CN103182953A - 电动汽车车速控制***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电动汽车车速控制***，包括电机控制器和整车控制器，其中整车控制器包括第二通信单元和指令采集单元，电机控制器包括第一通信单元以及功率驱动单元；所述指令采集单元用于采集定速巡航指令以及设定车速；所述第二通信单元将所述定速巡航指令及设定车速发送到第一通信单元；所述功率驱动单元用于在第一通信单元接收的定速巡航指令及设定车速时进入转速模式；在转速模式下，所述功率驱动单元调整其输出频率为与所述设定车速对应的频率，并调整输出转矩使其输出转矩与负载转矩匹配。本发明还提供一种对应的方法。本发明通过调整输出频率与设定车速对应，实现了电动汽车的定速运行，提高了电动汽车行驶的稳定性、安全性和舒适性。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车控制领域，更具体地说，涉及一种电动汽车车速控制***及方法。
背景技术
随着经济的发展，汽车已经成为人类生活中必不可少的工具之一，汽车工业已经成为现代经济的支柱产业之一。随着全球汽车产量和保有量的不断增长，使用内燃机作为驱动动力的汽车带来了严重的环境污染和越来越紧迫的全球石油资源危机等问题，这也致使世界各国不得不寻求排放低、使用新能源的新型交通工具。电动汽车具有污染小、噪音小、节约能源，结构、控制和维护简单等特点，是解决环境问题和能源问题的一个有效途径。
汽车巡航控制***发展至今已有四十多年的历史，通过该控制***，无需调整踩油门踏板就可使车辆自动以固定的速度行驶，可减轻驾驶员的疲劳，同时减少了不必要的车速变化，从而可以节省燃料。
汽车巡航控制***经历了机械控制***、晶体管控制***、模拟集成电路控制***和微机控制***等几个过程，这些理论方面的研究主要是针对传统燃油车。如图1所示，是传统燃油汽车的动力***示意图，其主要包括燃油发动机，该动力***通过控制节气门开度决定发动机输出转矩大小，相应地，定速巡航功能的实现主要集中在如何调节节气门开度上。
如图2所示，是现有电动汽车驱动电机***及***设备的典型结构框图，其通过电机控制器输出控制信号，从而调整电子电力逆变器向电机的输出。由于电动汽车的发展目前还处于起步阶段，针对电动汽车的定速巡航控制技术还存在诸多问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对上述电动汽车缺少定速行驶功能的问题，提供一种电动汽车车速控制***及方法。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是，提供一种电动汽车车速控制***，包括电机控制器和整车控制器，其中整车控制器包括第二通信单元和指令采集单元，所述电机控制器包括第一通信单元以及功率驱动单元；所述指令采集单元用于采集定速巡航指令以及设定车速；所述第二通信单元将所述定速巡航指令及设定车速发送到第一通信单元；所述功率驱动单元用于在第一通信单元接收到定速巡航指令及设定车速时进入转速模式；在转速模式下，所述功率驱动单元调整其输出频率为与所述设定车速对应的频率，并调整输出转矩使其输出转矩与负载转矩匹配。
在本发明所述的电动汽车车速控制***中，所述电机控制器还包括转矩报警单元，用于判断所述负载转矩是否大于电机转矩上限，并在所述负载转矩大于电机转矩上限时，使所述功率驱动单元调整其输出频率，所述调整后的输出频率与电机转矩上限对应。
在本发明所述的电动汽车车速控制***中，所述指令采集单元还用于采集定速取消指令，并将该定速取消指令通过第二通信单元发送到所述电机控制器的第一通信单元，所述功率驱动单元在第一通信单元接收到定速取消指令时切换为转矩模式；在转矩模式下，所述功率驱动单元根据转矩指令控制电机输出转矩。
在本发明所述的电动汽车车速控制***中，所述电机控制器还包括存储单元，用于存储车速，该存储的车速在所述指令采集单元采集到恢复巡航指令时作为设定车速发送给电机控制器。
在本发明所述的电动汽车车速控制***中，所述整车控制器的第二通信单元与电机控制器的第一通信单元之间通过控制器局域网络通信。
本发明还提供一种电动汽车车速控制方法，包括以下步骤：
步骤(a)，整车控制器在采集到定速巡航指令时读取设定车速并将所述设定车速发送到电机控制器；
步骤(b)，电机控制器将工作状态切换为转速模式；在转速模式下，该电机控制器调整其输出频率为与所述设定车速对应的频率，并调整输出转矩使其输出转矩与负载转矩匹配。
在本发明所述的电动汽车车速控制方法中，在转速模式下，所述电机控制器在所述负载转矩大于电机转矩上限时调整其输出频率，所述调整后的输出频率与电机转矩上限对应。
在本发明所述的电动汽车车速控制方法中，所述步骤(b)之后包括：
步骤(c1)，所述整车控制器在检测到取消定速指令时将该取消指令发送到电机控制器；
步骤(c2)，所述电机控制器切换为转矩模式，在转矩模式下，所述电机控制器根据转矩指令控制电机输出转矩。
在本发明所述的电动汽车车速控制方法中，所述步骤(b)包括：所述电机控制器存储当前车速。
在本发明所述的电动汽车车速控制方法中，所述步骤(b)之后包括：所述整车控制器在采集到恢复巡航指令时读取将存储的车速作为设定车速，并执行步骤(b)。
本发明的电动汽车车速控制***及方法，通过调整输出频率与设定车速对应，实现了电动汽车的定速运行，提高了电动汽车行驶的稳定性、安全性和舒适性。
本发明可使电动汽车无论是在上坡、下坡、平路上行驶，或是在风速变化的情况下行驶，只要在驱动电动机功率允许的范围内，速度都可保持不变。在郊外或者高速公路上行驶时，这种优越性更为显著。
另外，当电动汽车以定速行驶时，驾驶员只要掌握好方向盘，不用踩油门踏板就能使车辆以恒定的速度稳定运行，这减轻了司机的劳动强度，可使驾驶员精力集中以确保行车安全。并且，本发明还可使电动汽车减少磨损，延长寿命，并增加动力蓄电池的续航里程，从而减少电动汽车运行成本。
附图说明
图1是现有燃油汽车电子巡航控制***的原理图。
图2是现有电动汽车驱动电机***及***设备典型结构框图。
图3是本发明电动汽车车速控制***第一实施例的示意图。
图4是本发明电动汽车车速控制***第二实施例的示意图。
图5是本发明电动汽车车速控制方法第一实施例的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图3所示，是本发明电动汽车车速控制***实施例的示意图。在本实施例中，车速控制***包括电机控制器32和整车控制器31，其中整车控制器包括第二通信单元312和指令采集单元311，电机控制器32包括第一通信单元322以及功率驱动单元323。上述的整车控制器31和电机控制器32可分别由一个芯片及***电路构成，第二通信单元312、指令采集单元311、第一通信单元322以及功率驱动单元323则可由硬件配合软件实现。电机控制器32的功率驱动单元323直接向逆变器33输出电机控制信号。
指令采集单元311用于采集定速巡航指令以及设定车速。具体地，该指令采集单元311可从电动汽车的操作按钮或面板、油门踏板、刹车踏板等采集指令，例如定速巡航指令、恢复巡航指令、刹车指令、加速指令等。
第二通信单元312用于将指令采集单元311采集的定速巡航指令及设定车速发送到电机控制器32的第一通信单元322。特别地，第一通信单元322和第二通信单元312之间的信息交互可由控制器局域网络(Controller Area Network，CAN)来实现。该控制器局域网络还可实现电动汽车内部的其他部分之间的信息交互，例如电池管理器和仪表控制器等。
具体地，第二通信单元312可通过表1的报文发送定速巡航指令以及设定车速到电机控制器32。
功率驱动单元323用于在第一通信单元322接收的定速巡航指令及设定车速时进入转速模式。在转速模式下，该功率驱动单元32调整其输出频率为与设定车速对应的频率，并调整输出转矩使该输出转矩与负载转矩匹配。
如图4所示，是本发明电动汽车车速控制***第二实施例的示意图。该实施例中，车速控制***包括电机控制器42和整车控制器41，其中整车控制器包括第二通信单元412和指令采集单元411，电机控制器42包括存储单元421、第一通信单元422、功率驱动单元423以及转矩报警单元424。上述的整车控制器31和电机控制器32可分别由一个芯片及***电路构成，第二通信单元312、指令采集单元311、第一通信单元322以及功率驱动单元323。
上述转矩报警单元424用于判断在功率驱动单元423以转速模式运行时，负载转矩是否大于电机转矩上限，并在负载转矩大于电机转矩上限时，使功率驱动单元423调整其输出频率，该调整后的输出频率与电机转矩上限对应。
在本实施例中，指令采集单元411除了采集定速巡航指令外，还用于采集定速取消指令(例如来自刹车踏板或定速取消按键)及油门踏板指令，并将该定速取消指令及油门踏板指令通过第二通信单元412发送到电机控制器42的第一通信单元422；相应地，功率驱动单元423除了以转速模式工作外，还可以转矩模式工作。在第一信号通信单元422接收到定速取消指令和油门踏板指令时，功率驱动单元423根据定速取消指令将转速模式切换为转矩模式。在转矩模式下，功率驱动单元423根据转矩指令(例如来自指令采集单元411采集的油门踏板指令)控制电机输出转矩。
存储单元421用于存储车速。该存储单元421可采用EEPROM(ElectricallyErasable Programmable Read-Only Memory)，该EEPROM在掉电后数据不会丢失，从而存储的车速在下一次上电时仍然有效，无需每次重复设定巡航速度，从而使电动汽车的定速巡航功能更加智能化和人性化。上述的指令采集单元411还可采集恢复巡航指令，并将该恢复巡航指令通过第二通信单元412发送到电机控制器42，功率驱动单元423读取存储单元421中存储的车速，并以此车速对应的频率作为输出频率，控制电机转动。
在上述实施例中，逆变器主要由高频开关器件绝缘栅双极晶体管-IGBT组成，功率驱动单元通过发送6路驱动信号分别控制每个IGBT的开关通断时间以及开关通断顺序实现不同的占空比输出，从而调节电机U、V、W三相电流的大小和相序，最终实现对电动汽车的行驶速度控制。整车控制器在转矩模式和转速模式下，分别通过第二通信单元向电机控制器发送转矩指令(例如油门踏板指令)和频率指令(例如设定车速)。电机控制器接收到转矩指令和频率指令后，其功率驱动单元通过基于转子磁场定向的矢量控制算法对输出电流进行坐标变换和分解，从而计算出6路IGBT的通断时间和通断顺序。
特别地，在上述实施例中，第二通信单元可通过表1的报文发送定速巡航指令以及设定车速到电机控制器。
表1：整车控制器发送的定速巡航指令报文
表1中定速巡航指令字节的具体定义表2所示。
表2：整车控制器的定速巡航指令报文中BYTE1的定义
电机控制器则可根据行驶状态，通过第一通信单元以表3所示的报文向整车控制器发送信息。
表3：电机控制器发送的定速巡航状态报文
表3中的定速巡航状态字节的具体定义如表4所示。
表4：电机控制器的定速巡航状态报文中BYTE1的定义。
如图5所示，是本发明电动汽车车速控制方法实施例的示意图。该方法包括以下步骤：
步骤S51：在电动汽车启动后，电机控制器以转矩模式控制电动汽车。
在转矩模式下，电机控制器接收转矩指令(例如由整机控制器从油门踏板采集)控制电机输出转矩，此时电机控制器的输出频率自动跟踪负载速度的变化。当电机控制器的设定转矩大于负载转矩，电机控制器的输出频率会上升，当电机控制器的输出频率达到频率上限(对应允许的最高车速)时，电机控制器输出上限频率。当电机控制器的设定转矩小于负载转矩，电机控制器的输出频率下降，如果设定了下限频率(对应设定的最低车速)，当电机控制器输出频率达到频率下限时，电机控制器输出下限频率。
步骤S52：整车控制器判断是否采集到定速巡航指令。若采集到定速巡航指令，则执行步骤S54，否则执行步骤S53。
步骤S53：整车控制器判断是否采集到恢复巡航指令。若采集到恢复巡航指令，则执行步骤S56，否则返回步骤S51。
步骤S54：整车控制器将定速巡航指令及设定车速发送到电机控制器，电机控制器将工作状态切换为转速模式。在转速模式下，该电机控制器调整其输出频率为与设定车速对应的频率，并调整输出转矩使其输出转矩与负载转矩匹配。
步骤S55：电机控制器存储此时的车速，或对应的输出频率。
步骤S56：整车控制器将恢复巡航指令发送到电机控制器，电机控制器将工作状态切换为转速模式。
步骤S57：整车控制器判断是否接收到定速取消指令，例如刹车踏板踩下或定速巡航按键取消等。若接收到定速取消指令，则执行步骤S51，使电机控制器以转矩模式工作；否则执行步骤S58。
步骤S58：电机控制器继续以转速模式工作，并执行步骤S57。
在上述方法中，还包括在电机控制器处于转速模式和转矩模式时，存储通过操作按键输入的巡航速度，作为下次定速巡航指令的设定车速。
在上述的电动汽车车速控制方法中，在电机控制器转速模式下，电机控制器在负载转矩大于电机转矩上限时调整其输出频率，使调整后的输出频率与电机转矩上限对应。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种电动汽车车速控制***，其特征在于：包括电机控制器和整车控制器，其中整车控制器包括第二通信单元和指令采集单元，所述电机控制器包括第一通信单元以及功率驱动单元；所述指令采集单元用于采集定速巡航指令以及设定车速；所述第二通信单元将所述定速巡航指令及设定车速发送到第一通信单元；所述功率驱动单元用于在第一通信单元接收到定速巡航指令及设定车速时进入转速模式；在转速模式下，所述功率驱动单元调整其输出频率为与所述设定车速对应的频率，并调整输出转矩使其输出转矩与负载转矩匹配。
2.根据权利要求1所述的电动汽车车速控制***，其特征在于：所述电机控制器还包括转矩报警单元，用于判断所述负载转矩是否大于电机转矩上限，并在所述负载转矩大于电机转矩上限时，使所述功率驱动单元调整其输出频率，所述调整后的输出频率与电机转矩上限对应。
3.根据权利要求1所述的电动汽车车速控制***，其特征在于：所述指令采集单元还用于采集定速取消指令，并将该定速取消指令通过第二通信单元发送到所述电机控制器的第一通信单元；所述功率驱动单元在第一通信单元接收到定速取消指令时切换为转矩模式；在转矩模式下，所述功率驱动单元根据转矩指令控制电机输出转矩。
4.根据权利要求1所述的电动汽车车速控制***，其特征在于：所述电机控制器还包括存储单元，用于存储车速，该存储的车速在所述指令采集单元采集到恢复巡航指令时作为设定车速发送给电机控制器。
5.根据权利要求1所述的电动汽车车速控制***，其特征在于：所述整车控制器的第二通信单元与电机控制器的第一通信单元之间通过控制器局域网络通信。
6.一种电动汽车车速控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤(a)，整车控制器在采集到定速巡航指令时读取设定车速并将所述设定车速发送到电机控制器；
步骤(b)，电机控制器将工作状态切换为转速模式；在转速模式下，该电机控制器调整其输出频率为与所述设定车速对应的频率，并调整输出转矩使其输出转矩与负载转矩匹配。
7.根据权利要求6所述的电动汽车车速控制方法，其特征在于：在转速模式下，所述电机控制器在所述负载转矩大于电机转矩上限时调整其输出频率，所述调整后的输出频率与电机转矩上限对应。
8.根据权利要求6所述的电动汽车车速控制方法，其特征在于：所述步骤(b)之后包括：
步骤(c1)，所述整车控制器在检测到取消定速指令时将该取消指令发送到电机控制器；
步骤(c2)，所述电机控制器切换为转矩模式，在转矩模式下，所述电机控制器根据转矩指令控制电机输出转矩。
9.根据权利要求6所述的电动汽车车速控制方法，其特征在于：所述步骤(b)包括：所述电机控制器存储当前车速。
10.根据权利要求9所述的电动汽车车速控制方法，其特征在于：所述步骤(b)之后包括：所述整车控制器在采集到恢复巡航指令时读取将存储的车速作为设定车速，并执行步骤(b)。
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