CN111301180A - 一种电动汽车防溜坡方法及*** - Google Patents

一种电动汽车防溜坡方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明公开一种电动汽车防溜坡方法及***，属于电动汽车控制技术领域，解决了现有技术防溜坡时电机控制器的初始转矩值精度较低及防溜坡的时效性较低。一种电动汽车防溜坡方法，包括以下步骤：获取档位信号、油门信号、制动信号、手刹信号及当前道路坡度值，并根据所述档位信号、油门信号、制动信号、手刹信号及当前道路坡度值，确定是否向电机控制器发送初始驻坡转矩值指令；当向电机控制器发送初始驻坡转矩值指令后，判断电机转速是否为负，若是，则对电机控制器进行转矩补偿，以控制车辆在坡道上驻停，若否，则直接控制车辆在坡道上驻停。提高了防溜坡时电机控制器的初始转矩值精度及防溜坡的时效性。

Description

一种电动汽车防溜坡方法及***
技术领域
本发明涉及电动汽车控制技术领域，尤其是涉及一种电动汽车防溜坡方法及***。
背景技术
随着电动汽车的发展和运用，涉及到电动汽车的行车安全也越来越重要。当电动汽车在坡道上行驶时，如果车辆从驻车状态到行车状态的过渡时间内，司机从松开手刹或制动踏板到踩下油门踏板的这个过程中，由于人员的操作过程有一定的时间间隔，会使汽车出现溜坡现象，因此，电动汽车的防溜坡功能对于行车安全是非常重要的。
现有技术中，防止电动汽车溜坡的方法主要是单纯的以电机转速为控制目标，通过不断调节电机输出转矩，然后发出一定的转矩来防止车辆溜坡。现有技术中主要存在以下问题，即单纯的以电机转速为控制目标，使电机控制器的初始转矩值精度较低，且车辆是在发生了首次溜坡后才能进入防溜坡模式，导致防溜坡时效性较低。
发明内容
本发明的目的在于至少克服上述一种技术不足，提出一种电动汽车防溜坡方法及***。
一方面，本发明提供了一种电动汽车防溜坡方法，包括以下步骤：
获取档位信号、油门信号、制动信号、手刹信号及当前道路坡度值，并根据所述档位信号、油门信号、制动信号、手刹信号及当前道路坡度值，确定是否向电机控制器发送初始驻坡转矩值指令；
当向电机控制器发送初始驻坡转矩值指令后，判断电机转速是否为负，若是，则对电机控制器进行转矩补偿，以控制车辆在坡道上驻停，若否，则直接控制车辆在坡道上驻停。
进一步地，所述电动汽车防溜坡方法，还包括，在制动踏板信号及手刹信号无效时，获取加速踏板需求转矩和驻坡转矩，若加速踏板需求转矩大于驻坡转矩，则向电机控制器发出退出驻坡指令，使车辆不在坡道驻停。
进一步地，根据所述档位信号、油门信号、制动信号、手刹信号及当前道路坡度值，确定是否向电机控制器发送初始驻坡转矩指令，具体包括，当档位信号有效、档位在前进挡，油门信号、制动信号和手刹信号均无效，且道路坡度值为正时，或者，当档位信号有效、档位在倒挡，油门信号、制动信号和手刹信号均无效，且道路坡度值为负时，向电机控制器发送初始驻坡转矩指令，否则，不向电机控制器发送初始驻坡转矩指令。
进一步地，所述电动汽车防溜坡方法还包括，获取汽车质量，根据所述汽车质量和道路坡度值，得到当前坡道转矩值，利用当前坡道转矩值获取初始驻坡转矩值。
进一步地，根据所述汽车质量和道路坡度值，得到当前坡道转矩值，具体包括，利用公式Tf＝(mgfcosi+mgsini)r得到当前坡道转矩值，其中，Tf为当前坡道转矩值，m为汽车质量，i为道路坡道值，r为车轮半径，f为滚动阻力系数。
另一方面，本发明还提供了一种电动汽车防溜坡***，包括信号获取模块、初始驻坡转矩值指令发送模块和使能控制模块；
所述信号获取模块，用于获取档位信号、油门信号、制动信号、手刹信号及当前道路坡度值；
所述初始驻坡转矩值指令发送模块，用于根据所述档位信号、油门信号、制动信号、手刹信号及当前道路坡度值，确定是否向电机控制器发送初始驻坡转矩值指令；
所述使能控制模块，用于当初始驻坡转矩值指令发送模块向电机控制器发送初始驻坡转矩值指令后，判断电机转速是否为负，若是，则对电机控制器进行转矩补偿，以控制车辆在坡道上驻停，若否，则直接控制车辆在坡道上驻停。
进一步地，所述电动汽车防溜坡***，还包括退出驻坡指令发送模块，所述退出驻坡指令发送模块，用于在制动踏板信号及手刹信号无效时，获取加速踏板需求转矩和驻坡转矩，若加速踏板需求转矩大于驻坡转矩，则向电机控制器发出退出驻坡指令，使车辆不在坡道驻停。
进一步地，所述初始驻坡转矩值指令发送模块，根据所述档位信号、油门信号、制动信号、手刹信号及当前道路坡度值，确定是否向电机控制器发送初始驻坡转矩值指令，具体包括，当档位信号有效、档位在前进挡，油门信号、制动信号和手刹信号均无效，且道路坡度值为正时，或者，当档位信号有效、档位在倒挡，油门信号、制动信号和手刹信号均无效，且道路坡度值为负时，向电机控制器发送初始驻坡转矩指令，否则，不向电机控制器发送初始驻坡转矩指令。
进一步地，所述电动汽车防溜坡***还包括初始驻坡转矩值获取模块，所述初始驻坡转矩值获取模块，用于根据所述汽车质量和道路坡度值，得到当前坡道转矩值，利用当前坡道转矩值获取初始驻坡转矩值。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：获取档位信号、油门信号、制动信号、手刹信号及当前道路坡度值，并根据所述档位信号、油门信号、制动信号、手刹信号及当前道路坡度值，确定是否向电机控制器发送初始驻坡转矩值指令；当向电机控制器发送初始驻坡转矩值指令后，判断电机转速是否为负，若是，则对电机控制器进行转矩补偿，以控制车辆在坡道上驻停，若否，则直接控制车辆在坡道上驻停；提高了防溜坡时电机控制器的初始转矩值精度及防溜坡的时效性。
附图说明
图1是本发明实施例1所述的电动汽车防溜坡方法的流程示意图；
图2是本发明实施例1所述的电动汽车防溜坡控制原理图；
图3是本发明实施例1所述的汽车质量和道路坡度联合估计原理示意图；
图4是本发明实施例1所述的电机转速PID控制原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、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详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本发明实施例提供了一种电动汽车防溜坡方法，所述电动汽车防溜坡方法的流程示意图，如图1所示，所述方法包括以下步骤：
获取档位信号、油门信号、制动信号、手刹信号及当前道路坡度值，并根据所述档位信号、油门信号、制动信号、手刹信号及当前道路坡度值，确定是否向电机控制器发送初始驻坡转矩值指令；
当向电机控制器发送初始驻坡转矩值指令后(此时车辆进入防溜坡控制模式)，判断电机转速是否为负，若是，则对电机控制器进行转矩补偿，以控制车辆在坡道上驻停，若否，则直接控制车辆在坡道上驻停。
优选的，所述电动汽车防溜坡方法还包括在制动踏板信号及手刹信号无效时，获取加速踏板需求转矩和驻坡转矩，若加速踏板需求转矩大于驻坡转矩，则向电机控制器发出退出驻坡指令，使车辆不在坡道驻停，此时车辆退出防溜坡控制模式。
优选的，根据所述档位信号、油门信号、制动信号、手刹信号及当前道路坡度值，确定是否向电机控制器发送初始驻坡转矩指令，具体包括，当档位信号有效、档位在前进挡，油门信号、制动信号和手刹信号均无效，且道路坡度值为正时，或者，当档位信号有效、档位在倒挡，油门信号、制动信号和手刹信号均无效，且道路坡度值为负时，向电机控制器发送初始驻坡转矩指令，否则，不向电机控制器发送初始驻坡转矩指令。
一个具体实施例中，电动汽车防溜坡控制原理图，如图2所示；
优选的，所述电动汽车防溜坡方法，还包括，获取汽车质量，根据所述汽车质量和道路坡度值，得到当前坡道转矩值，利用当前坡道转矩值获取初始驻坡转矩值。
优选的，根据所述汽车质量和道路坡度值，得到当前坡道转矩值，具体包括，利用公式Tf＝(mgfcosi+mgsini)r得到当前坡道转矩值，其中，Tf为当前坡道转矩值，m为汽车质量，i为道路坡道值，r为车轮半径，f为滚动阻力系数。根据公式f＝0.0076+0.000056ua，ua≈0。
一个具体实施例中，整车控制器根据Tf的值给电机控制器发出初始驻坡转矩值指令Tq0，初始驻坡转矩值Tq0＝k0Tf，其中k0为初始驻坡转矩系数；根据实车标定可得到合适的初始驻坡转矩系数k0的值。
若电机发出初始驻坡转矩值Tq0后，车辆发生了首次后溜，即电机的转速为负时，此时电机控制器进行转矩补偿。
整车控制器根据电机反转速度的大小，应用PID闭环控制算法，以电机转速为控制目标，计算出转矩补偿值Tq1；整车控制器将计算的补偿转矩需求发送给电机控制器，电机控制器对电机进行转矩补偿，直至电机的转速不为负，即车辆实现了防溜坡功能。
电机控制器发出的初始驻坡转矩Tq0准确度较高且在车辆未发生首次溜坡前就可以实现，可最大限度的减少车辆溜坡的次数和距离。
一个具体实施例中，汽车质量和道路坡度联合估计原理示意图，如图3所示；
道路坡度i由整车控制器通过扩展卡尔曼滤波算法进行计算得到，
首先，把汽车的出厂质量作为对道路坡度估计的初始值，然后根据车辆实时的行驶状态数据和汽车质量初始值，采用扩展卡尔曼滤波估计方法，每0.1s估计一次道路坡度。
汽车质量作为一个已知参数，将汽车纵向动力学模型离散化，改写为状态空间方程形式，基于状态空间方程建立扩展卡尔曼滤波坡度估计模型；
汽车纵向动力学模型为
Figure BDA0002387207320000051
选定汽车车速、道路坡度为***状态变量，则***状态向量为x＝[v,i]'。
假定道路坡度对时间的导数近似为0，同时汽车行驶加速度与速度存在
Figure BDA0002387207320000052
的关系，那么状态方程可以描述为如下微分方程组
Figure BDA0002387207320000053
其中
Figure BDA0002387207320000054
将上述微分方程组进行基于前向欧拉法的离散化处理，可以得到***离散状态空间方程为
Figure BDA0002387207320000055
假设***的过程噪声向量和测量噪声向量分别为Wk和Vk，它们为相互独立、且均值为零的高斯白噪声。过程激烈噪声协方差矩阵为Qk，测量噪声协方差矩阵为Rk；
则可得到考虑随机噪声影响下的***状态方程为
Figure BDA0002387207320000056
整车控制器可以实时检测到汽车行驶速度，所以选取汽车行驶速度作为***观测量，则***测量方程为
Figure BDA0002387207320000057
车辆最后实现离散状态空间描述
Figure BDA0002387207320000061
时间更新方程为
Figure BDA0002387207320000062
其中，
Figure BDA0002387207320000063
Pk，Pk+1|k和Qk分别表示上一步的待估观测量的最优预测值，误差协方差矩阵，通过上一步估计出的误差协方差矩阵以及过程噪声协方差矩阵。Jg表示过程方程向量函数对状态变量求偏导数得到的雅克比矩阵。
根据上述分析，可以得到
Figure BDA0002387207320000064
测量更新方程为
Figure BDA0002387207320000065
其中,Kk+1，Pk+1和
Figure BDA0002387207320000066
分别表示扩展卡尔曼滤波增益，观测量估计的误差协方差矩阵，以及待估量的最优估计值；
由上述过程，可以通过预设的初始质量以及实时的汽车行驶状态估计出当前的道路坡度值。
所述汽车质量m可由整车控制器通过带遗忘因子的最小二乘算法进行计算得到；
将道路坡度值看作已知参数，其值就是当前的道路坡度估计值，并基于此单独对汽车质量进行最小二乘辨识，根据汽车动力学模型，将车辆纵向动力学模型转化成如下最小二乘形式
Figure BDA0002387207320000067
在车辆启动后，车辆质量m几乎不变，是一个慢变量，但由于其所处动力学***是一个时变的***，旧的数据会带来数据饱和影响辨识结果，需要引入遗忘因子，以突出新的数据，从而加强最小二乘辨识的跟踪能力；
***的输入输出关系可以描述成如下的最小二乘形式,
Figure BDA0002387207320000071
其中，zk是***的输出，hk是可观测数据向量，nk为白噪声，θ为待估计参数,
Figure BDA0002387207320000072
hk＝(gfk+gik+σαk)
带遗忘因子的最小二乘递推估计模型如下
Figure BDA0002387207320000073
其中,
Figure BDA0002387207320000074
根据实车标定可得到合适的初始驻坡转矩系数k0的值；
一个具体实施例中，电机转速PID控制原理图，如图4所示，若电机发出初始驻坡转矩值Tq0后，车辆发生了首次溜坡，即电机的转速为负时，此时电机控制器进行转矩补偿；整车控制器根据电机反转速度的大小，应用PID闭环控制算法，以电机转速为控制目标，计算出转矩补偿值；整车控制器将计算的转矩补偿需求发送给电机控制器，电机控制器对电机进行转矩补偿，直至电机的转速为零，即车辆实现了防溜坡功能；整车控制器根据油门踏板信号判断油门踏板转矩需求值是否大于车辆驻坡转矩值，若油门踏板转矩需求值大于车辆驻坡转矩值，则车辆退出防溜坡模式。
实施例2
本发明实施例还提供了一种电动汽车防溜坡***，包括信号获取模块、初始驻坡转矩值指令发送模块和使能控制模块；
所述信号获取模块，用于获取档位信号、油门信号、制动信号、手刹信号及当前道路坡度值；
所述初始驻坡转矩值指令发送模块，用于根据所述档位信号、油门信号、制动信号、手刹信号及当前道路坡度值，确定是否向电机控制器发送初始驻坡转矩值指令；
所述使能控制模块，用于当初始驻坡转矩值指令发送模块向电机控制器发送初始驻坡转矩值指令后，判断电机转速是否为负，若是，则对电机控制器进行转矩补偿，以控制车辆在坡道上驻停，若否，则直接控制车辆在坡道上驻停。
优选的，所述电动汽车防溜坡***，还包括退出驻坡指令发送模块，所述退出驻坡指令发送模块，用于在制动踏板信号及手刹信号无效时，获取加速踏板需求转矩和驻坡转矩，若加速踏板需求转矩大于驻坡转矩，则向电机控制器发出退出驻坡指令，使车辆不在坡道驻停。
优选的，所述初始驻坡转矩值指令发送模块，根据所述档位信号、油门信号、制动信号、手刹信号及当前道路坡度值，确定是否向电机控制器发送初始驻坡转矩值指令，具体包括，当档位信号有效、档位在前进挡，油门信号、制动信号和手刹信号均无效，且道路坡度值为正时，或者，当档位信号有效、档位在倒挡，油门信号、制动信号和手刹信号均无效，且道路坡度值为负时，向电机控制器发送初始驻坡转矩指令，否则，不向电机控制器发送初始驻坡转矩指令。
优选的，所述电动汽车防溜坡***还包括初始驻坡转矩值获取模块，所述初始驻坡转矩值获取模块，用于根据所述汽车质量和道路坡度值，得到当前坡道转矩值，利用当前坡道转矩值获取初始驻坡转矩值。
需要说明的是，所述初始驻坡转矩值指令发送模块、使能控制模块、退出驻坡指令发送模块和初始驻坡转矩值获取模块均可集成在整车控制器中。
实施例1和实施例2中未重复描述之处可相互借鉴。
本发明公开了一种电动汽车防溜坡方法及***。获取档位信号、油门信号、制动信号、手刹信号及当前道路坡度值，并根据所述档位信号、油门信号、制动信号、手刹信号及当前道路坡度值，确定是否向电机控制器发送初始驻坡转矩值指令；当向电机控制器发送初始驻坡转矩值指令后，判断电机转速是否为负，若是，则对电机控制器进行转矩补偿，以控制车辆在坡道上驻停，若否，则直接控制车辆在坡道上驻停；提高了防溜坡时电机控制器的初始转矩值精度及防溜坡的时效性；
本发明技术方案中电机控制器发出的初始驻坡转矩Tq0准确度较高且在车辆未发生首次溜坡前就可以实现，可最大限度的减少车辆溜坡的次数和距离。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种电动汽车防溜坡方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取档位信号、油门信号、制动信号、手刹信号及当前道路坡度值，并根据所述档位信号、油门信号、制动信号、手刹信号及当前道路坡度值，确定是否向电机控制器发送初始驻坡转矩值指令；
当向电机控制器发送初始驻坡转矩值指令后，判断电机转速是否为负，若是，则对电机控制器进行转矩补偿，以控制车辆在坡道上驻停，若否，则直接控制车辆在坡道上驻停。
2.根据权利要求1所述的电动汽车防溜坡方法，其特征在于，还包括，在制动踏板信号及手刹信号无效时，获取加速踏板需求转矩和驻坡转矩，若加速踏板需求转矩大于驻坡转矩，则向电机控制器发出退出驻坡指令，使车辆不在坡道驻停。
3.根据权利要求1所述的电动汽车防溜坡方法，其特征在于，根据所述档位信号、油门信号、制动信号、手刹信号及当前道路坡度值，确定是否向电机控制器发送初始驻坡转矩指令，具体包括，当档位信号有效、档位在前进挡，油门信号、制动信号和手刹信号均无效，且道路坡度值为正时，或者，当档位信号有效、档位在倒挡，油门信号、制动信号和手刹信号均无效，且道路坡度值为负时，向电机控制器发送初始驻坡转矩指令，否则，不向电机控制器发送初始驻坡转矩指令。
4.根据权利要求2所述的电动汽车防溜坡方法，其特征在于，还包括，获取汽车质量，根据所述汽车质量和道路坡度值，得到当前坡道转矩值，利用当前坡道转矩值获取初始驻坡转矩值。
5.根据权利要求4所述的电动汽车防溜坡方法，其特征在于，根据所述汽车质量和道路坡度值，得到当前坡道转矩值，具体包括，利用公式Tf＝(mgfcosi+mgsini)r得到当前坡道转矩值，其中，Tf为当前坡道转矩值，m为汽车质量，i为道路坡道值，r为车轮半径，f为滚动阻力系数。
6.一种电动汽车防溜坡***，其特征在于，包括信号获取模块、初始驻坡转矩值指令发送模块和使能控制模块；
所述信号获取模块，用于获取档位信号、油门信号、制动信号、手刹信号及当前道路坡度值；
所述初始驻坡转矩值指令发送模块，用于根据所述档位信号、油门信号、制动信号、手刹信号及当前道路坡度值，确定是否向电机控制器发送初始驻坡转矩值指令；
所述使能控制模块，用于当初始驻坡转矩值指令发送模块向电机控制器发送初始驻坡转矩值指令后，判断电机转速是否为负，若是，则对电机控制器进行转矩补偿，以控制车辆在坡道上驻停，若否，则直接控制车辆在坡道上驻停。
7.根据权利要求6所述的电动汽车防溜坡***，其特征在于，还包括退出驻坡指令发送模块，所述退出驻坡指令发送模块，用于在制动踏板信号及手刹信号无效时，获取加速踏板需求转矩和驻坡转矩，若加速踏板需求转矩大于驻坡转矩，则向电机控制器发出退出驻坡指令，使车辆不在坡道驻停。
8.根据权利要求7所述的电动汽车防溜坡***，其特征在于，所述初始驻坡转矩值指令发送模块，根据所述档位信号、油门信号、制动信号、手刹信号及当前道路坡度值，确定是否向电机控制器发送初始驻坡转矩值指令，具体包括，当档位信号有效、档位在前进挡，油门信号、制动信号和手刹信号均无效，且道路坡度值为正时，或者，当档位信号有效、档位在倒挡，油门信号、制动信号和手刹信号均无效，且道路坡度值为负时，向电机控制器发送初始驻坡转矩指令，否则，不向电机控制器发送初始驻坡转矩指令。
9.根据权利要求8所述的电动汽车防溜坡***，其特征在于，还包括初始驻坡转矩值获取模块，所述初始驻坡转矩值获取模块，用于根据所述汽车质量和道路坡度值，得到当前坡道转矩值，利用当前坡道转矩值获取初始驻坡转矩值。
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