本發明屬于電動車控制領域，更具體地，涉及一種電動車的下坡控制系統及方法。

背景技術：

傳統汽車借助于發動機制動及機械主動制動系統或電子穩定性控制系統(esp)實現下坡緩降功能，通過系統設定車速上限以便駕駛者能從容控制車輛。但是由于傳統車設定的期望車速為固定值，即在不同坡度的坡道上均為該固定值，缺乏自適應性。

在電動車中通常通過坡度傳感器、慣性測量單元檢測坡度，一旦下坡輔助系統(hdc)開啟，優先通過電機主制動、機械主動制動系統輔助制動，既能實現下坡輔助功能又能回收一定的制動能量。

同時，機械傳動系統除了傳動效率低、控制精度差以外，也沒有充分考慮到車輛正常下坡行駛及制動過程中，由于車輛轉彎時車身側傾及左右路面附著系數不同時左右車輪制動力不平衡，進而發生橫移側滑、左右車輪制動抱死的潛在危險工況，一旦潛在危險工況出現，機械主動制動系統無法準確識別危險，無法做出正確的增扭、減扭的操作，除了影響舒適性以外，還有可能會造成車輛側翻、制動跑偏、失去轉向能力等更嚴重的后果。如專利文獻cn104442763a以及cn204323312u。同時現有汽車包括新能源汽車，下坡輔助系統借助于慣性測量單元或坡度傳感器檢測坡度，屬于新增的結構件，增加了系統成本。而目前已有evb(電子真空助力器)產品雖然同樣能夠實現主動制動，然而這些產品是傳統制動機構的升級版，同樣無法避免上述提到的缺點。

現有技術的電子穩定性控制系統通過對車輪制動力矩的增、減來保證車輛不失穩、車輪不打滑。當車輛出現危險狀況時，如果esp系統按照esp自己邏輯計算的指令執行，車輛自然不會出現危險，然而一旦電機此時對車輪繼續制動，就相當于esp指令減扭矩時減扭矩不足、增扭矩時增扭矩過大，從而對車輛的操作造成一定的危險。

技術實現要素：

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種下坡控制系統，其目的在于通過解耦模塊實現主動制動，從而提高了車輛的安全性及穩定性。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種下坡控制系統，包括信號輸入模塊、坡度模塊、下坡輔助模塊、穩定輔助模塊以及解耦模塊；

所述信號輸入模塊的第一輸出端連接下坡輔助模塊的第一輸入端，第二輸出端連接穩定輔助模塊的輸入端，第三輸出端連接坡度模塊的輸入端，所述坡度模塊的輸出端連接所述下坡輔助模塊的第二輸入端，所述下坡輔助模塊的輸出端連接解耦模塊的輸入端，所述穩定輔助模塊的交互端連接解耦模塊的交互端；

所述信號輸入模塊用于獲得車輛動態信息，所述坡度模塊用于根據所述車輛動態信息，獲得當前坡度信息；所述下坡輔助模塊用于根據車輛動態信息以及當前坡度信息，獲得再生制動扭矩tm，同時根據所述車輛動態信息以及當前坡度信息，判斷車輛是否符合下坡輔助條件，并在第一判斷結果為是時，獲得下坡驅動扭矩ts，所述穩定輔助模塊用于判斷車輛是否處于危險狀態，并在第二判斷結果為是時，獲得穩定驅動扭矩tw，所述耦合模塊用于根據第一判斷結果、第二判斷結果、再生制動扭矩tm、下坡驅動扭矩ts以及穩定驅動扭矩tw，獲得當前驅動扭矩。

優選地，所述車輛動態信息包括整車質量、當前速度、踏板開度以及油門開度。

作為進一步優選地，所述坡度模塊包括動力單元、阻力單元以及角度單元，所述動力單元的輸入端作為所述坡度模塊的第一輸入端，輸出端連接角度單元的第一輸入端，阻力單元的輸入端作為所述坡度模塊的第二輸入端，輸出端連接角度單元的第二輸入端，所述角度單元的第三輸入端作為所述坡度模塊的第三輸入端，輸出端作為所述坡度模塊的輸出端；

所述動力單元用于根據油門開度以及踏板開度，獲得電機驅動力ft以及制動力fb，所述阻力單元用于根據當前速度，獲得滾動阻力ff以及風阻fw，所述角度單元用于根據電機驅動力ft、制動力fb、滾動阻力ff、風阻fw以及整車質量m，獲得道路坡度а。

優選地，所述車輛動態信息包括電機轉速、電池剩余電量、設定速度、當前加速度、檔位信號、橫擺角速度、質心側偏角以及車輪滑移率。

優選地，所述下坡控制系統還包括第一驅動器以及第二驅動器，所述解耦模塊的輸出端連接第一驅動器，所述穩定輔助模塊的輸出端連接第二驅動器；

所述當前驅動扭矩包括第一驅動扭矩t1以及第二驅動扭矩t2，所述第一驅動器用于根據第一驅動扭矩t1驅動，所述第二驅動器用于根據第二驅動扭矩t2驅動。

按照本發明的一個方面，還提供了一種用于上述下坡控制系統的坡度模塊，包括動力單元、阻力單元以及角度單元，所述動力單元的輸出端連接角度單元的第一輸入端，所述阻力單元的輸出端連接角度單元的第二輸入端；

所述動力單元用于獲得電機驅動力ft以及制動力fb，所述阻力單元用于獲得滾動阻力ff以及風阻fw，所述角度單元用于根據電機驅動力ft、制動力fb、滾動阻力ff、風阻fw以及整車質量m，獲得道路坡度а。

按照本發明的一個方面，還提供了一種包括上述下坡控制系統的電動車。

按照本發明的一個方面，還提供了一種利用上述下坡控制系統的控制方法，包括以下步驟：

s1.信號輸入模塊獲得車輛動態信息，所述車輛動態信息包括整車質量、設定速度、當前速度、當前加速度、踏板開度、油門開度、檔位信號、橫擺角速度、質心側偏角以及車輪滑移率；坡度模塊根據車輛動態信息，獲得道路坡度а；

下坡輔助模塊獲得當前車輛狀態下，電機的最大驅動扭矩tm；

穩定輔助模塊根據車輛動態信息，判斷當前是否存在危險狀態，是則轉換為主動制動模式，進入步驟s2，否則進入步驟s3；

s2.穩定輔助模塊根據車輛動態信息，獲得穩定驅動扭矩tw，如果tw＜tm，令第一驅動扭矩t1＝tw，第二驅動扭矩t2＝0，進入步驟s5，否則第一驅動扭矩t1＝tm，第二驅動扭矩t2＝tw－tm，進入步驟s5；

s3.下坡輔助模塊判斷是否滿足下坡輔助條件，是則下坡輔助模塊根據車輛動態信息以及道路坡度а，獲得下坡驅動扭矩ts，進入步驟s4；否則返回步驟s1；

s4.如果下坡驅動扭矩ts＜tm，則耦合模塊獲得第二驅動扭矩t2＝0，第一驅動扭矩t1＝ts，否則獲得第二驅動扭矩t2＝ts－tm，第一驅動扭矩t1＝tm，進入步驟s5；

s5.解耦模塊發出第一驅動扭矩信號t1以及第二驅動扭矩信號t2，第一驅動器根據第一驅動扭矩t1驅動，所述穩定輔助模塊將第二驅動扭矩信號t2輸出，第二驅動器根據第二驅動扭矩t2驅動，返回步驟s1。

優選地，所述步驟s1中獲得道路坡度а的方法具體為：根據油門開度以及踏板開度，獲得電機驅動力ft以及制動力fb，根據當前速度，獲得滾動阻力ff以及風阻fw，根據電機驅動力ft、制動力fb、滾動阻力ff、風阻fw以及整車質量m，獲得道路坡度α＝arcsin[(ma-ft+ff+fw+fb)/mg]，其中，g為重力加速度。

優選地，所述步驟s1中判斷當前是否存在危險狀態的標準為：車輪滑移率超過滑移率閾值、橫擺角速度超過角速度閾值、或質心側偏角超過側偏角閾值。

作為進一步優選地，滑移率閾值為8％～12％，角速度閾值為80度/秒～110度/秒，側偏角閾值為8度/秒～14度/秒。

優選地，所述步驟s3中判斷是否滿足下坡輔助條件的標準為：道路坡度а大于坡度閾值ξ，設定速度為標準下坡速度，檔位信號為d檔。

作為進一步優選地，所述標準下坡速度為8km/h～12km/h，所述坡度閾值ξ為4°～6°。

總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，具有下列有益效果。

1、通過在電機及穩定輔助系統之間增加解耦模塊，根據當前是否存在危險狀態以及是否滿足下坡輔助條件，分配第一驅動扭矩和第二驅動扭矩，解決了由于下坡輔助模塊的存在，使得穩定輔助模塊發出的穩定驅動扭矩tw無法正確執行，進而出現車輛失穩的危險情況，從而在電機制動時保持了車輛的操縱穩定性及整車制動安全性；

2、坡度模塊可以直接利用現有的信號輸入模塊計算坡道坡度，從而減少了額外的坡度傳感器或慣性測量單元的投入，從而節約了成本；

3、下坡輔助模塊可整體集成在整車控制器(vcu)中，使得下坡輔助控制(hdc)功能成為整車控制器(vcu)模塊的一部分，節約了產生成本。

附圖說明

圖1是本發明下坡控制系統結構示意圖；

圖2是本發明坡度模塊結構示意圖；

圖3是實施例1下坡控制系統結構示意圖；

圖4是實施例1下坡控制系統的控制方法示意圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。

下坡輔助系統(hdc)基本原理如下：汽車下坡時，通過設置期望的速度(目前量產車型期望車速設置在8～12km/h左右)，在實際車速超過期望的車速時主動制動，使車速維持在期望的車速范圍內，把駕駛員從頻繁的踩制動踏板中解放出來，從而提高了駕駛舒適性。

本發明提供了一種用于電動車的下坡控制系統，包括信號輸入模塊、坡度模塊、下坡輔助模塊、穩定輔助模塊、解耦模塊、第一驅動器以及第二驅動器，如圖1所示；

所述信號輸入模塊的第一輸出端連接下坡輔助模塊的第一輸入端，第二輸出端連接穩定輔助模塊的輸入端，第三輸出端連接坡度模塊的輸入端，所述坡度模塊的輸出端連接所述下坡輔助模塊的第二輸入端，所述下坡輔助模塊的輸出端連接解耦模塊的輸入端，所述穩定輔助模塊的交互端連接解耦模塊的交互端，所述解耦模塊的輸出端連接第一驅動器，所述穩定輔助模塊的輸出端連接第二驅動器；其中，第一驅動器為電動車的驅動電機，第二驅動器通常為的電子穩定性控制系統自帶的的微型泵；

其中，坡度模塊可直接采用坡度傳感器或慣性測量單元計算當前坡度信息，但也可以由動力單元、阻力單元以及角度單元組成，直接利用信號輸入模塊的輸出信號計算當前坡度信息，所述動力單元的輸入端作為所述坡度模塊的第一輸入端，輸出端連接角度單元的第一輸入端，阻力單元的輸入端作為所述坡度模塊的第二輸入端，輸出端連接角度單元的第二輸入端，所述角度單元的第三輸入端作為所述坡度模塊的第三輸入端，輸出端作為所述坡度模塊的輸出端。

上述下坡控制系統的控制原理如下：

s1.信號輸入模塊獲得車輛動態信息，所述車輛動態信息包括電機轉速、電池剩余電量、整車質量、設定速度、當前速度、當前加速度、踏板開度、油門開度、檔位信號、橫擺角速度、質心側偏角以及車輪滑移率；

動力單元根據油門開度以及踏板開度，阻力單元獲得電機驅動力ft以及制動力fb，根據當前速度，獲得滾動阻力ff以及風阻fw，角度單元根據電機驅動力ft、制動力fb、滾動阻力ff、風阻fw以及整車質量m，獲得道路坡度α＝arcsin[(ma-ft+ff+fw+fb)/mg]，其中，g為重力加速度；最終坡度模塊獲得道路坡度а；

下坡輔助模塊根據電機轉速、電池剩余電量以及電機充電效率，獲得最大驅動扭矩tm；

穩定輔助模塊根據車輛動態信息(如車輪滑移率是否超過滑移率閾值8％～12％、橫擺角速度是否超過角速度閾值80度/秒～110度/秒、或質心側偏角是否超過側偏角閾值8度/秒～14度/秒)，判斷當前是否存在危險狀態，是則轉換為主動制動模式，進入步驟s2，否則進入步驟s3；

s2.穩定輔助模塊根據車輛動態信息，獲得穩定驅動扭矩tw，如果tw＜tm，令第一驅動扭矩t1＝tw，第二驅動扭矩t2＝0，進入步驟s5，否則第一驅動扭矩t1＝tm，第二驅動扭矩t2＝tw－tm，進入步驟s5；

s3.下坡輔助模塊根據車輛動態信息(如道路坡度а是否大于坡度閾值ξ4°～6°，設定速度是否為標準下坡速度8km/h～12km/h，檔位信號是否為d檔)判斷是否滿足下坡輔助條件，是則下坡輔助模塊根據車輛動態信息以及道路坡度а，獲得下坡驅動扭矩ts，進入步驟s4；否則返回步驟s1；

s4.如果下坡驅動扭矩ts＜tm，則耦合模塊獲得第二驅動扭矩t2＝0，第一驅動扭矩t1＝ts，否則獲得第二驅動扭矩t2＝ts－tm，第一驅動扭矩t1＝tm，進入步驟s5；

s5.解耦模塊發出第一驅動扭矩信號t1以及第二驅動扭矩信號t2，第一驅動器根據第一驅動扭矩t1驅動，所述穩定輔助模塊將第二驅動扭矩信號t2輸出，第二驅動器根據第二驅動扭矩t2驅動，返回步驟s1。

實施例1

實施例1的下坡輔助系統如圖3所示，包括信號輸入模塊、集成于整車控制器里的下坡輔助系統控制模塊、執行機構，所述執行機構包括電子穩定性控制系統，解耦模塊以及電機；

信號輸入模塊主要作用如下：根據采集的信號計算道路坡度。其中，下坡輔助控制系統(hdc)開關操作系統，用于開啟下坡輔助功能；坡度信息及檔位信號用做下坡輔助系統功能使能判斷條件；車速、加速度、油門開度及制動踏板開度用于計算道路坡度；電池管理系統模塊發出電池剩余電量(soc)信息，用于計算電機的再生制動扭矩tmotor；滑移率、質心側偏角、橫擺角速度信息作為電子穩定性控制系統的激活條件。

下坡輔助系統控制模塊用于根據信號輸入模塊信息，計算期望的制動扭矩treq以及當前車速下電機所能提供的再生制動扭矩tmotor，同時，在treq大于tmotor時，獲得電子穩定性控制系統所需提供的制動扭矩tesp＝treq-tmotor，上述扭矩指令通過can總線發送給電機以及電子穩定性控制系統。

執行機構按接收到的扭矩指令完成制動后，其中電子穩定性控制系統會采集當前車輛的運行狀態(滑移率、質心側偏、橫擺角速度)信息，并分析車輛是否滿足主動制動條件(即是否會出現上述失穩或是車輪抱死等危險狀況)，是則切換至主動制動模式。

所述電子穩定性系統主動制動條件為根據滑移率、質心側偏、橫擺角速度信息計算出保持車輛穩定性所需的制動扭矩tesp’，并把此命令發送給解耦模塊。解耦模塊根據當前再生制動扭矩tmotor大小、所需的制動扭矩tesp’，獲得實際制動扭矩。此過程中解耦模塊指令優先于下坡輔助系統控制模塊指令。解耦模塊計算算法如下：如電子穩定性控制系統(esp)主動激活(切換至主動制動模式)后輸出的制動扭矩tesp’，如果驅動車輪抱死，tesp’就等于0，解耦模塊就直接執行取消制動扭矩指令，即解耦模塊向電機發送0扭矩指令，電機就應該立刻取消制動扭矩；如果tesp’>tmotor>tmotor1；當前電機的實際制動扭矩tmotor1(小于等于tmotor)，就要增加電機的制動扭矩至tmotor，其余的制動扭矩tesp1-tmotor由解耦模塊反饋給esp，esp就執行這條扭矩命令。如果tmotor>tesp1>tmotor1，解耦模塊向電機發出增扭矩至tesp1，向esp發送0扭矩指令；如果tmotor1>tesp1>0，解耦模塊向電機發送等于tesp1扭矩指令，向esp發送0扭矩指令，如圖4所示。

整車啟動后，根據車輛縱向動力學理論知識，車輛在平行于道路上的縱向受力公式如下：

ma＝ft+mg·sinα-ff-fw-fb(1)

式(1)中：等式右邊各項依次為電機驅動力ft、車輛重力沿路面在縱向分力mg·sinа、滾動阻力ff、風阻fw、制動力fb。其中電機驅動力ft、制動力fb可根據油門開度、制動踏板開度實時計算得出；滾動阻力ff及風阻fw是關于當前速度的函數，也可以求出；而當前速度、加速度都是整車控制器實時給出的，因此道路坡度α就等于

α＝arcsin[(ma-ft+ff+fw+fb)/mg](2)

由以上算法，根據油門開度信號、車速信號、制動踏板開度信號、檔位信號等，可實時計算出當前路面的坡度。取消了利用慣性測量單元檢測道路坡度。

當車輛啟動后，道路坡度測量模塊根據前述計算算法自動計算道路坡度，當駕駛員在自適應巡航操縱界面下啟動下坡輔助系統并設定相應的期望車速后，下坡輔助系統功能模塊根據采集的信息判斷是否滿足下坡輔助系統條件，不滿足則提示駕駛員；滿足啟動條件(坡度大于閾值、期望車速設置在合理區間、檔位在d檔)后，實時計算道路坡度及請求的制動扭矩treq，根據車速查表得出電機提供的再生制動扭矩tmotor。當treq<tmotor時，全部采用電機制動力實現車輛減速；如treq>tmotor，優先使用電機制動，剩余的制動扭矩由電子穩定性控制系統(esp)提供。在制動過程中，電子穩定性控制系統會實時檢測車輛動態信息(車輪滑移率、質心側偏角、橫擺角速度)，如果未出現車輪抱死或車輛失穩的狀況，此次流程結束；如果出現車輪抱死、車輛失穩現象，電子穩定性控制系統主動激活，電子穩定性控制系統把計算的扭矩指令傳輸給解耦模塊解耦，由解耦模塊做出最終的制動扭矩分配。

本發明的技術發明有優效果如下：

(1)把下坡輔助功能系統作為一個獨立的駕駛模式整合在整車控制器中，無需單獨的hdc控制單元，節約成本。

(2)手動開啟下坡輔助功能按鈕：在汽車自適應巡航(acc)功能界面下，開啟下坡輔助功能并設置期望的下坡速度，期望的下坡速度是一范圍值，受到坡度大小的限制。此項功能開關設計在原有汽車自適應巡航(acc)功能按鈕下，無需添加下坡輔助(hdc)開關按鈕，無需修改內飾結構。

(3)一旦整車控制器(vcu)接收到下坡輔助(hdc)功能開啟命令后，根據坡度信號、檔位信號、電池soc、整車故障信息等，判定車輛是否滿足進入下坡輔助控制模式的條件。判斷條件如下：(判斷條件如下：道路坡度值大于閾值5、車輛檔位信號為d檔、期望車速設定在對應坡度查表計算的范圍內，同時滿足方可。)即下坡輔助系統(hdc)功能使能自檢；

(4)完成下坡輔助(hdc)系統自檢后，整車行駛中，當車速超過期望的車速時，把計算的坡度α代回式(1)中，由于駕駛員取消了制動操作，此時制動踏板開度此時為零，式(1)中制動力也為零，若要保持勻速狀態(加速度等于0)，則制動力應按下列計算公式計算，計算公式如下

fb＝ft+mg·sinα-ff-fw(3)

則此時請求的制動扭矩treq就等于制動力fb乘以車輪滾動半徑。

(5)下坡輔助系統控制模塊根據電機轉速、電池soc、車速信息實時查表計算出電機所能提供的再生制動扭矩tmotor，當treq<tmotor時，全部采用電機制動力實現車輛減速；如treq>tmotor，優先使用電機制動，剩余的制動扭矩由下坡輔助系統(hdc)向電子穩定性控制系統(esp)發送增扭矩指令，電子穩定性控制系統在直至車速穩定在期望的車速。(查表是依據整車性能、電機性能等標定出的一組車速——扭矩對應的再生制動扭矩tmotor，即車速與電機制動扭矩一一對應。)

(6)由于電機制動與esp制動存在耦合關系，在兩者之間建立制動力解耦模塊。主要原因在于(參見現有技術缺點第一條)，整車制動過程中，有可能會出現車輪抱死、車輛失穩的潛在危險可能。本實施例的判斷標準為：當電子穩定性控制系統采集到的車輪滑移率超過閾值10％、橫擺角速度超過閾值100度/秒、質心側偏角超過閾值12度/秒時，此時電子穩定性控制系統(esp)就應該主動介入，電子穩定性系統主動激活后，把電子穩定性系統發出的扭矩指令發送到解耦模塊。

解耦模塊計算算法如下：esp主動激活后給驅動輪的扭矩指令為tesp1，如果驅動車輪抱死，tesp1就等于0，解耦模塊就直接執行取消制動扭矩指令，即解耦模塊向電機發送0扭矩指令，電機就應該立刻取消制動扭矩；如果tesp1>tmotor>tmotor1；當前電機的實際制動扭矩tmotor1(小于等于tmotor，是上一時刻電機制動扭矩，是實時采集到的)，就要增加電機的制動扭矩至tmotor，其余的制動扭矩tesp1-tmotor由解耦模塊反饋給esp，esp就執行這條扭矩命令。如果tmotor>tesp1>tmotor1，解耦模塊向電機發出增扭矩至tesp1，向esp發送0扭矩指令；如果tmotor1>tesp1>0，解耦模塊向電機發送等于tesp1扭矩指令，向esp發送0扭矩指令。

本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。