基于转速环加位置环的纯电动汽车防溜坡方法及系统与流程

1.本发明属于电动汽车防溜坡领域，尤其是涉及一种基于转速环加位置环的纯电动汽车防溜坡方法及系统。


背景技术：

2.随着新能源车辆应用领域的发展，各种特种作业环境也纷纷选择依靠纯电驱作为其运载车辆的动力驱动方式，纯电动汽车需要面对的工作状态越来越复杂，其控制器所需要考虑的应用场景也越来越多。
3.在电动汽车正常运行条件下，电动汽车在上坡和下坡的过程中，针对车辆进入防溜坡和退出防溜坡的能够设置稳定的控制方法，对于电动汽车的稳定运行有重要意义，给驾乘人员带来更好的用户体验。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明旨在提出一种基于转速环加位置环的纯电动汽车防溜坡方法及系统，以解决现有的电动汽车车辆进入防溜坡和退出防溜坡控制不稳定的问题。
5.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
6.一方面，本技术提出一种基于转速环加位置环的纯电动汽车防溜坡方法，具体步骤如下：
7.s11、若车轮转动方向与挡位方向相反，且车轮达到设定转速阈值并超过设定维持时间，进入防溜坡模式；
8.s12、计算防溜坡扭矩，所述防溜坡扭矩为位置环扭矩与速度环扭矩之和；
9.s13、电机由转矩模式或转速模式进入防溜坡模式，并输出防溜坡扭矩。
10.进一步的，步骤s11中，设定转速阈值及设定维持时间分别为：
11.车辆在前进档的条件下，设定转速为负转速且转速小于-20rpm，设定维持时间为30ms；
12.或者车辆在后退档的条件下，设定转速为正转速且转速大于20rpm，设定维持时间为30ms。
13.进一步的，步骤s11中，判断进入防溜坡模式，车辆停下后出现与行驶方向相反的转速，具体判断方法：
14.车辆在前进档的条件下出现负转速且转速小于-20rpm且维持30ms，或者车辆在后退档的条件下出现正转速且转速大于20rpm且维持30ms。
15.进一步的，步骤s12中，位置环扭矩的计算公式：
16.t
位置环
＝k
p位置环
*θ
err
+∫k
i位置环
*θ
err
dt，
17.θ
err
＝θ
给定值-θ
实际值
18.其中，
19.θ
err
为进入防溜坡模式后电机角度变化量误差，
20.θ
给定值
为角度变化量给定值，防溜坡模式下取值为0，
21.θ
实际值
为进入防溜坡模式后电机角度变化量，通过编码器获得，
22.k
p位置环
为位置环pi控制器里的比例系数，人为经验确定，
23.k
i位置环
为位置环的积分系数，人为经验确定；
24.速度环扭矩的计算公式：
25.t
速度环
＝k
p速度环
*ω
err
+∫k
i速度环
*ω
err
dt，
26.ω
err
＝ω
给定值-ω
实际值
，
27.ω
err
为进入防溜坡模式后的电机转速误差，
28.ω
实际值
为进入防溜坡模式后的电机转速，通过编码器获得，
29.ω
给定值
为电机目标转速，防溜坡模式下取值为0，
30.k
p速度环
为速度环pi控制器里的比例系数，人为经验确定，
31.k
i速度环
为速度环的积分系数，人为经验确定。
32.进一步的，确定k
p位置环
、k
i位置环
、k
p速度环
、k
i速度环
过程中，k
p位置环
、k
p速度环
是实时响应因素，因此k
p位置环
、k
p速度环
均在防溜坡转矩的调节速度响应慢的时刻加大，均在防溜坡转矩的调节速度响应过快的时刻减小；
33.k
i位置环
、k
i速度环
是累积因素，均在防溜坡产生扭矩太小的时刻加大，防溜坡产生扭矩太大的时刻减小；
34.在进入防溜坡模式后，位置环提供扭矩值起保持作用，速度环提供扭矩值起调节作用，因此位置环pi控制器的占比权重应该比速度环pi控制器的占比权重大,即k
p位置环
+k
i位置环
》》k
p速度环
+k
i速度环
。
35.进一步的，还包括退出防溜坡模式方法，具体如下：
36.s21、判断电动汽车退出防溜坡模式；
37.s22、采用防溜坡模式下比较退出机制来转换电机扭矩，当防溜坡扭矩大于油门扭矩，电机扭矩等于防溜坡扭矩，当油门扭矩大于防溜坡扭矩，电机扭矩转换为油门扭矩。
38.进一步的，步骤s21中，判断电动汽车退出防溜坡模式具体判断条件：
39.档位信号为空挡，或者控制器出现严重警报，或者电机温度超过100
°
，或者控制器温度超过70
°
，或者防前溜下电机速度大于100rpm，或者防后溜下电机速度小于-100rpm，或者油门扭矩值大于防溜坡扭矩值且保持20ms且进入防溜坡后的位置误差减小为0。
40.另一方面，本技术还提出一种应用前述基于转速环加位置环的纯电动汽车防溜坡方法的基于转速环加位置环的纯电动汽车防溜坡系统，包括电机控制箱、编码器、电机，所述编码器输入端与电机连接，用于获得电机位置信号，所述编码器的输出端与电机控制箱连接，用于输出电机位置信号，所述电机控制箱输出端与电机连接用于输出扭矩给定值。
41.相对于现有技术，本发明所述的基于转速环加位置环的纯电动汽车防溜坡方法及系统具有以下有益效果：
42.(1)本发明所述的防溜坡扭矩为位置环扭矩与速度环扭矩之和，确保向电机提供的防溜坡扭矩稳定阻止车辆进一步下滑，让车辆在斜坡上保持稳定，避免了传统防溜坡策略中只考虑由速度环提供防溜坡扭矩，车辆停稳车速为零后不再提供防溜坡扭矩，车辆出现继续下滑再出现转速后才会重新提供防溜坡扭矩而造成车况的不稳定问题。
43.(2)本发明所述的比较退出机制通过对防溜坡扭矩和油门扭矩进行比较确认电机
扭矩，可以在退出过程中平滑输出扭矩，不会在防溜坡退出过程中出现扭矩突变造成的驾驶者感官不适。
附图说明
44.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
45.图1为本发明实施例所述的防溜坡前进档工况模拟图；
46.图2为本发明实施例所述的防溜坡后退档工况模拟图；
47.图3为本发明实施例所述的进入防溜坡模式后电机角度变化量θ
实际值
示意图；
48.图4为本发明实施例所述的基于转速环加位置环的纯电动汽车防溜坡系统示意图；
49.图5为本发明实施例所述的退出防溜坡模式电机扭矩取值示意图。
具体实施方式
50.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
51.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
52.在本发明的描述中，需要说明的是，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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
53.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
54.如图1至图5所示，一方面，本技术提出基于转速环加位置环的纯电动汽车防溜坡方法，具体步骤如下：
55.s11、若车轮转动方向与挡位方向相反，且车轮达到设定转速阈值并超过设定维持时间，进入防溜坡模式；
56.s12、计算防溜坡扭矩，所述防溜坡扭矩为位置环扭矩与速度环扭矩之和；
57.s13、电机由转矩模式或转速模式进入防溜坡模式，并输出防溜坡扭矩。
58.如图1、图2所示，步骤s11中，设定转速阈值及设定维持时间分别为：
59.车辆在前进档的条件下，设定转速为负转速且转速小于-20rpm，设定维持时间为30ms；
60.或者车辆在后退档的条件下，设定转速为正转速且转速大于20rpm，设定维持时间为30ms。
61.如图1至图4所示，步骤s12中，位置环扭矩的计算公式：
62.t
位置环
＝k
p位置环
*θ
err
+∫k
i位置环
*θ
err
dt，
63.θ
err
＝θ
给定值-θ
实际值
64.其中，
65.θ
err
为进入防溜坡模式后电机角度变化量误差，
66.θ
给定值
为角度变化量给定值，防溜坡模式下取值为0，
67.θ
实际值
为进入防溜坡模式后电机角度变化量，通过编码器获得，
68.k
p位置环
为位置环pi控制器里的比例系数，人为经验确定，
69.k
i位置环
为位置环的积分系数，人为经验确定；
70.速度环扭矩的计算公式：
71.t
速度环
＝k
p速度环
*ω
err
+∫k
i速度环
*ω
err
dt，
72.ω
err
＝ω
给定值-ω
实际值
，
73.ω
err
为进入防溜坡模式后的电机转速误差，
74.ω
实际值
为进入防溜坡模式后的电机转速，通过编码器获得，
75.ω
给定值
为电机目标转速，防溜坡模式下取值为0，
76.k
p速度环
为速度环pi控制器里的比例系数，人为经验确定，
77.k
i速度环
为速度环的积分系数，人为经验确定。
78.通过电机编码器获得电机位置信号，通过对电机角度求导得到电机转速ω
实际值
，通过对位置信号积分求和得到电机角度变化量θ
实际值
，
79.如图3所示，电机角度变化量θ
实际值
＝防溜坡模式电机角度-防溜坡进入时刻初始电机角度。
80.如图1至图4所示，确定k
p位置环
、k
i位置环
、k
p速度环
、k
i速度环
过程中，k
p位置环
、k
p速度环
是实时响应因素，因此k
p位置环
、k
p速度环
均在防溜坡转矩的调节速度响应慢的时刻加大，均在防溜坡转矩的调节速度响应过快的时刻减小；
81.k
i位置环
、k
i速度环
是累积因素，均在防溜坡产生扭矩太小的时刻加大，防溜坡产生扭矩太大的时刻减小；
82.在进入防溜坡模式后，位置环提供扭矩值起保持作用，速度环提供扭矩值起调节作用，因此位置环pi控制器的占比权重应该比速度环pi控制器的占比权重大,即k
p位置环
+k
i位置环
》》k
p速度环
+k
i速度环
。
83.如图1至图4所示，还包括退出防溜坡模式方法，具体如下：
84.s21、判断电动汽车退出防溜坡模式；
85.s22、采用防溜坡模式下比较退出机制来转换电机扭矩，当防溜坡扭矩大于油门扭矩，电机扭矩等于防溜坡扭矩，当油门扭矩大于防溜坡扭矩，电机扭矩转换为油门扭矩。
86.如图1至图4所示，步骤s21中，判断电动汽车退出防溜坡模式具体判断条件：
87.档位信号为空挡，或者控制器出现严重警报，或者电机温度超过100
°
，或者控制器温度超过70
°
，或者防前溜下电机速度大于100rpm，或者防后溜下电机速度小于-100rpm，或者油门扭矩值大于防溜坡扭矩值且保持20ms且进入防溜坡后的位置误差减小为0。
88.如图5所示，步骤s22中，t0时刻进入防溜坡模式后，电机转矩目标值由防溜坡扭矩n1提供，t1时刻踩下油门出现油门扭矩，t2时刻油门扭矩值大于防溜坡扭矩值，电机扭矩目标值由油门扭矩值n2表示；
89.传统防溜坡策略下，正式退出防溜坡之前电机转矩一直为速度环提供的防溜坡扭矩，满足退出条件后电机转矩为油门信号提供的转矩给定值。当退出防溜坡模式时，车辆往往会因为两个转矩值切换造成的强烈的推力使驾驶员感官不适，而本技术通过对防溜坡扭矩和油门扭矩进行比较退出机制，可以在退出过程中平滑输出电机扭矩，不会在防溜坡退出过程中出现电机扭矩突变造成的驾驶者感官不适。
90.如图1至图5所示，另一方面，本技术还提出一种应用前述基于转速环加位置环的纯电动汽车防溜坡方法的基于转速环加位置环的纯电动汽车防溜坡系统，包括电机控制箱、编码器、电机，所述编码器输入端与电机连接，用于获得电机位置信号，所述编码器的输出端与电机控制箱连接，用于输出电机位置信号，所述电机控制箱输出端与电机连接用于输出扭矩给定值。
91.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.基于转速环加位置环的纯电动汽车防溜坡方法，其特征在于：具体步骤如下：s11、若车轮转动方向与挡位方向相反，且车轮达到设定转速阈值并超过设定维持时间，进入防溜坡模式；s12、计算防溜坡扭矩，所述防溜坡扭矩为位置环扭矩与速度环扭矩之和；s13、电机由转矩模式或转速模式进入防溜坡模式，并输出防溜坡扭矩。2.根据权利要求1所述的基于转速环加位置环的纯电动汽车防溜坡方法，其特征在于：步骤s11中，设定转速阈值及设定维持时间分别为：车辆在前进档的条件下，设定转速为负转速且转速小于-20rpm，设定维持时间为30ms；或者车辆在后退档的条件下，设定转速为正转速且转速大于20rpm，设定维持时间为30ms。3.根据权利要求1所述的基于转速环加位置环的纯电动汽车防溜坡方法，其特征在于：步骤s12中，位置环扭矩的计算公式：t
位置环
＝k
p位置环
*θ
err
+∫k
i位置环
*θ
err
dt，θ
err
＝θ
给定值-θ
实际值
其中，θ
err
为进入防溜坡模式后电机角度变化量误差，θ
给定值
为角度变化量给定值，防溜坡模式下取值为0，θ
实际值
为进入防溜坡模式后电机角度变化量，通过编码器获得，k
p位置环
为位置环pi控制器里的比例系数，人为经验确定，k
i位置环
为位置环的积分系数，人为经验确定；速度环扭矩的计算公式：t
速度环
＝k
p速度环
*ω
err
+∫
i速度环
*ω
err
dt，ω
err
＝ω
给定值-ω
实际值
，ω
err
为进入防溜坡模式后的电机转速误差，ω
实际值
为进入防溜坡模式后的电机转速，通过编码器获得，ω
给定值
为电机目标转速，防溜坡模式下取值为0，k
p速度环
为速度环pi控制器里的比例系数，人为经验确定，k
i速度环
为速度环的积分系数，人为经验确定。4.根据权利要求3所述的基于转速环加位置环的纯电动汽车防溜坡方法，其特征在于：确定k
p位置环
、k
i位置环
、k
p速度环
、k
i速度环
过程中，k
p位置环
、k
p速度环
是实时响应因素，因此k
p位置环
、k
p速度环
均在防溜坡转矩的调节速度响应慢的时刻加大，均在防溜坡转矩的调节速度响应过快的时刻减小；k
i位置环
、k
i速度环
是累积因素，均在防溜坡产生扭矩太小的时刻加大，防溜坡产生扭矩太大的时刻减小；在进入防溜坡模式后，位置环提供扭矩值起保持作用，速度环提供扭矩值起调节作用，因此位置环pi控制器的占比权重应该比速度环pi控制器的占比权重大,即k
p位置环
+k
i位置环
>>k
p速度环
+k
i速度环
。5.根据权利要求1所述的基于转速环加位置环的纯电动汽车防溜坡方法，其特征在于：还包括退出防溜坡模式方法，具体如下：
s21、判断电动汽车退出防溜坡模式；s22、采用防溜坡模式下比较退出机制来转换电机扭矩，当防溜坡扭矩大于油门扭矩，电机扭矩等于防溜坡扭矩，当油门扭矩大于防溜坡扭矩，电机扭矩转换为油门扭矩。6.根据权利要求5所述的基于转速环加位置环的纯电动汽车防溜坡方法，其特征在于：步骤s21中，判断电动汽车退出防溜坡模式具体判断条件：档位信号为空挡，或者控制器出现严重警报，或者电机温度超过100
°
，或者控制器温度超过70
°
，或者防前溜下电机速度大于100rpm，或者防后溜下电机速度小于-100rpm，或者油门扭矩值大于防溜坡扭矩值且保持20ms且进入防溜坡后的位置误差减小为0。7.应用权利要求1-5任一所述的基于转速环加位置环的纯电动汽车防溜坡方法的基于转速环加位置环的纯电动汽车防溜坡系统，其特征在于：包括电机控制箱、编码器、电机，所述编码器输入端与电机连接，用于获得电机位置信号，所述编码器的输出端与电机控制箱连接，用于输出电机位置信号，所述电机控制箱输出端与电机连接用于输出扭矩给定值。

技术总结
本发明提供了一种基于转速环加位置环的纯电动汽车防溜坡方法及系统，进入防溜坡模式的过程，如下：判断电动汽车进入防溜坡模式，车辆停下后出现与行驶方向相反的转速；计算防溜坡扭矩，所述防溜坡扭矩为位置环扭矩与速度环扭矩之和；电机由转矩模式或转速模式进入防溜坡模式，并输出防溜坡扭矩。本发明所述的防溜坡扭矩为位置环扭矩与速度环扭矩之和，确保向电机提供的防溜坡扭矩稳定阻止车辆进一步下滑，让车辆在斜坡上保持稳定。让车辆在斜坡上保持稳定。让车辆在斜坡上保持稳定。


技术研发人员：亓玉梅 王慧波 孟芳芳 赵旭涛 张勇 姚淑峰
受保护的技术使用者：天津英捷利汽车技术有限责任公司
技术研发日：2021.11.26
技术公布日：2022/3/8