车辆驻坡电机控制方法、装置、存储介质及电机控制器与流程

1.本发明属于电机控制技术领域，尤其是涉及一种车辆驻坡电机控制方法、装置、存储介质及电机控制器。

背景技术：

2.在新能源汽车功能中，自动驻坡功能一直是一项重要的技术判断指标，其作用为保证新能源汽车在坡上不会由于重力作用发生与挡位方向相反的移动。其原理为在汽车挂挡时，如果汽车出现移动且移动的方向与挂挡的方向相反，即意味汽车发生了受外力影响的异常移动，在此情况下新能源汽车的电机控制器判断汽车在坡上且发生了溜坡现象。因此电机控制器会产生扭矩信号使得被控汽车电机堵转，从而实现新能源汽车能够在坡上自动驻车的功能。新能源汽车出现溜坡时，电机控制器会输出一个反向扭矩遏制溜坡趋势，再进行扭矩调节使新能源汽车停止溜坡趋势进入驻坡状态。
3.随着新能源汽车行业的发展，作为新能源汽车的重要组成部分—电机控制器的成败决定了新能源汽车的好与坏。
4.电机控制器一般都采用速度闭环矢量控制算法，由于电机可以在零速时仍可以输出峰值扭矩，所以利用电机的此特性实现新能源汽车的大坡道驻坡变得更加便捷，但是电机控制器的控制方法的优劣直接影响到了驻坡的性能。一般通用的方法是利用pid控制器，当感知汽车出现移动且移动的方向与挂挡的方向相反时，pid控制器参与计算得到驻坡扭矩，例如中国专利cn113799620所揭示。但是由于驻坡要求是在汽车移动速度很小时就能立即驻停，尤其是非道路新能源特种车辆，此时作为控制输入的车辆速度差verr很小，所以需要设置较大的控制参数增益，但是采用较大的控制参数增益却容易造成车辆抖动。另一方面，如果采用较小的控制参数增益，则需要相对大的车辆速度差verr，而这时候车辆已经在较快的后溜状态，驻坡效果更不理想。

技术实现要素：

5.本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种车辆驻坡电机控制方法、装置、存储介质及电机控制器。
6.本发明的目的通过以下技术方案来实现：
7.一种车辆驻坡电机控制方法，包括如下步骤：
8.s1、判断所述车辆的油门和刹车是否均处于松开状态，根据车辆减速现象判断车辆是否需要驻坡控制；
9.s2、根据车辆动力学公式
10.计算出坡道下滑力矩；
11.其中，j为车辆转动惯量，b为转动摩擦系数，tf为摩擦力，为车辆从滑行阶段的
减加速度，ω为滑行时的平均减速度；
12.s3、启动pid控制器，将所述坡道下滑力矩t
t
作为pid控制器的控制前馈分量,得到反馈变量t
pid
；
13.s4、将扭矩t
t
+t
pid
作为控制所述车辆驻坡的电机实际输出扭矩，实现车辆驻坡控制。
14.优选的，所述步骤s1具体包括：
15.根据电机编码器反馈的电机速度信号，计算电机的反转角度，当电机的反转角度连续累加大于一个设定值θ
t
时，则判断所述车辆需要驻坡控制。
16.优选的，所述设定值θ
t
为一圈电角度。
17.优选的，在所述车辆的油门和刹车均处于松开状态时，采集车辆当前速度，并计算车辆减速至零的时间t和减加速度
18.优选的，所述步骤s3中，启动pid控制器后先调整其参数，设置kp和kd增益为额定值的2倍。
19.优选的，所述步骤s4中，判断驻坡控制时间超过一个时间阈值后，则逐渐控制减小车辆的电机扭矩，实现车辆缓慢溜坡。
20.本发明还揭示了一种车辆驻坡电机控制装置，包括：
21.判断单元，判断所述车辆的油门和刹车是否均处于松开状态，根据车辆减速现象判断车辆是否需要驻坡控制；
22.计算单元，用于根据车辆动力学公式
23.计算出坡道下滑力矩；
24.其中，j为车辆转动惯量，b为转动摩擦系数，tf为摩擦力，为车辆从滑行阶段的减加速度，ω为滑行时的平均减速度；
25.控制单元，用于启动pid控制器，将所述坡道下滑力矩t
t
作为pid控制器的控制前馈分量,得到反馈变量t
pid
；
26.输出单元，用于将扭矩t
t
+t
pid
作为控制所述车辆驻坡的电机实际输出扭矩，实现车辆驻坡控制。
27.优选的，所述判断单元判断所述车辆的油门和刹车是否均处于松开状态；根据电机编码器反馈的电机速度信号，计算电机的反转角度，当电机的反转角度连续累加大于一个设定值θ
t
时，则判断所述车辆需要驻坡控制，所述设定值θ
t
为一圈电角度。
28.本发明还揭示了一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如上所述车辆驻坡电机控制方法的步骤。
29.本发明还揭示了一种电机控制器，包括处理器、存储器，以及存储在所述存储器上可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述车辆驻坡电机控制方法的步骤，或者包括如上所述的车辆驻坡电机控制装置。
30.本发明技术方案的优点主要体现在：
31.1、采用电机速度信号、电机的反转角度来计算连续角度偏差作为驻坡触发条件，
提前判断车辆是否需要驻坡控制，更为快速、更为准确；
32.2、pid控制器参数容易调整，设置kp和kd增益为额定值的2倍，驻坡的快速响应，后溜速度小且距离短；
33.3、所述坡道下滑力矩t
t
作为pid控制器的控制前馈分量,可以使用较小的kp和kd增益，防止车辆抖动；
34.4、可应用于非道路新能源特种车辆的电机控制器中，驻坡一段时间后，车辆进入缓慢的溜坡阶段，可避免电驱动系统发热较快。
附图说明
35.图1：本发明优选实施例的车辆驻坡电机控制方法的流程示意图。
具体实施方式
36.本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
37.本发明揭示了一种车辆驻坡电机控制方法，应用于非道路新能源特种车辆的电机控制器中，例如：电动叉车和电动高尔夫球车，由于其特殊应用，在很大的坡道上，仍需要对车辆实现驻坡的快速、精确的控制。
38.如图1所示，本发明的车辆驻坡电机控制方法，包括如下步骤：
39.s1、判断所述车辆的油门和刹车是否均处于松开状态，根据车辆减速现象判断车辆是否需要驻坡控制；
40.s2、根据车辆动力学公式
41.计算出坡道下滑力矩；
42.其中，j为车辆转动惯量，b为转动摩擦系数，tf为摩擦力，为车辆从滑行阶段的减加速度，ω为滑行时的平均减速度；
43.s3、启动pid控制器，将所述坡道下滑力矩t
t
作为pid控制器的控制前馈分量,得到反馈变量t
pid
；
44.s4、将扭矩t
t
+t
pid
作为控制所述车辆驻坡的电机实际输出扭矩，实现车辆驻坡控制。
45.具体来讲，所述步骤s1具体包括：
46.先判断所述车辆的油门和刹车是否均处于松开状态；
47.根据电机编码器反馈的电机速度信号，计算电机的反转角度，当电机的反转角度连续累加大于一个设定值θ
t
时，则判断所述车辆需要驻坡控制。其中，连续角度偏差的设定值θ
t
，一般取值为一圈电角度，360度。或者对于三相无刷直流电动机，可以取值一圈电角度的1/3的电角度的整数倍。取值越小，进入驻坡功能的门槛值越低。
48.相对于现有技术中通过车辆速度差来判断是否出现溜坡现象，本发明采用电机速度信号、电机的反转角度来计算连续角度偏差作为驻坡触发条件，更为快速、更为准确。因
此本发明在判断所述车辆的油门和刹车均处于松开状态后，即开始采集车辆当前速度，并计算车辆减速至零的时间t和减加速度用来计算t
t
，这样就可以更为快速地响应驻坡控制。
49.本发明中，车辆转动惯量j通过电机控制器的惯量自识别功能获得，转动摩擦系数b和摩擦力tf一般在实际应用中占比较小，可以通过查经验数据获得。
50.所述坡道下滑力矩tt作为pid控制器的控制前馈分量,可以使用较小的kp和kd增益，防止车辆抖动；如果没有前馈分量，所有的驻坡力都来自于pid控制器，为了实现快速响应，需要设置较大的pid控制增益参数，但是较大的pid控制增益参数，非常容易使系统震荡，造成系统不稳定。
51.本发明所述步骤s3中，启动pid控制器后先调整其参数，设置kp和kd增益为额定值的2倍。当然，其他的增益参数也可以，例如即采用额定的pid控制参数增益，这个增益参数可以通过电控自身自识别学习到。为了实现对驻坡的更高响应，本优选实施例中设置kp和kd增益为额定值的2倍。
52.优选的，本发明是针对的非道路新能源特种车辆，因此在所述步骤s4中，判断驻坡控制时间超过一个时间阈值后，则逐渐控制减小车辆的电机扭矩，实现车辆缓慢溜坡。因为非道路新能源特种车辆的特殊性，这样操作可避免电驱动系统发热较快。
53.本发明利用车辆滑行时，无任何驱动力后的简化旋转运动动力学模型，可以精确地估算出此时的下滑力矩矩作为主要控制前馈分量，pid控制器输出辅助的反馈变量，这样可以提高系统的快速响应，并且易于pid控制器参数的整定。
54.本发明还揭示了一种车辆驻坡电机控制装置，包括：
55.判断单元，用于判断车辆是否出现溜坡现象；
56.计算单元，用于根据车辆动力学公式
57.计算出坡道下滑力矩；
58.其中，j为车辆转动惯量，b为转动摩擦系数，tf为摩擦力，为车辆从滑行阶段的减加速度，ω为滑行时的平均减速度；
59.控制单元，用于启动pid控制器，将所述坡道下滑力矩t
t
作为pid控制器的控制前馈分量,得到反馈变量t
pid
；
60.输出单元，用于将扭矩t
t
+t
pid
作为控制所述车辆驻坡的电机实际输出扭矩，实现车辆驻坡控制。
61.优选的，所述判断单元判断所述车辆的油门和刹车是否均处于松开状态；根据电机编码器反馈的电机速度信号，计算电机的反转角度，当电机的反转角度连续累加大于一个设定值θ
t
时，则判断所述车辆出现溜坡现象，所述设定值θ
t
为一圈电角度。
62.本发明还揭示了一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如上所述车辆驻坡电机控制方法的步骤。
63.本发明还揭示了一种电机控制器，包括处理器、存储器，以及存储在所述存储器上可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述车辆驻坡电机
控制方法的步骤，或者包括如上所述的车辆驻坡电机控制装置。
64.本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种车辆驻坡电机控制方法，其特征在于：包括如下步骤，s1、判断所述车辆的油门和刹车是否均处于松开状态，根据车辆减速现象判断车辆是否需要驻坡控制；s2、根据车辆动力学公式计算出坡道下滑力矩；其中，j为车辆转动惯量，b为转动摩擦系数，t
f
为摩擦力，为车辆从滑行阶段的减加速度，ω为滑行时的平均减速度；s3、启动pid控制器，将所述坡道下滑力矩t
t
作为pid控制器的控制前馈分量,得到反馈变量t
pid
；s4、将扭矩t
t
+t
pid
作为控制所述车辆驻坡的电机实际输出扭矩，实现车辆驻坡控制。2.根据权利要求1所述的车辆驻坡电机控制方法，其特征在于：所述步骤s1具体包括，根据电机编码器反馈的电机速度信号，计算电机的反转角度，当电机的反转角度连续累加大于一个设定值θ
t
时，则判断所述车辆需要驻坡控制。3.根据权利要求2所述的车辆驻坡电机控制方法，其特征在于：所述设定值θ
t
为一圈电角度。4.根据权利要求1所述的车辆驻坡电机控制方法，其特征在于：在所述车辆的油门和刹车均处于松开状态时，采集车辆当前速度，并计算车辆减速至零的时间t和减加速度5.根据权利要求1所述的车辆驻坡电机控制方法，其特征在于：所述步骤s3中，启动pid控制器后先调整其参数，设置kp和kd增益为额定值的2倍。6.根据权利要求1所述的车辆驻坡电机控制方法，其特征在于：所述步骤s4中，判断驻坡控制时间超过一个时间阈值后，则逐渐控制减小车辆的电机扭矩，实现车辆缓慢溜坡。7.一种车辆驻坡电机控制装置，其特征在于：判断单元，判断所述车辆的油门和刹车是否均处于松开状态，根据车辆减速现象判断车辆是否需要驻坡控制；计算单元，用于根据车辆动力学公式计算出坡道下滑力矩；其中，j为车辆转动惯量，b为转动摩擦系数，t
f
为摩擦力，为车辆从滑行阶段的减加速度，ω为滑行时的平均减速度；控制单元，用于启动pid控制器，将所述坡道下滑力矩t
t
作为pid控制器的控制前馈分量,得到反馈变量t
pid
；输出单元，用于将扭矩t
t
+t
pid
作为控制所述车辆驻坡的电机实际输出扭矩，实现车辆驻坡控制。8.根据权利要求7所述的车辆驻坡电机控制装置，其特征在于：所述判断单元根据电机编码器反馈的电机速度信号，计算电机的反转角度，当电机的反转角度连续累加大于一个
设定值θ
t
时，则判断所述车辆需要驻坡控制，所述设定值θ
t
为一圈电角度。9.一种存储介质，其特征在于：其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1-6任一所述车辆驻坡电机控制方法的步骤。10.一种电机控制器，其特征在于：包括处理器、存储器，以及存储在所述存储器上可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1-6任一所述车辆驻坡电机控制方法的步骤，或者包括如权利要求7-8任一所述的车辆驻坡电机控制装置。

技术总结

本发明揭示了一种车辆驻坡电机控制方法、装置、存储介质及电机控制器，控制方法包括如下步骤：判断所述车辆的油门和刹车是否均处于松开状态；根据车辆动力学公式计算出坡道下滑力矩；将所述坡道下滑力矩作为PID控制器的控制前馈分量,得到反馈变量;将坡道下滑力矩和反馈变量之和作为控制所述车辆驻坡的电机实际输出扭矩，实现车辆驻坡控制。本发明技术方案的优点主要体现在：采用连续角度偏差作为驻坡触发条件，更为快速、更为准确；驻坡的快速响应，后溜速度小且距离短；采用坡道下滑力矩作为PID控制器的控制前馈分量,可以使用较小的控制参数增益，防止车辆抖动。防止车辆抖动。防止车辆抖动。