技术领域
[0001] 本
发明属于
轮毂电机分布式驱动
汽车控制技术领域，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。
背景技术
[0002] 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。
发明内容
[0003] 本发明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。
[0004] 本发明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：
[0005] 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；
[0006] 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；
[0007] 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；
[0008] 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；
[0009] 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。
[0010] 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。
[0011] 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；
[0012] 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；
[0013] 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；
[0014] 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；
[0015] 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。
[0016] 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：
[0017] 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；
[0018] 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。
[0019] 按上述方法，所述的3.1具体为：
[0020] 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：
[0021] Ti＝(mgsinθ+mgfcosθ)R
[0022] 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；
[0023] 电机的实时转速与期望转速的误差值为：
[0024] e1＝nr-nd
[0025] 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；
[0026] 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：
[0027]
[0028] 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；
[0029]
[0030] 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；
[0031] 在本步骤结束时，有：
[0032] Ti1＝Ti+ΔTc1
[0033] 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_1 Z2_1 Z3_1 Z4_1]T：
[0034]
[0035] 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
刚度；m为整车质量；g为重力加速度；L为
轴距；b为
轮距；lr为后轴中心
位置至车辆质心的纵向距离，lf为前轴中心位置至车辆质心的纵向距离；
[0036] 根据[Z1_1 Z2_1 Z3_1 Z4_1]T，对计算得到的轮毂电机总转矩需求Ti1进行分配：
[0037]
[0038] 按上述方法，所述的3.2具体为：
[0039] 通过第二模糊控制器对第二PID控制器的控制参数kP2、ki2进行实时调整，第二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ΔTc2作为输出变量：
[0040]
[0041] 式中kP2表示第二PID控制器的比例环节特征系数；kI2表示第二PID控制器的积分环节特征系数；kD2表示第二PID控制器的微分环节特征系数；
[0042] 在轮毂电机电制动力矩的调节过程中，为了防止出现电制动力矩波动过大，引起较大的车辆冲击度，将驻坡过程的车辆加速度波动和行驶冲击度做综合考量，得到综合误差e2为：
[0043]
[0044] 式中ka为比例系数，ωa为权重系数，ax表示表示半主动坡道驻车过程中车辆的实际绝对加速度， 为车辆行驶冲击度，ax，des1为半主动坡道驻车过程中的期望加速度，为
边界层厚度；
[0045] 基于对车辆行驶冲击度的控制要求，建立了第三PID控制器对综合误差e2进行控制，以附加转矩指令ΔTc3作为输出变量：
[0046]
[0047] 式中kP3表示第三PID控制器的比例环节特征系数；kI3表示第三PID控制器的积分环节特征系数；kD3表示第三PID控制器的微分环节特征系数；
[0048] 在仅由电制动力矩调节实现驻坡的第二阶段，四轮毂电机提供的驻坡力矩为：
[0049] Ti2＝Ti1+ΔTc2-ΔTc3
[0050] 式中Ti2表示车辆驻坡过程中的总驻坡力矩；Tcd为四轮毂电机提供的理想驻坡力矩；Ti1表示第一阶段结束时建立的驻坡力矩；ΔTc2、ΔTc3表示整车控制器发送至轮毂电机系统的轮毂电机附加转矩指令；
[0051] 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_1 Z2_1 Z3_1 Z4_1]T；根据[Z1_1 Z2_1 Z3_1 Z4_1]T，对计算得到的轮毂电机总转矩需求Ti2进行分配：
[0052]
[0053] 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。
[0054] 按上述方法，所述的4.1具体为：
[0055] 半主动坡道驻车控制策略适用的道路坡度范围满足以下公式：
[0056]
[0057] Fmax≥mgfcosθ+mgsinθ
[0058] 式中Fmax表示车辆能够提供的最大驱动/制动力；Tmax表示轮毂电机驱动系统的最大驱动/制动力矩，考虑到轮毂电机的输出
电流限值得出的轮毂电机最大输出转矩；θ表示估计道路坡度；ig表示轮端减速器减速比；η表示轮端减速器的传动效率；μ表示路面的附着系数；m为整车质量；g表示重力加速度；f表示
滚动阻力系数；
[0059] 当温升幅度和输出电流大小超过预设的安全限值时，通过降低转矩输出，[0060] 加速踏板开度临界值的计算：
[0061]
[0062] 按上述方法，所述的4.2具体为：
[0063] 驻坡状态的解除，由驾驶员操作的实时加速踏板开度与加速踏板开度临界值比较，判断过程如下：
[0064] 当 时，保持坡道驻车状态；
[0065] 当 时，坡道驻车状态自动退出，车辆速度由驾驶员操纵加速踏板进行控制，完成防溜坡起步加速过程。
[0066] 按上述方法，所述的5.1具体为：
[0067] 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，进行下坡车速的控制，当满足以下条件时，获取此时的车辆速度作为期望下坡速度Vd，
[0068] T≥TP
[0069] 式中T表示驾驶员保持制动踏板定值开度的时间；Tp表示临界时间，作为判断标准；
[0070] 通过保持期望下坡速度Vd进行缓速下坡，响应驾驶员缓速下坡的意图；驾驶员放开制动踏板，退出液压制动模式，进入电制动模式。
[0071] 按上述方法，所述的5.2具体为：
[0072] 车辆通过对电制动力矩进行
自动调节，使车辆保持期望下坡车速实现缓速下坡；
[0073] 车辆保持恒定车速实现缓速下坡需要的制动力矩为
[0074] Tb＝(mgsinθ-mgfcosθ)Rd
[0075] 通过第四模糊控制器对第四PID控制器的控制参数kP4、ki4进行实时调整，第四PID控制器将车辆实时车速与期望下坡速度之间的误差值e3作为控制目标，以附加转矩指令ΔTc4作为输出变量：
[0076]
[0077] 式中kP4表示第四PID控制器的比例环节特征系数；kI4表示第四PID控制器的积分环节特征系数；kD4表示第四PID控制器的微分环节特征系数；
[0078] 在轮毂电机电制动力矩的调节过程中，为了防止出现电制动力矩波动过大，引起较大的车辆行驶冲击度，将缓速下坡过程中的车辆加速度波动和行驶冲击度做综合考量，得到综合误差e4为：
[0079]
[0080] 式中ka为比例系数，ωa为权重系数，ax表示表示半主动坡道驻车过程中车辆的实际绝对加速度， 为车辆行驶冲击度，ax，des2为缓速下坡过程中的期望加速度， 为边界层厚度；
[0081] 基于车辆行驶冲击度控制要求，建立了第五PID控制器对缓速下坡加速度误差进行控制，以附加转矩指令ΔTc5作为输出变量：
[0082]
[0083] 式中kP5表示第五PID控制器的比例环节特征系数；kI5表示第五PID控制器的积分环节特征系数；kD5表示第五PID控制器的微分环节特征系数；
[0084] 仅由电制动力矩调节实现缓速下坡，四轮毂电机提供的缓速下坡力矩为：
[0085]
[0086] 式中Ti3表示车辆缓速下坡过程总电制动力矩；Tb为车辆缓速下坡的理想制动力矩；ig表示轮端减速器减速比；η表示轮端减速器的传动效率；ΔTc4、ΔTc5表示整车控制器发送至轮毂电机系统的轮毂电机附加转矩指令；
[0087] 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计算各个车轮垂直载荷在总垂直载荷中所占的比例[Z1_2 Z2_2 Z3_2 Z4_2]T；根据[Z1_2 Z2_2 Z3_2 Z4_2]T，对计算得到的轮毂电机总转矩需求Ti3进行分配：
[0088]
[0089] 当判断车辆缓速下坡车速保持在期望下坡车速时，将各个轮毂电机的电制动力矩指令保持不变，车辆保持期望车速实现缓速下坡。
[0090] 本发明的有益效果为：本发明基于坡度传感器和车辆信息对驾驶员意图进行识别，利用精确的电机控制快速响应驾驶员意图，采用了基于轮毂电机转矩控制的控制策略，解决了基于转速控制策略易出现的电机力矩无法主动限制、频繁出现轮毂电机堵转等问题；在行驶控制策略中，都是基于驾驶员踏板先操作，车辆识别驾驶员意图后实现车辆自动控制的过程，更加符合驾驶员的实际操作情形；在半主动坡道驻车控制策略中，采用了驾驶员半联动操作制动踏板提供液压制动力矩作为辅助，使车辆在驻坡力矩建立的初期，更加安全、稳定；在坡道起步工况中，驾驶员仅靠加速踏板便可完成驻坡状态的解除和防溜坡起步过程，简化了驾驶员的操作，提高了操作的简便性；在坡道下坡工况中，驾驶员可以通过不同的加速踏板开度获得不同的期望下坡速度，进一步识别了驾驶员意图，可以提高车辆在不同下坡车速要求的下坡工况的适应性。
附图说明
[0091] 图1为半主动坡道驻车控制方法
流程图。
[0092] 图2为防溜坡起步控制方法流程图。
[0093] 图3为缓速下坡控制方法流程图。
[0094] 图4四轮毂电机输出转矩。
[0095] 图5加速踏板开度变化图。
[0096] 图6四轮毂电机转速。
[0097] 图7制动踏板开度变化图。
[0098] 图8车辆纵向加速度变化图。
具体实施方式
[0099] 下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。
[0100] 本发明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，包括以下步骤：
[0101] 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。
[0102] 在车辆档位信号中，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：
[0103] 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；
[0104] 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。
[0105] 首先利用车身姿态量测装置对当前坡度角大小进行判断：
[0106] 若当前坡度角θ＞0，当前处于上坡状态；
[0107] 若当前坡度角θ＜0，当前处于下坡路段。
[0108] 将车辆实际行驶车速V与最低稳定行驶车速Vmin进行判断：
[0109] 若V＞Vmin(其中V是观测到的车辆实时车速，Vmin是车辆最低稳定行驶车速)，说明此时驾驶员意图对车辆行驶车速进行了主动控制，并没有停车意图，以保证车辆实现其他行驶工况的需求，比如低速工况下的跟车行驶，陡坡缓降等。
[0110] 若V≤Vmin，说明此时的驾驶员意图有控制车辆停车(坡道驻车、短暂驻车)或实现停车状态下的低速起步需求。
[0111] 在上面判断的基础上，基于电子踏板开度(制动踏板开度、加速踏板开度)对驾驶员意图做了进一步判断。
[0112] 当车身姿态量测装置检测到当前坡度角θ＞0且实时车速V≤Vmin时，
[0113] 若有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，
[0114] 若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；
[0115] 当车身姿态量测装置检测到当前坡度角θ＜0并且实时车速V≥Vmin时，
[0116] 若有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。
[0117] 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，包括坡道驻车、防溜坡起步、缓速下坡过程中，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，整车控制通过发送CAN信号至车辆仪表，提示驾驶员轮毂电机电驱动驾驶辅助系统达到了极限值，车辆即将退出自动控制模式，车辆将通过驾驶员操作进行控制。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。
[0118] S3、半主动坡道驻车控制策略：如图1所示，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。
[0119] 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。
[0120] 所述的3.1具体为：
[0121] 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：
[0122] Ti＝(mgsinθ+mgfcosθ)R
[0123] 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；
[0124] 电机的实时转速与期望转速的误差值为：
[0125] e1＝nr-nd
[0126] 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；
[0127] 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：
[0128]
[0129] 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；
[0130]
[0131] 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；
[0132] 在本步骤结束时，有：
[0133] Ti1＝Ti+ΔTc1
[0134] 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_1 Z2_1 Z3_1 Z4_1]T：
[0135]
[0136] 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为悬架系统侧倾角刚度；m为整车质量；g为重力加速度；L为轴距；b为轮距；lr为后轴中心位置至车辆质心的纵向距离，lf为前轴中心位置至车辆质心的纵向距离；
[0137] 根据[Z1_1 Z2_1 Z3_1 Z4_1]T，对计算得到的轮毂电机总转矩需求Ti1进行分配：
[0138]
[0139] 在轮毂电机电制动力矩的调节过程中，加入了驾驶员制动踏板的半联动操作，更加符合驾驶员实际操作的情形，使驻坡力矩的建立初期更加安全、稳定。
[0140] 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。
[0141] 3.2具体为：
[0142] 通过第二模糊控制器对第二PID控制器的控制参数kP2、ki2进行实时调整，第二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ΔTc2作为输出变量：
[0143]
[0144] 式中kP2表示第二PID控制器的比例环节特征系数；kI2表示第二PID控制器的积分环节特征系数；kD2表示第二PID控制器的微分环节特征系数；
[0145] 在轮毂电机电制动力矩的调节过程中，为了防止出现电制动力矩波动过大，引起较大的车辆冲击度，将驻坡过程的车辆加速度波动和行驶冲击度做综合考量，得到综合误差e2为：
[0146]
[0147] 式中ka为比例系数，ωa为权重系数，ax表示表示半主动坡道驻车过程中车辆的实际绝对加速度， 为车辆行驶冲击度，ax，des1为半主动坡道驻车过程中的期望加速度， 为边界层厚度。
[0148] 基于对车辆行驶冲击度的控制要求，建立了第三PID控制器对综合误差e2进行控制，以附加转矩指令ΔTc3作为输出变量：
[0149]
[0150] 式中kP3表示第三PID控制器的比例环节特征系数；kI3表示第三PID控制器的积分环节特征系数；kD3表示第三PID控制器的微分环节特征系数；
[0151] 在仅由电制动力矩调节实现驻坡的第二阶段，四轮毂电机提供的驻坡力矩为：
[0152] Ti2＝Ti1+ΔTc2-ΔTc3
[0153] 式中Ti2表示车辆驻坡过程中的总驻坡力矩；Tcd为四轮毂电机提供的理想驻坡力矩；Ti1表示第一阶段结束时建立的驻坡力矩；ΔTc2、ΔTc3表示整车控制器发送至轮毂电机系统的轮毂电机附加转矩指令。
[0154] 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T T轮垂直载荷在总垂直载荷中所占的比例[Z1_1 Z2_1 Z3_1 Z4_1]。根据[Z1_1 Z2_1 Z3_1 Z4_1]，对计算得到的轮毂电机总转矩需求Ti2进行分配：
[0155]
[0156] 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。
[0157] S4、防溜坡起步控制策略：如图2所示，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。
[0158] 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。
[0159] 在坡道驻车的状态下，根据S1中的驾驶员意图判断方法，若判断出驾驶员有起步加速行驶的意图，防溜坡起步控制策略介入工作，以防止车辆在不同道路上起步出现溜坡问题。此时，将道路坡度θ、车厢侧倾角φ、轮毂电机实时反馈力矩作为反馈信号，利用模糊PID控制器计算得到整车控制器的转矩指令。
[0160] 计算半主动坡道驻车控制策略适用的道路坡度范围：
[0161]
[0162] Fmax≥mgfcosθ+mgsinθ
[0163] 式中Fmax表示车辆能够提供的最大驱动/制动力；Tmax表示轮毂电机驱动系统的最大驱动/制动力矩，考虑到轮毂电机保护，需要控制电机的温升幅度与输出电流；θ表示估计道路坡度；ig表示轮端减速器减速比；η表示轮端减速器的传动效率；μ表示路面的附着系数；m为整车质量；g表示重力加速度；f表示滚动阻力系数。
[0164] 加速踏板开度临界值的计算：
[0165]
[0166] 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。
[0167] 根据整车控制器采集的加速踏板开度信号，得到驾驶员操作的实时加速踏板开度，并将驾驶员操作的实时加速踏板开度与加速踏板开度临界值比较，判断是否解除车辆驻坡状态。判断过程如下：
[0168] 当 时，保持坡道驻车状态；
[0169] 当 时，坡道驻车状态自动退出，车辆速度由驾驶员操纵加速踏板进行控制，完成防溜坡坡道起步加速过程。
[0170] 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。
[0171] 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。
[0172] 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，进行下坡车速的控制。当满足以下条件时，获取此时的车辆速度作为期望下坡速度Vd。
[0173] T≥TP
[0174] 通过保持期望下坡速度Vd进行缓速下坡，响应驾驶员缓速下坡的意图。驾驶员放开制动踏板，退出液压制动模式，进入电制动模式。
[0175] 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。
[0176] 在此阶段，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。
[0177] 车辆保持恒定车速实现缓速下坡需要的制动力矩为
[0178] Tb＝(mgsinθ-mgfcosθ)Rd
[0179] 通过第四模糊控制器对第四PID控制器的控制参数kP4、ki4进行实时调整，第四PID控制器将车辆实时车速Vx与期望下坡速度Vd之间的误差值e3作为控制目标，以附加转矩指令ΔTc4作为输出变量：
[0180] e3＝Vx-Vd
[0181]
[0182] 式中kP4表示第四PID控制器的比例环节特征系数；kI4表示第四PID控制器的积分环节特征系数；kD4表示第四PID控制器的微分环节特征系数；
[0183] 在轮毂电机电制动力矩的调节过程中，为了防止出现电制动力矩波动过大，引起较大的车辆行驶冲击度，将还俗下坡过程中的车辆加速度波动和行驶冲击度做综合考量，得到综合误差e4为：
[0184]
[0185] 式中ka为比例系数，ωa为权重系数，ax表示表示半主动坡道驻车过程中车辆的实际绝对加速度， 为车辆行驶冲击度，ax，des2为缓速下坡过程中的期望加速度， 为边界层厚度。
[0186] 基于车辆行驶冲击度控制要求，建立了第五PID控制器对缓速下坡加速度误差进行控制，以附加转矩指令ΔTc5作为输出变量：
[0187]
[0188] 式中kP5表示第五PID控制器的比例环节特征系数；kI5表示第五PID控制器的积分环节特征系数；kD5表示第五PID控制器的微分环节特征系数；
[0189] 在仅由电制动力矩调节实现缓速下坡的第二阶段，四轮毂电机提供的缓速下坡力矩为：
[0190]
[0191] 式中Ti3表示车辆缓速下坡过程总电制动力矩；Tb为车辆缓速下坡的理想制动力矩；ig表示轮端减速器减速比；η表示轮端减速器的传动效率；ΔTc4、ΔTc5表示整车控制器发送至轮毂电机系统的轮毂电机附加转矩指令。
[0192] 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计算下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_2 Z2_2 Z3_2 Z4_2]T。根据[Z1_2 Z2_2 Z3_ 2 Z4_2]T，对计算得到的轮毂电机总转矩需求Ti3进行分配：
[0193]
[0194] 本发明提出的缓速下坡根据驾驶员操作的制动踏板开度的大小得出不同的期望下坡车速，进一步实现了对驾驶员意图的识别，提高了对于不同下坡车速要求的下坡工况的适应性。
[0195] 当判断车辆缓速下坡车速保持在期望下坡车速时，将各个轮毂电机的电制动力矩指令保持不变，车辆保持期望车速实现缓速下坡。
[0196] 本发明需要涉及轮荷转移状态计算，车身姿态信息量测装置采用动态倾角传感器，本
实施例动态倾角传感器型号为SST810。本发明需要涉及车速的检测，传感器设备采用全球
定位系统(GPS)，本实施例GPS传感器产品型号为Micro Sat R20。本发明涉及轮毂电机转速的实时检测，检测方法是依据电机旋变特征信号对电机实时转速进行计算。本实施例中整车控制器采用32位
单片机。
[0197] 利用实车试验验证了本发明方法的控制效果，选取坡度为10％的标准坡道作为试验场地，进行了坡道驻车和溜坡起步的实车试验。由实车试验测试结果可以看出，如0秒到6秒之间所示，车辆实现了无制动
请求下的自动驻坡；在6秒到13秒之间，车辆实现了仅加速踏板操作下的坡道防溜坡起步过程。在0秒到14秒的坡道驻车与防溜坡起步实车试验测试过程中，车辆绝对加速度被控制在了0.2g以内，符合最初控制策略设定的要求。
[0198] 根据图4～7以看出，车辆在坡道驻车过程中(如0秒到6秒所示)，加速踏板开度始终为0，制动踏板开度也保持在0(因为此处的实车试验
数据采集只包括了半主动坡道驻车的第二阶段，未采集第一阶段靠驾驶员主动操作制动踏板对驻坡力矩的初期建立数据)。在2秒时，轮毂电机实时转速便被控制在了0值附近，转速调节变化过程可近视为线性过程；在第6秒，轮毂电机转速保持在了0值，说明此时车辆已实现了坡道驻车。由图8可以看出，在2秒到6秒之间，主要是对轮毂电机转速进行小范围调节，此过程中轮毂电机输出力矩波动相对较大，但整个坡道驻车过程的加速度都被保持在了0.2g之内，在实现坡道驻车的前提下有效抑制了驻坡过程中的加速度波动。因此，本发明可以在保证车辆舒适性的前提实现坡道驻车功能。
[0199] 根据图4～7以看出在防溜坡起步过程中(如6秒到13秒所示)，制动踏板开度始终为0，说明车辆仍保持在坡道驻车状态；加速踏板开度逐渐增加，当加速踏板开度较小时，车辆的驱动转矩需求小于轮毂电机所提供的驻坡力矩，车辆保持驻坡状态；此过程中的轮毂电机的实时转速仍保持在0值，轮毂电机的输出转矩仍保持在定值，即保持在驻坡力矩。当加速踏板开度超过加速踏板开度临界值，即加速踏板开度在13％左右时，车辆的驱动转矩需求已经超过了轮毂电机提供的驻坡力矩，驻坡状态解除；轮毂电机切换为驱动模式输出驱动力矩，按驾驶员的需求完成起步加速过程。因此，本发明可以有效抑制坡道起步过程中的溜坡问题，仅靠加速踏板完成驻坡状态的解除和防溜坡起步。根据上述对实车试验结果的分析，说明本发明的应用能够实现车辆的平稳坡道驻车，并显著简化了驾驶员在坡道起步时的操作方法。
[0200] 以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。
