一种分布式驱动越野车辆的坡道低速工况行驶控制方法技术

本发明专利技术提供一种分布式驱动越野车辆的坡道低速工况行驶控制方法，以车身姿态运动学量测系统实时输出信号为基础，结合车辆档位信号、加速踏板开度信号、制动踏板开度信号、实时车速信号和各轮实时转速，对驾驶员的驾驶意图进行判断；在车辆在坡道低速工况的行驶过程中，通过温度传感器监控轮毂电机及电机控制器的实时温度，当实时温度超过预设的安全限值时，在车辆仪表上进行提示，同时推出自动控制模式；自动控制模式包括半主动坡道驻车控制策略、防溜坡起步控制策略和缓速下坡控制策略，在对应的驾驶意图下启动。本发明专利技术利用精确的电机转矩控制快速响应驾驶员意图，实现坡道低速工况行驶控制的功能。

A distributed driving control method for off-road vehicle in low speed on ramp

【技术实现步骤摘要】
一种分布式驱动越野车辆的坡道低速工况行驶控制方法
本专利技术属于轮毂电机分布式驱动汽车控制
，具体涉及一种分布式驱动越野车辆的坡道低速工况行驶控制方法。
技术介绍
现有的关于电动汽车的坡道低速工况行驶控制方法主要集中在以下三个方面。在坡道驻车功能的实现方面，主要是基于电机转速的控制模式，通过控制驱动电机转速实现坡道驻车；但基于转速控制的控制策略，在坡道驻车过程中容易出现电机力矩无法主动限制、频繁出现轮毂电机堵转等问题。在坡道起步功能的实现方面，主要是基于电机转矩的控制模式，比如基于反馈闭环的起步控制器、基于轮毂电机驱动系统的防溜坡控制器等等，但这类控制策略往往采用过于复杂的力矩调节算法，影响了电机在防溜坡起步过程中的响应性。在缓速下坡功能的实现方面，现有的控制车辆缓速下坡的方法主要是通过行驶车速和行驶加速度计算出目标车速与制动力矩进行车速控制，但这类方法计算出的较理想的线性目标车速对非线性车辆行驶环境的适应性较差，不能按照驾驶员的意图进行主动调节。因此，既要保证坡道低速行驶工况的行驶舒适性，同时考虑以电驱动系统在较低转速下的工作效率与温升控制作为约束，在保证电驱动系统可靠性的前提下充分发挥其响应快速、精确的优点。目前在驾驶员意图识别、自适应坡道驻车、驾驶员操纵的简化、车辆加速度波动控制、下坡速度的工况适应性等方面关注较少。与传统集中式驱动车辆相比，采用轮毂电机的分布式驱动车辆可以对轮毂电机的转速、转矩进行精确控制，进而实现对车辆速度、加速度更加精确的控制。由此可以快速响应驾驶员意图，同时可以减小行驶过程的冲击度并提高驾驶平顺性。因此，轮毂电机分布式驱动系统在坡道低速工况行驶控制方面有很大的研究空间。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种分布式驱动越野车辆的坡道低速工况行驶控制方法，能够实现坡道低速工况行驶控制的功能。本专利技术为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种分布式驱动越野车辆的坡道低速工况行驶控制方法，其特征在于：它包括以下步骤：S1、驾驶员意图判断：以车身姿态运动学量测系统实时输出信号为基础，结合车辆档位信号、加速踏板开度信号、制动踏板开度信号、实时车速信号和各轮实时转速，对驾驶员的驾驶意图进行判断；S2、基于温度传感器的坡道低速工况车辆行驶控制的安全限制：在车辆在坡道低速工况的行驶过程中，通过温度传感器监控轮毂电机及电机控制器的实时温度，当实时温度超过预设的安全限值时，在车辆仪表上进行提示，同时推出自动控制模式；自动控制模式包括半主动坡道驻车控制策略、防溜坡起步控制策略和缓速下坡控制策略，在对应的驾驶意图下启动；S3、半主动坡道驻车控制策略：当判断驾驶员有坡道驻车意图时，执行半主动坡道驻车控制策略；3.1、当驾驶员逐渐开始放开制动踏板到制动踏板完全放开，即驾驶员对制动踏板的半联动操作过程，整个半联动操作过程中对液压制动力和电制动力进行综合协调控制；以电机的实时转速与期望转速的误差值为控制目标，利用模糊PID控制器实时调整轮毂电机制动力矩，并结合车身姿态量测装置反馈的道路坡度θ和车厢侧倾角φ，根据轮荷的估计结果将整车控制器发送至各个轮毂电机控制器的力矩指令进行实时分配；直至整车控制器采集的车辆制动踏板实时开度信号为0，保持建立的驻坡力矩；3.2、当驾驶员完全放开制动踏板，即制动踏板开度为零，对四轮毂电机电制动力矩进行进一步调节，直至车辆实现自动驻坡；以电机的实时转速与期望转速的误差值为控制目标，利用模糊PID控制器实时调整轮毂电机制动力矩；并对驻坡过程中的车辆加速度和行驶冲击度加以控制，利用PID控制器输出附加控制力矩；结合车身姿态量测装置反馈的道路坡度θ和车厢侧倾角φ，根据轮荷的估计结果将整车控制器发送至各个轮毂电机控制器的力矩指令进行实时分配；当判断轮速传感器采集的各轮毂电机转速信号为0时，将各个轮毂电机的转矩指令保持不变，车辆实现自动驻坡。S4、防溜坡起步控制策略：当判断驾驶员有坡道起步意图时，执行防溜坡起步控制策略。4.1、根据道路坡度、道路附着条件、轮毂电机峰值力矩，对半主动坡道驻车控制策略适用的道路坡度范围进行计算；同时根据所计算的道路坡度范围计算当前驻坡状态所处坡度对应的加速踏板开度临界值；4.2、当驾驶员逐渐增大加速踏板开度至加速踏板开度临界值，驻坡状态解除；驾驶员仅操作加速踏板便实现防溜坡起步、控制车辆行驶过程的加速度；S5、缓速下坡控制策略：如图3所示，当判断驾驶员有缓速下坡控制意图时，执行缓速下坡控制策略；5.1、当车辆下坡行驶时，首先由驾驶员操作制动踏板进行下坡制动，当检测到制动踏板保持定值时间T超过临界时间Tp时，获取此时的车辆速度作为期望下坡速度，响应驾驶员以该车速进行缓速下坡的意图；驾驶员放开制动踏板，退出液压制动模式，触发基于电驱动系统的自动缓速下坡控制模块，进入电制动模式；5.2、当驾驶员完全放开制动踏板时，车辆自动对四轮毂电机电制动力矩进行调节，直至车辆保持期望车速实现缓速下坡；以期望下坡速度和车辆实时车速的误差值为控制目标，利用模糊PID控制器实时调整轮毂的电制动力矩；并对缓速下坡过程中的车辆加速度和行驶冲击度加以控制，通过PID控制器输出附加控制力矩；结合车身姿态量测装置反馈的道路坡度θ和车厢侧倾角φ，根据轮荷的估计结果将整车控制器发送至各个轮毂电机控制器的力矩指令进行实时分配；当判断车辆行驶状态量测装置反馈的实时车速保持在期望下坡车速时，将各个轮毂电机的转矩指令保持不变，车辆保持期望车速实现缓速下坡。按上述方法，所述的S1具体为：当驾驶员选择D档或越野档位行驶时，整车控制器启动本方法，并进行以下判断：当车身姿态量测装置检测到当前坡度角θ＞0时，若有实时车速V≤Vmin、电子加速踏板实时开度αacc＝0且电子制动踏板实时开度αbrk＞0时，则判断此时驾驶员有坡道驻车意图；若有实时车速V≤Vmin、电子加速踏板实时开度αacc＞0且电子制动踏板实时开度αbrk＝0时，则判断此时驾驶员有坡道起步意图；当车身姿态量测装置检测到当前坡度角θ＜0时，若有若有实时车速V≥Vmin、电子加速踏板实时开度αacc＝0电子制动踏板实时开度αbrk＞0时，则判断此时驾驶员有缓速下坡意图。按上述方法，所述的3.1具体为：首先，由驾驶员操作制动踏板将车辆停驶在坡道上，此时所需的驻坡力矩为：Ti＝(mgsinθ+mgfcosθ)R式中Ti为车辆稳定驻坡时的驻坡力矩；m为整车质量；g为重力加速度；θ为道路坡度；R为车轮半径；电机的实时转速与期望转速的误差值为：e1＝nr-nd式中nr表示轮毂电机系统反馈的电机实时转速；nd表示轮毂电机的期望转速；e1表示电机的实时转速与期望转速的误差值；通过第一模糊控制器对第一PID控制器的控制参数kP1、ki1进行实时调整，第一PID控制器将轮毂电机转速误差e1作为控制目标，以附加转矩指令ΔTc1作为输出变量：式中kP1表示第一PID控制器的比例环节特征系数；kI1表示第一PID控制器的积分环节特征系数；kD1表示第一PID控制器的微分环节特征系数；式中Ti1表示车辆驻坡过程中轮毂电机的总制动力矩；ΔTB为驻坡过程中液压制动力矩的减少量；ΔTc1表示整车控制器发送至轮毂电机系统的轮毂电机总需求转矩指令；ig表示轮端减速器减本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分布式驱动越野车辆的坡道低速工况行驶控制方法，其特征在于：它包括以下步骤：S1、驾驶员意图判断：以车身姿态运动学量测系统实时输出信号为基础，结合车辆档位信号、加速踏板开度信号、制动踏板开度信号、实时车速信号和各轮实时转速，对驾驶员的驾驶意图进行判断；S2、基于温度传感器的坡道低速工况车辆行驶控制的安全限制：在车辆在坡道低速工况的行驶过程中，通过温度传感器监控轮毂电机及电机控制器的实时温度，当实时温度超过预设的安全限值时，在车辆仪表上进行提示，同时推出自动控制模式；自动控制模式包括半主动坡道驻车控制策略、防溜坡起步控制策略和缓速下坡控制策略，在对应的驾驶意图下启动；S3、半主动坡道驻车控制策略：当判断驾驶员有坡道驻车意图时，执行半主动坡道驻车控制策略；3.1、当驾驶员逐渐开始放开制动踏板到制动踏板完全放开，即驾驶员对制动踏板的半联动操作过程，整个半联动操作过程中对液压制动力和电制动力进行综合协调控制；以电机的实时转速与期望转速的误差值为控制目标，利用模糊PID控制器实时调整轮毂电机制动力矩，并结合车身姿态量测装置反馈的道路坡度θ和车厢侧倾角φ，根据轮荷的估计结果将整车控制器发送至各个轮毂电机控制器的力矩指令进行实时分配；直至整车控制器采集的车辆制动踏板实时开度信号为0，保持建立的驻坡力矩；3.2、当驾驶员完全放开制动踏板，即制动踏板开度为零，对四轮毂电机电制动力矩进行进一步调节，直至车辆实现自动驻坡；以电机的实时转速与期望转速的误差值为控制目标，利用模糊PID控制器实时调整轮毂电机制动力矩；并对驻坡过程中的车辆加速度和行驶冲击度加以控制，利用PID控制器输出附加控制力矩；结合车身姿态量测装置反馈的道路坡度θ和车厢侧倾角φ，根据轮荷的估计结果将整车控制器发送至各个轮毂电机控制器的力矩指令进行实时分配；当判断轮速传感器采集的各轮毂电机转速信号为0时，将各个轮毂电机的转矩指令保持不变，车辆实现自动驻坡；S4、防溜坡起步控制策略：当判断驾驶员有坡道起步意图时，执行防溜坡起步控制策略；4.1、根据道路坡度、道路附着条件、轮毂电机峰值力矩，对半主动坡道驻车控制策略适用的道路坡度范围进行计算；同时根据所计算的道路坡度范围计算当前驻坡状态所处坡度对应的加速踏板开度临界值；4.2、当驾驶员逐渐增大加速踏板开度至加速踏板开度临界值，驻坡状态解除；驾驶员仅操作加速踏板便实现防溜坡起步、控制车辆行驶过程的加速度；S5、缓速下坡控制策略：当判断驾驶员有缓速下坡控制意图时，执行缓速下坡控制策略；5.1、当车辆下坡行驶时，首先由驾驶员操作制动踏板进行下坡制动，当检测到制动踏板保持定值时间T超过临界时间Tp时，获取此时的车辆速度作为期望下坡速度，响应驾驶员以该车速进行缓速下坡的意图；驾驶员放开制动踏板，退出液压制动模式，触发基于电驱动系统的自动缓速下坡控制模块，进入电制动模式；5.2、当驾驶员完全放开制动踏板时，车辆自动对四轮毂电机电制动力矩进行调节，直至车辆保持期望车速实现缓速下坡；以期望下坡速度和车辆实时车速的误差值为控制目标，利用模糊PID控制器实时调整轮毂的电制动力矩；并对缓速下坡过程中的车辆加速度和行驶冲击度加以控制，通过PID控制器输出附加控制力矩；结合车身姿态量测装置反馈的道路坡度θ和车厢侧倾角φ，根据轮荷的估计结果将整车控制器发送至各个轮毂电机控制器的力矩指令进行实时分配；当判断车辆行驶状态量测装置反馈的实时车速保持在期望下坡车速时，将各个轮毂电机的转矩指令保持不变，车辆保持期望车速实现缓速下坡。...

【技术特征摘要】
1.一种分布式驱动越野车辆的坡道低速工况行驶控制方法，其特征在于：它包括以下步骤：S1、驾驶员意图判断：以车身姿态运动学量测系统实时输出信号为基础，结合车辆档位信号、加速踏板开度信号、制动踏板开度信号、实时车速信号和各轮实时转速，对驾驶员的驾驶意图进行判断；S2、基于温度传感器的坡道低速工况车辆行驶控制的安全限制：在车辆在坡道低速工况的行驶过程中，通过温度传感器监控轮毂电机及电机控制器的实时温度，当实时温度超过预设的安全限值时，在车辆仪表上进行提示，同时推出自动控制模式；自动控制模式包括半主动坡道驻车控制策略、防溜坡起步控制策略和缓速下坡控制策略，在对应的驾驶意图下启动；S3、半主动坡道驻车控制策略：当判断驾驶员有坡道驻车意图时，执行半主动坡道驻车控制策略；3.1、当驾驶员逐渐开始放开制动踏板到制动踏板完全放开，即驾驶员对制动踏板的半联动操作过程，整个半联动操作过程中对液压制动力和电制动力进行综合协调控制；以电机的实时转速与期望转速的误差值为控制目标，利用模糊PID控制器实时调整轮毂电机制动力矩，并结合车身姿态量测装置反馈的道路坡度θ和车厢侧倾角φ，根据轮荷的估计结果将整车控制器发送至各个轮毂电机控制器的力矩指令进行实时分配；直至整车控制器采集的车辆制动踏板实时开度信号为0，保持建立的驻坡力矩；3.2、当驾驶员完全放开制动踏板，即制动踏板开度为零，对四轮毂电机电制动力矩进行进一步调节，直至车辆实现自动驻坡；以电机的实时转速与期望转速的误差值为控制目标，利用模糊PID控制器实时调整轮毂电机制动力矩；并对驻坡过程中的车辆加速度和行驶冲击度加以控制，利用PID控制器输出附加控制力矩；结合车身姿态量测装置反馈的道路坡度θ和车厢侧倾角φ，根据轮荷的估计结果将整车控制器发送至各个轮毂电机控制器的力矩指令进行实时分配；当判断轮速传感器采集的各轮毂电机转速信号为0时，将各个轮毂电机的转矩指令保持不变，车辆实现自动驻坡；S4、防溜坡起步控制策略：当判断驾驶员有坡道起步意图时，执行防溜坡起步控制策略；4.1、根据道路坡度、道路附着条件、轮毂电机峰值力矩，对半主动坡道驻车控制策略适用的道路坡度范围进行计算；同时根据所计算的道路坡度范围计算当前驻坡状态所处坡度对应的加速踏板开度临界值；4.2、当驾驶员逐渐增大加速踏板开度至加速踏板开度临界值，驻坡状态解除；驾驶员仅操作加速踏板便实现防溜坡起步、控制车辆行驶过程的加速度；S5、缓速下坡控制策略：当判断驾驶员有缓速下坡控制意图时，执行缓速下坡控制策略；5.1、当车辆下坡行驶时，首先由驾驶员操作制动踏板进行下坡制动，当检测到制动踏板保持定值时间T超过临界时间Tp时，获取此时的车辆速度作为期望下坡速度，响应驾驶员以该车速进行缓速下坡的意图；驾驶员放开制动踏板，退出液压制动模式，触发基于电驱动系统的自动缓速下坡控制模块，进入电制动模式；5.2、当驾驶员完全放开制动踏板时，车辆自动对四轮毂电机电制动力矩进行调节，直至车辆保持期望车速实现缓速下坡；以期望下坡速度和车辆实时车速的误差值为控制目标，利用模糊PID控制器实时调整轮毂的电制动力矩；并对缓速下坡过程中的车辆加速度和行驶冲击度加以控制，通过PID控制器输出附加控制力矩；结合车身姿态量测装置反馈的道路坡度θ和车厢侧倾角φ，根据轮荷的估计结果将整车控制器发送至各个轮毂电机控制器的力矩指令进行实时分配；当判断车辆行驶状态量测装置反馈的实时车速保持在期望下坡车速时，将各个轮毂电机的转矩指令保持不变，车辆保持期望车速实现缓速下坡。2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述的S1具体为：当驾驶员选择D档或越野档位行驶时，整车控制器启动本方法，并进行以下判断：当车身姿态量测装置检测到当前坡度角θ＞0时，若有实时车速V≤Vmin、电子加速踏板实时开度αacc＝0且电子制动踏板实时开度αbrk＞0时，则判断此时驾驶员有坡道驻车意图；若有实时车速V≤Vmin、电子加速踏板实时开度αacc＞0且电子制动踏板实时开度αbrk＝0时，则判断此时驾驶员有坡道起步意图；当车身姿态量测装置检测到当前坡度角θ＜0时，若有若有实时车速V≥Vmin、电子加速踏板实时开度αacc＝0电子制动踏板实时开度αbrk＞0时，则判断此时驾驶员有缓速下坡意图。3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述的3.1具体为：首先，由驾驶员操作制动踏板将车辆停驶在坡道上，此时所需的驻坡力矩为：Ti＝(mgsinθ+mgfcosθ)R式中Ti为车辆稳定驻坡时的驻坡力矩；m为整车质量；g为重力加速度；θ为道路坡度；R为车轮半径；电机的实时转速与期望转速的误差值为：e1＝nr-nd式中nr表示轮毂电机系统反馈的电机实时转速；nd表示轮毂电机的期望转速；e1表示电机的实时转速与期望转速的误差值；通过第一模糊控制器对第一PID控制器的控制参数kP1、ki1进行实时调整，第一PID控制器将轮毂电机转速误差e1作为控制目标，以附加转矩指令ΔTc1作为输出变量：式中kP1表示第一PID控制器的比例环节特征系数；kI1表示第一PID控制器的积分环节特征系数；kD1表示第一PID控制器的微分环节特征系数；式中Ti1表示车辆驻坡过程中轮毂电机的总制动力矩；ΔTB为驻坡过程中液压制动力矩的减少量；ΔTc1表示整车控制器发送至轮毂电机系统的轮毂电机总需求转矩指令；ig表示轮端减速器减速比；η表示轮端减速器的传动效率；在本步骤结束时，有：Ti1＝Ti+ΔTc1根据车身姿态量测装置反馈的道路坡度θ和车厢侧倾角φ计算上坡过程中各个车轮垂直载荷在总垂直载荷中所占的比例[Z1_1Z2_1Z3_1Z4_1]T：其中，hg为整车质心高度；hr为车身侧倾中心高度；Cr为悬架系统侧倾阻尼；Kr为悬架系统侧倾角...

【专利技术属性】
技术研发人员：付翔，杨凤举，刘道远，吴森，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42