基于主观意图和安全的混合动力车下坡辅助制动退出方法

摘要

本发明公开一种基于主观意图和安全的混合动力车下坡辅助制动退出方法，包括加速意图时的辅助制动退出策略和制动意图时的辅助制动退出策略。当发现有加速踏板信号时，计算加速踏板开度所对应的车辆在平路上的加速度a,当a≤0时，辅助制动力矩不退出；当a＞0后，辅助制动力矩以先退出液压制动，再退出电机制动，最后退出发动机制动的原则逐渐退出。当发现有制动踏板信号时，在总辅助制动力矩Tsum为零之前，逐渐增大制动踏板制动力矩同时减小Tsum，但始终保持总制动力矩不变，车速也不变；Tsum等于零后，逐渐增大制动踏板制动力矩辅，总制动力矩增大。本发明考虑了加速意图下和制动意图下的辅助制动退出策略，具有极大的安全性。

说明书

技术领域

本发明涉及车辆下坡辅助制动控制技术，特别是关于混合动力汽车下坡辅助制动 的退出方法。

背景技术

混合动力车下坡辅助制动，是指车辆下坡滑行时，由车辆控制器主动进行制动， 以保证车辆滑行过程中车速不增加。但是在辅助制动过程中，在制动力矩较大的状态 下，如果控制器得到驾驶员有加速意图（加速踏板开度不为零）的信号后直接退出辅 助制动，伴随辅助制动力矩的突然全部退出，车辆可能会出现驾驶员无法控制的瞬时 加速，引发危险；如果控制器得到驾驶员有制动意图（制动踏板开度不为零）的信号 后直接退出辅助制动，当驾驶员所踩制动踏板对应的制动力矩小于辅助制动力矩时， 车辆也会出现车速不降反增的现象。如果是在误操作情况下突然退出辅助制动，则更 加危险。这些情况显然与驾驶员的主观意图都不符。

因此考虑车辆安全的状态下（车辆状态始终受驾驶员控制）能够始终准确的响应 驾驶员的驾驶意图,并对驾驶员误操作有一定容错控制能力的坡道安全辅助制动退出 方法，对车辆坡道安全辅助制动控制有着非常重要的意义。

混合动力汽车中，参与下坡辅助制动的有发动机、电机和液压制动系统，在退出 辅助制动的过程中，整车控制器的控制原则是：优先退出液压辅助制动，其次退出电 机辅助制动，最后退出发动机辅助制动。由于发动机辅助制动力矩在发动机未喷油的 状态下只与车速相关，而下坡辅助的目标就是滑行时车辆由控制器控制保持车速不增 加（维持稳定的车速），因此可以假设发动机辅助制动力矩为常数，因此研究电机、发 动机与液压联合辅助制动的协调问题，实质就是在研究电机与液压制动力矩的协调问 题，在下坡辅助制动退出过程中，尤其要考虑电机和液压的协调退出策略。

发明内容

针对上述研究瓶颈，本发明结合了混合动力车的辅助制动特点，提出一种基于驾 驶员主观意图和车辆安全的混合动力车下坡辅助制动退出方法。该方法以电机、液压 制动力矩的协调控制为核心，涉及驾驶员有加速意图和驾驶员有制动意图两种信号的 退出策略，使得无论在哪一种信号下，系统都能够准确把握驾驶员的驾驶意图，使车 辆在坡道上安全加速或安全减速行驶。

本发明所采取的技术方案是：一种基于主观意图和安全的混合动力车下坡辅助制 动退出方法，包括在驾驶员有加速意图时的辅助制动退出策略，其特征在于：

当发现有加速踏板信号时，按式（10）计算加速踏板开度所对应的车辆在平路上 的加速度：

$a=\frac{{\mathrm{dV}}_i}{\mathrm{dt}}=(\frac{T_{d\_\mathrm{req}}}{r}-\frac{C_{D}A}{21.15}{V_i}^2-\mathrm{Gf})/\mathrm{\delta m}---\left(10\right)$

其中，a、表示平路上的加速度为目标值，T_{d_req}为当前车速及加速踏板下所 对应的驱动力矩，r为轮胎半径，G为车辆所受重力，f为路面阻力系数，C_D为空气 阻力系数，A为车辆的迎风面积，V_i为车辆速度，δ为汽车旋转质量换算系数，m为 汽车质量；

1）当a≤0时，辅助制动力矩不退出；

2）当a＞0后，辅助制动力矩以先退出液压制动，再退出电机制动，最后退出发 动机制动的原则逐渐退出，具体方法如下：

①系统记录前一时刻电机辅助制动力矩并赋值给电机控制器，使T′_PM=T_{a_PM}=T′_PM-last， T′_PM为实时的电机系统控制力矩命令值，T_{a_PM}为加速踏板退出辅助制动系统前一时刻 的电机辅助制动力矩记录值，T′_PM-last为加速踏板退出辅助制动系统前一时刻的电机辅助 制动力矩瞬时值；

系统记录前一时刻液压辅助制动力矩并赋值给液压控制器，使T′_hyd=T_{a_hyd}=T′_hyd-last， 其中T′_hyd为实时的液压系统控制力矩命令值，T_{a_hyd}为加速踏板退出辅助制动系统前一 时刻的液压辅助制动力矩记录值，T′_hyd-last为加速踏板退出辅助制动系统前一时刻的液压 辅助制动力矩瞬时值；

系统赋值给发动机的制动命令为T′_eng=0，T′_eng为实时的发动机制动力矩命令；

按式（10）计算当前加速踏板及车速下，在平路上车辆的加速度；

②系统首先释放液压制动力矩：

当T′_hyd＞k_hyd*a时，令

T′_hyd=T_{a_hyd}+k_hyd*∫adt    （11）

此时的T′_hyd就是液压制动力矩释放值；

其中k_hyd的取值方法如下：

根据如下关系式：

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{\Sigma F}=\mathrm{Gf}\cos \alpha +\frac{C_{D}A}{21.15}{V_i}^2+G\sin \alpha +\mathrm{\delta m}\frac{{\mathrm{dV}}_i}{\mathrm{dt}}\\ F_t=T_{\mathrm{sum}}/r\\ \mathrm{\Sigma F}=F_t\\ T_{\mathrm{sum}}=T_{\mathrm{PM}}^{\prime }+T_{\mathrm{hyd}}^{\prime }+T_{\mathrm{eng}}^{\prime }\\ a=\frac{{\mathrm{dV}}_i}{\mathrm{dt}}=(\frac{T_{d\_\mathrm{req}}}{r}-\frac{C_{D}A}{21.15}{V_i}^2-\mathrm{Gf})/\mathrm{\delta m}\\ T_{\mathrm{hyd}}^{\prime }=T_{a\_\mathrm{hyd}}+k_{\mathrm{hyd}}*\int \mathrm{adt}\end{array}\right)$

∑F表示车辆所受的总阻力，F_t表示车辆所受的制动外力，G表示车辆所受重力， f表示路面阻力系数，α表示路面坡度，C_D表示空气阻力系数，A表示车辆的迎风面 积，V_i表示车辆的速度，δ表示汽车旋转质量换算系数，m表示汽车质量，T_sum表示总 辅助制动力矩，r表示轮胎半径，

取不同的加速踏板开度、车速及坡度值，求得若干个k_hyd值，取其中k_hyd出现频率 最多的一值即为所求k_hyd的值；

当T'_hyd≤k_hyd*a时，令T'_hyd=T_{req_hyd}，

其中T_{req_hyd}为实时的驾驶员需求的液压制动系统命令，此时的T′_hyd就是液压制动力 矩释放值；

③当系统释放液压制动力矩完毕后开始释放电机辅助制动力矩：

当T'_PM＜0时，令

T′_PM=T_{a_PM}+k_PM*∫adt               （12）

此时的T′_PM就是电机辅助制动力矩释放值；其中k_pm的取值方法如下：

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{\Sigma F}=\mathrm{Gf}\cos \alpha +\frac{C_{D}A}{21.15}{V_i}^2+G\sin \alpha +\mathrm{\delta m}\frac{{\mathrm{dV}}_i}{\mathrm{dt}}\\ F_t=T_{\mathrm{sum}}/r\\ \mathrm{\Sigma F}=F_t\\ T_{\mathrm{sum}}=T_{\mathrm{PM}}^{\prime }+T_{\mathrm{hyd}}^{\prime }+T_{\mathrm{eng}}^{\prime }\\ a=\frac{{\mathrm{dV}}_i}{\mathrm{dt}}=(\frac{T_{d\_\mathrm{req}}}{r}-\frac{C_{D}A}{21.15}{V_i}^2-\mathrm{Gf})/\mathrm{\delta m}\\ T_{\mathrm{PM}}^{\prime }=T_{a\_\mathrm{PM}}+k_{\mathrm{PM}}*\int \mathrm{adt}\end{array}\right)$

取不同的加速踏板开度、车速及坡度值，求得若干个k_PM值，取其中k_PM出现频率 最多的一值即为所求k_PM的值；

当T′_PM≥0时，

令电机控制器的命令等于当时驾驶员加速踏板所对应的命令，发动机控制器的命 令等于当时驾驶员加速踏板所对应的命令，全部释放，如式（13）所示：

$\left(\begin{array}{c}{T}_{\mathrm{PM}}^{\prime }=T_{\mathrm{req}\_\mathrm{PM}}\\ T_{\mathrm{eng}}^{\prime }=T_{\mathrm{req}\_\mathrm{eng}}\end{array}\right)---\left(13\right)$

至此车辆完成辅助制动退出过程。

本发明还包括在驾驶员有制动意图时的辅助制动退出策略，其具体方法为：

当发现有制动踏板信号时，根据式（14）所示：

F_t′′=T_sum/r+T_{d_b_req}/r        （14）

其中F_t''表示总制动力，T_sum表示总的辅助制动力矩，T_{d_b_req}表示驾驶员所踩制动踏 板对应的制动力矩，

在T_sum等于零之前，始终保持F_t''*r不变，车速也不变，逐渐增大T_d-req且随之减小 T_sum，直至T_d-req增加到F_t''*r，T_sum等于零为止，辅助制动全部退出。

在T_sum等于零后，T_d-req继续增加，F_t''也随之增加，整车速度随之降低。

本发明由于采取以上技术方案，其具有的有益效果是：

1、驾驶员有加速意图的下坡辅助制动安全退出策略解决了三个方面的主要问题： 一、响应驾驶员的加速需求；二、防止因过大的辅助制动力矩突然退出，导致车辆因 加速度过大而失控；三、防止因驾驶员对加速踏板的误操作，引起辅助制动力突然退 出，致使车辆突然加速引发的危险。下坡辅助制动安全退出以某一加速度值为判定目 标，既可以保证车辆响应驾驶员的加速期望，同时也可以保证车辆的加速度在驾驶员 的加速踏板可控范围内。可以避免坡度较大、车速较高时辅助制动力的突然退出及驾 驶员对加速踏板的误操作引发的危险。

2、驾驶员有制动意图的下坡辅助制动安全退出策略，使得控制器接收到制动踏板 开度不为零的信号后，既不会因突然退出辅助制动而出现车速增加，也不会导致车辆 在驾驶员所踩制动力没达到要求时就退出辅助制动而造成瞬间而车速增加，提高了车 辆的安全性。

3、先退出液压辅助制动力矩，再退出电机辅助制动力矩，最后退出发动机辅助制 动力矩的退出顺序，不仅可以保证车辆系统的经济性，而且可以避免发动机的频繁接 入及退出。

附图说明

图1是不同坡度下车辆重力产生的加速度与车速的关系图；

图2是驾驶员有加速意图情况下退出辅助制动的逻辑框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例具体说明本发明的方法。

本发明主要研究坡道安全辅助制动系统在驾驶员有加速意图情况下的退出策略以 及在驾驶员有制动意图情况下的退出策略。

一、驾驶员有加速意图的辅助制动退出策略

驾驶员有加速意图的退出策略主要解决制动控制器在接到加速踏板开度不为零的 信号后，既能响应驾驶员的加速需求，又不能在收到加速踏板信号后立即完全退出辅 助制动，致使出现车辆加速度不受驾驶员控制的情况。

由汽车行驶方程式（1），及车辆在辅助制动力矩下的受力公式（2），辅助制动力 矩的组成公式（3）：

$\mathrm{\Sigma F}=\mathrm{Gf}\cos \alpha +\frac{C_{D}A}{21.15}{V_i}^2+G\sin \alpha +\mathrm{\delta m}\frac{{\mathrm{dV}}_i}{\mathrm{dt}}---\left(1\right)$

F_t=T_sum/r                        （2）

T_sum=T'_PM+T'_hyd+T'_eng                （3）

∑F表示车辆所受的总阻力，F_t表示车辆所受的制动外力，G表示车辆所受重力， f表示路面阻力系数，α表示路面坡度，C_D表示空气阻力系数，A表示车辆的迎风面 积，V_i表示车辆的速度，δ表示汽车旋转质量换算系数，m表示汽车质量，T_sum表示总 辅助制动力矩，r表示轮胎半径，T'_PM为实时的电机系统控制命令，T'_hyd为实时的液压 系统控制力矩命令值，T'_eng为实时的发动机制动力矩命令值。

可知，在车辆匀速行驶过程中，在既没有加速踏板开度不为零也没有制动踏板开 度不为零的信号时，车辆所受的总阻力，与辆所受的总辅助制动外力相等，即：∑F=F_t。 此时车辆是均速的，加速阻力为零，故由式（1）、式（2）可得的方程式为：

$T_{\mathrm{sum}}/r=\mathrm{Gf}\cos \alpha +\frac{C_{D}A}{21.15}{V_i}^2+G\sin \alpha ---\left(4\right)$

当加速踏板开度信号不为零时，如果辅助制动力全部退出，并直接响应驾驶员加 速踏板的驱动力矩，此时辅助制动力矩变为零，则车辆所受的外力为驾驶员的期望驱 动力F_t'，即：

F_t'=T_d-req/r                 （5）

T_{d_req}表示当前车速及加速踏板下所对应的驱动力矩。

车辆在下坡滑行过程中，加速踏板进入瞬间假设车速不变，坡度不变，则汽车所 有的路面摩擦阻力、风的阻力及坡度阻力均不变（汽车行驶方程式的前三项），则车辆 所受的总阻力与总驱动力相等，即：∑F=F_t'。由式（1）、式（5）可得加速踏板退出 后的方程式为：

$T_{d\_\mathrm{req}}/r=\mathrm{Gf}\cos \alpha +\frac{C_{D}A}{21.15}{V_i}^2+G\sin \alpha +\mathrm{\delta m}\frac{{\mathrm{dV}}_i}{\mathrm{dt}}---\left(6\right)$

设加速踏板进入前后瞬间，车速及车辆所处坡度均没有发生变化，则由式（4）、 式（6）可得：

$(T_{d\_\mathrm{req}}-T_{\mathrm{sum}})/r=\mathrm{\delta m}\frac{{\mathrm{dV}}_i}{\mathrm{dt}}---\left(7\right)$

整理式（7）可得车辆在加速踏板介入后瞬时的加速度为：

$\frac{{\mathrm{dV}}_i}{\mathrm{dt}}=(T_{d\_\mathrm{req}}-T_{\mathrm{sum}})/\mathrm{r\delta m}---\left(8\right)$

利用汽车行驶方程式及某款1.6升汽车相关参数，计算不同坡度及速度下车辆滑 行时的加速度如图1所示，在坡度较小或车速高于60公里后，由坡度引起的车辆加速 度不大，此时在加速踏板信号下退出辅助制动，车辆的加速度基本由驾驶员的驱动力 矩需求产生，车辆处于驾驶员可控制状态；但在坡度较大或车速较低状态下，由坡度 引起的车辆加速度则较大，此时在加速踏板信号下退出辅助制动，车辆的加速度则等 于驾驶员的驱动力矩需求所产生的加速度与辅助制动力矩退出后坡度阻力所产生的加 速度之和。其中坡度阻力所产生的加速度只与坡度有关，是驾驶员无法控制的，首先 这与驾驶员的驾驶意图不符，其次由于此加速度不是驾驶员主观意愿想得到的，则有 可能引发安全隐患。故此加速踏板退出辅助制动过程中必须对辅助制动力矩的退出加 以控制。

驾驶员对车辆速度的调节是利用加速及制动踏板来实现的，辅助制动过程中如有 加速踏板信号，驾驶员的主观意图为期望车速增加，但增加的幅度（加速度）仍应该 由驾驶员控制。因此本发明在下坡安全辅助制动的过程中，以加速踏板开度所对应驱 动力矩及该驱动力矩所对应的车辆在平路上的加速度为目标，如式（10）所示，释放 辅助制动力矩。

由于在平路上行驶路面坡度α=0，则式（6）变为：

$T_{d\_\mathrm{req}}/r=\mathrm{Gf}+\frac{C_{D}A}{21.15}{V_i}^2+\mathrm{\delta m}\frac{{\mathrm{dV}}_i}{\mathrm{dt}}---\left(9\right)$

整理可得：

$a=\frac{{\mathrm{dV}}_i}{\mathrm{dt}}=(\frac{T_{d\_\mathrm{req}}}{r}-\frac{C_{D}A}{21.15}{V_i}^2-\mathrm{Gf})/\mathrm{\delta m}---\left(10\right)$

其中a为平路上的加速度目标值。

当a≤0时，辅助制动力矩不退出；

当a＞0后，辅助制动力矩才会减小，直至减小到零，辅助制动力矩等于零后车辆 再响应驾驶员的驱动力矩。辅助制动力矩以先退出液压制动，再退出电机制动，最后 退出发动机制动的原则逐渐退出，参照图2所示流程，具体方法如下：

车辆下坡辅助制动过程中当发现加速踏板开度信号Pa＞0时（Pa为加速踏板开度 值），

1）系统记录前一时刻（Pa=0时）电机系统的辅助制动力矩并赋给电机控制器， 这时T'_PM=T_{a_PM}=T'_PM-last，记录前一时刻液压辅助制动力矩并赋给液压控制器，同样 T'_hyd=T_{a_hyd}=T'_hyd-last，并将发动机的力矩命令赋值为零，T'_eng=0，按式（10）计算当前加速 踏板及车速下，在平路上车辆的加速度。

其中，T_{a_PM}为加速踏板退出辅助制动系统前一时刻的电机辅助制动力矩记录值， T'_PM-last为加速踏板退出辅助制动系统前一时刻的电机辅助制动力矩瞬时值，T_{a_hyd}为加速 踏板退出辅助制动系统前一时刻的液压辅助制动力矩记录值，T'_hyd-last为加速踏板退出辅 助制动系统前一时刻的液压辅助制动力矩瞬时值。

2）系统首先释放液压制动力矩

①当T'_hyd＞k_hyd*a时，令

T'_hyd=T_{a_hyd}+k_hyd*∫adt                   （11）

其中k_hyd的取值方法如下：

取不同的加速踏板开度、车速及坡度值，由式（1）、式（2）、式（3）、式（10） 及式（11）可求得k_hyd的范围，取其中k_hyd出现频率最大的一值为k_hyd的值。

②当T'_hyd≤k_hyd*a时，此时的T'_hyd值，与驾驶员的实际需求相等，所以令T'_hyd=T_{req_hyd}，

其中T_{req_hyd}为实时的驾驶员需求的液压制动系统命令。

3）系统释放液压制动力矩完毕后（T'_hyd=T_{req_hyd}），开始释放电机辅助制动力矩，

①当T'_PM＜0时，令

T'_PM=T_{a_PM}+k_PM*∫adt      （12）

其中k_PM的取值方法如下：

取不同的加速踏板开度、车速及坡度值，由式（1）、式（2）、式（3）、式（10） 及式（12）可求得k_PM的范围，取其中k_PM出现频率最大的一值为k_PM的值。

②当T'_PM≥0时，

令电机控制器的命令等于当时驾驶员加速踏板所对应的命令，发动机控制器的命 令等于当时驾驶员加速踏板所对应的命令，如式（13）所示：

$\left(\begin{array}{c}{T}_{\mathrm{PM}}^{\prime }=T_{\mathrm{req}\_\mathrm{PM}}\\ T_{\mathrm{eng}}^{\prime }=T_{\mathrm{req}\_\mathrm{eng}}\end{array}\right)---\left(13\right)$

至此车辆完成辅助制动退出过程，完全响应驾驶员的操作，其具体流程如图2所示。 先退出液压辅助制动力矩，再退出电机辅助制动力矩，最后退出发动机辅助制动力矩 的退出顺序，不仅可以保证车辆系统的经济性，而且可以避免发动机的频繁接入及退 出。

二、驾驶员有制动意图的辅助制动退出策略

坡道安全辅助制动过程中，制动踏板退出策略主要解决控制器接收到制动踏板开 度不为零的信号后，不会出现车辆在驾驶员所踩制动力矩T_{d_b_req}没达到辅助制动力矩瞬 间突然退出，而导致车速增加的问题。

依然由式（1）、式（2）

$\mathrm{\Sigma F}=\mathrm{Gf}\cos \alpha +\frac{C_{D}A}{21.15}{V_i}^2+G\sin \alpha +\mathrm{\delta m}\frac{{\mathrm{dV}}_i}{\mathrm{dt}}---\left(1\right)$

F_t=T_sum/r         （2）

可知，辅助制动力矩较大时，在制动踏板所对应的制动力矩小于坡路辅助制动力 矩时，如直接退出辅助制动力矩就会造成车速的增加；即在制动踏板对应的制动力矩 小等于坡路辅助制动力矩时，辅助制动力矩如果直接退出，就会使车辆在瞬间产生与 (T_sum-T_{d_b_req})相应的加速度，不仅会对驾驶员的心理造成一定的影响，而且此突然产生 的加速度也可能对行车安全造成影响。

辅助制动系统可以控制的制动系统有电机制动系统、发动机制动系统和液压制动 系统。而在驾驶员踩下制动踏板，车辆控制器还没有退出坡道安全辅助制动之前，制 动踏板只能控制真空助力液压制动系统。液压制动器主缸可以由电磁铁铁芯或制动踏 板推杆两套独立并联的系统推动，也就是电控和驾驶员控制两套制动系统是单独工作 互不干涉的，同样电子真空制动系统与电机制动系统在控制上也互不干涉，因此可以 在制动踏板下退出坡路安全辅助制动控制中实现驾驶员控制与辅助控制的协调控制， 即实现以车速降低为阀值的辅助制动退出策略。

在制动踏板作用下，总制动力矩F_t''为制动踏板对应的制动力矩与坡路辅助制动力 矩之和，如式（14）所示，

F_t''=T_sum/r+T_{d_b_req}/r    （14）

在没有加速踏板作用下，车辆所受的总阻力与辆所受的总制动外力相等，即： ∑F=F_t''。

车辆的总制动需求由车辆所在坡度及车速决定，由于尚未退出坡道安全辅助制动 控制，T_sum的控制目标仍然是车速不增加，故随着T_{d_b_req}的增加T_sum逐渐减小；直至T_{d_b_req}增加到F_t''*r，T_sum才能等于零，在T_sum等于零之前车辆所受的总制动力矩F_t''*r保持不 变，车速也保持不变；T_sum等于零后，T_{d_b_req}继续增加，F_t''*r也将增加整车速度才随之 降低。

本策略既可以保证在坡道安全辅助制动控制过程中，以制动踏板信号退出时不会 出现车速增加，也可以实现辅助制动力矩的非阶跃退出，以提高车辆的安全性。