CN107839688A - 一种电动汽车蠕行车速控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动汽车蠕行车速控制方法，旨在解决现有技术中电动汽车蠕行目标扭矩计算不准确，加装坡度传感器或者加速度传感器导致成本增加、鲁棒性降低的问题，同时提出电动汽车蠕行扭矩动态协调控制方法，保证车辆在蠕行与其他行驶模式之间切换时，具备较好的行驶平顺性，本方法包括以下步骤：一、工作模式仲裁，整车控制器根据驾驶员操作与车辆状态选择目标工作模式；二、蠕行目标扭矩计算，基于“前馈参考扭矩+反馈补偿扭矩+参数估计反馈校正”方法计算蠕行目标扭矩；三、蠕行扭矩动态协调控制，对步骤二得到的蠕行目标扭矩进行斜率限制和滤波处理，并输出协调之后的蠕行扭矩需求至电机控制器，控制电机扭矩输出，实现车辆蠕行行驶。

Description

一种电动汽车蠕行车速控制方法
技术领域
本发明涉及一种车辆蠕行车速控制方法，更确切的说，本发明涉及一种电动汽车蠕行车速控制方法。
背景技术
电动汽车凭借其污染小、噪声低、节约能源、结构和维护简单等优点，已成为新能源汽车的重要研究方向之一。相比传统车辆，电动汽车以驱动电机为动力源，电机动力经过单级减速装置或者两档减速装置直接驱动整车行驶，其传动***一般不安装离合器与液力变矩器，不能通过离合器滑磨，或者液力变矩器控制维持车辆低速行驶状态。然而，基于电动汽车驱动电机转速特性，当车辆处于起步或者较低车速维持状态时，可以通过整车控制器基于电机转速闭环计算蠕行目标扭矩，实现车辆低速蠕行控制。
现有的一些专利，如中国专利公开号为CN 103569129A，公开日为2014年2月12日，发明名称为“一种纯电动车的零踏板扭矩控制方法”，该发明提供一种纯电动汽车的零踏板扭矩控制方法，以解决纯电动汽车在零踏板扭矩模式下的溜坡问题，其蠕行目标扭矩包括蠕行基准扭矩以及防溜坡扭矩，其中蠕行基准扭矩根据当前行驶阻力计算，防溜坡扭矩则根据坡度传感器采集的坡度信息进行计算。中国专利公开号为CN 104670044A，公开日为2015年6月3日，发明名称为“一种低速蠕行的控制方法及***”，该发明根据蠕行平稳最高车速确定电机目标转速，进而通过控制电机转速实现车辆低速蠕行控制。中国专利公开号为CN 106428011A，公开日为2017年2月22日，发明名称为“电动汽车蠕行扭矩控制方法和控制***及电动汽车”，该发明根据蠕行扭矩基础部分以及蠕行扭矩坡度阻力补偿部分之和计算总目标蠕行扭矩，其中，通过车速查表计算蠕行扭矩基础部分；根据纵向加速度传感器获取车辆纵向加速度，并结合车辆行驶加速度计算重力加速度分量，进而计算蠕行扭矩坡度阻力补偿部分。
综上，现有技术中对电动汽车蠕行车速控制，主要通过计算“车辆行驶基准扭矩+防溜基准扭矩+行驶叠加扭矩”获取车辆蠕行目标控制扭矩。其中，车辆行驶基准扭矩可以根据车速利用整车纵向动力学模型进行计算，或者通过车辆滑行试验进行标定获取相关扭矩表格；防溜基准扭矩计算主要通过在车辆加装坡度传感器或者纵向加速度传感器获取当前道路坡度信息进行计算；行驶叠加扭矩则往往基于当前车速与目标车速之间的误差进行反馈调节。
然而，当前技术中针对电动汽车蠕行车速控制仍然存在以下几点问题：第一，行驶基准扭矩计算基于车速利用行驶动力学方程计算或者通过实验标定，均没有考虑整车质量变化对基准需求扭矩的影响，车辆行驶过程中载客人数等变化都将影响整车质量，进而影响基准扭矩计算的准确性；第二，防溜基准扭矩计算往往需求加装坡度传感器或者纵向加速度传感器，基于传感器采集信息实现坡度估计，不仅增加成本，而且容易受外界干扰，鲁棒性不强；第三，现有专利中基于传感器信息，利用整车纵向动力学模型估计道路坡度时，并未考虑整车质量变化，对坡度估计结果也存在较大的影响；第四，现有技术尚未明确提出蠕行扭矩动态协调控制方法。
发明内容
本发明提供一种电动汽车蠕行车速控制方法，旨在解决现有技术中蠕行行驶基准扭矩以及防溜坡扭矩计算不准确，加装坡度传感器或者加速度传感器导致成本增加、鲁棒性降低的问题，同时提出电动汽车蠕行扭矩动态协调控制方法，保证车辆在蠕行与其他行驶模式之间切换时，具备较好的行驶平顺性。
为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：
一种电动汽车蠕行车速控制方法，包括以下步骤：
步骤一、电动汽车整车工作模式仲裁，整车控制器采集驾驶员加速踏板、制动踏板、手刹、档位以及车速信号，进而判断当前车辆状态，并选择电动汽车的目标工作模式；
步骤二、电动汽车蠕行目标扭矩计算，根据步骤一中整车控制器选择的车辆目标工作模式，进一步计算车辆驱动力矩需求。当车辆进入蠕行模式行驶时，整车控制器基于“前馈参考扭矩+反馈补偿扭矩+参数估计反馈校正”方法计算车辆蠕行目标扭矩，包括以下步骤：
1)前馈参考扭矩计算：整车控制器根据整车质量预设值与整车质量估计值、道路坡度预设值和道路坡度估计值，分别计算整车质量修正计算值和道路坡度修正计算值，并结合车速信号，利用整车纵向动力学模型计算车辆蠕行前馈稳态参考扭矩；
2)反馈补偿扭矩计算：在步骤1)所述的前馈参考扭矩计算的基础上，整车控制器根据驱动电机转速目标值与电机转速实际值之间的误差，利用PID(Proportional-Integral-Derivative)控制器计算蠕行反馈动态补偿扭矩；
3)整车质量/坡度联合在线估计反馈校正：整车控制器在线获取车速信号与电机驱动力矩信号，通过整车质量/坡度联合估计求解整车质量估计值与道路坡度估计值，并将参数联合估计结果反馈至上述步骤1)，得到整车质量修正计算值和道路坡度修正计算值，进而实现对前馈参考扭矩的动态校正，提高前馈扭矩控制精度；
4)蠕行目标扭矩计算：整车控制器根据步骤1)计算的前馈参考扭矩与步骤2)计算的反馈补偿扭矩，通过求和计算车辆蠕行目标扭矩；
步骤三、蠕行扭矩动态协调控制，整车控制器基于上述步骤二中计算得到的蠕行目标扭矩以及车辆上一工作模式输出扭矩，进行蠕行扭矩限制与滤波，并将协调后的蠕行目标扭矩发送至电机控制器，包括以下步骤：
1)上一模式驱动电机输出扭矩估计：当车辆进入蠕行模式行驶后，整车控制器将记录并保存车辆上一工作模式驱动电机输出扭矩；
2)扭矩协调控制模式选择：整车控制器根据上一时刻电机输出力矩、当前时刻电机输出力矩以及当前时刻电机转速，仲裁扭矩协调控制模式，包括电机扭矩快速清空模式，电机扭矩缓慢增加模式以及电机扭矩快速增加模式。
3)扭矩斜率限制与滤波：整车控制器根据步骤2)中选择的扭矩协调控制模式，进行相应的扭矩变化斜率控制，限制扭矩输出的变化率，并对斜率限制之后的目标扭矩进行滤波处理，保证车辆动力源扭矩输出变化平稳；
4)蠕行目标扭矩信号输出：整车控制器利用CAN通讯网络将蠕行目标扭矩发送至电机控制器，由电机控制器控制驱动电机进行力矩输出。
本发明所述的一种电动汽车蠕行车速控制方法，其中，步骤一电动汽车整车工作模式仲裁中具体包括以下模式切换规则：
(1)停车模式到蠕行模式：当电动汽车高压就绪，驾驶员放下手刹，并将档位推至D档或者R档，不进行任何踏板操作的情况下，整车控制器控制车辆由停车模式跳转进入蠕行模式；
(2)蠕行模式到驱动模式：当车辆处于蠕行状态，若驾驶员踩下加速踏板，并松开制动踏板的情况下，整车控制器控制车辆由蠕行模式跳转进入驱动模式；
(3)蠕行模式到制动模式：当车辆处于蠕行状态，若驾驶员踩下制动踏板的情况下，整车控制器控制车辆由蠕行模式跳转进入制动模式；
(4)驱动模式到蠕行模式：当车辆处于正常驱动过程中，若驾驶员松开加速踏板，并松开制动踏板的情况下，整车控制器控制车辆由驱动模式跳转进入蠕行模式；
(5)驱动模式到制动模式：当车辆处于正常驱动过程中，若驾驶员踩下制动踏板的情况下，整车控制器控制车辆由驱动模式跳转进入制动模式；
(6)制动模式到蠕行模式：当车辆处于制动过程中，若驾驶员松开制动踏板，并松开加速踏板的情况下，整车控制器控制车辆由制动模式跳转进入蠕行模式；
(7)制动模式到驱动模式：当车辆处于制动过程中，若驾驶员松开制动踏板，并踩下加速踏板的情况下，整车控制器控制车辆由制动模式跳转进入驱动模式；
(8)制动模式到停车模式：当车辆处于制动过程中，当车速降至静止车速阈值以下，同时驾驶员将档位推至P档或者拉起手刹的情况下，整车控制器控制车辆由制动模式跳转进入停车模式；
本发明所述的一种电动汽车蠕行车速控制方法，其中，步骤二电动汽车蠕行目标扭矩计算中所述的前馈参考扭矩计算具体包括以下内容：
(1)滚动阻力矩计算：整车控制器基于整车质量修正计算值和道路坡度修正计算值，按照公式(1)计算车辆滚动阻力矩；其中，整车质量修正计算值根据整车质量预设值以及整车质量估计值，按照公式(2)进行滤波处理计算，以滤除信号中的噪声，抑制信号干扰；道路坡度修正计算值则根据道路坡度预设值和道路坡度估计值，按照公式(3)进行滤波处理计算；
式中，Tf——滚动阻力矩
——当前时刻整车质量修正计算值
——当前时刻道路坡度修正计算值
mini(k-1)——上一时刻整车质量计算值，初始时刻mini(0)为整车质量预设值
mestima(k)——当前时刻整车质量估计值
κ——整车质量修正滤波系数
g——重力加速度
f——滚动阻力系数
αini(k-1)——上一时刻道路坡度计算值，初始时刻αini(0)为道路坡度预设值
αestima(k)——当前时刻道路坡度估计值
ε——道路坡度修正滤波系数
r——车轮滚动半径
(2)坡道阻力矩计算：整车控制器基于整车质量修正计算值和道路坡度修正计算值，按照公式(4)计算车辆坡道阻力矩；
式中，Ti——坡道阻力矩
(3)空气阻力矩计算：整车控制器按照公式(5)计算空气阻力矩；
式中，Tw——空气阻力矩
CD——空气阻力系数
A——迎风面积
ua(k)——当前时刻车辆行驶速度
(4)加速阻力矩计算：整车控制器基于整车质量修正计算值和车辆加速度计算值，按照公式(6)计算车辆加速阻力矩；其中，车辆当前时刻加速度计算值根据公式(7)进行计算；
式中，Tj——加速阻力矩
a(k)——当前时刻车辆加速度计算值
δ——汽车旋转质量换算系数
ua(k-1)——前一时刻车辆行驶速度
t(k)——当前采样时刻
t(k-1)——上一采样时刻
(5)蠕行前馈参考扭矩计算：整车控制器根据上述滚动阻力矩计算值、坡道阻力矩计算值、空气阻力矩计算值以及加速阻力矩计算值，按照公式(8)对上述力矩求和，计算蠕行前馈参考扭矩。
Tcreep_feedforward＝Tf+Ti+Tw+Tj (8)
式中，Tcreep_feedforward——蠕行前馈参考扭矩
本发明所述的一种电动汽车蠕行车速控制方法，其中，步骤二电动汽车蠕行目标扭矩计算中所述的反馈补偿扭矩计算具体包括以下内容：
(1)转速信号输入：整车控制器利用整车CAN通讯网络获取驱动电机转速反馈信号，并根据公式(9)基于目标蠕行车速计算驱动电机目标转速；
ωtar＝utar*fd_ratio/r/0.377 (9)
式中，ωtar——驱动电机目标转速
utar——车辆目标蠕行车速
fd_ratio——主减速器速比
(2)PID控制器控制量计算：整车控制器通过PID控制器调整蠕行反馈扭矩，PID控制器具体计算方法如公式(10)所示，包括针对当前时刻驱动电机转速与目标转速差的比例控制、针对当前时刻驱动电机转速与目标转速差的积分控制、以及针对上一时刻驱动电机转速与当前时刻驱动电机转速差的比例控制；其中，当前时刻驱动电机转速与目标转速差按照公式(11)进行计算，上一时刻驱动电机转速与当前时刻驱动电机转速差按照公式(12)进行计算。
e1(t)＝ωtar-ωmot(t) (11)
e2(t)＝ωmot(t-1)-ωmot(t) (12)
式中，Tcreep_feedback——蠕行反馈补偿扭矩
e1(t)——当前时刻驱动电机转速与目标转速差
e2(t)——上一时刻驱动电机转速与当前时刻驱动电机转速差
ωmot(t)——驱动电机当前时刻转速
ωmot(t-1)——驱动电机上一时刻转速
Kp1——比例系数
Kp2——比例系数
Ki1——积分系数
本发明所述的一种电动汽车蠕行车速控制方法，其中，步骤二电动汽车蠕行目标扭矩计算中所述的整车质量/坡度联合在线估计方法具体包括以下步骤：
(1)确定整车质量与道路坡度参数估计范围：其中整车质量估计范围为整车整备质量到整车最大质量；道路坡度估计范围为[-100％:100％]；
(2)划分计算网格：根据步骤(1)中所述的整车质量与道路坡度参数估计范围，首先按照公式(13)和公式(14)，对整车质量以及道路坡度进行离散化；其中，整车质量按照车辆座位数目q进行离散，道路坡度按照一定的计算精度需求进行离散，假设离散数目为p；第二，基于整车质量与道路坡度离散数据，按照公式(15)划分参数估计网格，每一个网格点均表示一种可能的整车质量与道路坡度状态；
m_grid＝[m1 m2 ... mq] (13)
α_grid＝[α1 α2 ... αp] (14)
式中，m_grid——整车质量离散矩阵
α_grid——道路坡度离散矩阵
para_estima_grid——参数估计网格
(3)参数估计网格各点理论驱动力矩计算：针对步骤(2)中所划分的数据网格，对每一种整车质量和道路坡度组合状态，按照公式(16)分别计算其对应的理论驱动力矩；其中，每个网格点的理论驱动力矩根据公式(17)进行计算；
式中，T_req_grid——理论驱动力矩需求网格
mi——表示参数估计网格中任一整车质量，i＝1,2,3…q
αj——表示参数估计网格中任一道路坡度，j＝1,2,3…p
Tij——表示任一整车质量与道路坡度对应的理论驱动力矩需求
(4)求取驱动力矩误差序列：整车控制器通过CAN通讯网络获取电机控制器反馈的当前电机扭矩信号，并根据步骤(3)中计算的每个网格点理论驱动力矩，按照公式(18)分别计算每个参数估计网格点的理论驱动力矩与实际驱动力矩的误差；其中，驱动力矩误差按照公式(19)求取当前电机扭矩与各网格点对应的理论驱动力矩差值；
ΔTij＝T(k)-Tij (19)
式中，ΔT_grid——驱动力矩误差序列网格
ΔTij——表示参数网格任一网格点理论驱动力矩与当前电机扭矩的误差
T(k)——当前时刻电机扭矩
(5)正向寻优：整车控制器根据上述步骤(4)中求取的驱动力矩误差序列，按照公式(20)和公式(21)寻找驱动力矩误差最小值，并确定最小误差对应的网格点位置，该最小误差对应的网格点数据即为当前时刻整车质量与道路坡度估计值。
(i0,j0)＝find<ΔT_grid＝＝min(ΔT_grid)> (20)
式中，min(ΔT_grid)——最小扭矩误差
find<ΔT_grid＝＝min(ΔT_grid)>——表示确定最小扭矩误差所在网格位置
i0——最小扭矩误差在驱动力矩误差序列网格中的行号
j0——最小扭矩误差在驱动力矩误差序列网格中的列号
本发明所述的一种电动汽车蠕行车速控制方法，其中，步骤三电动汽车蠕行扭矩动态协调控制中扭矩协调控制模式选择具体包括以下内容：
(1)电机工作状态判断：整车控制器通过CAN通讯网络获取上一时刻电机输出扭矩，并根据该扭矩判断电机当前工作状态，若电机输出扭矩大于零，则电机处于驱动状态；若电机输出扭矩小于零，则电机处于制动能量回收状态；
(2)电机驱动状态下扭矩协调控制模式选择：当电机处于驱动状态，整车控制器首先根据式(22)计算蠕行目标扭矩与前一时刻电机输出扭矩的差值；当ΔTm高于设定的扭矩差值门限阈值ΔTm_C，则整车控制器控制电机进入扭矩增加模式；否则，整车控制器控制电机进入扭矩快速清空模式；电机扭矩增加模式具体包括扭矩缓慢增加模式以及扭矩快速增加模式，整车控制器将根据当前电机转速以及扭矩进行判断；当电机转速低于转速门限阈值并且电机扭矩低于扭矩门限阈值的情况下，整车控制器控制电机进入扭矩缓慢增加模式；否则，整车控制器控制电机进入扭矩快速增加模式；
ΔTm＝Ttar-T(k-1) (22)
式中，Ttar——驱动电机蠕行目标扭矩
T(k-1)——上一时刻电机输出扭矩
ΔTm——蠕行目标扭矩与前一时刻电机输出扭矩的差值
(3)电机制动状态下扭矩协调控制模式选择：当电机处于制动状态，整车控制器将根据当前时刻电机扭矩进行判断，当电机扭矩小于零，则整车控制器控制电机进入扭矩快速清空模式，快速清空电机的制动力矩；否则，当电机扭矩大于或者等于零后，此时电机进入驱动状态，整车控制器将按照步骤(2)所述进行扭矩协调控制模式选择。
本发明所述的一种电动汽车蠕行车速控制方法，其中，步骤三电动汽车蠕行扭矩动态协调控制中扭矩斜率限制与滤波具体包括以下内容：
(1)扭矩缓慢增加模式：扭矩缓慢增加模式下，整车控制器根据式(23)控制电机目标扭矩在上一时刻扭矩基础上，以斜率k1逐渐递增至蠕行目标扭矩；
Tlim＝T(k-1)+min{k1,(Ttar-T(k-1))} (23)
式中，Tlim——扭矩斜率限制后的蠕行扭矩
k1——扭矩缓慢变化斜率
(2)扭矩快速增加模式：扭矩快速增加模式下，整车控制器根据式(24)控制电机目标扭矩在上一时刻扭矩基础上，以斜率k2逐渐递增至蠕行目标扭矩；
Tlim＝T(k-1)+min{k2,(Ttar-T(k-1))} (24)
式中，k2——扭矩快速变化斜率
(3)扭矩快速清空模式：扭矩快速清空模式下扭矩计算根据式(25)分为两种情况，当电机处于驱动状态，则整车控制器控制电机目标扭矩在上一时刻扭矩基础上，快速减小至蠕行目标扭矩；当电机处于制动状态，则整车控制器控制电机目标扭矩在上一时刻扭矩基础上，快速减小至零；
式中，k3——扭矩快速清空计算系数
(4)扭矩滤波计算：在上述扭矩斜率限制计算的基础上，整车控制器根据扭矩斜率限制后的蠕行扭矩以及上一时刻电机输出扭矩，根据式(26)进行滤波计算处理，以保证电机扭矩输出变化平稳，车辆运行平顺。
Tfinal＝k4*T(k-1)+(1-k4)*Tlim (26)
式中，Tfinal——扭矩滤波后的最终蠕行目标扭矩
k4——扭矩滤波计算系数，表示上一时刻扭矩所占目标扭矩的比例
与现有技术相比本发明的有益效果是：
1.基于“前馈参考扭矩+反馈补偿扭矩+参数估计反馈校正”方法计算车辆蠕行目标扭矩，提高蠕行扭矩计算精准度以及蠕行车速控制的稳定性；
2.通过整车质量/坡度联合在线估计计算当前整车质量，进而修正前馈参考扭矩计算，提高前馈控制的准确度，可以减少蠕行车速控制的响应时间，使车辆更快稳定于蠕行目标车速；
3.通过整车质量/坡度联合在线估计计算当前车辆所处道路坡度值，无需加装坡度传感器或者加速度传感器，降低成本，提高控制鲁棒性；
4.根据电机转速以及扭矩状态以及目标蠕行扭矩，划分不同的扭矩变化模式，进而实现蠕行扭矩动态协调控制，保证车辆在蠕行与其他行驶模式之间切换时，具备较好的行驶平顺性。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
图1为本发明所述的电动汽车蠕行车速控制方法整体流程图；
图2为本发明所述的电动汽车工作模式切换流程图；
图3为本发明所述的电动汽车蠕行目标扭矩计算示意图；
图4为本发明所述的整车质量/坡度联合在线估计方法流程图；
图5为本发明所述的电动汽车蠕行扭矩动态协调控制流程图；
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作详细的描述：
参阅图1，本发明所述的电动汽车蠕行车速控制方法包括三个步骤：步骤一为电动汽车整车工作模式仲裁，整车控制器采集驾驶员加速踏板、制动踏板、手刹、档位以及车速信号，进而判断当前车辆状态，并选择电动汽车的目标工作模式；步骤二为电动汽车蠕行目标扭矩计算，根据步骤一中整车控制器选择的车辆目标工作模式，进一步计算车辆蠕行驱动力矩需求；步骤三为蠕行扭矩动态协调控制，整车控制器基于上述步骤二中计算得到的蠕行目标扭矩以及车辆上一工作模式电机输出扭矩，进行蠕行扭矩限制与滤波，并将协调后的蠕行目标扭矩发送至电机控制器。
首先，经过步骤一电动汽车整车工作模式仲裁，整车控制器选择车辆目标工作模式；当车辆进入蠕行模式行驶时，整车控制器按照步骤二基于“前馈参考扭矩+反馈补偿扭矩+参数估计反馈校正”方法计算车辆蠕行目标扭矩；最后，根据步骤二计算得到的蠕行目标扭矩，经过步骤三蠕行扭矩动态协调控制，对目标扭矩进行斜率限制和滤波处理，并输出限制之后的蠕行扭矩需求至电机控制器，通过电机控制器控制电机扭矩输出，实现车辆低速蠕行行驶。
本发明所述的一种电动汽车蠕行车速控制方法，包括以下步骤：
步骤一、电动汽车整车工作模式仲裁，参阅图1，整车工作模式仲裁具体内容包括：(1)信号输入，整车控制器采集驾驶员加速踏板、制动踏板、手刹、档位与车速信号，进而判断驾驶员需求与当前车辆状态；(2)模式仲裁，整车控制器根据驾驶员需求以及车辆当前状态，按照确定的模式切换规则选择电动汽车的目标工作模式。
参阅图2，电动汽车目标工作模式划分为停车模式、蠕行模式、驱动模式以及制动模式。其中，电动汽车整车工作模式切换流程与规则叙述如下：
1)停车模式到蠕行模式：当电动汽车高压就绪，驾驶员放下手刹，并将档位推至D档或者R档，不进行任何踏板操作的情况下，整车控制器控制车辆由停车模式跳转进入蠕行模式；
2)蠕行模式到驱动模式：当车辆处于蠕行状态，若驾驶员踩下加速踏板，并松开制动踏板的情况下，整车控制器控制车辆由蠕行模式跳转进入驱动模式；
3)蠕行模式到制动模式：当车辆处于蠕行状态，若驾驶员踩下制动踏板的情况下，整车控制器控制车辆由蠕行模式跳转进入制动模式；
4)驱动模式到蠕行模式：当车辆处于正常驱动过程中，若驾驶员松开加速踏板，并松开制动踏板的情况下，整车控制器控制车辆由驱动模式跳转进入蠕行模式；
5)驱动模式到制动模式：当车辆处于正常驱动过程中，若驾驶员踩下制动踏板的情况下，整车控制器控制车辆由驱动模式跳转进入制动模式；
6)制动模式到蠕行模式：当车辆处于制动过程中，若驾驶员松开制动踏板，并松开加速踏板的情况下，整车控制器控制车辆由制动模式跳转进入蠕行模式；
7)制动模式到驱动模式：当车辆处于制动过程中，若驾驶员松开制动踏板，并踩下加速踏板的情况下，整车控制器控制车辆由制动模式跳转进入驱动模式；
8)制动模式到停车模式：当车辆处于制动过程中，当车速降至静止车速阈值以下，同时驾驶员将档位推至P档或者拉起手刹的情况下，整车控制器控制车辆由制动模式跳转进入停车模式；
步骤二、电动汽车蠕行目标扭矩计算
在步骤一中整车控制器选择了车辆目标工作模式后，若车辆进入蠕行模式行驶，则整车控制器基于“前馈参考扭矩+反馈补偿扭矩+参数估计反馈校正”方法计算车辆蠕行目标扭矩，包括以下内容：
(1)前馈参考扭矩计算
整车控制器根据整车质量预设值与整车质量估计值、道路坡度预设值和道路坡度估计值，分别计算整车质量修正计算值和道路坡度修正计算值，并结合车速信号，利用整车纵向动力学模型计算车辆蠕行前馈稳态参考扭矩；
参阅图3，前馈参考扭矩计算具体包括以下内容：
1)滚动阻力矩计算：整车控制器基于整车质量修正计算值和道路坡度修正计算值，按照公式(1)计算车辆滚动阻力矩。其中，整车质量修正计算值根据整车质量预设值以及整车质量估计值，按照公式(2)进行滤波处理计算，以滤除信号中的噪声，抑制信号干扰；道路坡度修正计算值则根据道路坡度预设值和道路坡度估计值，按照公式(3)进行滤波处理计算。
式中，Tf——滚动阻力矩
——当前时刻整车质量修正计算值
——当前时刻道路坡度修正计算值
mini(k-1)——上一时刻整车质量计算值，初始时刻mini(0)为整车质量预设值
mestima(k)——当前时刻整车质量估计值
κ——整车质量修正滤波系数
g——重力加速度
f——滚动阻力系数
αini(k-1)——上一时刻道路坡度计算值，初始时刻αini(0)为道路坡度预设值
αestima(k)——当前时刻道路坡度估计值
ε——道路坡度修正滤波系数
r——车轮滚动半径
2)坡道阻力矩计算：整车控制器基于整车质量修正计算值和道路坡度修正计算值，按照公式(4)计算车辆坡道阻力矩。
式中，Ti——坡道阻力矩
3)空气阻力矩计算：整车控制器按照公式(5)计算空气阻力矩。
式中，Tw——空气阻力矩
CD——空气阻力系数
A——迎风面积
ua(k)——当前时刻车辆行驶速度
4)加速阻力矩计算：整车控制器基于整车质量修正计算值和车辆加速度计算值，按照公式(6)计算车辆加速阻力矩。其中，车辆当前时刻加速度计算值根据公式(7)进行计算。
式中，Tj——加速阻力矩
a(k)——当前时刻车辆加速度计算值
δ——汽车旋转质量换算系数
ua(k-1)——前一时刻车辆行驶速度
t(k)——当前采样时刻
t(k-1)——上一采样时刻
5)蠕行前馈参考扭矩计算：整车控制器根据上述滚动阻力矩计算值、坡道阻力矩计算值、空气阻力矩计算值以及加速阻力矩计算值，按照公式(8)对上述力矩求和，计算蠕行前馈参考扭矩。
Tcreep_feedforward＝Tf+Ti+Tw+Tj (8)
式中，Tcreep_feedforward——蠕行前馈参考扭矩
(2)反馈补偿扭矩计算
在步骤(1)所述的前馈参考扭矩计算的基础上，整车控制器根据驱动电机转速目标值与电机转速实际值之间的误差，利用PID(Proportional-Integral-Derivative)控制器计算反馈动态补偿扭矩；
参阅图3，反馈补偿扭矩计算具体包括以下内容：
1)转速信号输入：整车控制器利用整车CAN通讯网络获取驱动电机转速反馈信号，并根据公式(9)基于目标蠕行车速计算驱动电机目标转速；
ωtar＝utar*fd_ratio/r/0.377 (9)
式中，ωtar——驱动电机目标转速
utar——车辆目标蠕行车速
fd_ratio——主减速器速比
2)PID控制器控制量计算：整车控制器通过PID控制器调整蠕行反馈扭矩，PID控制器具体计算方法如公式(10)所示，包括针对当前时刻驱动电机转速与目标转速差的比例控制、针对当前时刻驱动电机转速与目标转速差的积分控制、以及针对上一时刻驱动电机转速与当前时刻驱动电机转速差的比例控制。其中，当前时刻驱动电机转速与目标转速差按照公式(11)进行计算，上一时刻驱动电机转速与当前时刻驱动电机转速差按照公式(12)进行计算。
e1(t)＝ωtar-ωmot(t) (11)
e2(t)＝ωmot(t-1)-ωmot(t) (12)
式中，Tcreep_feedback——蠕行反馈补偿扭矩
e1(t)——当前时刻驱动电机转速与目标转速差
e2(t)——上一时刻驱动电机转速与当前时刻驱动电机转速差
ωmot(t)——驱动电机当前时刻转速
ωmot(t-1)——驱动电机上一时刻转速
Kp1——比例系数
Kp2——比例系数
Ki1——积分系数
(3)整车质量/坡度联合在线估计反馈校正
整车控制器在线获取车速信号与电机驱动力矩信号，通过质量/坡度联合估计求解整车质量估计值与道路坡度估计值，并将参数联合估计结果反馈至上述步骤(1)，得到整车质量修正计算值和道路坡度修正计算值，进而实现对前馈参考扭矩的动态校正，提高前馈扭矩控制精度；
参阅图4，整车质量/坡度联合在线估计计算具体包括以下步骤：
1)确定整车质量与道路坡度参数估计范围：其中整车质量估计范围为整车整备质量到整车最大质量；道路坡度估计范围为[-100％:100％]；
2)划分计算网格：根据上述步骤1)中所述的整车质量与道路坡度参数估计范围，首先按照公式(13)和公式(14)，对整车质量以及道路坡度进行离散化。其中，整车质量按照车辆座位数目q进行离散，道路坡度按照一定的计算精度需求进行离散，假设离散数目为p。第二，基于整车质量与道路坡度离散数据，按照公式(15)划分参数估计网格，每一个网格点均表示一种可能的整车质量与道路坡度状态。
m_grid＝[m1 m2 ... mq] (13)
α_grid＝[α1 α2 ... αp] (14)
式中，m_grid——整车质量离散矩阵
α_grid——道路坡度离散矩阵
para_estima_grid——参数估计网格
3)参数估计网格各点理论驱动力矩计算：针对步骤2)中所划分的数据网格，对每一种整车质量和道路坡度组合状态，按照公式(16)分别计算其对应的理论驱动力矩。其中，每个网格点的理论驱动力矩根据公式(17)进行计算。
式中，T_req_grid——理论驱动力矩需求网格
mi——表示参数估计网格中任一整车质量，i＝1,2,3…q
αj——表示参数估计网格中任一道路坡度，j＝1,2,3…p
Tij——表示任一整车质量与道路坡度对应的理论驱动力矩需求
4)求取驱动力矩误差序列：整车控制器通过CAN通讯网络获取电机控制器反馈的当前电机扭矩信号，并根据步骤3)中计算的每个网格点理论驱动力矩，按照公式(18)分别计算每个参数估计网格点的理论驱动力矩与实际驱动力矩的误差。其中，驱动力矩误差按照公式(19)求取当前电机扭矩与各网格点对应的理论驱动力矩差值。
ΔTij＝T(k)-Tij (19)
式中，ΔT_grid——驱动力矩误差序列网格
ΔTij——表示参数网格任一网格点理论驱动力矩与当前电机扭矩的误差
T(k)——当前时刻电机扭矩
5)正向寻优：整车控制器根据上述步骤4)中求取的驱动力矩误差序列，按照公式(20)和公式(21)寻找驱动力矩误差最小值，并确定最小误差对应的网格点位置，该最小误差对应的网格点数据即为当前时刻整车质量与道路坡度估计值。
(i0,j0)＝find<ΔT_grid＝＝min(ΔT_grid)> (20)
式中，min(ΔT_grid)——最小扭矩误差
find<ΔT_grid＝＝min(ΔT_grid)>——表示确定最小扭矩误差所在网格位置
i0——最小扭矩误差在驱动力矩误差序列网格中的行号
j0——最小扭矩误差在驱动力矩误差序列网格中的列号
(4)蠕行目标扭矩计算
参阅图3，整车控制器根据步骤(1)计算的前馈参考扭矩与步骤(2)计算的反馈补偿扭矩，通过求和计算车辆蠕行目标扭矩。
步骤三、蠕行扭矩动态协调控制
整车控制器基于上述步骤二中计算得到的蠕行目标扭矩以及车辆上一工作模式输出扭矩，进行蠕行扭矩限制与滤波，并将协调限制之后的蠕行目标扭矩发送至电机控制器，包括以下步骤：
(1)上一模式驱动电机输出扭矩估计
当车辆进入蠕行模式行驶后，整车控制器将记录并保存车辆上一工作模式驱动电机输出扭矩；
(2)扭矩协调控制模式选择
整车控制器根据上一时刻电机输出力矩、当前时刻电机输出力矩以及当前时刻电机转速，仲裁扭矩协调控制模式，包括电机扭矩快速清空模式，电机扭矩缓慢增加模式以及电机扭矩快速增加模式。
参阅图5，扭矩协调控制模式选择流程具体包括以下内容：
1)电机工作状态判断：整车控制器通过CAN通讯网络获取上一时刻电机输出扭矩，并根据该扭矩判断电机当前工作状态，若电机输出扭矩大于零，则电机处于驱动状态；若电机输出扭矩小于零，则电机处于制动能量回收状态；
2)电机驱动状态下扭矩协调控制模式选择：当电机处于驱动状态，整车控制器首先根据式(22)计算蠕行目标扭矩与前一时刻电机输出扭矩的差值。当ΔTm高于设定的扭矩差值门限阈值ΔTm_C，则整车控制器控制电机进入扭矩增加模式；否则，整车控制器控制电机进入扭矩快速清空模式；电机扭矩增加模式具体包括扭矩缓慢增加模式以及扭矩快速增加模式，整车控制器将根据当前电机转速以及扭矩进行判断。当电机转速低于转速门限阈值并且电机扭矩低于扭矩门限阈值的情况下，整车控制器控制电机进入扭矩缓慢增加模式；否则，整车控制器控制电机进入扭矩快速增加模式；
ΔTm＝Ttar-T(k-1) (22)
式中，Ttar——驱动电机蠕行目标扭矩
T(k-1)——上一时刻电机输出扭矩
ΔTm——蠕行目标扭矩与前一时刻电机输出扭矩的差值
3)电机制动状态下扭矩协调控制模式选择：当电机处于制动状态，整车控制器将根据当前时刻电机扭矩进行判断，当电机扭矩小于零，则整车控制器控制电机进入扭矩快速清空模式，快速清空电机的制动力矩；否则，当电机扭矩大于或者等于零后，此时电机进入驱动状态，整车控制器将按照步骤2)所述进行扭矩协调控制模式选择。
(3)扭矩斜率限制与滤波
整车控制器根据步骤(2)中选择的扭矩协调控制模式，进行相应的扭矩变化斜率控制，限制扭矩输出的变化率，并对斜率限制之后的目标扭矩进行滤波处理，保证车辆动力源扭矩输出变化平稳；
各扭矩协调控制模式的扭矩限制计算以及扭矩滤波计算叙述如下：
1)扭矩缓慢增加模式：扭矩缓慢增加模式下，整车控制器根据式(23)控制电机目标扭矩在上一时刻扭矩基础上，以斜率k1逐渐递增至蠕行目标扭矩。
Tlim＝T(k-1)+min{k1,(Ttar-T(k-1))} (23)
式中，Tlim——扭矩斜率限制后的蠕行扭矩
k1——扭矩缓慢变化斜率
2)扭矩快速增加模式：扭矩快速增加模式下，整车控制器根据式(24)控制电机目标扭矩在上一时刻扭矩基础上，以斜率k2逐渐递增至蠕行目标扭矩。
Tlim＝T(k-1)+min{k2,(Ttar-T(k-1))} (24)
式中，k2——扭矩快速变化斜率
3)扭矩快速清空模式：扭矩快速清空模式下扭矩计算根据式(25)分为两种情况，当电机处于驱动状态，则整车控制器控制电机目标扭矩在上一时刻扭矩基础上，快速减小至蠕行目标扭矩；当电机处于制动状态，则整车控制器控制电机目标扭矩在上一时刻扭矩基础上，快速减小至零。
式中，k3——扭矩快速清空计算系数
4)扭矩滤波计算：在上述扭矩斜率限制计算的基础上，整车控制器根据扭矩斜率限制后的蠕行扭矩以及上一时刻电机输出扭矩，根据式(26)进行滤波计算处理，以保证电机扭矩输出变化平稳，车辆运行平顺。
Tfinal＝k4*T(k-1)+(1-k4)*Tlim (26)
式中，Tfinal——扭矩滤波后的最终蠕行目标扭矩
k4——扭矩滤波计算系数，表示上一时刻扭矩所占目标扭矩的比例
(4)蠕行目标扭矩信号输出
整车控制器利用CAN通讯网络将蠕行目标扭矩发送至电机控制器，由电机控制器控制驱动电机进行力矩输出，实现车辆低速蠕行行驶。

Claims (4)

1.一种电动汽车蠕行车速控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、电动汽车整车工作模式仲裁，整车控制器采集驾驶员加速踏板、制动踏板、手刹、档位以及车速信号，进而判断当前车辆状态，并选择电动汽车的目标工作模式；
步骤二、电动汽车蠕行目标扭矩计算，根据步骤一中整车控制器选择的车辆目标工作模式，进一步计算车辆驱动力矩需求；当车辆进入蠕行模式行驶时，整车控制器基于“前馈参考扭矩+反馈补偿扭矩+参数估计反馈校正”方法计算电动汽车蠕行目标扭矩，包括以下步骤：
1)前馈参考扭矩计算：整车控制器根据整车质量预设值与整车质量估计值、道路坡度预设值和道路坡度估计值，分别计算整车质量修正计算值和道路坡度修正计算值，并结合车速信号，利用整车纵向动力学模型计算电动汽车蠕行前馈稳态参考扭矩；
2)反馈补偿扭矩计算：在步骤1)所述的前馈参考扭矩计算的基础上，整车控制器根据驱动电机转速目标值与电机转速实际值之间的误差，利用PID(Proportional-Integral-Derivative)控制器计算电动汽车蠕行反馈动态补偿扭矩；
3)整车质量/坡度联合在线估计反馈校正：整车控制器利用CAN通讯网络在线获取车速信号与电机驱动力矩信号，通过整车质量/坡度联合估计，求解整车质量估计值与道路坡度估计值，并将参数联合估计结果反馈至上述步骤1)，得到整车质量修正计算值和道路坡度修正计算值，进而实现对前馈参考扭矩的在线动态校正，提高前馈扭矩控制精度；
4)蠕行目标扭矩计算：整车控制器根据步骤1)计算的前馈参考扭矩与步骤2)计算的反馈补偿扭矩，通过求和计算车辆蠕行目标扭矩；
步骤三、蠕行扭矩动态协调控制，整车控制器基于上述步骤二中计算得到的蠕行目标扭矩以及车辆上一工作模式电机的输出扭矩，进行蠕行扭矩限制与滤波，并将协调后的蠕行目标扭矩发送至电机控制器，包括以下步骤：
1)上一模式驱动电机输出扭矩估计：当车辆进入蠕行模式行驶后，整车控制器将记录并保存车辆上一工作模式驱动电机输出扭矩；
2)扭矩协调控制模式选择：整车控制器根据上一时刻电机输出力矩、当前时刻电机输出力矩以及当前时刻电机转速，仲裁扭矩协调控制模式，包括电机扭矩快速清空模式，电机扭矩缓慢增加模式以及电机扭矩快速增加模式；
3)扭矩斜率限制与滤波：整车控制器根据步骤2)中选择的扭矩协调控制模式，进行相应的扭矩变化斜率控制，限制扭矩输出的变化率，并对斜率限制之后的目标扭矩进行滤波处理，保证车辆动力源扭矩输出变化平稳；
4)蠕行目标扭矩信号输出：整车控制器利用CAN通讯网络将蠕行目标扭矩发送至电机控制器，由电机控制器控制驱动电机进行力矩输出。
2.按照权利要求1所述的一种电动汽车蠕行车速控制方法，其特征在于，所述步骤二电动汽车蠕行目标扭矩计算中所述的整车质量/坡度联合在线估计方法具体包括以下步骤：
(1)确定整车质量与道路坡度参数估计范围：其中整车质量估计范围为整车整备质量到整车最大质量；道路坡度估计范围为[-100％:100％]；
(2)划分计算网格：根据步骤(1)中所述的整车质量与道路坡度参数估计范围，首先按照公式(1)和公式(2)，对整车质量以及道路坡度进行离散化；其中，整车质量按照车辆座位数目q进行离散，道路坡度按照一定的计算精度需求进行离散，假设离散数目为p；第二，基于整车质量与道路坡度离散数据，按照公式(3)划分参数估计网格，每一个网格点均表示一种可能的整车质量与道路坡度状态；
m_grid＝[m1 m2 ... mq] (1)
α_grid＝[α1 α2 ... αp] (2)
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式中，m_grid——整车质量离散矩阵
α_grid——道路坡度离散矩阵
para_estima_grid——参数估计网格
(3)参数估计网格各点理论驱动力矩计算：针对步骤(2)中所划分的数据网格，对每一种整车质量和道路坡度组合状态，按照公式(4)分别计算其对应的理论驱动力矩；其中，每个网格点的理论驱动力矩根据公式(5)进行计算；车辆当前时刻加速度计算值根据公式(6)进行计算；
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式中，T_req_grid——理论驱动力矩需求网格
mi——表示参数估计网格中任一整车质量，i＝1,2,3…q
αj——表示参数估计网格中任一道路坡度，j＝1,2,3…p
Tij——表示任一整车质量与道路坡度对应的理论驱动力矩需求
g——重力加速度
f——滚动阻力系数
r——车轮滚动半径
CD——空气阻力系数
A——迎风面积
δ——汽车旋转质量换算系数
a(k)——当前时刻车辆加速度计算值
ua(k)——当前时刻车辆行驶速度
ua(k-1)——前一时刻车辆行驶速度
t(k)——当前采样时刻
t(k-1)——上一采样时刻
fd_ratio——主减速器速比
(4)求取驱动力矩误差序列：整车控制器通过CAN通讯网络获取电机控制器反馈的当前时刻电机扭矩信号，并根据步骤(3)中计算的每个网格点理论驱动力矩，按照公式(7)分别计算每个参数估计网格点的理论驱动力矩与实际驱动力矩的误差；其中，驱动力矩误差按照公式(8)求取当前电机扭矩与各网格点对应的理论驱动力矩差值；
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ΔTij＝T(k)-Tij(8)
式中，ΔT_grid——驱动力矩误差序列网格
ΔTij——表示参数网格任一网格点理论驱动力矩与当前电机扭矩的误差
T(k)——当前时刻电机扭矩
(5)正向寻优：整车控制器根据上述步骤(4)中求取的驱动力矩误差序列，按照公式(9)与公式(10)寻找驱动力矩误差最小值，并确定最小误差对应的网格点位置，该最小误差对应的网格点数据即为当前时刻整车质量与道路坡度估计值，
(i0,j0)＝find<ΔT_grid＝＝min(ΔT_grid)> (9)
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式中，min(ΔT_grid)——最小扭矩误差
find<ΔT_grid＝＝min(ΔT_grid)>——表示确定最小扭矩误差所在网格位置
i0——最小扭矩误差在驱动力矩误差序列网格中的行号
j0——最小扭矩误差在驱动力矩误差序列网格中的列号。
3.按照权利要求1所述的一种电动汽车蠕行车速控制方法，其特征在于，所述步骤三电动汽车蠕行扭矩动态协调控制中扭矩协调控制模式选择具体包括以下内容：
(1)电机工作状态判断：整车控制器通过CAN通讯网络获取上一时刻电机输出扭矩，并根据该扭矩判断电机当前工作状态，若电机输出扭矩大于零，则电机处于驱动状态；若电机输出扭矩小于零，则电机处于制动能量回收状态；
(2)电机驱动状态下扭矩协调控制模式选择：当电机处于驱动状态，整车控制器首先根据式(11)计算蠕行目标扭矩与前一时刻电机输出扭矩的差值；当ΔTm高于设定的扭矩差值门限阈值，则整车控制器控制电机进入扭矩增加模式；否则，整车控制器控制电机进入扭矩快速清空模式；电机扭矩增加模式具体包括扭矩缓慢增加模式以及扭矩快速增加模式，整车控制器将根据当前电机转速以及扭矩进行判断：当电机转速低于转速门限阈值并且电机扭矩低于扭矩门限阈值的情况下，整车控制器控制电机进入扭矩缓慢增加模式；否则，整车控制器控制电机进入扭矩快速增加模式；
ΔTm＝Ttar-T(k-1) (11)
式中，Ttar——驱动电机蠕行目标扭矩
T(k-1)——上一时刻电机输出扭矩
ΔTm——蠕行目标扭矩与前一时刻电机输出扭矩的差值
(3)电机制动状态下扭矩协调控制模式选择：当电机处于制动状态，整车控制器将根据当前时刻电机扭矩进行判断，当电机扭矩小于零，则整车控制器控制电机进入扭矩快速清空模式，快速清空电机的制动力矩；否则，当电机扭矩大于或者等于零后，此时电机进入驱动状态，整车控制器将按照步骤(2)所述进行扭矩协调控制模式选择。
4.按照权利要求1所述的一种电动汽车蠕行车速控制方法，其特征在于，所述步骤三电动汽车蠕行扭矩动态协调控制中扭矩斜率限制与滤波具体包括以下内容：
(1)扭矩缓慢增加模式：扭矩缓慢增加模式下，整车控制器根据式(12)控制电机目标扭矩在上一时刻扭矩基础上，以斜率k1逐渐递增至蠕行目标扭矩；
Tlim＝T(k-1)+min{k1,(Ttar-T(k-1))} (12)
式中，Tlim——扭矩斜率限制后的蠕行扭矩
k1——扭矩缓慢变化斜率
(2)扭矩快速增加模式：扭矩快速增加模式下，整车控制器根据式(13)控制电机目标扭矩在上一时刻扭矩基础上，以斜率k2逐渐递增至蠕行目标扭矩；
Tlim＝T(k-1)+min{k2,(Ttar-T(k-1))} (13)
式中，k2——扭矩快速变化斜率
(3)扭矩快速清空模式：扭矩快速清空模式下扭矩计算根据式(14)分为两种情况，当电机处于驱动状态，则整车控制器控制电机目标扭矩在上一时刻扭矩基础上，快速减小至蠕行目标扭矩；当电机处于制动状态，则整车控制器控制电机目标扭矩在上一时刻扭矩基础上，快速减小至零；
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式中，k3——扭矩快速清空计算系数
(4)扭矩滤波计算：在上述扭矩斜率限制计算的基础上，整车控制器根据扭矩斜率限制后的蠕行扭矩以及上一时刻电机输出扭矩，根据式(15)进行滤波计算处理，以保证电机扭矩输出变化平稳，车辆运行平顺，
Tfinal＝k4*T(k-1)+(1-k4)*Tlim (15)
式中，Tfinal——扭矩滤波后的最终蠕行目标扭矩
k4——扭矩滤波计算系数，表示上一时刻扭矩所占目标扭矩的比例。
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