CN108275153B - 电动汽车防溜坡控制方法及*** - Google Patents

电动汽车防溜坡控制方法及*** Download PDF

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Abstract

本申请提供一种电动汽车防溜坡控制方法及***，所述方法包括步骤：根据油门踏板开度、汽车换挡杆的档位、霍尔信号判断电动汽车状态是否需要进入防溜坡模式；当电动汽车进入防溜坡模式时，根据电动汽车的溜坡距离与比例系数K计算给定正向力矩并控制电动汽车的电机输出所述给定正向力矩，所述电动汽车的溜坡距离根据电机反转经过的扇区数目确定，所述给定正向力矩与电机反转经过的扇区数目成正比，比例系数为K。本申请提供的电动汽车防溜坡控制方法及***，采用电机自带的霍尔传感器检测的霍尔信号作为判断电动汽车进入防溜坡模式的条件，替代目前普遍采用的倾角传感器，减小电动汽车的成本。

Description

电动汽车防溜坡控制方法及***
技术领域
本发明涉及一种电动汽车防溜坡控制方法及***，尤其涉及一种基于霍尔位置传感器的轻型电动汽车防溜坡控制方法及***。
背景技术
随着经济的不断发展，汽车作为便利的交通工具，其数量呈***式增长。传统汽车采用内燃机作为动力***，需要消耗大量的石化燃料，严重加剧了能源短缺与环境污染。为解决上述问题，世界各国正积极寻求污染排放低、能源消耗少的新型交通工具。电动汽车具有污染小、噪声低、节能环保等诸多优点，得到广泛关注和普遍重视。电动汽车采用电机驱动，在停车时为节省电量消耗及延长电机寿命，电机不会像传统发动机一样维持怠速；虽然该技术节省了能源消耗，但在坡道停车、起步时，若采用电机驻坡则电机一直工作消耗能量，使行驶里程降低，长时间驻坡电机会发生堵转。所以电动汽车驻坡时需要驾驶员采取机械制动的方式，但由于驾驶员从松开刹车到踩下油门电动机产生动力输出使汽车前进需要一定的时间，在这一段时间电动汽车极易发生溜坡现象。现有技术中，纯电动汽车防溜坡通常借助倾角传感器来检测坡度倾角，这样会增加硬件的成本。因此，确有必要对现有技术进行改进以解决现有技术之不足。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种低成本的电动汽车防溜坡控制方法及***。
本发明的实施方式提供一种电动汽车防溜坡控制方法，包括步骤：
根据油门踏板开度、汽车换挡杆的档位、霍尔信号判断电动汽车状态是否需要进入防溜坡模式；
当进入防溜坡模式时，根据电动汽车的溜坡距离与比例系数K计算给定正向力矩并控制电动汽车的电机输出所述给定正向力矩，所述电动汽车的溜坡距离根据电机反转经过的扇区数目确定，所述给定正向力矩与电机反转经过的扇区数目成正比，比例系数为K。
作为一种优选方案，当油门踏板开度小于预设值、汽车换挡杆的档位处于D档以及根据霍尔信号确认电机反转时，确认所述电动汽车需进入防溜坡模式。
作为一种优选方案，所述给定正向力矩与电机反转经过的扇区数目成正比。
作为一种优选方案，所述电动汽车处于防溜坡模式时，电机输出的给定正向力矩逐渐增大。
作为一种优选方案，所述方法还包括：
当电动汽车的状态满足预设条件时，控制所述电动汽车退出防溜坡模式。
作为一种优选方案，所述预设条件至少包括以下中的一种：
电动汽车处于防溜坡模式超过预设时间；
电动汽车的档位由D档切换为R档或N档；
油门踏板开度达到预设值；
电机反转超过预定的电机反转时经过的最大扇区数目；
其中，所述预定的电机反转时经过的最大扇区数目根据电动汽车的传动比计算获得。
本发明的实施例提供一种电动汽车防溜坡控制***，包括：
判断模块，用于根据油门踏板开度、汽车换挡杆的档位、霍尔信号判断电动汽车状态是否需要进入防溜坡模式；以及
防溜坡动作模块，用于在进入防溜坡模式时，根据电动汽车的溜坡距离与比例系数K计算给定正向力矩并控制电动汽车的电机输出所述给定正向力矩，所述电动汽车的溜坡距离根据电机反转经过的扇区数目确定，所述给定正向力矩与电机反转经过的扇区数目成正比，比例系数为K。
作为一种优选方案，还包括退出防溜坡模块，用于在电动汽车的状态满足预设条件时，控制所述电动汽车退出防溜坡模式；所述预设条件至少包括以下中的一种：
电动汽车处于防溜坡模式超过预设时间；
电动汽车的档位由D档切换为R档或N档；
油门踏板开度达到设定值；
电机反转超过预定的电机反转时经过的最大扇区数目；
其中，所述预定的电机反转时经过的最大扇区数目根据电动汽车的传动比计算获得。
作为一种优选方案，所述给定正向力矩与电机反转经过的扇区数目成正比。
本申请提供的电动汽车防溜坡控制方法及***，采用电机自带的霍尔传感器检测的霍尔信号作为判断电动汽车进入防溜坡模式的条件，替代目前普遍采用的倾角传感器，减小电动汽车的成本。
附图说明
附图中：
图1示出本发明实施方式的电动汽车的结构框图。
图2是本发明电机的控制***的结构框图。
图3是霍尔传感器感测的霍尔信号的波形图。
图4-图5是本发明实施方式的电动汽车防溜坡控制方法的流程图。
图6是本发明实施方式的电动汽车防溜坡控制***的示意图。
主要元件符号说明
Figure GDA0002359624100000031
Figure GDA0002359624100000041
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。可以理解，附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。附图中显示的尺寸仅仅是为便于清晰描述，而并不限定比例关系。
需要说明的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
请参考图1，图1示出本发明实施方式的电动汽车100的结构框图。所述电动汽车100主要包括主电路功率电路10、控制电路20和永磁电机30。其中，所述主电路功率电路10包括为所述电动汽车提供电源的蓄电池11、逆变桥12和直流滤波电容13。所述控制电路20包括位置检测电路22、电流检测电路24、调理电路27、驱动电路28和主控制器26，所述主控制器26对电动汽车的运行进行控制。所述位置检测电路22包括三个霍尔传感器Ha、Hb、Hc，所述霍尔传感器Ha、Hb、Hc用于检测永磁电机30的转子的磁场位置并输出霍尔信号，所述主控制器26可以根据霍尔信号并结合油门踏板开度、汽车换挡杆的档位判断电机的正反转，所述主控制器26还可以根据霍尔信号确定电机的转速。所述电流检测电路24包括电流传感器。所述电流检测电路24及霍尔传感器Ha、Hb、Hc输出的信号通过调理电路27输出至所述主控制器26。所述主控制器26还可接收表示电动汽车换挡杆的前进、倒车及空挡的档位信号以及反应油门踏板开度的油门开度信号。所述永磁电机30接收的转矩指令Te主要由油门给定，可以通过油门踏板的开度确定电机的转矩指令。所述主控制器26根据接收的霍尔信号、电动汽车的档位信号及油门开度信号等输出驱动永磁电机30的驱动信号，所述驱动信号通过驱动电路28输出至所述逆变桥12，以控制逆变桥12中的半导体开关元件的通电方式相应驱动永磁电机30运行。
请参考图2，图2是本发明实施方式基于霍尔传感器Ha、Hb、Hc感测的霍尔信号进行防溜坡控制的控制***的结构框图。所述电机控制***包括Clark变换器53、转子位置检测与估计模块54、电流PI控制器57、Park逆变换器50、SVPWM模块52、逆变桥12、控制单元60等。所述电机控制框图一般包含转速环和电流环，转速环为外环，电流环为内环，实现变频调速等功能。电动汽车的电机控制方案中，转矩主要由油门给定，形成单一的电流环控制。给定转矩通过计算得到给定的电流idref和iqref，与反馈的电流id及iq做差，通过电流PI控制器57进行比例积分得到给定电压指令。给定电压指令通过SVPWM模块52，以斩波模式对永磁电机30进行控制。上述控制变量都在旋转坐标系下完成。本领域技术人员可以理解，所述Clark变换器53、转子位置检测与估计模块54、电流PI控制器57、Park逆变换器50、SVPWM模块52、控制单元60等可以是能够被主控制器26所执行并且能够完成固定功能的一系列计算机程序段。
本发明实施方式中，所述控制单元60基于霍尔传感器Ha、Hb、Hc感测的霍尔信号对电动汽车进行防溜坡控制。图3为霍尔传感器Ha、Hb、Hc感测的霍尔信号的波形图。因为电机正反转时输出的霍尔信号相反，通过霍尔信号即可判断电机是否发生反转即电动汽车是否发生溜坡，而且还可以根据霍尔信号获得电机反转所经过的扇区。
请参考图4，为本发明实施例的电动汽车防溜坡控制方法的流程图，所述方法包括：
S1：判断电动汽车状态是否需要进入防溜坡模式。
具体的，可以根据油门踏板开度、汽车换挡杆的档位、霍尔信号判断电动汽车状态是否需要进入防溜坡模式。当电动汽车需进入防溜坡模式时，执行步骤S2，否则重复执行步骤S1。
请参考图5，所述步骤S1具体包括以下步骤：
S11：判断电机是否处于反转状态，如果电机反转，执行步骤S12，如果电机正转，重复执行步骤S11。
具体的，当实际获得的霍尔信号与电机正转时预定的霍尔信号相反时，即可确认电机反转。
S12：根据电动汽车的档位信号判断汽车换挡杆的档位是否处于D档，如果处于D档，执行步骤S13，如果未处于D档，返回执行步骤S11。
S13：根据油门开度信号判断油门开度是否小于预设值，如果油门开度小于预设值，确认需进入防溜坡模式，如果油门开度不小于预设值，返回执行步骤S11。
从上述的过程可以看出，只有当油门踏板开度小于预设值、档位处于D档以及根据霍尔信号确认电机反转三个条件同时满足时才能进入防溜坡模式，使得电机执行防溜坡动作。只要有一个条件不满足，电动汽车不进入防溜坡模式。
S2：当电动汽车进入防溜坡模式时，根据电动汽车的溜坡距离计算给定正向力矩并控制电动汽车的电机输出所述给定正向力矩。
具体的，可以通过霍尔信号Ha、Hb、Hc确定电动汽车溜坡时即电机反转时经过的扇区数目来判断电动汽车的溜坡距离。电机在防溜坡模式时产生的给定正向力矩大小和电机反转经过的扇区成正比，电机反转时经过的扇区越多，说明电动汽车溜坡时下滑的距离越远，此时需要提供的给定正向力矩越大。具体计算时，可以设置比例系数为K，所述比例系数K可以根据电动汽车的整车重量及坡度通过实验或理论计算进行确定。而且考虑到溜坡过程中保持驾驶的舒适性与连续性，给定正向转矩可以逐渐增大。
本领域技术人员可以理解，电动汽车允许的溜坡距离一般为确定值，根据电动汽车整车的传动比可以计算出与电动汽车允许溜坡距离对应的预定的电机反转时经过的最大扇区数目。当电机在最大扇区数目以内停下来，即电动汽车整车下行力矩和电机给定正向力矩相等，并且电动汽车整车处于静止时，维持电动汽车整车平衡而完成防溜坡功能。
S3：当电动汽车的状态满足预设条件时，控制所述电动汽车退出防溜坡模式。
具体的，本实施方式中的所述预设条件至少包括：
电动汽车处于防溜坡模式超过预设时间；
电动汽车的档位由D档切换为R档或N档；
油门踏板开度达到设定值；
电机反转超过预定的电机反转时经过的最大扇区数目。
本领域技术人员可以理解，可以设定电动汽车退出防溜坡模式的条件。比如，电机处于防溜坡模式有时间限制，即设定一个预设时间，所述预设时间的设定取决于主控制器26的过载能力，如，所述预设时间可以设置为3-5秒。当电动汽车处于防溜坡模式的时间超过预设时间时，可以退出防溜坡模式。或者，当处于防溜坡模式时电机反转超过最大扇区数目，表明此时坡度过大或者负载过大，为最大限度保护主控制器26，可自动退出防溜坡模式，防止电流过大导致主控制器26损坏。退出防溜坡模式后，给定正向力矩消失，车体自由滑行至稳定状态。
当电动汽车的档位发生变化，如由D档切换到R或者N档，也可以退出防溜坡模式。如进入防溜坡动模式后，一旦电机维持平衡，此时如果需要上坡起步，则可以退出防溜坡模式。此时退出防溜坡模式需要满足以下两个条件之一即可：1.档位由D档切换到R或者N档；2.油门开度达到预设值，说明驾驶员意图上坡启动。电机正常起步即通过调节油门开度的大小进行力矩输出，可以使电动汽车在坡道上正常起步。
本领域技术人员可以理解，以上是对本发明实施例所提供的方法进行的详细描述。根据不同的需求，所示流程图中各方块的执行顺序也可以改变，比如步骤S11-S13的执行顺序可以改变，当然，其他实施方式中步骤S11-S13也可以同时执行。
图6为本发明实施例提供的电动汽车防溜坡控制***的示意图。所述电动汽车防溜坡控制***包括判断模块61、防溜坡动作模块62及退出防溜坡模块63。本发明实施方式所称的模块是指一种能够被处理设备所执行并且能够完成固定功能的一系列计算机程序段，其存储在存储设备中，可由所述主控制器26执行。
所述判断模块61用于根据油门踏板开度、汽车换挡杆的档位、霍尔信号判断电动汽车状态是否需要进入防溜坡模式。所述防溜坡动作模块62用于在电动汽车进入防溜坡模式时，根据电动汽车的溜坡距离计算给定正向力矩并控制电动汽车的电机输出所述给定正向力矩。所述退出防溜坡模块63用于当电动汽车的状态满足预设条件时，控制所述电动汽车退出防溜坡模式。
针对现有轻型电动汽车在坡道起步存在的溜坡问题，本发明实施例提供一种采用电机自带的霍尔传感器检测的霍尔信号作为判断电动汽车进入防溜坡模式的条件，替代目前普遍采用的倾角传感器，减小电动汽车的成本。进入防溜坡模式时，根据霍尔信号判断电机反转时经过的扇区，并根据经过的扇区提供给定正向力矩至电机。如果此时电动汽车继续后溜，则逐渐增大给定正向力矩直到车辆停止后溜或给定正向力矩增加到与电动汽车允许的溜坡距离对应的给定正向力矩的最大值，以保持驾驶的舒适性与连续性。
在本发明所提供的几个具体实施方式中，应该理解到，所揭露的***和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的***实施方式仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。***权利要求中陈述的多个单元、模块或装置也可以由同一个单元、模块或装置通过软件或者硬件来实现。
以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种电动汽车防溜坡控制方法，包括步骤：
根据油门踏板开度、汽车换挡杆的档位、霍尔信号判断电动汽车状态是否需要进入防溜坡模式；
当进入防溜坡模式时，根据电动汽车的溜坡距离与比例系数K计算给定正向力矩并控制电动汽车的电机输出所述给定正向力矩，所述电动汽车的溜坡距离根据电机反转经过的扇区数目确定，所述给定正向力矩与电机反转经过的扇区数目成正比，比例系数为K。
2.如权利要求1所述的电动汽车防溜坡控制方法，其特征在于：当油门踏板开度小于预设值、汽车换挡杆的档位处于D档以及根据霍尔信号确认电机反转时，确认所述电动汽车需进入防溜坡模式。
3.如权利要求2所述的电动汽车防溜坡控制方法，其特征在于：所述给定正向力矩与电机反转经过的扇区数目成正比。
4.如权利要求1所述的电动汽车防溜坡控制方法，其特征在于：所述电动汽车处于防溜坡模式时，电机输出的给定正向力矩逐渐增大。
5.如权利要求1-4任一项所述的电动汽车防溜坡控制方法，其特征在于：所述方法还包括：
当电动汽车的状态满足预设条件时，控制所述电动汽车退出防溜坡模式。
6.如权利要求5所述的电动汽车防溜坡控制方法，其特征在于：所述预设条件至少包括以下中的一种：
电动汽车处于防溜坡模式超过预设时间；
电动汽车的档位由D档切换为R档或N档；
油门踏板开度达到预设值；
电机反转超过预定的电机反转时经过的最大扇区数目；
其中，所述预定的电机反转时经过的最大扇区数目根据电动汽车的传动比计算获得。
7.一种电动汽车防溜坡控制***，包括：
判断模块，用于根据油门踏板开度、汽车换挡杆的档位、霍尔信号判断电动汽车状态是否需要进入防溜坡模式；以及
防溜坡动作模块，用于在进入防溜坡模式时，根据电动汽车的溜坡距离与比例系数K计算给定正向力矩并控制电动汽车的电机输出所述给定正向力矩，所述电动汽车的溜坡距离根据电机反转经过的扇区数目确定，所述给定正向力矩与电机反转经过的扇区数目成正比，比例系数为K。
8.如权利要求7所述的电动汽车防溜坡控制***，其特征在于，还包括退出防溜坡模块，用于在电动汽车的状态满足预设条件时，控制所述电动汽车退出防溜坡模式；所述预设条件至少包括以下中的一种：
电动汽车处于防溜坡模式超过预设时间；
电动汽车的档位由D档切换为R档或N档；
油门踏板开度达到设定值；
电机反转超过预定的电机反转时经过的最大扇区数目；
其中，所述预定的电机反转时经过的最大扇区数目根据电动汽车的传动比计算获得。
9.如权利要求7所述的电动汽车防溜坡控制***，其特征在于，所述给定正向力矩与电机反转经过的扇区数目成正比。
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