基于純電動(dòng)汽車的坡道起步控制策略研究

卿高輝

摘 要：為了保證純電動(dòng)汽車在各個(gè)坡道上能夠完成無油門平穩(wěn)起步，現(xiàn)提出一種驅(qū)動(dòng)電機(jī)和制動(dòng)器協(xié)調(diào)控制的自適應(yīng)起步控制方法。現(xiàn)以 MATLAB/Simulink仿真軟件平臺搭建起步控制模型，探討純電動(dòng)汽車在坡道起步時(shí)候的坡度識別進(jìn)度、溜坡距離控制以及沖擊度分析等功能，現(xiàn)將其分析如下。

關(guān)鍵詞：純電動(dòng)汽車;坡道起步控制;策略研究

電動(dòng)汽車是解決城市交通和環(huán)境污染控制的最佳方法，為了全面提升電動(dòng)汽車的運(yùn)行質(zhì)量，我國相繼提出了一系列限排政策，以此來減少傳統(tǒng)燃油汽車耗能。純電動(dòng)汽車具有節(jié)能高效、動(dòng)力控制好和零污染的特點(diǎn)，因此應(yīng)用廣泛。作為一個(gè)復(fù)雜的過程，純電動(dòng)汽車坡道起步動(dòng)力性能較弱，十分考驗(yàn)駕駛?cè)藛T的駕駛技術(shù)。本文針對純電動(dòng)汽車起步平穩(wěn)性和安全性進(jìn)行研究分析，希望能夠?yàn)橄鄳?yīng)的生產(chǎn)單位提供參考借鑒。

1 純電動(dòng)汽車起步動(dòng)力學(xué)研究分析

純電動(dòng)汽車和燃油汽車的主要區(qū)別在于其驅(qū)動(dòng)力不同，純電動(dòng)汽車的能源來源是電能，使用了電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪行駛，對環(huán)境影響小，且適合平穩(wěn)城市內(nèi)交通。但受到應(yīng)用環(huán)境影響，純電動(dòng)汽車的坡道起步動(dòng)力和穩(wěn)定性不佳，有待優(yōu)化。

純電動(dòng)汽車的坡道起步穩(wěn)定的前提是保證加速踏板和制動(dòng)協(xié)調(diào)，穩(wěn)定運(yùn)行。若制動(dòng)器和驅(qū)動(dòng)電機(jī)協(xié)調(diào)不加就很有可能造成起步熄火、漏車等問題，直接影響整個(gè)車輛的安全性和穩(wěn)定性。

動(dòng)力學(xué)研究表示，車輛從靜止到啟動(dòng)速度過程中會(huì)受到多種作用力影響，因此會(huì)出現(xiàn)差異性的起步效果（圖1 車輛起步受力圖）。

1.1 制動(dòng)器制動(dòng)力研究

車輛自適應(yīng)起步調(diào)整過程中要針對車輛的制動(dòng)器和電動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)進(jìn)行優(yōu)化，為了保證其運(yùn)行速度和質(zhì)量，需要針對其運(yùn)行環(huán)境制定計(jì)算模型。駕駛員多通過踩制動(dòng)踏板的方式提速，讓動(dòng)力通過踏板傳輸?shù)阶詣?dòng)鋼輪，且在傳動(dòng)過程中制動(dòng)元件也會(huì)其他設(shè)備發(fā)生摩擦讓車輛轉(zhuǎn)向。

1.2 起步新能判斷指標(biāo)

純電動(dòng)汽車坡道起步要注意行駛安全性和平穩(wěn)性，本文多采用沖擊度和溜坡距離起步評判標(biāo)準(zhǔn)，且用坡度識別進(jìn)度來控制測評車的自適應(yīng)能力。

2 制定純電動(dòng)汽車坡道起步策略

2.1 純電動(dòng)汽車坡道起步的整個(gè)過程

純電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)中是沒有離合器的，坡道起步的具體流程如下：首先，踩下制動(dòng)踏板后，駕駛?cè)藛T將變速器調(diào)到D擋。其次，車輛克服一定程度的阻力后可完成起步;再者，起步過程中駕駛員踩踏板家屬。最后，到限定速度后車輛起步，但是若動(dòng)力不足，純電動(dòng)汽車可能后溜，起步不安全。

2.2 坡道坡度識別策略

坡道坡度識別是汽車坡道輔助系統(tǒng)的一種，該策略可以估計(jì)車輛起步的坡度，進(jìn)而計(jì)算出坡道的阻力，且實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的制動(dòng)和控制。為了有效完成車輛的平穩(wěn)起步，預(yù)防車輛發(fā)生后溜的問題，其主要表達(dá)方式應(yīng)該有兩種。第一種是基于汽車縱向動(dòng)力學(xué)的識別，另一種基于傳感器的直接測量。

2.3 坡道起步自適應(yīng)控制的策略

以上可知，控制車輛的制動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)力就可以有效控制純電動(dòng)汽車的坡道起步質(zhì)量。現(xiàn)基于坡道坡度識別方法，分析驅(qū)動(dòng)電機(jī)和制動(dòng)器協(xié)調(diào)配合的相應(yīng)內(nèi)容。其具體步驟如下兩點(diǎn)所述。

（1）但車輛正處于起步準(zhǔn)備階段時(shí)候，駕駛?cè)藛T及時(shí)踩下制動(dòng)，調(diào)試變速器到D擋，若制動(dòng)踏板的開度角變小了，驅(qū)動(dòng)電機(jī)短時(shí)間內(nèi)會(huì)控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩，保持最大坡度驅(qū)動(dòng)力。

（2）隨著制動(dòng)踏板的不斷釋放和變化，制動(dòng)力也會(huì)隨之減少，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的制動(dòng)力大于限定值時(shí)候，電機(jī)驅(qū)動(dòng)力會(huì)直接保持在最大值不變。隨著制動(dòng)踏板的動(dòng)力不斷發(fā)生變化，車輛的穩(wěn)定性也會(huì)逐漸變化。

（3）此階段駕駛?cè)藛T操作不當(dāng)如沒有控制好目標(biāo)驅(qū)動(dòng)力，踏板感應(yīng)器感應(yīng)不強(qiáng)烈，目標(biāo)驅(qū)動(dòng)力也會(huì)發(fā)生變化。

3 起步控制策略和仿真模型分析

3.1 起步控制策略模型分析

本文采用仿真模擬分析法，以某純電動(dòng)汽車為研究對象，分析其應(yīng)用技術(shù)參數(shù)，并結(jié)合仿真軟件系統(tǒng)對比分析，探討在無油起步的模式下，整個(gè)自動(dòng)開度的變化情況，進(jìn)而識別溜車以及坡度問題。

3.2 自適應(yīng)起步控制仿真結(jié)果計(jì)算

對比仿真結(jié)果，先采用5s內(nèi)制動(dòng)踏板的開度變化分析，對坡度為20%的坡道進(jìn)行分析，結(jié)果如下圖2所示.

研究結(jié)果可知，在特殊的自適應(yīng)坡度下，期間坡度的沖擊力限定在8.0米每秒，小于我國的推薦值，且行車距離調(diào)整為正，沒有發(fā)生倒溜的問題，保證了起步的平穩(wěn)性和安全性。

4 結(jié)語

綜上所述，本文研究對象為純電動(dòng)汽車坡道起步流程，利用了 MATLAB/Simulink平臺分析純電動(dòng)汽車的起步模型，探討了起步環(huán)境下沖擊力和電動(dòng)驅(qū)動(dòng)力對汽車制動(dòng)的影響，提出了科學(xué)控制起步，避免溜坡的方法，結(jié)果表示驅(qū)動(dòng)電機(jī)和制動(dòng)器協(xié)調(diào)能力好，且沒有溜車的問題，整個(gè)車輛的坡度識別進(jìn)度高，具有極強(qiáng)的坡度自適應(yīng)能力。

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