本發(fā)明涉及車輛控制，具體涉及一種基于能量回收陡坡緩降系統(tǒng)。
背景技術：
1、陡坡緩降功能主要用于下陡坡或連續(xù)下坡工況，駕駛員可以釋放油門踏板和制動踏板，制動系統(tǒng)采用主動建壓等方式對車輛進行控制，使車輛保持目標車速平穩(wěn)通過下坡路，陡坡緩降功能激活后，無需踩制動踏板或者油門踏板即可穩(wěn)定控制車速，此時駕駛員可完全專注于控制方向盤，提高駕駛安全性。針對制動系統(tǒng)為esc、onebox以及emb等可以實現(xiàn)主動增壓的車輛，為降低下坡時駕駛員的操作難度，諸多學者與企業(yè)提出了陡坡緩降相關的控制算法和控制裝置。
2、對于陡坡緩降功能的控制方法，公開號cn117755094a提出通過判斷是否滿足陡坡緩降條件來決定陡坡緩降系統(tǒng)的激活，詳細描述了功能的進入和退出條件，包括擋位、坡度、車速、陡坡緩降的開關以及目標車速如何根據(jù)油門踏板和制動踏板進行變化；公開號cn117400886a主要對如何確定開啟陡坡緩降功能時的目標車速進行了說明；公開號cn116985770a通過建立預填充制動液壓，縮短陡坡緩降激活后的建壓時間，使得陡坡緩降功能激活后，及時對車輛進行制動，但未對目標車速的計算進行詳細說明。以上專利均未對如何控制車輛制動力進行詳細說明。
3、公開號cn117533276a利用橫擺角加速度對如何控制車輛制動力進行了說明，但其專利是根據(jù)駕駛員需求進行閉環(huán)的壓力調節(jié)，控制車輛車速平穩(wěn)且快速的達到目標車速，缺少前饋控制，且未對坡度的識別做出說明。
4、此外，長時間的陡坡緩降功能觸發(fā)，易導致制動盤高溫進而導致制動效能降低，甚至導致車輛制動失效，嚴重影響駕駛安全性。
技術實現(xiàn)思路
1、為此，本發(fā)明提供一種基于能量回收陡坡緩降系統(tǒng)，以解決背景技術中提出的問題。
2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：一種基于能量回收陡坡緩降系統(tǒng)，包括：
3、坡度估計模塊，接收車速信號和車輛加速度信號，通過車速和車輛加速度信號估計車輛當前的坡度；
4、陡坡緩降激活判斷模塊，接收坡度信號、車輛擋位信號、制動踏板信號、油門踏板信號、行駛方向信號和駕駛模式信號；當車輛處于坡上、且未踩下制動踏板和油門踏板、且車速位于車速門限區(qū)間內時，則陡坡緩降功能激活，否則陡坡緩降功能退出；
5、目標車速計算模塊，識別駕駛員意圖并給出目標車速；
6、機電制動力分配模塊，首先通過坡度信號引入前饋控制，再疊加目標車速的閉環(huán)控制給出目標制動力，然后將該制動力分配到電制動和機械制動分別實現(xiàn)能量回收和卡鉗制動。
7、優(yōu)選的，坡度估計模塊通過慣性傳感器和輪速傳感器采集車輛行駛信息和當前姿態(tài)，其中通過慣性傳感器得到車輛橫向加速度和縱向加速度，通過輪速傳感器得到車輛的輪速和車速并計算當前坡度；
8、當車輛在坡道上靜止時，由慣性傳感器得到的信號大小等于重力加速度沿路面向下的分解值：
9、axs＝gsin(θ)??????(1.1)
10、θ：坡度角度；g:重力加速度；
11、則慣性傳感器坡度法所計算的坡度值is為:
12、
13、axf：慣性傳感器測得沿x軸的加速度數(shù)值；
14、當車輛在坡道上加速、減速時，由慣性傳感器得到的信號包括重力加速度和慣性加速度；
15、慣性加速度即車速的微分：
16、
17、ax_imu＝ai+axs??????(1.4)
18、
19、ai：車速的微分，代表車輛的縱向加速度；ax_imu為慣性加速度傳感器得到x軸加速度數(shù)值；axs為坡道產生的沿坡道的加速度；為車速的微分；
20、因此坡度為：
21、
22、δ為運動方向，前進為1，倒退為-1；is為坡度；
23、優(yōu)選的，
24、當車輛在坡道上加速、減速時，由慣性傳感器得到的信號包括重力加速度和慣性加速度；重力加速度將包括坡度和車輛俯仰角并加入俯仰角修正；
25、俯仰角由重力加速度和慣性加速度、以及車輛的懸架剛度，計算得到:
26、α＝kr(δai+axs)???(1.7)kr代表懸架強度大小；α為車輛俯仰角；
27、axs＝gsin(θ+α)
28、
29、因此坡度為：
30、
31、優(yōu)選的，陡坡緩降激活判斷模塊根據(jù)車輛行駛信息和當前坡度確定是否觸發(fā)陡坡緩降指令，并響應于陡坡緩降指令確定目標速度；
32、具體操作如下：
33、當汽車處于啟動狀態(tài)且非靜止，包括向前行進或后退，車速在4-39km/h之間，坡度在8％-100％，無主被動安全功能介入，包括adas，abs以及aeb；駕駛員未對油門踏板或制動踏板進行控制，陡坡緩降功能激活，車輛以陡坡緩降介入瞬間的車速為目標車速低速行駛；
34、根據(jù)目標速度和當前加速度確定車輛制動壓力，當接收到陡坡緩降執(zhí)行指令時，根據(jù)所述車輛制動壓力控制車輛減速；
35、當車速高于目標車速，或坡度在0％-8％，或主被動安全功能介入時，車輛陡坡緩降功能退出。
36、優(yōu)選的，
37、目標車速計算：
38、陡坡緩降功能激活時目標車速：陡坡緩降介入瞬間的車速作為目標車速vtar＝vstart；
39、vtar代表目標車速，vstart為陡坡緩降介入瞬間的車速；
40、踩油門時目標車速：踩下油門踏板，目標車速升高，vtar_k＝vtar_k-1+pk*acc_pedal；
41、踩制動時目標車速：踩下制動踏板，目標車速降低，vtar_k＝vtar_k-1-pk*brk_pedal；
42、vtar_k為當前時刻的目標車速，vtar_k-1為下一時刻的目標車速；pk為可標定系數(shù)，acc_pedal為油門踏板開度，brk_pedal為制動踏板開度。
43、優(yōu)選的，機電制動力分配模塊通過驅動和制動力作為輸入，忽略風阻、滾阻，輸出是車速，根據(jù)牛頓第二定律:
44、
45、fx為車輛受到的縱向力綜合總和，即電制動力和機械制動力的和；
46、那么整車微分方程為：
47、
48、m為整車質量；
49、使用拉普拉斯變換，得到車輛的縱向車速控制系統(tǒng):
50、
51、式中，
52、而風阻，滾阻，坡道形成的重力分力，相當于是外部擾動；
53、加入外部擾動后：
54、
55、fi是風阻，滾阻，坡道形成的重力分力等外部擾動；
56、對于在縱向車速控制系統(tǒng)加入外部擾動后的系統(tǒng)，引起的穩(wěn)態(tài)誤差誤差為：
57、
58、fi(s)為外部擾動輸入，h(s)為控制輸入；
59、對于輸入的擾動，滾動阻力和風阻可忽略不計，加入一個n(s)的前饋控制；
60、那么形成對干擾的閉環(huán)傳遞函數(shù)：
61、
62、n(s)為一個前饋控制輸入；代表車速對于外部擾動輸入的響應；
63、因此，令g(s)+g(s)n(s)＝0，以實現(xiàn)消除穩(wěn)態(tài)誤差；h(s)選擇pi控制。
64、優(yōu)選的，
65、前饋控制：
66、fb1＝mgsin(θ)???(1.16)
67、fb1為由坡度計算得到的制動力部分，θ為坡度；
68、反饋控制：
69、fb2＝kpverr+ki∫verr???(1.17)
70、verr＝vtar-vreal???(1.18)
71、fb2為車速閉環(huán)控制的制動力部分，kp，ki為pi的系數(shù)，verr為目標車速與真實車速的差值，vreal為真實車速；
72、抗俯仰控制：
73、fb3＝kpaτ+ki∫aτ???(1.19)
74、aτ＝gsin(α)???(1.20)
75、fb3為抗俯仰的制動力部分，aτ為俯仰引起的加速度，α為俯仰角。
76、結合三種控制，輸出為：
77、fb＝fb1+fb2+fb3???(1.21)
78、fb為總目標制動力；
79、得到總目標制動力后，分配電制動和機械制動力，分配原則如下：
80、當目標制動力小于電制動所提供的最大力時，電制動等于目標制動力，機械制動力為0；當目標制動力大于電制動所提供的最大力時，電制動取電制動所能提供的最大力，機械制動＝目標目標制動力-電制動力；
81、
82、femax為電機所能提供的最大制動力，fm為機械制動力，fe為電制動力。
83、本發(fā)明具有如下優(yōu)點：
84、1.在沒有坡度傳感器的情況下，本發(fā)明的系統(tǒng)可以精準估計車輛所處下坡的坡度值。根據(jù)車輛的輪速得到車速信息，根據(jù)車速的微分得到車輛的慣性加速度，陡坡緩降功能退出。由重力加速度和慣性加速度以及懸架剛度估計出車輛俯仰角，imu得到的信號減去慣性加速度和俯仰角下的加速度得到坡度值。
85、2.本發(fā)明對目標車速進行優(yōu)化，將其與油門和制動踏板進行關聯(lián)，駕駛員踩下油門踏板，目標車速逐漸上升，當目標車速超出車速上限，則退出陡坡緩降系統(tǒng)；駕駛員踩下制動踏板，目標車速逐漸下降，當目標車速低于車速下限，則退出陡坡緩降系統(tǒng)；當坡度消失或adas，abs，aeb等主被動安全功能介入時，車輛陡坡緩降功能退出。
86、3.本發(fā)明通過控制論的方法分析出陡坡緩降系統(tǒng)存在擾動和穩(wěn)態(tài)誤差，通過引入前饋項，使得陡坡緩降系統(tǒng)能夠更快達到一個穩(wěn)定的狀態(tài)，消除了穩(wěn)態(tài)誤差。對車輛在陡坡上的動力學特征進行分析，得到整車微分方程，確定其穩(wěn)態(tài)誤差是真實存在的，因此引入前饋控制，消除穩(wěn)態(tài)誤差，且前饋控制完全基于坡度信息，相比于傳統(tǒng)純車速閉環(huán)控制，可以實現(xiàn)更快速、更準確制動控制，平滑地實現(xiàn)車輛的陡坡緩降功能。
87、4.本發(fā)明結合能量回收，在得到目標制動力后，優(yōu)先分配給電制動，當電制動不足時，再分配到機械制動，進而避免在長下坡時制動盤過熱導致熱失效的問題。