CN107215244A - 一种低附路面的电动汽车电驱动***扭矩控制***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低附路面的电动汽车电驱动***扭矩控制***及方法，所述***包括：电机转速信号采集及处理模块，采集电驱动***中电机的转速信号并处理，输出电机转速至主控模块；主控模块根据所述电机转速信号采集及处理模块处理后的电机转速计算电机转速变化率的平均值，并根据所述计算模块的计算结果和来自整车控制器的电机扭矩指令，判断适用的控制方式，计算和发出相应的电机执行扭矩给电驱动***中的电机控制器。本发明利用电机转速变化率平均值判断电动车辆在低附路面上是否出现打滑工况，并为此设置了上限门限值和下限门限值，通过整车标定获得合适的判断阈值能够实现准确的打滑判断和打滑退出。

Description

一种低附路面的电动汽车电驱动***扭矩控制***及方法
技术领域
本发明属于电动汽车电驱动***控制技术领域，尤其涉及一种低附路面的电动汽车电驱动***扭矩控制***及方法。
背景技术
电动汽车使用电池中存储的电能作为唯一的能源供给，具有高效、节能、低噪音及零排放等特点，在节能和环保方面有着不可比拟的优势，因此逐渐成为汽车行业的重要发展趋势之一。电驱动***作为电动汽车的重要组成部分，是实现机械能与电能相互转化的关键。电驱动***主要包括电机控制器和电机本体，其中电机控制器中的功率模块价格不菲且对温度、电流和电压的敏感度较高。
电动汽车从正常路面进入低附路面之后，摩擦力急剧减少，相当于电机负载快速降低。此时电机转速会由于负载降低而快速加速，从旋变变压器(或者霍尔传感器、光电编码器等)采集到的转子角度位置计算得到的转速将出现很大的阶跃。电机转速的阶跃增大将直接导致电机控制中出现冲击电流和冲击电压从而引起电机控制器的故障保护，甚至会出现电机控制器损坏或者电机失控，影响车身稳定和乘客安全。这在正常行驶过程是不允许出现的。
专利公开文献1(公开号：CN1681680A，公开日：2015.10.12)公开了一种车辆打滑控制装置、安装有该装置的汽车及其控制方法。当电机要求转矩Tm*的转矩变化量ΔTm大时，因该转矩变化引起车辆发生振动或摆动，由此角加速度α暂时变大，在根据角加速度α进行打滑判断(步骤S112)中，虽然打滑未发生，但因角加速度α超过阔值αSlip,也会误判为打滑发生，因此，在步骤(S108)中当转矩变化量ΔTm超过阈值Thr肘，判断为可能是虽未发生打滑而误判为打滑发生，从而不执行转矩限制处理即打滑发生时控制例程(步骤120)，而执行步骤(Sl16)的附着时控制例程。
现有技术的缺点和本申请提案要解决的技术问题：
1、专利公开文献1的方案必须在角加速度为负值且满足规定时间后进入打滑收敛控制，退出打滑控制；而实际上当角加速度为正值且在一定范围内时即可进入打滑收敛控制；或者是当驾驶员有通过油门降低电机输出扭矩来降低电机转速的意图时即可有条件的进入打滑收敛控制；
而本发明提案设置了两个判断阈值：上限门限值为UpLimit、下限门限值为LowLimit；
在电机转速变化率平均值为正值且大于等于下限门限值LowLimit，同时小于等于上限门限值UpLimit或者电机转速变化率平均值为正值，且小于下限门限值LowLimit，考虑上一时刻电机执行扭矩和电机扭矩指令的关系(驾驶员意图)、时间等因素来判断是否退出打滑控制；
2、专利公开文献1的方案是针对整体的控制技术，涉及的因素较多(例如发动机震动、机械振动等)，从而导致控制精度较低。
发明内容
本发明目的是：提供一种低附路面的电动汽车电驱动***扭矩控制***及方法，利用电机转速变化率平均值判断电动车辆在低附路面上是否出现打滑工况，并为此设置了两个判断阈值：上限门限值和下限门限值，通过整车标定获得合适的判断阈值能够实现准确的打滑判断和打滑退出。
本发明的技术方案是：
一种低附路面的电动汽车电驱动***扭矩控制***，包括：
电机转速信号采集及处理模块，用于采集电驱动***中电机的转速信号，同时对采集到的信号进行滤波整形处理以抑制噪声干扰、提高信号质量，并输出电机转速至主控模块；
主控模块，由计算模块和控制模块构成，其中，
计算模块，用于根据所述电机转速信号采集及处理模块处理后的电机转速计算电机转速变化率的平均值；
控制模块，用于根据所述计算模块的计算结果和来自整车控制器的电机扭矩指令，判断适用的控制方式，并计算和发出相应的电机执行扭矩给电驱动***中的电机控制器。
优选的，所述电机转速信号采集及处理模块中用于采集电机转速的器件采用变变压器、霍尔传感器、光电编码器中的一种或几种。
优选的，所述电机扭矩指令为整车控制器通过CAN总线或FlexRay总线发送至主控模块。
一种低附路面的电动汽车电驱动***扭矩控制方法，包括：
步骤1、设定电机转速变化率的平均值的上限门限值为UpLimit，下限门限值为LowLimit；计算电驱动***电机转速变化率的平均值，根据计算结果，判断电动车辆在低附路面上是否出现打滑工况；
步骤2、若步骤1中计算得到的电机转速变化率平均值为负值或0，则认为未发生打滑，置打滑标志位为0；电机执行扭矩Torque_Act等于来自整车控制器的电机扭矩指令Torque_Cmd；
步骤3，若步骤1中计算得到的电机转速变化率平均值为正值且大于上限门限值UpLimit，则认为发生打滑，置打滑标志位为1；电机执行扭矩Torque_Act需在电机扭矩指令Torque_Cmd的基础上相应减少；
步骤4，若步骤1中计算得到的电机转速变化率平均值为正值且小于下限门限值LowLimit，电机执行扭矩Torque_Act的处理方式分为2种：
(1)若打滑标志位为0，则电机执行扭矩Torque_Act等于电机扭矩指令Torque_Cmd；
(2)若打滑标志位为1，则进一步比较上一时刻计算得到的电机执行扭矩与本时刻的电机扭矩指令：
若上一时刻的电机执行扭矩大于等于本时刻的电机扭矩指令，则电机执行扭矩Torque_Act等于电机扭矩指令Torque_Cmd，打滑标志位设置为0；若上一时刻电机执行扭矩小于本时刻的电机扭矩指令，则设定定时器t和定时器限值Tlimit：
(2-1)当定时器t小于等于Tlimit时，电机执行扭矩Torque_Act等于上一时刻的电机执行扭矩不变，且打滑标志位保持为1；
(2-2)当定时器t大于Tlimit时，电机执行扭矩Torque_Act等于电机扭矩指令Torque_Cmd，打滑标志位设置为0；定时器t停止计数；
步骤5，若步骤1中计算得到的电机转速变化率平均值为正值，且大于等于下限门限值LowLimit，同时小于等于上限门限值UpLimit，电机执行扭矩Torque_Act的处理方式分为2种：
(1)若打滑标志位为0，则电机执行扭矩Torque_Act等于电机扭矩指令Torque_Cmd；
(2)若打滑标志位为1，则进一步比较上一时刻计算得到的电机执行扭矩与本时刻的电机扭矩指令：
若上一时刻的电机执行扭矩大于等于本时刻的电机扭矩指令，则电机执行扭矩Torque_Act等于电机扭矩指令Torque_Cmd，打滑标志位设置为0；若上一时刻电机执行扭矩小于本时刻的电机扭矩指令，则电机执行扭矩Torque_Act等于上一时刻的电机执行扭矩不变，打滑标志位保持为1。
优选的，步骤1中计算电驱动***电机转速变化率的平均值的方法包括：
电机转速变化率的计算公式为：
式中的N(k)为电驱动***电机控制器第k次采集的电机转速，N(k-1)为电驱动***电机控制器第k-1次采集的电机转速，Δt为电机转速变化率的计算周期；
电机转速变化率平均值的计算公式为：
式中为第k-n+1次计算得到的电机转速变化率，为第k次计算得到的电机转速变化率，n为平均值次数。
优选的，所述电机转速变化率的计算周期Δt和平均值次数n的值通过整车标定获得，Δt选取为20ms，n选取为2。
优选的，步骤3中，电机转速变化率的平均值越大，电机执行扭矩Torque_Act越小，电机执行扭矩Torque_Act的具体计算公式为：
优选的，步骤1中，UpLimit大于LowLimit且二者均为正值，UpLimit和LowLimit通过整车标定获得合适值。
优选的，步骤4中，定时器限值Tlimit通过整车标定获得合适值。
优选的，所述电驱动***电机控制器在上电初始化时打滑标志位设置为0。
本发明的优点是：
1、本发明提案利用电机转速变化率平均值判断电动车辆在低附路面上是否出现打滑工况，并为此设置了两个判断阈值：上限门限值和下限门限值，通过整车标定获得合适的判断阈值能够实现准确的打滑判断和打滑退出；
2、本发明提案在判断需要退出打滑工况后，进一步比较上一时刻计算得到的电机执行扭矩与本时刻的电机扭矩指令，判断是否需要延时退出打滑工况，充分考虑了驾驶员意图；
3、本发明提案方案简单逻辑清晰易于实现，能够在车辆出现打滑时迅速限制电机执行扭矩，减少由打滑引起的冲击电流和电压对于电驱动***的不良影响，同时还有利于保证车身稳定和乘客安全。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为实施例中电动汽车电驱动***扭矩控制***结构原理图；
图2为实施例中电动汽车电驱动***扭矩控制方法流程图；
图3为实施例中电动汽车电驱动***扭矩控制效果图。
具体实施方式
如图1所示，本发明所揭示的低附路面的电动汽车电驱动***扭矩控制***，所述控制***的组成为：
电机转速信号采集及处理模块，用于采集电驱动***中电机的转速信号，同时对采集到的信号进行滤波整形处理以抑制噪声干扰、提高信号质量，并输出电机转速至主控模块；
主控模块，其由计算模块和控制模块构成，其中，
计算模块，用于根据所述电机转速信号采集及处理模块处理后的电机转速计算电机转速变化率的平均值；
控制模块，用于根据所述计算模块的计算结果和来自整车控制器的电机扭矩指令，判断适用的控制方式，并计算和发出相应的电机执行扭矩给电驱动***中的电机控制器。
具体实施时，所述的电机转速信号采集及处理模块中用于采集电机转速的器件为旋变变压器，但不仅限于旋转变压器，亦可采用霍尔传感器、光电编码器等其它器件。
所述的电机扭矩指令为整车控制器通过CAN通讯方式发送至主控模块，但不仅限于CAN通讯方式，亦可采用FlexRay通讯方式等其它通讯方式。
如图2所示，本发明所揭示的低附路面的电动汽车电驱动***扭矩控制方法，包括：
步骤1、设定电机转速变化率平均值的上限门限值为UpLimit，下限门限值为LowLimit。UpLimit大于LowLimit且二者均为正值，UpLimit和LowLimit需通过整车标定获得合适值。根据电驱动***电机转速变化率的平均值判断电动车辆在低附路面上是否出现打滑工况，电机转速变化率的计算公式为：
式中的N(k)为电驱动***电机控制器第k次采集的电机转速，N(k-1)为电驱动***电机控制器第k-1次采集的电机转速，Δt为电机转速变化率的计算周期；
电机转速变化率平均值的计算公式为：
式中为第k-n+1次计算得到的电机转速变化率，为第k次计算得到的电机转速变化率，n为平均值次数；Δt和n需通过整车标定获得合适值，优选的，Δt选取为20ms，n选取为2。
步骤2、若步骤1中计算得到的电机转速变化率平均值为负值或0，则认为未发生打滑，置打滑标志位为0。电机执行扭矩Torque_Act等于来自整车控制器的电机扭矩指令Torque_Cmd；其中电驱动***电机控制器在上电初始化时打滑标志位设置为0。
步骤3、若步骤1中计算得到的电机转速变化率平均值为正值且大于上限门限值UpLimit，则认为发生打滑，置打滑标志位为1。电机执行扭矩Torque_Act需在电机扭矩指令Torque_Cmd的基础上相应减少。且电机转速变化率的平均值越大，电机执行扭矩Torque_Act越小。电机执行扭矩Torque_Act的具体计算公式为：
步骤4、若步骤1中计算得到的电机转速变化率平均值为正值且小于下限门限值LowLimit，电机执行扭矩Torque_Act的处理方式分为2种：
(1)若打滑标志位为0，则电机执行扭矩Torque_Act等于电机扭矩指令Torque_Cmd；
(2)若打滑标志位为1，则进一步比较上一时刻计算得到的电机执行扭矩与本时刻的电机扭矩指令。若上一时刻的电机执行扭矩大于等于本时刻的电机扭矩指令，则电机执行扭矩Torque_Act等于电机扭矩指令Torque_Cmd，打滑标志位设置为0；若上一时刻电机执行扭矩小于本时刻的电机扭矩指令，则设定定时器t和定时器限值Tlimit：
(2-1)当定时器t小于等于Tlimit时，电机执行扭矩Torque_Act等于上一时刻的电机执行扭矩不变，且打滑标志位保持为1；
(2-2)当定时器t大于Tlimit时，电机执行扭矩Torque_Act等于电机扭矩指令Torque_Cmd，打滑标志位设置为0；定时器t停止计数；
(2-3)Tlimit需通过整车标定获得合适值。
步骤5、若步骤1中计算得到的电机转速变化率平均值为正值，且大于等于下限门限值LowLimit，同时小于等于上限门限值UpLimit，电机执行扭矩Torque_Act的处理方式分为2种：
(1)若打滑标志位为0，则电机执行扭矩Torque_Act等于电机扭矩指令Torque_Cmd；
(2)若打滑标志位为1，则进一步比较上一时刻计算得到的电机执行扭矩与本时刻的电机扭矩指令。若上一时刻的电机执行扭矩大于等于本时刻的电机扭矩指令，则电机执行扭矩Torque_Act等于电机扭矩指令Torque_Cmd，打滑标志位设置为0；若上一时刻电机执行扭矩小于本时刻的电机扭矩指令，则电机执行扭矩Torque_Act等于上一时刻的电机执行扭矩不变，打滑标志位保持为1。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低附路面的电动汽车电驱动***扭矩控制***，其特征在于，包括：
电机转速信号采集及处理模块，用于采集电驱动***中电机的转速信号，同时对采集到的信号进行滤波整形处理以抑制噪声干扰、提高信号质量，并输出电机转速至主控模块；
主控模块，由计算模块和控制模块构成，其中，
计算模块，用于根据所述电机转速信号采集及处理模块处理后的电机转速计算电机转速变化率的平均值；
控制模块，用于根据所述计算模块的计算结果和来自整车控制器的电机扭矩指令，判断适用的控制方式，并计算和发出相应的电机执行扭矩给电驱动***中的电机控制器。
2.根据权利要求1所述的低附路面的电动汽车电驱动***扭矩控制***，其特征在于，所述电机转速信号采集及处理模块中用于采集电机转速的器件采用变变压器、霍尔传感器、光电编码器中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的低附路面的电动汽车电驱动***扭矩控制***，其特征在于，所述电机扭矩指令为整车控制器通过CAN总线或FlexRay总线发送至主控模块。
4.一种低附路面的电动汽车电驱动***扭矩控制方法，其特征在于，包括：
步骤1、设定电机转速变化率的平均值的上限门限值为UpLimit，下限门限值为LowLimit；计算电驱动***电机转速变化率的平均值，根据计算结果，判断电动车辆在低附路面上是否出现打滑工况；
步骤2、若步骤1中计算得到的电机转速变化率平均值为负值或0，则认为未发生打滑，置打滑标志位为0；电机执行扭矩Torque_Act等于来自整车控制器的电机扭矩指令Torque_Cmd；
步骤3，若步骤1中计算得到的电机转速变化率平均值为正值且大于上限门限值UpLimit，则认为发生打滑，置打滑标志位为1；电机执行扭矩Torque_Act需在电机扭矩指令Torque_Cmd的基础上相应减少；
步骤4，若步骤1中计算得到的电机转速变化率平均值为正值且小于下限门限值LowLimit，电机执行扭矩Torque_Act的处理方式分为2种：
(1)若打滑标志位为0，则电机执行扭矩Torque_Act等于电机扭矩指令Torque_Cmd；
(2)若打滑标志位为1，则进一步比较上一时刻计算得到的电机执行扭矩与本时刻的电机扭矩指令：
若上一时刻的电机执行扭矩大于等于本时刻的电机扭矩指令，则电机执行扭矩Torque_Act等于电机扭矩指令Torque_Cmd，打滑标志位设置为0；若上一时刻电机执行扭矩小于本时刻的电机扭矩指令，则设定定时器t和定时器限值Tlimit：
(2-1)当定时器t小于等于Tlimit时，电机执行扭矩Torque_Act等于上一时刻的电机执行扭矩不变，且打滑标志位保持为1；
(2-2)当定时器t大于Tlimit时，电机执行扭矩Torque_Act等于电机扭矩指令Torque_Cmd，打滑标志位设置为0；定时器t停止计数；
步骤5，若步骤1中计算得到的电机转速变化率平均值为正值，且大于等于下限门限值LowLimit，同时小于等于上限门限值UpLimit，电机执行扭矩Torque_Act的处理方式分为2种：
(1)若打滑标志位为0，则电机执行扭矩Torque_Act等于电机扭矩指令Torque_Cmd；
(2)若打滑标志位为1，则进一步比较上一时刻计算得到的电机执行扭矩与本时刻的电机扭矩指令：
若上一时刻的电机执行扭矩大于等于本时刻的电机扭矩指令，则电机执行扭矩Torque_Act等于电机扭矩指令Torque_Cmd，打滑标志位设置为0；若上一时刻电机执行扭矩小于本时刻的电机扭矩指令，则电机执行扭矩Torque_Act等于上一时刻的电机执行扭矩不变，打滑标志位保持为1。
5.根据权利要求4所述的低附路面的电动汽车电驱动***扭矩控制方法，其特征在于，步骤1中计算电驱动***电机转速变化率的平均值的方法包括：
电机转速变化率的计算公式为：
<mrow> <mover> <mi>N</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> </mover> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mi>N</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mi>N</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;rsqb;</mo> <mo>\</mo> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>t</mi> </mrow>
式中的N(K)为电驱动***电机控制器第k次采集的电机转速，N(k-1)为电驱动***电机控制器第k-1次采集的电机转速，Δt为电机转速变化率的计算周期；
电机转速变化率平均值的计算公式为：
<mrow> <mover> <msub> <mi>N</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mi>v</mi> <mi>e</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> </mover> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mover> <mi>N</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> </mover> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>-</mo> <mi>n</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <mover> <mi>N</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> </mover> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>-</mo> <mi>n</mi> <mo>+</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <mo>...</mo> <mo>+</mo> <mover> <mi>N</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> </mover> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;rsqb;</mo> <mo>\</mo> <mi>n</mi> </mrow>
式中为第k-n+1次计算得到的电机转速变化率，为第k次计算得到的电机转速变化率，n为平均值次数。
6.根据权利要求5所述的低附路面的电动汽车电驱动***扭矩控制方法，其特征在于，所述电机转速变化率的计算周期Δt和平均值次数n的值通过整车标定获得，Δt选取为20ms，n选取为2。
7.根据权利要求4所述的低附路面的电动汽车电驱动***扭矩控制方法，其特征在于，步骤3中，电机转速变化率的平均值越大，电机执行扭矩Torque_Act越小，电机执行扭矩Torque_Act的具体计算公式为：
<mrow> <mi>T</mi> <mi>o</mi> <mi>r</mi> <mi>q</mi> <mi>u</mi> <mi>e</mi> <mo>_</mo> <mi>A</mi> <mi>c</mi> <mi>t</mi> <mo>=</mo> <mi>T</mi> <mi>o</mi> <mi>r</mi> <mi>q</mi> <mi>u</mi> <mi>e</mi> <mo>_</mo> <mi>C</mi> <mi>m</mi> <mi>d</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mfrac> <mrow> <mi>U</mi> <mi>p</mi> <mi>L</mi> <mi>i</mi> <mi>m</mi> <mi>i</mi> <mi>t</mi> </mrow> <mrow> <mover> <msub> <mi>N</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mi>v</mi> <mi>e</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> </mover> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> <mo>.</mo> </mrow>
8.根据权利要求4所述的低附路面的电动汽车电驱动***扭矩控制方法，其特征在于，步骤1中，UpLimit大于LowLimit且二者均为正值，UpLimit和LowLimit通过整车标定获得合适值。
9.根据权利要求4所述的低附路面的电动汽车电驱动***扭矩控制方法，其特征在于，步骤4中，定时器限值Tlimit通过整车标定获得合适值。
10.根据权利要求4-9中任意一项所述的低附路面的电动汽车电驱动***扭矩控制方法，其特征在于，所述电驱动***电机控制器在上电初始化时打滑标志位设置为0。
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