CN103895531B - 纯电动车坡道起步控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纯电动车坡道起步控制方法，包括以下步骤：（1）根据纯电动车的坡道传感器的信号判断纯电动车是否处于坡道上，并获得车辆的速度，根据车辆的速度、纯电动车电子手刹的状态、纯电动车制动踏板的状态判断车辆是否处于驻车状态；（2）当车辆处于驻车状态时，根据纯电动车电子手刹、制动踏板的状态变化判断驾驶者是否启动坡道起步模式；（3）当车辆启动坡道起步模式时，纯电动车根据纯电动车坡道传感器的信号、车辆信息计算需要的前进扭矩，作为目标扭矩；当车辆的实际扭矩达到目标扭矩时，纯电动车电子手刹或者制动踏板松开纯电动车刹车盘进行坡道起步。该方法实现起步的整体控制，能够最大可能的保证系统不溜坡；增加了车辆的安全性。

Description

纯电动车坡道起步控制方法

技术领域

本发明属于智能交通技术领域，具体涉及一种纯电动车坡道起步控制方法。

背景技术

新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力的汽车，其中电机是新能源汽车的重要动力装置之一，以电机为唯一动力输出、以电池为唯一的能量来源的汽车叫做纯电动车。这类车辆由于电机的特殊特性，取消了发动机和变速箱，在坡道起步的时候需要新的解决方案和策略。

对于电动车的坡道起步的解决方案，中国专利申请CN102897058A公开了一种纯电动客车坡停起步防溜车控制方法，通过车上安装坡道传感器，通过坡道传感器计算所需的扭矩，将电机设定到目标扭矩。对于之前使用手刹来停在坡上的情况，在手刹松开的同时，设定目标扭矩使得电机输出的实际扭矩能够大于防止溜坡的扭矩，保证车辆往前；对于使用制动踏板来停在坡上的情况，根据制动踏板的深度来平衡制动力和电机的力，保证整体输出的力大于防止溜坡的扭矩，保证车辆往前。然而，该技术的缺点在于电机实际扭矩的上升需要时间，在电机实际扭矩达到坡度产生的溜坡扭矩前，车辆无可避免还是存在溜坡的风险。同时当驾驶员使用制动踏板来驻车时，部分采用电机力的策略存在电机堵转的工况，容易引起电机和控制器烧坏。本发明因此而来。

发明内容

本发明提供一种纯电动车坡道起步控制方法，该系统解决了现有技术中纯电动客车坡停起步防溜车控制容易产生溜坡以及电机和控制器堵转烧毁等问题。

为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是：

一种纯电动车坡道起步控制方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

（1）根据纯电动车的坡道传感器的信号判断纯电动车是否处于坡道上，并获得车辆的速度，根据车辆的速度、纯电动车电子手刹的状态、纯电动车制动踏板的状态判断车辆是否处于驻车状态；

（2）当车辆处于驻车状态时，根据纯电动车电子手刹、制动踏板的状态变化判断驾驶者是否启动坡道起步模式；

（3）当车辆启动坡道起步模式时，纯电动车根据纯电动车坡道传感器的信号、车辆信息计算需要的前进扭矩，作为目标扭矩；当车辆的实际扭矩达到目标扭矩时，纯电动车电子手刹或者制动踏板松开纯电动车刹车盘进行坡道起步。

优选的技术方案中：所述方法步骤（3）中当车辆启动坡道起步模式时，纯电动车还根据加速踏板的状态判断车辆是否处于堵转状态；当车辆处于堵转状态时，启动跛行模式，并提示驾驶员，报出故障；当车辆不处于堵转状态时，则判断实际扭矩是否达到目标扭矩；当实际扭矩达到目标扭矩时，纯电动车电子手刹或者制动踏板松开纯电动车刹车盘进行坡道起步。

优选的技术方案中：所述方法中车辆是否处于堵转状态是通过车辆的实际扭矩是否大于堵转扭矩，且是否超过预定时间来判断的；当车辆的实际扭矩大于堵转扭矩，且超过预定时间，则判定车辆处于堵转状态；否则判定车辆不处于堵转状态。

优选的技术方案中：所述方法中当车辆处于堵转状态时，启动跛行模式后，车辆进入跛行状态；车辆继续判断车辆的实际扭矩；当车辆实际扭矩小于堵转的扭矩，并超过预定时间时，车辆转为正常运行状态。

优选的技术方案中：所述方法还包括根据纯电动车的电机温度对纯电动车的最大输出扭矩进行控制的步骤。

优选的技术方案中：所述方法中预设温度T1、T2、T3；其中纯电动车的电机温度小于温度T1时扭矩不设限制；纯电动车的电机温度在温度T1～T2时，扭矩线性限制；纯电动车的电机温度超过温度T3时，向驾驶员提示，报出故障。

优选的技术方案中：所述方法步骤（2）中车辆处于驻车状态，如果纯电动车的坡道传感器检测到的坡度大于最大前行坡度，则启动坡道起步模式后，纯电动车电子手刹、制动踏板等待预定时候后再松开刹车盘。

本发明的另一目的在于提供一种纯电动车坡道起步控制系统，其特征在于所述系统包括信号输入模块、整车控制器和电机控制器，所述信号输入模块接收坡道传感器的坡道信号、油门踏板的信号、制动踏板的信号和电子手刹的信号，并将信号作为整车控制器的输入信号；所述整车控制器根据坡道传感器的坡道信号、油门踏板的信号、制动踏板的信号、电子手刹的信号、车辆速度、电机信号判断车辆的状态和驾驶员的意图，并根据车辆的状态和驾驶员的意图进行坡度起步的控制；所述电机控制器用于接收整车控制器的扭矩输出指令进行扭矩闭环，控制电机输出扭矩，并根据电机上的电流传感器和转速传感器计算得到电机的实际扭矩和转速，将实际状态反馈给整车控制器。

优选的技术方案中：所述系统中所述电机控制器还用于根据电机上的温度传感器判断电机温度；将温度反馈给整车控制器，并根据整车控制器的指令进行电机保护。

目前已有的技术无法保证车辆不能溜坡，同时当驾驶员使用制动踏板来驻车时，部分采用电机力的策略存在电机堵转的工况，容易引起电机和控制器烧坏。为解决以上两问题，本发明提出用电子手刹代替传统的手刹解决车辆起步时的溜坡风险，同时在驾驶员使用制动踏板时完全使用制动力来驻车的策略。

本发明的纯电动车坡道起步控制系统包含信号输入模块、整车控制器和电机控制器。由整车控制器得到驾驶员意图并协调整个纯电动车坡道起步控制系统包括电机控制器和执行器电机来实现坡道安全起步的功能。

本发明的信号输入模块包含坡道传感器、电子手刹系统、加速踏板、制动踏板，信号输入模块中坡道传感器的坡道信号、加速踏板信号、制动踏板信号和电子手刹的信号作为整车控制器的输入信号，来判断车辆所处的状态和驾驶员的意图。

整车控制器判断是否此时驾驶员是通过使用电子手刹来实现驻车功能的，如果这时电机的输出扭矩为0，驻车是通过刹车装置（刹车盘）直接刹住轮胎实现。整车控制器判断驾驶员是否松开电子手刹时，如果松开手刹，为防止溜坡不会立刻松开刹车装置，而是根据坡度计算当前防止溜坡所需要的扭矩，并将此扭矩需求发给电机控制器。电机控制器控制电机发出扭矩，电机控制器根据当前电机的电流传感器和转速等信息收入计算得到实际扭矩，并反馈给整车控制器。

整车控制器判断实际电机扭矩达到防止溜坡所需要的扭矩时，实际刹车装置立刻松开，车辆前行，不会溜车。整车控制器判断此时驾驶员已经是否踩在加速踏板上，并且判断此时的加速踏板深度计算得到的扭矩大于是否防止溜坡的扭矩，如果条件都满足，控制目标扭矩采用踏板得到的扭矩，前行车辆在坡道加速，反之，车辆则缓慢上行。

由于配置了电子手刹，驾驶员还可以采用直接踩油门，而不需要对电子手刹进行操作起步的功能；即整车控制器检测到加速踏板被踩下，实际扭矩上升，当踏板深度足够使得实际扭矩达到车辆前行的扭矩时，电子手刹自动松开，车辆前行。这种功能可以省却驾驶员松开电子手刹的动作，增加了驾驶的便利性，提高了车辆与人交互的感受，对提高驾驶员的满意度有很大帮助。

在实际驾驶过程中需避免一种情况对电机系统造成的伤害，驾驶员长时间踩在油门上，电机实际输出大扭矩，但该扭矩还无法满足车辆前行的要求，这时系统实际进入堵转模式，这种低速大扭矩的情况很容易造成电机和电机控制器的过温，影响系统的寿命。为避免这种情况，本发明技术方案还包括电机堵转的诊断，当整车控制器判断进入堵转模式时，整车控制器报出故障并进入跛行模式，该跛行模式保证电机的输出扭矩不会损坏电机和电机控制器。

进入跛行模式后，整车控制器判断此时实际的需求扭矩小于堵转的扭矩并超过一段时间，整车控制器会突出跛行模式，车辆正常运行。

本发明技术方案进入该跛行模式而不是直接进入短路或下电的保护模式，是因为这种工况是驾驶员的正常行驶工况，在山地或正常驾驶工作中有可能碰到，而不是整车控制器出现问题。因此采用保守的跛行模式，以区分真正出现问题的故障保护模式。

该电机控制器实时监测控制器和电机的温度情况，如果过温，也会限制最大输出扭矩，以保证整个系统的安全。该温度限制分为两个阶段，当温度从T1到T2时，是线性的限制扭矩，具体来说，T1温度时扭矩不限制，T2温度扭矩限制为0，当温度继续升高，超过T3时，报出故障。这三个温度可以根据控制器和电机的实际选型得到。

本发明技术方案判断此时驾驶员是通过踩制动踏板来实现驻车功能的，制动所需要的力完全由刹车制动系统实现，电机不出力。当制动踏板松开后，刹车力不会立刻松开，而是等待电机输出的实际扭矩得到前行所需要的力，之后才松开刹车力，保证车辆前行。

本发明技术方案可以在电机和整车控制器的实际能力下最大可能的保证车辆不进行溜坡。但如果实际坡度过大，受系统的限制，车辆还是会进行溜坡。在这种条件下，系统是通过判断坡度是否大于系统的最大前行坡度，如果大于此坡度，在驾驶员松开制定踏板或电子手刹后，系统会等待1到2秒后，再松开实际刹车装置，车辆慢慢往后溜。这种设计可以保证车辆不是立刻后溜，给驾驶员一定的反应和采取措施的时间，大大增加了系统的安全性。

相对于现有技术中的方案，本发明的优点是：

本发明技术方案结合了目前汽车电气化的大趋势，通过手刹更换成电子手刹，并通过电子手刹的信号来实现起步的整体控制，能够最大可能的保证系统不溜坡；同时应用完备的堵转和过温的诊断，保证系统的安全；同时松开刹车或制动踏板不立即溜坡的方法增加了车辆的安全性。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的纯电动车坡道起步控制系统的结构示意图；

图2为本发明的纯电动车坡道起步控制系统的控制逻辑图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

实施例

如图1所示，该纯电动车坡道起步控制系统，包括信号输入模块、整车控制器和电机控制器，所述信号输入模块接收坡道传感器的坡道信号、油门踏板的信号、制动踏板的信号和电子手刹的信号，并将信号作为整车控制器的输入信号；所述整车控制器根据坡道传感器的坡道信号、油门踏板的信号、制动踏板的信号、电子手刹的信号、车辆速度、电机信号判断车辆的状态和驾驶员的意图，并根据车辆的状态和驾驶员的意图进行坡度起步的控制；所述电机控制器用于接收整车控制器的扭矩输出指令进行扭矩闭环，控制电机输出扭矩，并根据电机上的电流传感器和转速传感器计算得到电机的实际扭矩和转速，将实际状态反馈给整车控制器。

所述电机控制器还用于根据电机上的温度传感器判断电机温度；将温度反馈给整车控制器，并根据整车控制器的指令进行电机保护。

进行纯电动车坡道起步控制时，按照以下步骤进行：

（1）根据纯电动车的坡道传感器的信号判断纯电动车是否处于坡道上，并获得车辆的速度，根据车辆的速度、纯电动车电子手刹的状态、纯电动车制动踏板的状态判断车辆是否处于驻车状态；

（2）当车辆处于驻车状态时，根据纯电动车电子手刹、制动踏板的状态变化判断驾驶者是否启动坡道起步模式；

（3）当车辆启动坡道起步模式时，纯电动车根据纯电动车坡道传感器的信号、车辆信息计算需要的前进扭矩，作为目标扭矩；当车辆的实际扭矩达到目标扭矩时，纯电动车电子手刹或者制动踏板松开纯电动车刹车盘进行坡道起步。

步骤（3）中当车辆启动坡道起步模式时，纯电动车还根据加速踏板的状态判断车辆是否处于堵转状态；当车辆处于堵转状态时，启动跛行模式，并提示驾驶员，报出故障；当车辆不处于堵转状态时，则判断实际扭矩是否达到目标扭矩；当实际扭矩达到目标扭矩时，纯电动车电子手刹或者制动踏板松开纯电动车刹车盘进行坡道起步。

车辆是否处于堵转状态是通过车辆的实际扭矩是否大于堵转扭矩，且是否超过预定时间来判断的；当车辆的实际扭矩大于堵转扭矩，且超过预定时间，则判定车辆处于堵转状态；否则判定车辆不处于堵转状态。

当车辆处于堵转状态时，启动跛行模式后，车辆进入跛行状态；车辆继续判断车辆的实际扭矩；当车辆实际扭矩小于堵转的扭矩，并超过预定时间时，车辆转为正常运行状态。

所述方法还包括根据纯电动车的电机温度对纯电动车的最大输出扭矩进行控制的步骤。所述方法中预设温度T1、T2、T3；其中纯电动车的电机温度小于温度T1时扭矩不设限制；纯电动车的电机温度在温度T1～T2时，扭矩线性限制；纯电动车的电机温度超过温度T3时，向驾驶员提示，报出故障。

步骤（2）中车辆处于驻车状态，如果纯电动车的坡道传感器检测到的坡度大于最大前行坡度，则启动坡道起步模式后，纯电动车电子手刹、制动踏板等待预定时候后再松开刹车盘。

整车控制器通过坡道传感器的坡道信号、加速踏板信号、制动踏板信号和电子手刹的信号来进行判断的。此四个信号作为整车控制器的输入信号，来判断车辆所处的状态和驾驶员的意图。

具体来说，整车控制器首先检测到坡道传感器的信号，判断纯电动车是否处于坡道上。坡度传感器采用常见的倾角类传感器，该传感器输出电信号给控制器，控制器处理成具体的坡度信号。然后根据坡度信号判断车辆是否处于坡度上。

如果处在坡度上，则根据车辆车速判断车辆是否静止。如果车辆静止，同时系统判断电子手刹信号，电子手刹传感器采用高低电压判断信号，但手刹起作用，输出高电平，反之，则输出低电平。因此系统当判断电子手刹传来的PIN角高电平时，则手刹起作用。如果手刹起作用。则车辆处在坡度驻车状态。

如果电子手刹对应的PIN角变成低电平，则进入计算扭矩。

还有一种方式，当电子手刹的PIN仍然为高电平，但是系统发现加速油门被踩下。加速油门的信号通过加速油门传感器得到，油门传感器本质上为一电位移传感器，根据踏板的深度得到不同的电压值，系统根据不同的电压值得到不同油门深度，从而判断车辆是否处在加速阶段并且计算加速扭矩。

如果电子手刹没起作用，而此时系统发现此时车辆处在坡度并且车速为0，还有种可能是电动车制动踏板起作用，这时系统判断制动踏板是否被踩下。制动踏板的信息通过制动踏板传感器得到。该传感器可以为高低电平传感器或者是电位移传感器，如果制动踏板信号发现踏板被踩下，说明系统处在坡度驻车状态。

系统继续判断，如果制动踏板松开，说明驾驶员要进行坡度起步。当车辆启动坡道起步模式时，纯电动车根据纯电动车坡道传感器的信号、车辆信息计算需要的前进扭矩，作为目标扭矩；当车辆的实际扭矩达到目标扭矩时，纯电动车电子手刹或者制动踏板松开纯电动车刹车盘进行坡道起步。

其中整车控制器一般由一个16位的控制芯片作为计算核心，包括硬件引脚将以上的输入信号采集进来，由于与电机控制器的交互信号较多，采用CAN总线方式实现。整车控制器完成坡度起步的主控制，包括信号的处理，目标扭矩的计算，车辆实际状态的判断。

电机控制器由于电机扭矩的计算速度要求很高，一般由一个32位的控制芯片作为计算核心。电机控制器接收整车控制器控制电机的扭矩输出指令，并将实际状态如转速、扭矩反馈给整车控制器。电机控制器根据接收到的扭矩进行扭矩闭环，控制电机输出扭矩；并根据电机上的电流传感器和转速传感器计算得到电机的实际扭矩和转速。同时电机控制器判断相关状态，如电机进入堵转状态，则进行相关的保护。

上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种纯电动车坡道起步控制方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

（1）根据纯电动车的坡道传感器的信号判断纯电动车是否处于坡道上，并获得车辆的速度，根据车辆的速度、纯电动车电子手刹的状态、纯电动车制动踏板的状态判断车辆是否处于驻车状态；

（2）当车辆处于驻车状态时，根据纯电动车电子手刹、制动踏板的状态变化判断驾驶者是否启动坡道起步模式；

（3）当车辆启动坡道起步模式时，纯电动车还根据加速踏板的状态判断车辆是否处于堵转状态；当车辆处于堵转状态时，启动跛行模式，并提示驾驶员，报出故障；当车辆不处于堵转状态时，纯电动车根据纯电动车坡道传感器的信号、车辆信息计算需要的前进扭矩，作为目标扭矩，判断实际扭矩是否达到目标扭矩；当车辆的实际扭矩达到目标扭矩时，纯电动车电子手刹或者制动踏板松开纯电动车刹车盘进行坡道起步。

2.根据权利要求1所述的纯电动车坡道起步控制方法，其特征在于所述方法中车辆是否处于堵转状态是通过车辆的实际扭矩是否大于堵转扭矩，且是否超过预定时间来判断的；当车辆的实际扭矩大于堵转扭矩，且超过预定时间，则判定车辆处于堵转状态；否则判定车辆不处于堵转状态。

3.根据权利要求1所述的纯电动车坡道起步控制方法，其特征在于所述方法中当车辆处于堵转状态时，启动跛行模式后，车辆进入跛行状态；车辆继续判断车辆的实际扭矩；当车辆实际扭矩小于堵转的扭矩，并超过预定时间时，车辆转为正常运行状态。

4.根据权利要求1所述的纯电动车坡道起步控制方法，其特征在于所述方法还包括根据纯电动车的电机温度对纯电动车的最大输出扭矩进行控制的步骤。

5.根据权利要求4所述的纯电动车坡道起步控制方法，其特征在于所述方法中预设温度T1、T2、T3；其中纯电动车的电机温度小于温度T1时扭矩不设限制；纯电动车的电机温度在温度T1～T2时，扭矩线性限制；纯电动车的电机温度超过温度T3时，向驾驶员提示，报出故障。

6.根据权利要求1所述的纯电动车坡道起步控制方法，其特征在于所述方法步骤（2）中车辆处于驻车状态，如果纯电动车的坡道传感器检测到的坡度大于最大前行坡度，则启动坡道起步模式后，纯电动车电子手刹、制动踏板等待预定时候后再松开刹车盘。

7.一种纯电动车坡道起步控制系统，其特征在于所述系统包括信号输入模块、整车控制器和电机控制器，所述信号输入模块接收坡道传感器的坡道信号、油门踏板的信号、制动踏板的信号和电子手刹的信号，并将信号作为整车控制器的输入信号；所述整车控制器根据坡道传感器的坡道信号、油门踏板的信号、制动踏板的信号、电子手刹的信号、车辆速度、电机信号判断车辆的状态和驾驶员的意图，并根据车辆的状态和驾驶员的意图进行坡度起步的控制；所述电机控制器用于接收整车控制器的扭矩输出指令进行扭矩闭环，控制电机输出扭矩，并根据电机上的电流传感器和转速传感器计算得到电机的实际扭矩和转速，将实际状态反馈给整车控制器；当车辆启动坡道起步模式时，纯电动车还根据加速踏板的状态判断车辆是否处于堵转状态；当车辆处于堵转状态时，启动跛行模式，并提示驾驶员，报出故障；当车辆不处于堵转状态时，则判断实际扭矩是否达到目标扭矩；当实际扭矩达到目标扭矩时，纯电动车电子手刹或者制动踏板松开纯电动车刹车盘进行坡道起步。

8.根据权利要求7所述的纯电动车坡道起步控制系统，其特征在于所述系统中所述电机控制器还用于根据电机上的温度传感器判断电机温度；将温度反馈给整车控制器，并根据整车控制器的指令进行电机保护。