CN115837844A - 一种单踏板电动直驱车辆控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于纯电动车辆控制策略技术领域，具体涉及一种单踏板电动直驱车辆控制方法。该方法首先获取车辆所处道路的道路坡度、车辆的踏板位移和踏板位移速率；然后判断车辆所处的工作区间，所述工作区间为驱动区间、滑动区间或者制动区间；在车辆处于驱动区间的情况下，若道路坡度大于0，则增加踏板开度对应的转矩值；且若道路坡度大于坡度阈值、踏板位移大于踏板位移阈值或者踏板位移速率阈值大于踏板位移速率阈值，还需对增加后的踏板开度对应的转矩值进行补偿。本发明在车辆处于驱动区间的情况下，增加踏板开度对应的转矩值，进而在坡度较大、踏板位移较大或者踏板位移率较大的情况下，同样对电机转矩进行补偿，满足车辆需求。

Description

一种单踏板电动直驱车辆控制方法

技术领域

本发明属于纯电动车辆控制策略技术领域，具体涉及一种单踏板电动直驱车辆控制方法。

背景技术

我国新能源汽车行业发展迅速，呈现出一片欣欣向荣的景象。相对于传统汽车来说，纯电动汽车有着诸多的优势，例如相较于传统车辆，纯电动车辆在行使过程中可以做到零排放，更加环保；不对汽油产生绝对的依赖，受石油危机的影响较小；电机的能量转换效率相较于内燃机有着绝对的优势。但是纯电动车辆也有自身的不足之处，续航问题是纯电动车辆的致命弱点。

制动能量回收技术是提高纯电动车辆续航能力的一项重要技术。相较于基于刹车踏板的制动能量回收技术，单踏板技术是将制动回收功能集成到加速踏板上，驾驶员仅通过一个踏板就可以驾驶汽车，这样不仅大大减小了驾驶难度，并且能够提高制动能量回收效率，有效提高能量回收效果。

目前，最简单的控制策略为仅基于踏板开度来输出电机扭矩，但部分驾驶员经常出现误踩的情况，踏板开度不能准确体现驾驶员意图。申请公开号为CN111098717A的中国发明专利公开了一种电动汽车的单踏板控制方法，该控制方法依据踏板开度值、踏板开度值变化率、车速以及车辆加速度确定车辆的行驶状态。该方案中所依据的参数均为车辆自身的参数，如果车辆处于环境工况较差的环境中，驾驶员也容易出现对环境工况估摸不准而导致所踩踏的踏板深度不能完全体现驾驶员意图的情况，因而仅依据车辆自身参数来输出电机扭矩仍无法准确体现驾驶员意图。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单踏板电动直驱车辆控制方法，用以解决仅依据车辆自身参数来输出电机扭矩无法准确体现驾驶员意图的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种单踏板电动直驱车辆控制方法，包括如下步骤：

1)获取车辆所处道路的道路坡度、车辆的踏板位移和踏板位移速率；

2)判断车辆所处的工作区间，所述工作区间为驱动区间、滑动区间或者制动区间；

3)在车辆处于驱动区间的情况下，若道路坡度大于0，则增加踏板开度对应的转矩值；且若道路坡度大于坡度阈值、踏板位移大于踏板位移阈值或者踏板位移速率阈值大于踏板位移速率阈值，还需对增加后的踏板开度对应的转矩值进行补偿。

其有益效果为：本发明在车辆处于驱动区间的情况下，增加踏板开度对应的转矩值，可以使车辆尽快达到驾驶员的需要状态，进而在坡度较大的情况下，还需对扭矩值进行补偿，以在坡度较大这种恶劣工况下仍能尽快达到驾驶员的需求状态，而且，在踏板位移较大或者踏板位移率较大的情况下，反映出驾驶员当前急需汽车另一种稳态，同样对电机转矩进行补偿，满足车辆对另一种稳态的需求。

进一步地，步骤1)中还需获取车辆的当前速度；步骤2)中，若当前速度v∈(0,v1]表明车辆处于制动区间，若当前速度v∈(v1,v2]表明车辆处于滑动区间，若当前速度

∈(v2,v_max]表明车辆处于驱动区间；其中，v1为制动区间与滑动区间分界线，v2为滑动区间与驱动区间分界线，且计算公式分别为：

式中，v_max为车辆最高车速，m为特性系数，pel为踏板位移，pel_max为车辆在最高车速时滑动区所对应踏板位移的最大值，pel_ai为车辆在最高车速时滑动区所对应踏板位移的最大值与最小值之差。

其有益效果为：根据当前车速和踏板位移可以准确判断驾驶员意图，便于依据不同的驾驶员意图来输出电机转矩。

进一步地，最大动态转矩变化补偿值依据如下公式计算得到：

dT_plus-max＝dT_0max-dT₀

式中，G为总重力，f为滚动阻力系数，α为道路坡度，C_D为风阻系数，A为迎风面积，u_a为车辆行驶速度，_as为稳态速度,为总质量，f为滚动阻力系数，r为滚动半径，dT_plus为最大转矩变化补偿值，dT₀为最小转矩变化补偿值，u为当前车速，u_max为最高车速，dT_plus-max为最大动态转矩变化补偿值，dT_0max为转矩变化率最高值。

进一步地，步骤3)中，若道路坡度等于0，则减低踏板开度对应的转矩值。

其有益效果为：车辆处于平路的情况下减低踏板开度对应的转矩值可以保证车辆行驶安全。

进一步地，步骤3)中，若道路坡道小于0，则增大踏板开度对应的负转矩值。

其有益效果为：车辆处于下坡的情况下增大踏板开度对应的负转矩值可以保证车辆下车行驶安全。

进一步地，在车辆处于制动区间的情况下：若踏板位移大于0、或者踏板位移等于0且道路坡度大于0，不进行制动；若踏板位移等于0且道路坡度小于等于0，则在踏板位移和踏板位移速度同时大于对应的阈值的情况下，电机制动能量回收以最大值进行回收并且增加制动器制动，否则只进行电机制动能量回收；若踏板被完全松开，则只进行制动器制动。

其有益效果为：根据踏板位移、踏板位移速率、道路坡度采用不同的制动能量回收方式，包括不进行电机制动能量回收、只进行电机制动能量回收、只进行制动器制动、利用制动器制动作为补偿力矩四种方式，可以在满足车辆制动需求的基础上最大限度进行制动能量回收，提高制动能量回收的效率，增强制动能量回收效果，且保证了车辆行驶安全。

进一步地，进行电机制动能量回收时，电机制动能量回收转矩为：

式中，T_m为当前制动能量回收转矩，α为道路坡度换算系数，β为踏板位移速率换算系数，γ为踏板位移换算系数，v_pel为当前踏板位移速率，v_max为达到增加制动器制动踏板位移速率阈值，x_max为达到增加制动器制动踏板位移阈值，T_m-max为电机峰值转矩。

进一步地，在车辆处于滑动区间的情况下，电机不提供转矩。

其有益效果为：在车辆处于滑行状态时电机不提供转矩可以降低车辆能耗。

附图说明

图1是本发明的整体控制框架图；

图2是本发明的电动直驱商用车单踏板系统及其控制方法的架构图；

图3是本发明的单踏板转矩响应图；

图4是本发明的单踏板电动直驱车辆控制方法的流程图；

图5(a)是平路时单踏板控制map图；

图5(b)是上坡时单踏板控制map图；

图5(c)是下坡时单踏板控制map图。

具体实施方式

本发明针对单踏板电动直驱车，所采用的控制策略包括：获取当前车速、踏板位移、踏板位移速率、道路坡度四个参数，其中踏板开度对应电机转矩以确定需求扭矩，通过道路坡度的大小限制最大功率输出，通过踏板位移、踏板位移速率、道路坡度判断是否进行转矩补偿；通过踏板位移、踏板位移速率、道路坡度判断制动能量回收方式(不进行电机制动能量回收、只进行电机制动能量回收、只进行制动器制动、利用制动器制动作为补偿力矩)，通过修改转矩变化值降低从驱动到制动快速变化对驾驶员带来的冲击及降低电机堵转概率；通过踏板位移、踏板位移速率、道路坡度三个参数来确定制动能量回收的大小。为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

方法实施例：

本实施例针对的车辆是电动直驱商用车，如图1、图2和图4所示，具体的控制过程如下：

步骤一，获取道路坡度以及车辆的当前车速、踏板位移(是一个变量值，其结果为当前踏板值减去上一步长的踏板值)和踏板位移率，并发送给VCU，VCU转发给单踏板控制器。各参数采用如下方式得到：

道路坡度由坡度传感器直接发送给VCU。当前车速由电机转速计算得到，由于本实施例针对的车辆采用的是电动直驱的驱动方式，没有变速箱，不仅减少了变速箱的机械效率损失，并且商用车对最高车速的要求不高，满足汽车对最高车速的需求，电机转速由MCU通过CAN线反馈传输给VCU，VCU计算当前车速为：

式中，u为当前车速，n为电机转速，r为车轮滚动半径，i为主减速器传动比。

踏板位移由踏板电压值标定为开度值。本实施例的车辆踏板选用地板式油门踏板，该踏板通过传感器感应踏板位移的开度，经由线束插件把电压值变化传输给VCU，经过标定之后，电压值对应踏板位移。踏板位移率由踏板位移计算得到，踏板位移速率的计算公式为：

式中，v_pel为踏板位移速率，pel_t为当前步长下加速踏板位移，pel_t-1为前一步长加速踏板位移，t_step为一个步长的时间。

步骤二，通过当前车速和踏板位移划分三个区间的范围，具体通过如图3所示的二维坐标系来表示，横坐标为踏板位移P(即踏板开度)，纵坐标为车速v，以使单踏板控制器根据当前车速和踏板位移，判断车辆所处的工作区间：驱动区间、滑动区间和制动区间，从而实现驾驶员意图识别。车辆处于不同的工作区间采用不同的策略，具体的，v∈(0,v1]表明车辆处于制动区间，则执行步骤三，v∈(v1,v2]表明车辆处于滑动区间，则执行步骤四，v∈(v2,v_max]表明车辆处于驱动区间，则执行步骤五。三个区间之间的分界线具体为：

滑动区间与制动区间分界线的表达式为：

滑动区间与驱动区间分界线的表达式为：

式中，v_max为车辆最高车速，m为特性系数，pel为踏板位移，pel_max为车辆在最高车速时滑动区所对应踏板位移的最大值，pel_ai为车辆在最高车速时滑动区所对应踏板位移的最大值与最小值之差。

步骤三，车辆处于制动区间，执行制动策略。制动策略通过考虑踏板位移、踏板位移速率、道路坡度进入制动能量回收系统；制动能量回收系统包括不进行制动能量回收、只进行电机制动能量回收、只进行制动器制动、以及进行电机制动能量回收和制动器制动能量回收4种制动方案。具体根据如下条件判断执行哪一种方案：

1)当踏板位移大于0时，不制动，否则判断道路坡度是否大于0：若道路坡度大于0，不制动，否则执行步骤2)。

2)当道路坡度小于等于0时，同时判断踏板位移和踏板位移速率：若踏板位移和踏板速率同时大于各自的阈值，则电机制动能量回收以最大值进行回收并且增加制动器制动；否则只进行电机制动能量回收。其中，电制动的大小由踏板位移、踏板位移速率、道路坡度的数值大小来决定，电机制动的大小为：

式中，T_m为当前制动能量回收转矩，α为道路坡度换算系数，β为踏板位移速率换算系数，γ为踏板位移换算系数，v_pel为当前踏板位移速率，v_max为达到增加制动器制动踏板位移速率阈值，x_max为达到增加制动器制动踏板位移阈值，T_m-max为电机峰值转矩。

3)当踏板完全松开(踏板值为零)时，此时认定为紧急制动，为保障行驶安全，只进行制动器制动。

步骤四，车辆处于滑动区间，电机此时不提供转矩。滑动状态位于汽车制动状态和驱动状态之间，汽车处于滑动状态时，汽车受滚动阻力和空气阻力，电机此时不提供转矩。

步骤五，车辆处于驱动区间，此时以加速踏板和电机转速作为输入，以电机转矩作为输出，加速踏板反映出驾驶员的驾驶需求，电机转速可以得到当前状态下的电机所能提供的最大功率。当转速值没有超过额定转速时，电机所能提供的最大转矩为电机最大转矩，此时为恒转矩部分，当电机的转速值超过额定转速时，由于汽车所能提供的最大功率恒定，点击所能提供的最大转矩会逐渐减少，此时为恒功率部分。平路、上坡、下坡时单踏板控制map图分别如图5(a)、图5(b)、图5(c)所示，车辆处于驱动区间下的具体的控制策略可分为如下三种模式：

1)单踏板模式1：当坡度大于0时，增加踏板开度对应的扭矩值。增加电机扭矩补偿机制中，踏板位移及位移率的变化能够反映出驾驶员当前对另一汽车稳态的需求，当位移及位移率都比较大时，反映出驾驶员当前急需汽车另一种稳态，当坡度大于阈值a，或者踏板位移大于阈值b，或者踏板位移率大于阈值c，此时对电机转矩进行补偿。

汽车行驶当前动力学公式为：

稳态速度为：

转矩变化率上限值为：

最大动态转矩变化补偿值为：

dT_plus-max＝dT_0max-dT₀

其中，G为总重力，f为滚动阻力系数，α为道路坡度，C_D为风阻系数，A为迎风面积，u_a为汽车行驶速度，u_as为稳态速度，为总质量，f为滚动阻力系数，r为滚动半径，dT_plus为最大转矩变化补偿值，dT₀为最小转矩变化补偿值，u为当前车速，u_max为最高车速，dT_plus-max为最大动态转矩变化补偿值，dT_0max为转矩变化率最高值。

2)单踏板模式2：当道路坡度等于0时，减低踏板开度对应的扭矩值。

3)单踏板模式3：当道路坡度小于0时，增大踏板开度对应的负扭矩值。

综上本发明获取的数据包括道路坡度，对于坡度变化较大的工况，能够更加准确判断驾驶员意图；通过道路坡度设置不同的踏板转矩响应，降低了汽车的能耗；在踏板位移和踏板位移率变化较大的情况下，增加转矩补偿机制，满足汽车对另一稳态的需求。

Claims (8)

1.一种单踏板电动直驱车辆控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)获取车辆所处道路的道路坡度、车辆的踏板位移和踏板位移速率；

2)判断车辆所处的工作区间，所述工作区间为驱动区间、滑动区间或者制动区间；

3)在车辆处于驱动区间的情况下，若道路坡度大于0，则增加踏板开度对应的转矩值；且若道路坡度大于坡度阈值、踏板位移大于踏板位移阈值或者踏板位移速率阈值大于踏板位移速率阈值，还需对增加后的踏板开度对应的转矩值进行补偿。

2.根据权利要求1所述的单踏板电动直驱车辆控制方法，其特征在于，步骤1)中还需获取车辆的当前速度；步骤2)中，若当前速度v∈(0，v1]表明车辆处于制动区间，若当前速度v∈(v1，v2]表明车辆处于滑动区间，若当前速度v∈(v2，v_max]表明车辆处于驱动区间；其中，v1为制动区间与滑动区间分界线，v2为滑动区间与驱动区间分界线，且计算公式分别为：

式中，v_max为车辆最高车速，m为特性系数，pel为踏板位移，pel_max为车辆在最高车速时滑动区所对应踏板位移的最大值，pel_ai为车辆在最高车速时滑动区所对应踏板位移的最大值与最小值之差。

3.根据权利要求1所述的单踏板电动直驱车辆控制方法，其特征在于，最大动态转矩变化补偿值依据如下公式计算得到：

dT_plus-max＝dT_0max-dT₀

式中，G为总重力，f为滚动阻力系数，α为道路坡度，C_D为风阻系数，A为迎风面积，u_a为车辆行驶速度，u_as为稳态速度，m为总质量，f为滚动阻力系数，r为滚动半径，dT_plus为最大转矩变化补偿值，dT₀为最小转矩变化补偿值，u为当前车速，u_max为最高车速，dT_plus-max为最大动态转矩变化补偿值，dT_0max为转矩变化率最高值。

4.根据权利要求1所述的单踏板电动直驱车辆控制方法，其特征在于，步骤3)中，若道路坡度等于0，则减低踏板开度对应的转矩值。

5.根据权利要求1所述的单踏板电动直驱车辆控制方法，其特征在于，步骤3)中，若道路坡道小于0，则增大踏板开度对应的负转矩值。

6.根据权利要求1所述的单踏板电动直驱车辆控制方法，其特征在于，在车辆处于制动区间的情况下：

若踏板位移大于0、或者踏板位移等于0且道路坡度大于0，不进行制动；

若踏板位移等于0且道路坡度小于等于0，则在踏板位移和踏板位移速度同时大于对应的阈值的情况下，电机制动能量回收以最大值进行回收并且增加制动器制动，否则只进行电机制动能量回收；

若踏板被完全松开，则只进行制动器制动。

7.根据权利要求6所述的单踏板电动直驱车辆控制方法，其特征在于，进行电机制动能量回收时，电机制动能量回收转矩为：

式中，T_m为当前制动能量回收转矩，α为道路坡度换算系数，β为踏板位移速率换算系数，γ为踏板位移换算系数，v_pel为当前踏板位移速率，v_max为达到增加制动器制动踏板位移速率阈值，x_max为达到增加制动器制动踏板位移阈值，T_m-max为电机峰值转矩。

8.根据权利要求1所述的单踏板电动直驱车辆控制方法，其特征在于，在车辆处于滑动区间的情况下，电机不提供转矩。

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