浅析电动车半坡起步防溜控制系统及方法

林锋

摘要：在地形坡道比较多的路况下，在坡道起步的时候传统的车子会出现车子后溜的情况，本文意在研究一种电动车半坡起步防溜控制系统及方法，能够较为有效地防止电动车在上坡路面溜车。最终，研究的控制系统有效地解决了车辆在半坡起步的问题，同时可以保证车辆在高速的正常刹车断电，确保高速的安全。

关键词：坡道起步；防溜系统；电动车；控制器

前言

车辆防溜坡功能最早是应用在传统燃油车系统中的一项辅助驾驶功能。当驾驶员驾驶车辆在坡道上起步时，脚从刹车踏板移动至油门踏板的时间内，因为制动力中断车辆会出现后溜。在地形坡道比较多的路况下，例如我国的云贵川地区，车辆停在坡道上的情况很多，在坡道起步的时候传统的车子会出现车子后溜的情况，导致骑行者的恐慌，而且如果车子动力不够的情况下，车子会持续地倒溜，最终导致事故的发生。为了保护控制器，防止车辆在刹车的情况下还在继续输出，整车设计了刹车断电功能，既可以有效地保护控制器同时也更贴近骑行者的骑行意愿，但是恰恰是这个功能导致了在半坡的车子起步的时候产生了倒溜的情况，很多人将刹车断电功能取消掉，但是车子在正常骑行的时候又满足不了骑行者的要求，同时对控制器也产生了损伤1。鉴于此，本文意在研究一种电动车半坡起步防溜控制系统及方法，能够较为有效地防止电动车在上坡路面溜车。

1行业现状

近年来电动汽车发展前景广阔，一方面是电动汽车技术的发展，解决了电动汽车因续航里程短、充电慢而引起的用户焦虑，且电机具有低速可输出大扭矩及噪声低等特性，能够带来更好的驾驶体验；另一方面是国家政策的支持，国务院印发了《2030年前碳达峰行动方案》，提出了“碳达峰十大行动”，主要目标是到2030年，非化石能源消费比重应达到25%左右，单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降65%以上，将在2030年前顺利实现碳达峰目标，此方案进一步推动了电动汽车的发展2。

由于国内对于道路的设计与建筑均有标准，要求道路最大纵坡不得超过9%，对于车辆爬坡性能要求不大，国外对于道路没有明确的标准，部分道路坡度达到30%以上且比较常见。而且部分国家和地区存在高温山路、高原山路等恶劣环境，这对车辆爬坡性能要求较高3。所以国内车辆爬坡性能需要提升，才能满足国外特殊道路需求。世界主要汽车大国纷纷加强战略谋划、强化政策支持，新能源汽车已成为全球汽车产业转型发展的主要方向和促进世界经济持续增长的重要引擎。另一方面，在全球能源紧缺、环境污染日渐恶化的背景下，从国情出发促使我们要加大对电动汽车的研发力度。随着电动汽车日益普及，人们对其安全技术问题和驾驶舒适度的要求越来越高。坡道起步是一种常见的行驶工况，但对于新手来说是一种挑战4。在坡道起步时需要协调好刹车和油门踏板，如果操作不当极易发生事故，因此制定合理的坡道辅助功能策略成为研发人员关注的热点。但目前对电动汽车防溜坡功能的研究还比较滞后，大多停留在传统车辆的已有技术上，功能不完善的车辆严重影响了驾驶员的驾驶体验，也加大了电动汽车坡道起步的难度，增加了车辆起步的事故率。

2技术方案

2.1防溜控制系统

电动车半坡起步防溜控制系统，包括车身姿态感应模块、车速检测模块、刹车断电开关、油门转把以及控制器模块；车身姿态感应模块、车速检测模块、刹车断电开关、油门转把均与控制器模块电连接；车身姿态感应模块用于检测电动车的车身姿态，并输出姿态数据，控制器模块根据姿态数据判断电动车的所在路面是上坡、平路或下坡；车速检测模块用于检测电动车的车速，并输出车速数据；刹车断电开关用于在电动车的机械刹车被操作时，输出刹车信号；油门转把用于输出油门信号。

2.2防溜控制方法

电动车半坡起步防溜控制方法，包括：检测电动车所在路面是上坡、平路或下坡；检测电动车的车速、刹车信号和油门信号；

（1）当电动车处于上坡时：电动车通电后，控制器模块检测到电动车处于上坡、初始车速为0时，若有刹车信号且无油门信号，控制器模块则不控制轮毂电机工作；若有刹车信号且有油门信号，控制器模块则控制车速以加速度A1达到第一阈值Y1，之后，若油门信号代表的目标车速大于第一阈值Y1，则按照油门信号控制车速；若无刹车信号且无油门信号，控制器模块则控制车速以加速度A2达到第一阈值Y1；若无刹车信号且有油门信号，控制器模块则按照油门信号控制车速；当前车速大于第二阈值Y2时，若有刹车信号且有油门信号，控制器模块则在车速降至第一阈值Y1后，控制车速保持在第一阈值Y1；若有刹车信号且无油门信号，控制器模块则不控制轮毂电机工作；

（2）当电动车处于平路或下坡时：若有刹车信号，控制器模块则不控制轮毂电机工作，若无刹车信号，控制器模块则按照油门信号控制车速。

3技术优势

（1）通过设定，车辆在车速低于每小时5千米的时候取消车子的刹车断电功能，在半坡上的时候可以捏着刹车转转把，此时车子会有动力输出，用机械刹车解决了车子倒溜，同时用控制器刹车不断电的策略保证车子起步的时候就有足够的往前的力，解决了车子在半坡起步的问题；

（2）车子动起来之后，在车速达到每小时5千米以上，此时刹车恢复断电功能；

（3）此控制策略有效地解决了车辆在半坡起步的问题，同时可以保证车辆在高速的正常刹车断电，确保高速的安全。

4实施方式

如图1所示，本文研究的电动车半坡起步防溜控制系统，包括车身姿态感应模块5、障碍物探测模块6、运动检测模块7、车速检测模块4、刹车断电开关3、油门转把2以及控制器模块1；其中，障碍物探测模块6、运动检测模块7、车身姿态感应模块5、车速检测模块4、刹车断电开关3、油门转把2均与控制器模块1电连接。

车身姿态感应模块5和运动检测模块7均可采用姿态传感器，以检测电动车的车身姿态，并输出姿态数据和运动数据。控制器模块1根据姿态数据判断电动车的所在路面是上坡、平路或下坡，以及根据运动信号判断电动车是前进或后退。障碍物探测模块6采用雷达传感器，用于探测电动车前方的预设距离内是否存在障碍度并输出探测信号。在调试时，可将左右探测范围调节为90度左右。车速检测模块4采用霍尔传感器，用于检测电动车的车速并输出车速数据。刹车断电开关3用于在电动车的机械刹车被操作时，输出刹车信号。油门转把2用于输出油门信号。

如图2所示，电动车半坡起步防溜控制方法，包括：

检测步骤：检测电动车的倾斜度，并判断电动车所在路面是上坡、平路或下坡；检测电动车的车速、刹车信号、油门信号和运动姿态；

控制步骤：

（1）当电动车处于上坡时：

电动车通电后，控制器模块1检测到电动车处于上坡、初始车速为0时，若有刹车信号且无油门信号，控制器模块1则不控制轮毂电机工作；若有刹车信号且有油门信号，控制器模块1则控制车速以加速度A1达到第一阈值Y1，之后，若油门信号代表的目标车速大于第一阈值Y1，则按照油门信号控制车速；若无刹车信号且无油门信号，控制器模块1则控制车速以加速度A2达到第一阈值Y1；若无刹车信号且有油门信号，控制器模块1则按照油门信号控制车速。当探测到前方预设距离内有障碍物时，将A1、A2的值调整为0。

A1=A0+Bx*k；A2=A0-Bx*k其中，A0为基础值，Bx为倾斜度的测算值，k为倾斜系数；Bx的测算方法包括：将Bs分为若干等级范围，分别是Bs＜-10，-10≤Bs＜-5，-5≤Bs≤5，5＜Bs≤10，10＜Bs，其中Bs为倾斜度的当前值，当Bs落入其中一个等级范围的持续时间达到T1时，Bx=Bs；当Bx＜-5时，控制器模块1判定电动车处于上坡，-5≤Bs≤5为平路，5＜Bs≤10、10＜Bs为下坡。当前车速大于第二阈值Y2时，若有刹车信号且有油门信号，控制器模块1则在车速降至第一阈值Y1后，控制车速保持在第一阈值Y1；若有刹车信号且无油门信号，控制器模块1则不控制轮毂电机工作。

（2）当电动车处于平路或下坡时：

若有刹车信号，控制器模块1则不控制轮毂电机工作，若无刹车信号，控制器模块1则按照油门信号控制车速。

另外，为了避免车主在紧急刹车后因操作不当而导致电动车又向前冲，本文还给出了以下控制策略，具体是：当前车速大于第三阈值Y3时，控制器模块1实时监测车速下降至为0的速率A3，若A3大于M、无刹车信号且有油门信号，控制器模块1在预设时间T2内不控制轮毂电机工作；其中Y3＞5km/h。在T2时间内，若电动车后退，控制器模块1则解除对T2的限制。

结语

本文研究的电动车半坡起步防溜控制系统通过设定，用机械刹车解决了车子倒溜，同时用控制器刹车不断电的策略保证车子起步的时候就有足够的往前的力，解决了车子在半坡起步的问题；有效地解决了车辆在半坡起步的问题，同时可以保证车辆在高速的正常刹车断电，确保高速的安全5。

参考文献

[1]李磊,黄鑫,翟世欢等.纯电动汽车坡道起步防溜系统及控制策略的研究[J].内燃机与配件,2021(22):1-3.DOI:10.19475/j.cnki.issn1674-957x.2021.22.001.

[2]毛国志，电动汽车坡路防溜辅助系统的控制方法.江西省，江西江铃集团新能源汽车有限公司，2020-12-08.

[3]王金桥,汤庆涛,高洁等.电动汽车坡道辅助功能策略开发[J].上海汽车,2022(11):19-24.

[4]李轩,王鑫,何发尧.AMT坡道起步辅助控制策略[J].汽车实用技术,2022,47(15):33-36.DOI:10.16638/j.cnki.1671-7988.2022.015.007.

[5]杨楠,王恩泽,霍艳忠.电动小车坡道起步系统的研究[J].现代制造技术与装备,2021,57(07):39-40+47.DOI:10.16107/j.cnki.mmte.2021.0534.