坡道起步控制方法及相关设备与流程

本技术涉及新能源车辆，更具体地说，本技术涉及一种坡道起步控制方法及相关设备。

背景技术：

1、随着新能源汽车技术的不断发展，电动汽车及混合动力汽车因其高效、节能和驾驶性能优良等特点，在乘用车领域得到了广泛应用。在车辆行驶过程中，坡道起步作为常见的特殊驾驶工况，其起步过程中的驱动力建立与制动力释放对车辆的安全性、驾驶平顺性以及驾乘舒适性具有重要影响；因此，坡道起步控制技术的研发和应用显得尤为重要。

2、相关技术中，针对车辆坡道起步通常采用基于坡道起步辅助功能的固定保压策略或基于预设规则的扭矩与制动协调策略；其中，固定保压策略通常在驾驶员松开制动踏板后，由制动系统维持一定时间的制动压力，待检测到驱动扭矩达到预设条件后再释放制动压力；基于规则的协调策略则通常按照预设时序或固定变化率控制驱动扭矩逐步增加，并在满足相应条件后逐步释放制动压力；然而，上述控制方式通常难以根据车辆质量、道路坡度以及车辆当前状态对驱动扭矩和制动压力进行实时协调；在坡道蠕行起步过程中，当驱动扭矩逐渐建立与制动压力释放相互配合时，容易出现驱动扭矩与制动压力同时作用的情况，从而造成驱动系统与制动系统之间的控制冲突，并可能影响车辆起步过程的平顺性；同时，固定参数或基于规则的控制方式对不同坡度、不同车辆载荷等工况的适应能力有限，难以兼顾不同起步工况下的控制需求。也即，相关技术中存在坡道蠕行起步过程中驱动扭矩与制动压力协调性差以及工况适应能力不足的技术问题。

技术实现思路

1、在本技术的 技术实现要素： 部分中，对相关技术方案进行了概括性说明，并引入了一系列简化表述的概念，相关内容将在具体实施方式部分中作进一步详细阐述。本发明内容部分不应被理解为对所要求保护的技术方案的关键特征或必要技术特征作出限定，也不用于限定所要求保护的技术方案的保护范围。

2、本技术提供的坡道起步控制方法及相关设备，能够通过质量及坡道阻力自适应确定、驱动扭矩与制动压力双变量协调优化以及滚动控制，实现坡道蠕行起步过程中驱动与制动的协调控制，减少二者同时作用产生的冲突，能够提高车辆坡道起步的控制匹配性、协调性和平顺性。

3、第一方面，本技术提供一种坡道起步控制方法，应用于目标车辆，包括：基于目标车辆的车辆状态信息和目标车辆的道路坡度信息，确定目标车辆的当前质量和坡道阻力；基于车辆状态信息、道路坡度信息、当前质量和坡道阻力，构建模型预测控制器，其中，模型预测控制器以目标车辆的车速、当前驱动扭矩和当前制动压力为状态变量，以目标驱动扭矩和目标制动压力为控制变量，且模型预测控制器的目标代价函数包括冲突惩罚项，冲突惩罚项与驱动扭矩和制动压力的乘积正相关；基于车辆状态信息和道路坡度信息，通过模型预测控制器进行滚动优化求解，得到当前控制周期的目标驱动扭矩和目标制动压力；基于目标驱动扭矩和目标制动压力，分别控制目标车辆的驱动电机和制动系统，以使目标车辆在当前控制周期执行坡道蠕行起步。

4、在一些实施方式中，基于车辆状态信息、道路坡度信息、当前质量和坡道阻力，构建模型预测控制器，包括：基于车辆状态信息、当前质量和坡道阻力，建立车辆纵向动力学离散化状态方程；基于道路坡度信息，生成从静止加速至目标蠕行车速的参考车速曲线；构建包含冲突惩罚项的目标代价函数；基于参考车速曲线、车辆纵向动力学离散化状态方程、目标代价函数和目标约束条件，生成模型预测控制器，其中，目标代价函数用于作为模型预测控制器进行滚动优化时的优化目标，目标约束条件用于约束模型预测控制器的控制变量和状态变量。

5、在一些实施方式中，车辆状态信息包括当前车速、当前驱动扭矩、当前制动压力和车轮滚动半径，基于车辆状态信息、当前质量和坡道阻力，建立车辆纵向动力学离散化状态方程，包括：基于当前驱动扭矩和车轮滚动半径，确定目标车辆的驱动力；基于当前制动压力和预设制动效能系数，确定目标车辆的制动力；基于当前质量和预设滚动阻力系数，确定目标车辆的滚动阻力；基于驱动力、坡道阻力、制动力和滚动阻力，确定目标车辆在下一采样时刻的车速变化量；基于当前控制周期对应的驱动扭矩变化率和当前驱动扭矩，确定目标车辆在下一采样时刻的预测驱动扭矩；基于当前控制周期对应的制动压力变化率和当前制动压力，确定目标车辆在下一采样时刻的预测制动压力；基于车速变化量、预测驱动扭矩、预测制动压力和预设采样周期，构建车辆纵向动力学离散化状态方程。

6、在一些实施方式中，基于道路坡度信息，生成从静止加速至目标蠕行车速的参考车速曲线，包括：基于道路坡度信息确定目标蠕行车速、起步上升速率和时间中点参数，其中，时间中点参数是参考车速曲线中车速达到目标蠕行车速的一半时对应的时间点，目标蠕行车速和起步上升速率均与道路坡度信息呈反比；基于起步上升速率和时间中点参数，生成从静止加速至目标蠕行车速的参考车速曲线。

7、在一些实施方式中，目标代价函数还包括车速跟踪误差项、溜坡距离惩罚项、扭矩变化率惩罚项和压力变化率惩罚项；构建包含冲突惩罚项的目标代价函数，包括：基于预设的车速跟踪权重、预测车速与参考车速曲线，确定车速跟踪误差项；基于预设的溜坡距离惩罚参数、预测车速与采样周期，确定溜坡距离惩罚项；基于预设的扭矩变化率权重和当前控制周期对应的驱动扭矩变化率，确定扭矩变化率惩罚项；基于预设的压力变化率权重和当前控制周期对应的制动压力变化率，确定压力变化率惩罚项；基于预设的冲突惩罚权重、预测时域内各采样时刻的预测驱动扭矩和预测制动压力，确定冲突惩罚项，其中，冲突惩罚项与目标乘积正相关，目标乘积是预测驱动扭矩和预测制动压力的乘积；对车速跟踪误差项、溜坡距离惩罚项、扭矩变化率惩罚项、压力变化率惩罚项和冲突惩罚项进行加权求和，得到目标代价函数。

8、在一些实施方式中，目标约束条件包括驱动扭矩限幅、制动压力上限、扭矩变化率上限、压力变化率上限和终端约束；目标约束条件通过如下方式构建得到：基于坡道阻力，确定驱动扭矩限幅；基于目标车辆的制动系统保压能力，确定制动压力上限；基于预设冲击度限值和目标车辆的保压时长，确定扭矩变化率上限；基于预设制动释放平顺性要求，确定压力变化率上限；将起步完成时当前制动压力为零且目标车辆的当前车速达到目标蠕行车速，确定为终端约束。

9、在一些实施方式中，基于车辆状态信息和道路坡度信息，通过模型预测控制器进行滚动优化求解，得到当前控制周期的目标驱动扭矩和目标制动压力，包括：将车辆状态信息和道路坡度信息输入模型预测控制器，得到模型预测控制器输出的预测时域对应的预测控制序列；从预测控制序列中提取第一步的候选驱动扭矩和候选制动压力，分别作为当前控制周期的目标驱动扭矩和目标制动压力。

10、在一些实施方式中，坡道起步控制方法还包括：当确定目标车辆发生后溜时，对模型预测控制器执行第一防溜处理，得到更新后的目标驱动扭矩和更新后的目标制动压力，并按照更新后的目标驱动扭矩和更新后的目标制动压力分别控制目标车辆的驱动电机和制动系统，其中，第一防溜处理包括缩短模型预测控制器的预测时域、提高溜坡距离惩罚项在目标代价函数中的权重，以及基于增加制动扭矩的约束条件重新进行滚动优化求解。

11、在一些实施方式中，坡道起步控制方法还包括：在执行第一防溜处理后，若再次确定目标车辆发生后溜，则执行第二防溜处理，其中，第二防溜处理包括触发目标车辆的电子驻车制动系统执行驻车锁止操作，并终止模型预测控制器的控制。

12、在一些实施方式中，车辆状态信息包括目标车辆的当前车速和当前驱动扭矩；基于目标车辆的车辆状态信息和目标车辆的道路坡度信息，确定目标车辆的当前质量和坡道阻力，包括：基于当前车速和当前驱动扭矩，采用递推最小二乘算法确定当前质量；基于当前质量和道路坡度信息，确定坡道阻力。

13、在一些实施方式中，基于目标车辆的车辆状态信息和目标车辆的道路坡度信息，确定目标车辆的当前质量和坡道阻力之前，坡道起步控制方法还包括：通过目标车辆的坡度传感器采集目标车辆当前所处坡道作为道路坡度信息；和/或，从目标车辆的车载导航系统中，获取预测时域内的前方道路坡度序列，将前方道路坡度序列作为道路坡度信息。

14、第二方面，本技术还提供一种坡道起步控制装置，应用于目标车辆，包括：信息获取单元，用于基于目标车辆的车辆状态信息和目标车辆的道路坡度信息，确定目标车辆的当前质量和坡道阻力；模型构建单元，用于基于车辆状态信息、道路坡度信息、当前质量和坡道阻力，构建模型预测控制器，其中，模型预测控制器以目标车辆的车速、当前驱动扭矩和当前制动压力为状态变量，以目标驱动扭矩和目标制动压力为控制变量，且模型预测控制器的目标代价函数包括冲突惩罚项，冲突惩罚项与驱动扭矩和制动压力的乘积正相关；优化求解单元，用于基于车辆状态信息和道路坡度信息，通过模型预测控制器进行滚动优化求解，得到当前控制周期的目标驱动扭矩和目标制动压力；车辆控制单元，用于基于目标驱动扭矩和目标制动压力，分别控制目标车辆的驱动电机和制动系统，以使目标车辆在当前控制周期执行坡道蠕行起步。

15、第三方面，本技术还提供一种车辆，包括：存储器和处理器，处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现第一方面的坡道起步控制方法的步骤。

16、第四方面，本技术还提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令或计算机程序，计算机可执行指令或计算机程序被处理器执行时实现第一方面的坡道起步控制方法的步骤。

17、第五方面，本技术还提供一种电子设备，包括：存储器和处理器，处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现第一方面的坡道起步控制方法的步骤。

18、第六方面，本技术还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序或计算机可执行指令，计算机程序或计算机可执行指令被处理器执行时，实现本技术实施例提供的坡道起步控制方法的步骤。

19、综上，本技术基于目标车辆的车辆状态信息和道路坡度信息确定当前质量及坡道阻力，可以获得与当前起步工况相匹配的车辆负载和坡道阻力信息，由于车辆质量和道路坡度会直接影响车辆坡道起步所需克服的阻力，因此基于上述信息确定当前质量和坡道阻力后，可以为后续坡道起步控制提供与实际工况相对应的基础参数，从而提高坡道起步控制与当前车辆工况之间的匹配程度；以车速、当前驱动扭矩和当前制动压力作为状态变量，以目标驱动扭矩和目标制动压力作为控制变量构建模型预测控制器，使驱动扭矩和制动压力能够在同一控制框架下进行协调控制，同时，在目标代价函数中设置与驱动扭矩和制动压力乘积正相关的冲突惩罚项，即驱动扭矩和制动压力同时增大时，所对应的冲突惩罚增大，因此模型预测控制器在进行优化时会倾向于降低驱动扭矩与制动压力同时较大所产生的代价，可以减少驱动系统与制动系统同时作用所造成的扭矩-制动力冲突；在此基础上，模型预测控制器基于车辆状态信息和道路坡度信息进行滚动优化求解，并在每一控制周期得到对应的目标驱动扭矩和目标制动压力，由于每个控制周期均根据当前车辆状态及道路坡度重新进行优化，因此相较于仅按照预设固定控制量执行的方式，能够根据当前起步状态持续调整驱动扭矩和制动压力，使二者的控制量随车辆状态变化进行协调，从而使坡道蠕行起步过程中的驱动和制动控制更加平滑、协调；将优化得到的目标驱动扭矩和目标制动压力分别作用于驱动电机和制动系统，使目标车辆按照当前控制周期的优化结果执行坡道蠕行起步，由于驱动扭矩与制动压力已通过包含冲突惩罚项的统一优化过程共同确定，因此能够在满足坡道起步控制需求的同时，降低二者同时作用带来的控制冲突；结合前述质量和坡道阻力的确定以及滚动优化过程，可提高目标车辆在当前坡道工况下进行蠕行起步时的控制协调性和平顺性。综上所述，本技术提供的坡道起步控制方法通过质量及坡道阻力自适应确定、驱动扭矩与制动压力双变量协调优化以及滚动控制，实现坡道蠕行起步过程中驱动与制动的协调控制，减少二者同时作用产生的冲突，能够提高车辆坡道起步的控制匹配性、协调性和平顺性。