CN107901908A - 电动车坡道起步的控制方法及控制*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电动车坡道起步的控制方法及控制***。控制方法包括：在电动车处于坡道起步状态时，检测到制动踏板松开和手刹解除后电动车在预设时间内继续保持制动状态；在所述预设时间过后，若检测到加速踏板踩下且电动车轮边电机输出的驾驶员驱动扭矩大于第一驱动扭矩时，则保持电动车制动状态的电动机械制动助力器的主缸压力值以预设减压步长逐渐降低，以使电动车实现坡道起步。本发明通过协调控制液压制动力和电机驱动扭矩，能够避免电动车坡道起步时向后溜车，并且具有响应速度更快的优点，从而辅助驾驶员轻松实现坡道平稳起步。

Description

电动车坡道起步的控制方法及控制***

技术领域

本发明涉及电动汽车技术领域，具体涉及一种电动车坡道起步的控制方法及控制***。

背景技术

驾驶员驾驶车辆在大坡度路面或雨雪天气时在坡道上停稳后再上坡起步前，驾驶员通常先拉起手刹以维持车辆静止，松开制动踏板后再迅速踩下加速踏板，在车辆起步的同时松开手刹。但由于舒适性的考虑，电动汽车踩加速踏板时扭矩有变化率的限制，而且电动汽车一般采用刹车优先的策略，当制动踏板回位(或制动主缸没有压力)、手刹解除之后，才会执行扭矩控制指令。纯电动的中巴或物流车的车身较重、载荷较大，整车质量大幅增加。这类电动汽车在坡道起步时，可能出现加速反应滞后、动力不足而导致车辆溜车，引发交通事故。

对于纯电动汽车，现有技术通过车速和电机转速判断车辆溜坡状态，在车辆起步发生溜坡趋势或溜坡时快速发出大扭矩并维持一段时间，克服重力的作用，实现坡道起步辅助；或者通过电机的堵转功能实现坡道起步辅助。

但是，对于纯电动汽车只通过电机扭矩进行坡道起步辅助的方法，实际上车速和电机转速有精度限制，轻微溜坡时电机转速还可能在0附近波动。如果是通过整车控制器来控制电机控制器，CAN总线通信本身也具有延时性。当检测出来车辆溜坡，实际已经溜坡一定的距离。所以会造成上坡起步时松开制动踏板到踩加速踏板的时间内车辆后溜。如果通过电机的堵转功能实现坡道起步辅助，在上坡正常驾驶过程中可能会出现一直处于大功率放电而烧毁电机控制器。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种电动车坡道起步的控制方法及控制***，通过协调控制液压制动力和电机驱动扭矩，实现对驾驶员坡道起步的辅助功能，保证车辆的平稳起步。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一方面，本发明提供了一种电动车坡道起步的控制方法，包括：

在电动车处于坡道起步状态时，检测到制动踏板松开和手刹解除后电动车在预设时间内继续保持制动状态；

在所述预设时间过后，若检测到加速踏板踩下且电动车轮边电机输出的驾驶员驱动扭矩大于第一驱动扭矩时，则保持电动车制动状态的电动机械制动助力器的主缸压力值以预设减压步长逐渐降低，以使电动车实现坡道起步。

进一步的，所述控制方法还包括：

调节电动车轮边电机输出的驾驶员驱动扭矩，以使轮边电机输出的扭矩达到目标驱动扭矩后，电动车进行坡道起步；

在电动车行驶速度超过坡道起步预设值时，将目标驱动扭矩调节为驾驶员驱动扭矩；

其中，所述驾驶员驱动扭矩大于所述目标驱动扭矩，所述目标驱动扭矩大于所述第一驱动扭矩。

进一步的，所述目标驱动扭矩包括：左目标驱动扭矩T_L和右目标驱动扭矩T_R；

T_L＝T₂-T_{D_c}-T_{D_L}，

T_R＝T₂-T_{D_c}-T_{D_R}，

其中，T_{D_L}为左电机减扭值，T_{D_R}为右电机减扭值，T_{D_c}为左右电机共同减扭值，T₂为驾驶员驱动扭矩。

进一步的，所述第一驱动扭矩为：

其中，T₁为车辆坡道起步的坡度阻力，r为车轮滚动半径，k为轮边减速器的减速比，η为总传动效率。

进一步的，所述预设时间为2秒。

另一方面，本发明还提供了一种电动车坡道起步的控制***，包括：

电动机械制动助力器10和整车控制器3；

所述整车控制器3的输入端与所述电动机械制动助力器10的输出端相连接；

所述整车控制器3采用上述所述的控制方法控制电动车进行坡道起步；

在整车控制器3控制电动车进行坡道起步时，所述整车控制器3控制所述电动机械制动助力器10进行制动，以使电动车在预设时间内继续保持制动状态。

进一步的，所述控制***还包括：

轮速传感器2、轮边电机4、电机控制器5、惯性测量传感器6、换挡控制器7、加速踏板位置传感器8和制动踏板位置传感器9；

所述整车控制器3的输入端分别与所述轮速传感器2、所述惯性测量传感器6、所述换挡控制器7、所述加速踏板位置传感器8和所述制动踏板位置传感器9的输出端相连接；所述整车控制器3的输出端与所述电机控制器5的输入端相连接；所述电机控制器5的输出端与驱动车轮1转动的所述轮边电机4的输入端相连接。

进一步的，所述惯性测量传感器6，用于采集到重力加速度沿路面方向上的分量；所述惯性测量传感器6设置在电动车的底盘上的质心位置。

进一步的，所述轮速传感器2设置在电动车的轮轴上，用于采集电动车的车轮轮速；所述轮轴上的刹车制动器采用盘式制动器。

进一步的，电动机械制动助力器10包括：检测主缸压力的压力传感器，所述压力传感器的输出端与所述整车控制器3的出入端相连接。

由上述技术方案可知，本发明所述的一种电动车坡道起步的控制方法及控制***，通过协调控制液压制动力和电机驱动扭矩，能够避免电动车坡道起步时向后溜车，也能防止低附路面坡驱动轮打滑影响爬坡性能，并且具有响应速度更快的优点，从而辅助驾驶员轻松实现坡道平稳起步。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种电动车坡道起步的控制方法流程示意图；

图2是本发明实施例提供的另一种电动车坡道起步的控制方法流程示意图；

图3是本发明实施例提供的一种电动车坡道起步的控制***的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种电动车坡道起步的控制方法，参见图1，该方法具体包括如下步骤：

S101：在电动车处于坡道起步状态时，检测到制动踏板松开和手刹解除后电动车在预设时间内继续保持制动状态；

在本步骤中，电动车进入坡道起步辅助控制的逻辑为，当车辆参考行驶速度V_ref为0时，而且档位为前进档或倒档时，检测到滤波后的纵向加速度信号a_{x_filt}的数值小于加速度门限值a_threshold且持续时间大于第一时间门限值时，判断电动车处于坡道起步状态且驾驶员要进行坡道起步操作，进入坡道起步辅助控制，其中纵向加速度信号a_{x_filt}是惯性测量传感器采集的重力加速度沿路面方向上的分量。

在电动车进入坡道起步辅助控制之后，检测制动控制器的主缸压力p，由于驾驶员松开制动踏板和解除手刹，主缸压力减小到等于坡道起步时需求的主缸压力或制动压力一开始就未达到坡道起步时需求的主缸压力时，即p≤p1+p_error时，整车控制器向电动机械制动助力器发送该目标主缸压力值p2＝p1+p_error，请求电动机械制动助力器主动制动使主缸压力保持为p＝p2。

其中，p_error是制动压力裕量，根据实车标定；p1为坡道起步时需求的主缸压力，按照如下的盘式制动器制动压力和制动力矩转换公式进行计算：

其中，T_b为每个车轮制动力矩，等于T₁/4，T₁为车辆坡道起步的坡度阻力；p₀为油管等造成的压力损失，可以通过实际测试，确定出一个经验值；R_c为制动器有效摩擦半径；d_b为轮缸直径；η_b为制动器效率，一般要求在0.85以上；N_c为每个制动器的轮缸数；K_bf为制动器效能因数，是在制动器有效摩擦半径上所得到的摩擦力与输入力之比，盘式制动器效能因数按照两倍的摩擦系数计算。

此制动压力在进入坡道起步辅助控制后至少持续预设时间，该预设时间最短为液压制动延迟释放时间，液压制动延迟释放时间一般为2秒，因此该预设时间大于等于2秒。

S102：在所述预设时间过后，若检测到加速踏板踩下且电动车轮边电机输出的驾驶员驱动扭矩大于第一驱动扭矩时，则保持电动车制动状态的电动机械制动助力器的主缸压力值以预设减压步长逐渐降低，以使电动车实现坡道起步。

在本步骤中，在上述步骤S101中的预设时间过后，检测加速踏板被驾驶员踩下时，整车控制器根据采集到的加速踏板位置信号、档位信号以及电机转速信号、车辆参考行驶速度，结合电机的特性曲线、加速MAP图以及池管理***限制的最大放电功率限制，确定驾驶员驱动扭矩T₂。当前档位为前进档且驾驶员驱动扭矩T₂大于第一驱动扭矩T，即T₂＞T时，或为倒档且驾驶员驱动扭矩T₂小于负第一驱动扭矩T，即T₂＜-T时，整车控制器向电动机械制动助力器发送的目标主缸压力值p2以减压步长逐渐降低，直至降低为0；其中，减压步长的范围在1-5bar/10ms之间，可以根据不同电动车的载重选取不同的减压步长值，载重越大则减压步长值越小。

第一驱动扭矩为：

其中，T₁为坡道起步的坡度阻力，r为车轮滚动半径，k为轮边减速器的减速比；η为总传动效率，这个值在不同电机转速和扭矩时有所不同，可通过实验室测得。

电动车在坡道起步时，主要的行驶阻力为坡度阻力。加速阻力、空气阻力与滚动阻力等忽略不计，车辆坡道起步的坡度阻力可以通过以下公式计算得到：

T₁＝m·g·sinθ·r＝-m·a_{x_stastic}·r

其中，m为电动车的满载质量，θ为坡度角，r为车轮滚动半径，a_{x_stastic}是电动车静态纵向加速度值，其数值大小等于进入坡道起步辅助***时刻的前一时刻纵向加速度信号a_{x_filt}的数值。纵向加速度信号a_{x_filt}是惯性测量传感器采集的纵向加速度信号滤波后的信号，滤波的方法可以采用且不限于一阶滞后滤波、卡尔曼滤波等方式。a_{x_filt}向前加速为正，车头朝前停在上坡路时，a_{x_filt}的大小就是重力加速度沿路面的分量，是一个负值，能够反映坡度阻力的大小。坡道起步时坡度是不可能突变的，对实时性要求也不高。当车辆上电状态静止时检测到制动踏板位置大于门限值(判定驾驶员踩下制动踏板)时检测a_{x_filt}的数值，并将本周期和上一周期a_{x_filt}的数值存储在电动车的整车控制器的内存中。

从上述描述可知，本发明实施例提供了一种电动车坡道起步的控制方法，通过整车控制器判断驾驶员意图以及车辆状态、坡度阻力信息，协调控制电动机械制动助力器的液压制动力和电机控制器的驱动扭矩，能够避免电动车坡道起步时向后溜车，从而辅助驾驶员轻松实现坡道平稳起步，并且具有响应速度更快的优点。

本发明实施例提供了一种电动车坡道起步的控制方法，参见图2，该控制方法在上述实施例的基础上，还包括如下步骤：

S103：调节电动车轮边电机输出的驾驶员驱动扭矩，以使轮边电机输出的扭矩达到目标驱动扭矩后，电动车进行坡道起步；

在本步骤中，由于电动车轮边电机输出的驾驶员驱动扭矩过大，导致驱动轮发生打滑影响坡道起步，因此根据驱动轮驱动防滑门限值调整左、右电机目标驱动扭矩，调节电动车轮边电机输出的驾驶员驱动扭矩，防止在路面附着系数较低的坡道起步时驱动轮打滑。

计算驱动轮驱动防滑门限值和电机驱动防滑减扭值，确定左、右电机目标驱动扭矩T_L、T_R。根据参考行驶速度查预定特征曲线得出前后轮激活、前后轮退出、左右轮激活、左右轮退出的驱动防滑门限值s_{fr_enable}、s_{fr_disable}、s_{lr_enable}、s_{lr_disable}，数值随车速增加而减小。计算步骤如下：

当时，根据PID调节左右电机共同减扭值T_{D_c}，

当时，电机共同减扭值T_{D_c}＝0，

当时，根据PID调节左电机减扭值T_{D_L}，

当时，左电机减扭值T_{D_L}＝0，

当时，根据PID调节右电机减扭值T_{D_R}，

当时，右电机减扭值T_{D_R}＝0。

根据PID调节左电机减扭值T_{D_L}、右电机减扭值T_{D_R}和左右电机共同减扭值T_{D_c}以使得

其中，将轮速传感器信号转换为车轮轮速(车轮圆心处线速度)，记V_FL、V_FR、V_RL、V_RR为左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的轮速。

计算车辆参考行驶速度V_ref＝(V_FL+V_FR)·1/2。

根据驾驶员驱动扭矩T₂、左电机减扭值T_{D_L}、右电机减扭值T_{D_R}和左右电机共同减扭值T_{D_c}确定目标驱动扭矩T_L和T_R。

T_L＝T₂-T_{D_c}-T_{D_L}，T_R＝T₂-T_{D_c}-T_{D_R}；

整车控制器将目标驱动扭矩T_L和T_R发送给电机控制器，实现对轮边电机的控制。

S104：在电动车行驶速度超过坡道起步预设值时，将目标驱动扭矩调节为驾驶员驱动扭矩；

在本步骤中，当电动车行驶速度V_ref超过坡道起步车速临界值之后或者驱动轮不发生打滑，将轮边电机输出的目标驱动扭矩平滑切换为驾驶员驱动扭矩，退出坡道起步辅助控制；当坡道起步车速临界值为10km/h时视为电动车已经成功完成坡起，则坡道起步预设值大于等于10km/h。

其中，所述驾驶员驱动扭矩大于所述目标驱动扭矩，所述目标驱动扭矩大于所述第一驱动扭矩。

从上述描述可知，通过协调控制液压制动力和电机驱动扭矩，能防止低附路面坡驱动轮打滑影响爬坡性能，辅助驾驶员轻松实现坡道平稳起步。

本发明实施例提供了一种电动车坡道起步的控制***，参见图3，该控制***包括：

电动机械制动助力器10和整车控制器3；

所述整车控制器3的输入端与所述电动机械制动助力器10的输出端相连接；

所述整车控制器3采用上述方法实施例所述的控制方法控制电动车进行坡道起步；

在整车控制器3控制电动车进行坡道起步时，所述整车控制器3控制所述电动机械制动助力器10进行制动，以使电动车在预设时间内继续保持制动状态。

进一步的，参见图3，所述控制***还包括：

轮速传感器2、轮边电机4、电机控制器5、惯性测量传感器6、换挡控制器7、加速踏板位置传感器8和制动踏板位置传感器9；

所述整车控制器3的输入端分别与所述轮速传感器2、所述惯性测量传感器6、所述换挡控制器7、所述加速踏板位置传感器8和所述制动踏板位置传感器9的输出端相连接；所述整车控制器3的输出端与所述电机控制器5的输入端相连接；所述电机控制器5的输出端与驱动车轮1转动的所述轮边电机4的输入端相连接。

进一步的，所述惯性测量传感器6，用于采集到重力加速度沿路面方向上的分量；所述惯性测量传感器6设置在电动车的底盘上的质心位置。

进一步的，所述轮速传感器2设置在电动车的轮轴上，用于采集电动车的车轮轮速；所述轮轴上的刹车制动器采用盘式制动器。

进一步的，电动机械制动助力器10包括：检测主缸压力的压力传感器，所述压力传感器的输出端与所述整车控制器3的出入端相连接。

电动机械制动助力器，也可被称作电子制动主缸、电子制动助力器、集成式制动主缸、集成式制动助力器等，相比传统的制动主缸增加了一套电动机械装置及其控制器，接收制动指令后可自动推动主缸内活塞杆、向制动***施加目标制动压力，实现线控制动。

在具体实施时，采用电动机械制动助力器替换了真空泵、真空罐和真空助力器组成的制动助力***，可以实现电动汽车的制动助力和主动制动，也可实现液压制动和电机再生制动的解耦控制。

从上述描述可知，本发明实施例提供的一种电动车坡道起步的控制***，利用传感器感知车辆的状态、识别驾驶员意图，协调控制液压制动力和电机驱动扭矩，以解决现有技术中存在的车辆后溜才能启动防溜坡功能以及电机控制器有烧毁风险等缺陷，能够避免电动商用车坡道起步时向后溜车，也能防止低附路面坡驱动轮打滑影响爬坡性能，从而辅助驾驶员轻松实现坡道平稳起步。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而能够理解的是，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。类似地，应当理解，为了精简本发明公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释呈反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明并不局限于任何单一的方面，也不局限于任何单一的实施例，也不局限于这些方面和/或实施例的任意组合和/或置换。而且，可以单独使用本发明的每个方面和/或实施例或者与一个或更多其他方面和/或其实施例结合使用。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种电动车坡道起步的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

在电动车处于坡道起步状态时，检测到制动踏板松开和手刹解除后电动车在预设时间内继续保持制动状态；

在所述预设时间过后，若检测到加速踏板踩下且电动车轮边电机输出的驾驶员驱动扭矩大于第一驱动扭矩时，则保持电动车制动状态的电动机械制动助力器的主缸压力值以预设减压步长逐渐降低，以使电动车实现坡道起步。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：

调节电动车轮边电机输出的驾驶员驱动扭矩，以使轮边电机输出的扭矩达到目标驱动扭矩后，电动车进行坡道起步；

在电动车行驶速度超过坡道起步预设值时，将目标驱动扭矩调节为驾驶员驱动扭矩；

其中，所述驾驶员驱动扭矩大于所述目标驱动扭矩，所述目标驱动扭矩大于所述第一驱动扭矩。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述目标驱动扭矩包括：左目标驱动扭矩T_L和右目标驱动扭矩T_R；

T_L＝T₂-T_{D_c}-T_{D_L}，

T_R＝T₂-T_{D_c}-T_{D_R}，

其中，T_{D_L}为左电机减扭值，T_{D_R}为右电机减扭值，T_{D_c}为左右电机共同减扭值，T₂为驾驶员驱动扭矩。

4.根据权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，所述第一驱动扭矩为：

<mrow> <mi>T</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>T</mi> <mn>1</mn> </msub> <mrow> <mn>2</mn> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>r</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>k</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>&amp;eta;</mi> </mrow> </mfrac> </mrow>

其中，T₁为车辆坡道起步的坡度阻力，r为车轮滚动半径，k为轮边减速器的减速比，η为总传动效率。

5.根据权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，所述预设时间为2秒。

6.一种电动车坡道起步的控制***，其特征在于，所述控制***包括：电动机械制动助力器(10)和整车控制器(3)；

所述整车控制器(3)的输入端与所述电动机械制动助力器(10)的输出端相连接；

所述整车控制器(3)采用上述权利要求1-5中任一项所述的控制方法控制电动车进行坡道起步；

在整车控制器(3)控制电动车进行坡道起步时，所述整车控制器(3)控制所述电动机械制动助力器(10)进行制动，以使电动车在预设时间内继续保持制动状态。

7.根据权利要求6所述的控制***，其特征在于，所述控制***还包括：

轮速传感器(2)、轮边电机(4)、电机控制器(5)、惯性测量传感器(6)、换挡控制器(7)、加速踏板位置传感器(8)和制动踏板位置传感器(9)；

所述整车控制器(3)的输入端分别与所述轮速传感器(2)、所述惯性测量传感器(6)、所述换挡控制器(7)、所述加速踏板位置传感器(8)和所述制动踏板位置传感器(9)的输出端相连接；所述整车控制器(3)的输出端与所述电机控制器(5)的输入端相连接；所述电机控制器(5)的输出端与驱动车轮(1)转动的所述轮边电机(4)的输入端相连接。

8.根据权利要求7所述的控制***，其特征在于，所述惯性测量传感器(6)，用于采集到重力加速度沿路面方向上的分量；所述惯性测量传感器(6)设置在电动车的底盘上的质心位置。

9.根据权利要求7所述的控制***，其特征在于，所述轮速传感器(2)设置在电动车的轮轴上，用于采集电动车的车轮轮速；所述轮轴上的刹车制动器采用盘式制动器。

10.根据权利要求6-9任一项所述的控制***，其特征在于，电动机械制动助力器(10)包括：检测主缸压力的压力传感器，所述压力传感器的输出端与所述整车控制器(3)的出入端相连接。