朱德祥，孟 釗，韓記新

（海馬汽車有限公司，河南 鄭州 450016）

環(huán)境惡化及資源短缺的壓力推動(dòng)了中國(guó)純電動(dòng)轎車市場(chǎng)的發(fā)展速度，經(jīng)過近幾年的市場(chǎng)發(fā)展，價(jià)格低、舒適度高、智能化程度高的純電動(dòng)轎車成為消費(fèi)者購(gòu)買的主力軍。目前，純電動(dòng)汽車都是在全國(guó)各地區(qū)同步銷售，某些地區(qū)的道路陡峭，遇到堵車及紅綠燈等情況時(shí)，車輛會(huì)因?yàn)橹亓Χ锲?，?yán)重影響行駛安全及用戶體驗(yàn)。中、高配置的車輛都配置了HHC （即坡道駐車系統(tǒng)，Hill Hold Control），來實(shí)現(xiàn)坡道輔助起步功能。出于成本考慮，低配置的車輛基本沒有此系統(tǒng)，而是通過純電動(dòng)轎車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)具有靜止?fàn)顟B(tài)下輸出扭矩的特性來實(shí)現(xiàn)此功能。驅(qū)動(dòng)電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間處于大電流的話會(huì)影響電機(jī)壽命，防溜坡扭矩值的難以確定會(huì)導(dǎo)致車輛后溜控制不穩(wěn)定，如何合理地設(shè)定防溜坡扭矩值及人性化地建立其控制邏輯是目前需要解決的問題［1］。

1 坡道輔助起步系統(tǒng)

1.1 坡道輔助起步系統(tǒng)技術(shù)方案

純電動(dòng)汽車領(lǐng)域關(guān)于坡道輔助起步系統(tǒng)的技術(shù)方案主要有以下幾種。

1）方案1：在電動(dòng)汽車運(yùn)行的過程中，獲取電動(dòng)汽車的擋位信息和電機(jī)轉(zhuǎn)速信息；基于該擋位信息和電機(jī)轉(zhuǎn)速信息，判斷電動(dòng)汽車是否處于溜坡狀態(tài)。當(dāng)該電機(jī)處于溜坡狀態(tài)時(shí)，增大電動(dòng)汽車的電機(jī)扭矩，以進(jìn)行坡道輔助控制，直至電動(dòng)汽車退出溜坡狀態(tài)為止。

2）方案2：該控制方法采集電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)、整車的擋位信號(hào)以及駐車使能信號(hào)。當(dāng)滿足進(jìn)入駐車模式的條件時(shí)，設(shè)置牽引電機(jī)為0轉(zhuǎn)速工況，使電機(jī)工作在堵轉(zhuǎn)狀態(tài)；當(dāng)不滿足駐車模式的條件時(shí)，設(shè)置牽引電機(jī)退出0轉(zhuǎn)速工況，響應(yīng)整車給出的力矩指令。

3）方案3：通過駕駛員請(qǐng)求坡道輔助功能，同時(shí)采集整車傾角、當(dāng)前車速、目標(biāo)車速、擋位、駐車、油門、制動(dòng)、電機(jī)等信息判斷上坡起步狀態(tài)或上坡行駛狀態(tài)。確定當(dāng)前狀態(tài)后調(diào)整起步蠕行扭矩和上坡扭矩，在坡道起步無駐車的情況下，松開制動(dòng)踏板到加油門的時(shí)間內(nèi)，至少維持車輛平衡，防止車輛在坡道溜車。

4）方案4：驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器采集驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)、制動(dòng)踏板狀態(tài)、擋位狀態(tài)及變速器擋位狀態(tài)。若制動(dòng)踏板抬起，擋位處于非空擋，變速器處于非空擋且驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍不在預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器進(jìn)入坡道輔助停車功能模式，并施加駐車扭矩。當(dāng)滿足退出坡道輔助停車功能的條件時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器退出此模式并正常響應(yīng)整車指令。

1.2 現(xiàn)有技術(shù)方案分析

通過上述方案分析采用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)坡道輔助起步功能的技術(shù)方案實(shí)際上分為兩種，方案1是配置坡道傳感器的方案，為了節(jié)約成本，目前國(guó)內(nèi)驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器很少會(huì)自身配置或主機(jī)廠配置，所以基本上采用的是方案2。方案2是驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器判斷滿足進(jìn)入坡道輔助起步功能時(shí)，維持轉(zhuǎn)速為0，動(dòng)態(tài)輸出扭矩，使車輛維持平衡。但因?yàn)榉懒锲屡ぞ刂档牟淮_定，驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的初次輸出扭矩值會(huì)比較大，隨后慢慢調(diào)節(jié)，若大電流持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，電機(jī)系統(tǒng)溫升過快，會(huì)影響電機(jī)壽命；若調(diào)節(jié)速度過快，會(huì)導(dǎo)致車輛后溜距離加大或產(chǎn)生明顯抖動(dòng)，影響駕駛舒適性。

本文針對(duì)純電動(dòng)車輛，為提高駕駛舒適性及保護(hù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)，建立人性化的坡道輔助起步控制策略?；谶\(yùn)行過程中車輛的受力分析，建立防溜坡扭矩值預(yù)測(cè)機(jī)制，可快速判斷防溜坡扭矩值，減少車輛后溜距離及抖動(dòng)，節(jié)約能耗。

2 方案設(shè)計(jì)

2.1 坡道輔助起步系統(tǒng)流程

基于整車運(yùn)動(dòng)方程建立了防溜坡扭矩值預(yù)測(cè)系統(tǒng)，可計(jì)算出驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)入坡道輔助起步功能后第一時(shí)間的輸出扭矩值，然后根據(jù)零轉(zhuǎn)速模式下的扭矩控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)，可進(jìn)一步確定能夠使車輛在坡道上靜止所需的防溜坡扭矩值，提高控制效果及精度，減少大電流的工作時(shí)間，保護(hù)電機(jī)及節(jié)約能耗，其流程如圖1所示。

圖1 坡道輔助起步系統(tǒng)流程圖

2.2 防溜坡扭矩值預(yù)測(cè)系統(tǒng)的建立

車輛在爬坡過程中的運(yùn)動(dòng)方程如公式（1）所示：

式中：ig、i0、ηT、r、m、g、f、ρ、CD、A、u、δ、t等都為已知參數(shù)，故運(yùn)動(dòng)方程可轉(zhuǎn)化為下述方程式（2）：

式中：Tm——驅(qū)動(dòng)電機(jī)當(dāng)前輸出扭矩值，Nm；A、B——根據(jù)參數(shù)計(jì)算出的值；F——車輛坡道力。

當(dāng)坡度角比較小的時(shí)候，cos（a）值比較大，此時(shí)車輛坡道力比較小，而坡道阻力值最大不超過mgf，出于余量考慮，可將兩值之和表示為使車輛維持在當(dāng)前坡道需要提供的力矩，并反推出防溜坡扭矩預(yù)測(cè)值，如公式（3）、公式（4）所示。

防溜坡扭矩預(yù)測(cè)系統(tǒng)不僅涉及MCU的CAN通信模塊、數(shù)據(jù)計(jì)算單元，還應(yīng)具備數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，使其重新上下電后，防溜坡扭矩預(yù)測(cè)系統(tǒng)同樣有效。

2.3 驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器與整車的信號(hào)交互

驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器與VCU進(jìn)行信號(hào)交互，若滿足進(jìn)入坡道輔助起步條件，則進(jìn)入坡道輔助起步功能。

2.4 坡道輔助起步功能實(shí)現(xiàn)

進(jìn)入坡道輔助起步功能后，驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)可第一時(shí)間響應(yīng)防溜坡扭矩預(yù)測(cè)值，然后根據(jù)轉(zhuǎn)速變化趨勢(shì)來對(duì)扭矩值進(jìn)行調(diào)節(jié)，可建立一個(gè)PI控制系統(tǒng)對(duì)其速度偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)?，F(xiàn)在驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器具備數(shù)據(jù)處理速度快、數(shù)據(jù)計(jì)算量大等特點(diǎn)，若參數(shù)標(biāo)定得好，可在人體感受不到的情況下調(diào)節(jié)出防溜坡扭矩值，維持車輛在坡道上的靜止。具備坡道輔助起步功能的驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)框架如圖2所示。

圖2 功能實(shí)現(xiàn)框圖

若驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行在大電流的工況下，繞組溫度會(huì)持續(xù)上升，上升到一定溫度值時(shí)，按照相應(yīng)的過溫處理策略進(jìn)行降功率及通知整車水路按照水路策略工作；若滿足圖1中任何一條退出條件，則驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)退出坡道輔助起步功能。響應(yīng)VCU發(fā)送的目標(biāo)扭矩時(shí)，應(yīng)線性調(diào)節(jié)輸出扭矩，避免車輛出現(xiàn)不平順情況。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文從現(xiàn)有坡道輔助起步系統(tǒng)技術(shù)方案出發(fā)，提出一種驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)防溜坡扭矩預(yù)測(cè)值建立方法，根據(jù)整車信息實(shí)時(shí)計(jì)算防溜坡扭矩預(yù)測(cè)值，并對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。進(jìn)入坡道輔助起步功能后，可第一時(shí)間響應(yīng)誤差較小的防溜坡扭矩預(yù)測(cè)值，進(jìn)而減少電機(jī)大電流的工作時(shí)間，提高PI控制器調(diào)節(jié)速度，使系統(tǒng)更穩(wěn)定，從而提升車輛穩(wěn)定性和平順性。