据获取到的路况信息，设定车辆阻尼基准值Z和胎压基准值P；根据档位信息和加速踏板信息基于车辆阻尼基准值Z和胎压基准值P计算第一阻尼修Z1正值和第一胎压修正值P1；根据弯道信息基于第一阻尼修正值Z1和第一胎压修正值P1计算第二阻尼修正值Z2和第二胎压修正值P2。

可选的，所述动力电池的数学模型为：

式中，X_k表示电池组的状态矢量，y_k表示电池端电压，η为库伦效率因子，C为总容量，E₀为充满电状态下的开路电压,R为电池内阻，K₀、K₁、K₂、K₃为电池极化内阻，△t为采样周期，i_mk为电流测量值，i_sk为电流传感器电流漂移估计值，W₁和W₂、V_k为相互独立的白噪声，SOC为电池电量，K代表第K个状态值，K＝0、1、2、3、4、5……。

可选的，通过档位检测单元获取车辆的档位信息，所述档位检测单元包括换挡拨片、第一检测模块、第二检测模块和比较模块，换挡拨片与第一检测模块和第二检测模块连接，第一检测模块和第二检测模块与比较模块连接，当驾驶者通过换挡拨片发出换挡/档位信号后，第一检测模块和第二检测模块接收换挡拨片发出的信号，第一检测模块和第二检测模块将检测到的第一档位信息和第二档位信息发送至比较模块，比较模块比较第一档位信息和第二档位信息当二者一致时则将第一档位信息或第二档位信息作为当前档位信息，发送给车辆的控制***，当二者不一致时，则判定换挡机构存在故障。

可选的，预存储多条道路的路况信息，根据车辆所处位置判断车辆所在道路，从预存储的路况信息中读取该道路的弯道信息。

可选的，预存储多种种路况所对应的不同的阻尼基准值Z和胎压基准值P，接收驾驶者通过选择按键选择的路况，从预存储的数据中选择对应的阻尼基准值Z和胎压基准值P，将选定的基准值发送至电子调节单元，通过电子调节单元调节车辆阻尼和胎压大小，以达到基准值。

可选的，根据获取到的弯道信息和车辆当前所处的位置确定车辆是否位于弯道上或在进入弯道的预定的距离内或预定时间内。

本发明的有益效果是：通过精确的数学模型，采用多种方法估计SOC值，获得了更加精准的SOC值，为电动车的操控提供了准确的依据；综合考虑了驾驶员的操作信号和路面状况，根据不同的操控和路面状况实时调整车辆阻尼和胎压，使得车辆操控性和舒适性得以提高。

附图说明

图1是本发明控制方法的流程图；

图2是档位检测单元的结构示意图；

图3是步骤S500的流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，使本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

请参阅图1，为了提高电动车辆的驾驶感受(操控性)和舒适性，本发明首先根据动力电池的电量(SOC)决定车辆的驱动模式，当满足智能驱动模式要求后，车辆侦测换挡拨片的输入信号，对档位进行检测，同时车辆对当前道路状况进行识别，根据检测到的档位和路况调整车辆悬挂***的阻尼和胎压，从而提高了车辆的操控性、乘坐的舒适性。

S100：获取动力电池端的电压和电流信号，根据所建立的动力电池的数学模型，采用安时积分、状态观测器和自适应扩展卡尔曼滤波法分别估计电池SOC，对估计值进行加权计算，得到动力电池当前的SOC值S。

具体而言，可以采用电流传感器，电压传感器分别测量动力电池组的端电压和输出电流。动力电池的数学模型目前有多种，例如理想等效模型，理想等效模型把电池的内阻看成固定值,没有考虑到电池充电、放电时电池内阻的差别,因此也就体现不出充电、放电时SOC的区别，这一模型与实际值差距较大；Thevenin模型，Thevenin模型的缺陷是电路中参数都是定值,其实他们都是SOC的函数；RC模型，RC模型比Thevenin模型能更好的模拟电池的动态特性,但忽略了电池的温度效应,对极化效应考虑得不够充分；EMF模型与RC模型和Thevenin模型相比,除了更多考虑电池的动态特性外,还较好地考虑了化学极化浓差极化等因素的影响,但也忽略了温度效应。为此本发明采用组合模型，其离散的状态空间方程为：

式中，Xk表示电池组的状态矢量，yk表示电池端电压，η为库伦效率因子，C为总容量，E0为充满电状态下的开路电压,R为电池内阻，K0、K1、K2、K3为电池极化内阻，△t为采样周期，imk为电流测量值，isk为电流传感器电流漂移估计值，W1和W2、Vk为相互独立的白噪声，SOC为电池电量，K代表第K个状态值，K＝0、1、2、3、4、5……。

接着根据电池组的数学模型，分别采用安时积分法、状态观测器法和自适应扩展卡尔曼滤波法分别估计电池SOC值，得到SOC状态估计值S1、S2、S3，然后对S1、S2、S3进行加权计算，得到最终的SOC估计值S。

S＝ω₁S₁+ω₂s₂+ω₃s₃ (3)

其中ω₁、ω₂、ω₃为加权系数，ω₁+ω₂+ω₃＝1。采用多种方法分别对动力电池的荷电状态SOC进行估计，井对估计结果迸行加权计算得出最终的估计值，提高了动力电池的SOC的估计精度。

S200：当判定估计值S大于设定的阈值时，进入智能驾驶模式；当判定估计值S小于或等于设定的阈值时，开始计时，当计时时长T大于设定的时长T0后，当判定估计值S小于或等于设定的阈值时，退出智能驾驶模式。

对于电动车而言，其车辆的操控性与乘坐的舒适性主要取决于车辆悬挂***阻尼的大小、胎压的大小和电机的驱动方式三个方面。为了能达到更好的操控性与舒适性，需要通过多个电子器件对上述三个方面进行实时调整，这种实时调整的控制模式可以被称为智能驾驶模式，智能驾驶模式无疑增加了电力的消耗，为了能在电池电量SOC过低时，使得动力电池满足正常行驶的需要，本发明中只有当判定估计值S大于设定的阈值时，才进入智能驾驶模式，这一阈值可以是电力电池总电量的30％，即当估计值S大于电池总电量的30％时，则允许车辆进入智能驾驶模式，当估计值S小于或等于30％时则维持车辆当前的悬挂***阻尼的大小、胎压的大小和电机的驱动方式。更进一步的，由于动力电池存在“掉电”的现象，即当瞬间从动力电池获取较大电力时，此时估计值S会小于其实际电量，例如当车辆实际电量剩余35％时，此时瞬间提高车辆的驱动力，则估计值S会在25％左右，而当重新恢复正常驱动时，估计值S会上升至至35％，这就造成了智能驾驶模式的不正常退出。对此，为了能更好的判定此时车辆是否应进入/退出智能驾驶模式，本发明设置一计时模块，当判定估计值S小于或等于设定的阈值时，计时模块开始计时，当计时时长T大于设定的时长T0后，若此时估计值S依然小于或等于设定的阈值，则退出智能驾驶模式。时长T0的设定，表明在此时间段内电池的电量在持续减少，而这一减少并非是由于“掉电”所引起的，这样便使得判定更为准确。

S300：获取车辆的档位和加速踏板信息。

在进入智能首先获取车辆的档位和加速踏板信息，档位信息和加速踏板信息表明了驾驶者当前的驾驶意图，例如高档位和深踩的加速踏板表明此时驾驶者想获得更大的加速度，而低档位和深踩的加速踏板表明此时驾驶者想获得更大转矩。对于踏板信息的获取可以通过相应的检测器来检测，这些检测手段均为现有技术，不再赘述。由于换挡机构即包含了机械结构也包含了众多的电气元件，任何一个机构的故障均会导致不能获取正确的档位信息。对此，本发明提供一档位检测单元，如图2所示，其可以包括换挡拨片、第一检测模块、第二检测模块和比较模块，换挡拨片与第一检测模块和第二检测模块连接，第一检测模块和第二检测模块与比较模块连接，当驾驶者通过换挡拨片发出换挡/档位信号后，第一检测模块和第二检测模块接收换挡拨片发出的信号，第一检测模块和第二检测模块将检测到的第一档位信息和第二档位信息发送至比较模块，比较模块比较第一档位信息和第二档位信息当二者一致时则将第一档位信息或第二档位信息作为当前档位信息，发送给车辆的控制***，当二者不一致时，则判定换挡机构存在故障，这一故障可以是例如断路、短路或者机械故障灯，比较模块发出报警，例如可以是声光报警。

S400：获取至少包括驾驶员选定路况和弯道信息的路况信息，所述弯道信息包括弯道长度、弯道曲度、和预定距离内弯道的数量。

路况是决定车辆悬挂***阻尼的大小、胎压的大小和电机的驱动方式的主要因素，为了提高操控性和乘坐舒适性，例如湿滑的路况要求低胎压，坑洼的路面则要求较小的阻尼，而弯道较多的道路则要求较大的阻尼和较低的胎压，平直的道路则需要采用高转速的驱动方式等等。

对于一些路况如湿滑路况、坑洼路况等，驾驶员通过观察即可容易的了解到，通过选择按键便可以将相应的路况信息发送至车辆控制***，这些按键可以包括湿滑、坑洼、平直、积雪等等，而对于弯道信息驾驶员无法通过观察获得，弯道信息可以包括弯道长度、弯道曲度、和预定距离内弯道的数量，例如在2千米之内弯道的数量。弯道长度、曲度、和数量与车辆的阻尼和胎压息息相关，其影响着车辆的操控性和乘坐的舒适感。例如较大的曲度则需要更大的悬挂阻尼和较低的胎压。

为此，本发明预存储多条道路的路况信息，根据车辆所处位置判断车辆所在道路，从预存储的路况信息中读取该道路的信息。车辆所处的位置可以由例如全球定位***(GPS)提供。预存储的路况信息中包含了该条道路上弯道所处的位置、长度、曲度、和数量。

S500：根据档位信息、加速踏板信息、和路况信息调整车辆阻尼和胎压。如图3所示，本发明通过对车辆操纵行为和道路状况，调整车辆阻尼、胎压，从而为提高了车辆的操控性和驾驶的舒适感。

S501：根据获取到的路况信息，设定车辆阻尼基准值Z和胎压基准值P。具体而言，如前所述驾驶者通过选择按键选择相应的路况，这种路况可以是湿滑、坑洼、平直、积雪等等，车辆中预存储有每种路况所对应的不同的阻尼基准值Z和胎压基准值数据，当获取到路况信息后，车辆从预存储的数据中选择对应的阻尼基准值和胎压基准值P，将选定的基准值发送至电子调节单元，通过电子调节单元调节车辆阻尼和胎压大小，以达到基准值。例如对于阻尼而言，可以通过调整弹性部件的压缩量来调整车辆阻尼，对于胎压而言，可以通过电机驱动与轮胎相连的气缸的伸缩量来调整胎压。

S502：根据档位信息和加速踏板信息计算第一阻尼修Z1正值和第一胎压修正值P1。本发明的车辆具有高档位和低档位，高档位具有更大的传动比，适于车辆高速行驶，低档位有助于车辆获取更大的扭矩。加速踏板的踩下量可以反映驾驶员当前希望车辆输出功率的大小。对此本发明中，当车辆处于高档位且加速踏板踩下量大于设定的阈值时，此时表明驾驶者想获取更大的加速度，更快的车速，此时表明需要较“硬”的底盘，为此本发明在阻尼基准值Z的基础上加上设定值△Z1以获得第一阻尼修正值Z1，在胎压基准值P的基础上减去设定值△P1以获得第一胎压修正值P1，即当车辆处于高档位且加速踏板踩下量大于设定的阈值时：Z1＝Z+△Z1,P1＝P-△P1,通过这一调整使得车辆的阻尼提高，胎压降低，即阻尼的升高提高了高速的操控性，胎压的降低提高了乘坐的舒适性。相应的当车辆处于高档位且加速踏板踩下量小于或等于设定的阈值时，此时驾驶者处于较为“温和”的驾驶状态，此时维持车辆阻尼基准值Z和胎压基准值P不变；当车辆处于低档位且加速踏板踩下量大于设定阈值时，此时表明驾驶者想获得更大扭矩，为此本发明在阻尼基准值Z的基础上减去设定值△Z2以获得第一阻尼修正值Z1，在胎压基准值P的基础上加上设定值△P2以获得第一胎压修正值P1，即当车辆处于低档位且加速踏板踩下量大于设定的阈值时：Z1＝Z-△Z2,P1＝P+△P2，阻尼的减小胎压的增大有助于车辆输出更大的扭矩；当车辆处于低档位且加速踏板踩下量小于或等于设定阈值时，此时表明车辆处于起步状态或者在路况较差的路面行驶，如坑洼路面或湿滑路面，此时需要提高轮胎的抓地力，为此本发明维持阻尼基准值Z不变，在胎压基准值P的基础上减去设定值△P3以获得第一胎压修正值P1，即Z1＝Z，P1＝P-△P3,胎压的适当减小有助于获得更大的抓地力，提高了车辆操控性。

S503：根据弯道信息计算第二阻尼修正值Z2和第二胎压修正值P2。

车辆控制***根据之前获取到的弯道信息和车辆当前所处的位置确定车辆是否“转弯”，即，车辆是否位于弯道上或在进入弯道的预定的距离或预定时间内，例如，在进入弯道的600米内等内或在5秒内等。当弯道长度D大于设定的阈值且弯道曲度大于设定的角度时，此时表明车辆所经过的弯道较难通过，车辆需要更大的抓地力和更低的重心，为此本发明在第一阻尼修正值Z1的基础上减去设定值△Z3以获得第二阻尼修正值Z2，在第一胎压修正值P1的基础上减去设定值△P4以获得第二胎压修正值P2，即当弯道长度D大于设定的阈值且弯道曲度大于设定的角度时：Z2＝Z1-△Z3,P2＝P1-△P4，阻尼和胎压的减小降低了车辆重心增加了车辆抓地力，有助于过弯；当弯道长度D大于设定的阈值且弯道曲度小于或等于设定的角度时，此时表明车辆所经过的弯道较为缓和，为此本发明维持第一阻尼修正值Z1和第一胎压修正值P1不变，即：Z2＝Z1,P2＝P1；当弯道长度D小于设定的阈值且弯道曲度大于设定的角度时，此时表明车辆所经过的弯道较难通过，车辆需要更大的抓地力和更低的重心，但相对于长弯而言，车辆较为容易通过，为此本发明在第一阻尼修正值Z1的基础上减去设定值△Z4以获得第二阻尼修正值Z2，在第一胎压修正值P1维持不变即：Z2＝Z1-△Z4,P2＝P1；当弯道长度D小于设定的阈值且弯道曲度小于设定的角度时，此时表明车辆在经过一个较为缓和的小弯，为此本发明维持第一阻尼修正值Z1不变，在第一胎压修正值P1的基础上减去设定值△P5以获得第二胎压修正值P2，即当弯道长度D小于设定的阈值且弯道曲度小于设定的角度时：Z2＝Z1,P2＝P1-△P5。

进一步的，当预定距离内弯道的数量大于设定值时，此时若车速过高则易发生危险，对此本发明当预定距离内弯道的数量大于设定值时，获取车辆的车速，当车速大于设定阈值时，例如80KM/h，此时向驾驶员发出报警提示，提醒驾驶员减速慢行。胎压和阻尼的调整可根据预定时间来进行。例如，可每一分钟更新一次车辆操纵信号。

在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (5)

1.一种电动车辆控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S100：获取动力电池端的电压和电流信号，根据所建立的动力电池的数学模型，采用安时积分、状态观测器和自适应扩展卡尔曼滤波法分别估计电池SOC，对估计值进行加权计算，得到动力电池当前的SOC值S；

S200：当判定估计值S大于设定的阈值时，进入智能驾驶模式；当判定估计值S小于或等于设定的阈值时，开始计时，当计时时长T大于设定的时长T0后，当判定估计值S小于或等于设定的阈值时，退出智能驾驶模式；

S300：获取车辆的档位和加速踏板信息；

S400：获取至少包括驾驶员选定路况和弯道信息的路况信息，所述弯道信息包括弯道长度、弯道曲度、和预定距离内弯道的数量；

S500：根据获取到的路况信息，设定车辆阻尼基准值Z和胎压基准值P；根据档位信息和加速踏板信息基于车辆阻尼基准值Z和胎压基准值P计算第一阻尼修正值Z1和第一胎压修正值P1；根据弯道信息基于第一阻尼修Z1正值和第一胎压修正值P1计算第二阻尼修正值Z2和第二胎压修正值P2。

2.根据权利要求1所述的电动车辆控制方法，其特征在于通过档位检测单元获取车辆的档位信息，所述档位检测单元包括换挡拨片、第一检测模块、第二检测模块和比较模块，换挡拨片与第一检测模块和第二检测模块连接，第一检测模块和第二检测模块与比较模块连接，当驾驶者通过换挡拨片发出换挡/档位信号后，第一检测模块和第二检测模块接收换挡拨片发出的信号，第一检测模块和第二检测模块将检测到的第一档位信息和第二档位信息发送至比较模块，比较模块比较第一档位信息和第二档位信息当二者一致时则将第一档位信息或第二档位信息作为当前档位信息，发送给车辆的控制***，当二者不一致时，则判定换挡机构存在故障。

3.根据权利要求1所述的电动车辆控制方法，其特征在于预存储多条道路的路况信息，根据车辆所处位置判断车辆所在道路，从预存储的路况信息中读取该道路的弯道信息。

4.根据权利要求1所述的电动车辆控制方法，其特征在于预存储多种种路况所对应的不同的阻尼基准值Z和胎压基准值P，接收驾驶者通过选择按键选择的路况，从预存储的数据中选择对应的阻尼基准值Z和胎压基准值P，将选定的基准值发送至电子调节单元，通过电子调节单元调节车辆阻尼和胎压大小，以达到基准值。

5.根据权利要求1所述的电动车辆控制方法，其特征在于，根据获取到的弯道信息和车辆当前所处的位置确定车辆是否位于弯道上或在进入弯道的预定的距离内或预定时间内。