CN116054638B - 一种快速响应的新能源汽车用永磁同步电机控制*** - Google Patents

一种快速响应的新能源汽车用永磁同步电机控制*** Download PDF

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Abstract

本发明公开一种快速响应的新能源汽车用永磁同步电机控制***，涉及电机电池联合控制技术领域。本发明包括，速度传感器，用于获取目标行驶速度；图像采集单元，用于持续采集汽车行驶过程中前方视界图像；运算单元，用于根据目标行驶速度得到电机的目标转速；获取电机的转矩‑电流‑转速的映射关系；获取汽车实时行驶速度和行驶速度历史记录；获取汽车行驶过程中电机额定电压和驱动电流的历史记录；根据汽车行驶过程中前方视界图像、汽车实时行驶速度和行驶速度历史记录以及汽车行驶过程中电机额定电压和驱动电流的历史记录。本发明实现永磁同步电机的快速响应控制，有效避免了驾驶过程中出现的过速和失速问题。

Description

一种快速响应的新能源汽车用永磁同步电机控制***
技术领域
本发明属于电机电池联合控制技术领域，特别是涉及一种快速响应的新能源汽车用永磁同步电机控制***。
背景技术
新能源汽车在驾驶过程中依靠动力电池进行供电，与此同时车内的其它设施例如热泵和PTC加热器等大功率用电设备也可能处于使用状态，受限于动力电池以及供电线路的供电功率限制，可能会导致车辆在行驶状态下出现失速(指由于车辆电机供能不足导致的速度锐减)或过速(指车辆实际速度突然大幅度超过设定速度)。尤其是对于电能利用效率高的永磁同步电机，行驶过程中运动阻力的变动会对车辆的速度产生较大的扰动。
为了避免使用永磁同步电机的新能源汽车在驾驶过程中出现的过速和失速问题，传统方式时依赖驾驶员的判断，但此种方式对驾驶员的经验要求较高，未能有效规避危险。
发明内容
本发明的目的在于提供一种快速响应的新能源汽车用永磁同步电机控制***，通过对汽车在行驶过程中的运动阻力及进行预估，实现永磁同步电机的快速响应控制，有效避免了驾驶过程中出现的过速和失速问题。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明提供一种快速响应的新能源汽车用永磁同步电机控制***，包括，
速度传感器，用于获取汽车实时行驶速度和行驶速度历史记录；
图像采集单元，用于持续采集汽车行驶过程中前方视界图像；
运算单元，用于获取目标行驶速度；
根据所述目标行驶速度得到所述电机的目标转速；
获取电机的转矩-电流-转速的映射关系；
获取汽车行驶过程中电机额定电压和驱动电流的历史记录；
根据汽车行驶过程中前方视界图像、汽车实时行驶速度和行驶速度历史记录以及汽车行驶过程中电机额定电压和驱动电流的历史记录，得到汽车行驶过程中预估总运动阻力；
根据汽车行驶过程中的预估总运动阻力得到所述电机的预估转矩；
根据所述电机的目标转速、所述电机的预估转矩以及所述电机的转矩-电流-转速的映射关系，得到所述电机的预估驱动电流；
电源管理单元，用于对所述汽车的动力电池进行调整，使得所述动力电池按照所述预估驱动电流所述电机进行供电准备。
在本发明的一个实施例中，所述根据汽车行驶过程中前方视界图像、汽车实时行驶速度和行驶速度历史记录以及汽车行驶过程中电机额定电压和驱动电流的历史记录，得到汽车行驶过程中预估总运动阻力的步骤，包括，
根据汽车的行驶速度历史记录得到所述汽车的低速时段；
根据所述汽车在低速时段的历史记录得到多个汽车零加速度时刻；
获取汽车零加速度时刻对应的电机额定电压和驱动电流；
根据所述汽车零加速度时刻对应的电机额定电压和驱动电流得到所述汽车在所述汽车零加速度时刻的电机输入功率和行驶速度；
根据所述汽车在所述汽车零加速度时刻的电机输入功率和行驶速度得到车身运动机械阻力；
所述汽车行驶过程中预估总运动阻力包括所述车身运动机械阻力。
在本发明的一个实施例中，所述根据汽车行驶过程中前方视界图像、汽车实时行驶速度和行驶速度历史记录以及汽车行驶过程中电机额定电压和驱动电流的历史记录，得到汽车行驶过程中预估总运动阻力的步骤，包括，
获取汽车空载胎压；
获取汽车自重；
获取汽车实时胎压；
根据所述汽车空载胎压、所述汽车自重以及所述汽车实时胎压得到所述汽车实时重量；
根据汽车行驶过程中前方视界图像得到汽车视界范围内路段坡度；
根据所述汽车的实时重量和所述视界范围内路段坡度得到所述汽车行驶至所述视界范围内路段的行驶爬坡角；
根据所述目标行驶速度以及所述视界范围内路段的行驶爬坡角得到预计行驶重力分力阻力；
所述汽车行驶过程中预估总运动阻力包括所述预计行驶重力分力阻力。
在本发明的一个实施例中，所述根据汽车行驶过程中前方视界图像得到汽车视界范围内路段坡度的步骤，包括，
采集所述汽车行驶过程中前方视界图像中的道路图像；
获取所述汽车的行驶爬坡角历史记录；
获取所述道路图像中在设定距离状态下的固定长度参考物在所述道路图像中的长度；
获取所述前方视界图像的视角中轴线与所述汽车车轴平面夹角；
获取采集所述前方视界图像时所述汽车的行驶爬坡角度；
根据所述道路图像中在设定距离状态下的固定长度参考物在所述道路图像中的长度以及所述前方视界图像的视角中轴线与所述汽车车轴平面夹角得到在设定距离状态下所述道路图像中每个固定长度参考物与所述汽车车轴平面夹角；
根据采集所述前方视界图像时所述汽车的行驶爬坡角度以及在设定距离状态下所述道路图像中每个固定长度参考物与所述汽车车轴平面夹角，得到所述道路图像中固定长度参考物所在道路位置的坡度；
将多个所述道路图像中固定长度参考物所在道路位置的坡度作为对应所述汽车视界范围内路段坡度。
在本发明的一个实施例中，所述根据汽车行驶过程中前方视界图像、汽车实时行驶速度和行驶速度历史记录以及汽车行驶过程中电机额定电压和驱动电流的历史记录，得到汽车行驶过程中预估总运动阻力的步骤，包括，
根据汽车行驶过程中前方视界图像判断前方是否有车辆；
若前方无车辆，则持续获取汽车行驶速度得到前方无车时段的汽车行驶速度历史记录；
获取前方无车时段的电机额定电压和驱动电流；
根据前方无车时段的电机额定电压和驱动电流得到前方无车时段内所述电机的输入功率；
获取前方无车时段内车身运动机械阻力历史记录和和行驶重力分力阻力历史记录；
根据前方无车时段内所述电机的输入功率、所述汽车行驶速度历史记录、所述车身运动机械阻力历史记录以及所述行驶重力分力阻力历史记录得到车身预期空气阻力；
所述汽车行驶过程中预估总运动阻力包括所述车身预期空气阻力。
在本发明的一个实施例中，所述根据前方无车时段内所述电机的输入功率、所述汽车行驶速度历史记录、所述车身运动机械阻力历史记录以及所述行驶重力分力阻力历史记录得到车身预期空气阻力的步骤，包括，
根据前方无车时段的汽车行驶速度历史记录、所述车身运动机械阻力历史记录以及所述行驶重力分力阻力历史记录得到前方无车时段内车身运动机械阻力功率损耗历史记录和行驶重力分力阻力功率损耗历史记录；
将前方无车时段内所述电机的输入功率减去前方无车时段内车身运动机械阻力功率损耗历史记录和行驶重力分力阻力功率损耗历史记录的结果作为将前方无车时段内风阻损耗功率；
根据前方无车时段内风阻损耗功率以及前方无车时段的汽车行驶速度历史记录得到所述汽车的风阻系数以及前方无车时段内风速；
根据所述目标行驶速度、所述汽车的风阻系数以及所述前方无车时段内风速得到车身预期空气阻力。
在本发明的一个实施例中，所述根据前方无车时段内风阻损耗功率以及前方无车时段的汽车行驶速度历史记录得到所述汽车的风阻系数以及前方无车时段内风速的步骤，包括，
在所述前方无车时段内选取多个时刻作为测算基准时刻；
获取所述基准时刻的汽车行驶速度和风阻损耗功率；
根据所述基准时刻的汽车行驶速度和风阻损耗功率得到所述基准时刻的空气阻力；
根据所述汽车在多个基准时刻对应的汽车行驶速度和空气阻力解算得到车辆风阻系数和所述测算基准时刻的风速；
根据所述前方无车时段内风阻损耗功率、汽车行驶速度以及风阻损耗功率，解算得到所述前方无车时段内风速。
在本发明的一个实施例中，所述根据所述目标行驶速度、所述汽车的风阻系数以及所述前方无车时段内风速得到车身预期空气阻力的步骤，还包括，
获取前方无车时段内风速均值；
获取前方无车时段内发生不同风速的时长占比；
根据前方无车时段内发生不同风速的时长占比以及所述前方无车时段的时长得到在前方无车时段内所述风速均值状态下所述风速的发生占比分布；
获取所述汽车的实时行驶速度以及实时风阻损耗功率；
根据所述汽车的实时行驶速度以及实时风阻损耗功率得到实时空气阻力；
根据所述汽车的所述风阻系数、所述实时空气阻力以及所述实时行驶速度获取实时风速；
根据所述实时风速与前方无车时段内所述风速均值的比例，对前方无车时段内所述风速均值状态下所述风速的发生占比分布进行放大或缩小，得到未来相近时段所述风速均值状态下所述风速的发生概率分布；
根据未来相近时段所述风速均值状态下所述风速的发生概率分布、所述风阻系数以及所述目标行驶速度得到所述车身预期空气阻力。
在本发明的一个实施例中，所述根据汽车行驶过程中前方视界图像、汽车实时行驶速度和行驶速度历史记录以及汽车行驶过程中电机额定电压和驱动电流的历史记录，得到汽车行驶过程中预估总运动阻力的步骤，还包括，
若前方有车辆，则持续获取汽车行驶速度得到前方有车时段的汽车行驶速度历史记录；
获取前方有车时段的电机额定电压和驱动电流；
根据前方有车时段的电机额定电压和驱动电流得到前方有车时段内所述电机的输入功率；
获取前方有车时段内车身运动机械阻力历史记录和和行驶重力分力阻力历史记录；
根据前方有车时段内所述电机的输入功率、所述汽车行驶速度历史记录、所述车身运动机械阻力历史记录以及所述行驶重力分力阻力历史记录得到前方有车时段内风速；
获取前方有车时段内风速均值；
获取前方有车时段内发生不同风速的时长占比；
根据前方有车时段内发生不同风速的时长占比以及所述前方有车时段的时长得到在前方有车时段内所述风速均值状态下所述风速的发生占比分布；
获取所述汽车的实时行驶速度以及实时风阻损耗功率；
根据所述汽车的实时行驶速度以及实时风阻损耗功率得到实时空气阻力；
根据所述汽车的所述风阻系数、所述实时空气阻力以及所述实时行驶速度获取实时风速；
根据所述实时风速与前方有车时段内所述风速均值的比例，对前方有车时段内所述风速均值状态下所述风速的发生占比分布进行放大或缩小，得到未来相近时段所述风速均值状态下所述风速的发生概率分布；
根据未来相近时段所述风速均值状态下所述风速的发生概率分布、所述风阻系数以及所述目标行驶速度得到所述车身预期空气阻力。
在本发明的一个实施例中，所述根据所述电机的目标转速、所述电机的预估转矩以及所述电机的转矩-电流-转速的映射关系，得到所述电机的预估驱动电流的步骤，包括，
根据所述电机的目标转速、所述电机的预估转矩以及所述电机的转矩-电流-转速的映射关系得到目标励磁电流和目标转矩电流；
其中，所述目标励磁预估电流和所述目标转矩预估电流的矢量方向相互垂直，所述目标励磁电流产生的磁场方向与所述永磁体的磁场方向相反，所述目标转矩电流产生扭矩与所述电机的预估扭矩相同。
在本发明的一个实施例中，所述方法还包括，
获取汽车的总供电上限；
获取汽车内其它用电设备的用电优先级和用电功率；
当电机的预估驱动电流大于汽车的总供电上限，
则按照汽车内其它用电设备的用电优先级和用电功率切断汽车内部分其它用电设备，向电机进行供电；
向汽车的驾驶员发出切断汽车内部分其它用电设备的影响提示。
在本发明的一个实施例中，所述方法还包括，
当切断汽车内部分其它用电设备达到设定时间，则向用户发出脱离电机高功率使用状态的提示；或，
按照设定的处理预案向用户发出处理方式提示。
本发明通过对汽车在行驶过程中的运动阻力及进行预估，实现永磁同步电机的快速响应控制，有效避免了驾驶过程中出现的过速和失速问题。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所述一种快速响应的新能源汽车用永磁同步电机控制***于一实施例的模块连接以及信号流向示意图；
图2为本发明所述一种快速响应的新能源汽车用永磁同步电机控制***于一实施例的步骤流程示意图一；
图3为本发明所述步骤S7于一实施例的步骤流程示意图一；
图4为本发明所述步骤S7于一实施例的步骤流程示意图二；
图5为本发明所述步骤S725于一实施例的步骤流程示意图；
图6为本发明所述步骤S7于一实施例的步骤流程示意图三状态一；
图7为本发明所述步骤S7315于一实施例的步骤流程示意图；
图8为本发明所述步骤S73153于一实施例的步骤流程示意图；
图9为本发明所述步骤S73154于一实施例的步骤流程示意图；
图10为本发明所述步骤S7于一实施例的步骤流程示意图三状态二；
图11为本发明所述一种快速响应的新能源汽车用永磁同步电机控制***于一实施例的步骤流程示意图二；
图12为本发明所述一种快速响应的新能源汽车用永磁同步电机控制***于一实施例的步骤流程示意图三。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1-速度传感器，2-图像采集单元，3-运算单元，4-电源管理单元。
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
对于电能利用效率很好的永磁同步电机而言，使用此种电机的新能源汽车，为了避免行驶阻力变化对行驶速度造成的较大波动，需要对电机的电控方式进行改进，具体可参考以下方案。
请参阅图1和2所示，本发明提供了一种快速响应的新能源汽车用永磁同步电机控制***，可以包括速度传感器1、图像采集单元2、运算单元3以及电源管理单元4。在运行过程中，速度传感器1可以是读取汽车速度数据的数据模块，用于执行步骤S1获取汽车实时行驶速度和行驶速度历史记录。图像采集单元2可以是摄像头，用于执行步骤S2持续采集汽车行驶过程中前方视界图像，在应用中需要对画面畸变进行校正。运算单元3在运行过程中可以首先执行步骤S3根据目标行驶速度得到电机的目标转速。接下来可以执行步骤S4获取电机的转矩-电流-转速的映射关系，接下来可以执行步骤S5获取目标行驶速度，接下来可以执行步骤S6获取汽车行驶过程中电机额定电压和驱动电流的历史记录。接下来可以执行步骤S7根据汽车行驶过程中前方视界图像、汽车实时行驶速度和行驶速度历史记录以及汽车行驶过程中电机额定电压和驱动电流的历史记录，得到汽车行驶过程中预估总运动阻力。接下来可以执行步骤S8根据汽车行驶过程中的预估总运动阻力得到电机的预估转矩，接下来可以执行步骤S9根据电机的目标转速、电机的预估转矩以及电机的转矩-电流-转速的映射关系，得到电机的预估驱动电流。电源管理单元，用于执行步骤S10对汽车的动力电池进行调整，使得动力电池按照预估驱动电流电机进行供电准备，可以在常规的动力电池基础上加配高性能小容量电池用于在常规动力电池充放电性能不足的时候进行补充调节。上述方案中根据汽车在行驶过程中的预估总运动阻力得到需要的预估驱动电流，从而实现对汽车行驶的平稳控制。
请参阅图3所示，汽车行驶过程中预估总运动阻力包括车身运动机械阻力，汽车在运行过程中需要克服自身的机械摩擦阻力，并且汽车在运行之后机械摩擦阻力几乎保持不变，因此可以通过以下方式得到车身运动机械阻力。首先可以执行步骤S711根据汽车的行驶速度历史记录得到汽车的低速时段。接下来可以执行步骤S712根据汽车在低速时段的历史记录得到多个汽车零加速度时刻，接下来可以执行步骤S713获取汽车零加速度时刻对应的电机额定电压和驱动电流。接下来可以执行步骤S714根据汽车零加速度时刻对应的电机额定电压和驱动电流得到汽车在汽车零加速度时刻的电机输入功率和行驶速度，接下来可以执行步骤S715根据汽车在汽车零加速度时刻的电机输入功率和行驶速度得到车身运动机械阻力。通过在低速状态下排除风阻的影响，并且低速状态下车辆单位时间内爬坡较低，能够最大程度减少其他因素对获取车身运动机械阻力的影响。
请参阅图4所示，当汽车以正常行驶速度行驶在坡路时，对电机输出转速和转矩的影响较大，汽车行驶过程中预估总运动阻力包括预计行驶重力分力阻力，为了获取汽车行驶过程中预估总运动阻力，可以首先执行步骤S721获取汽车空载胎压，接下来可以执行步骤S722获取汽车自重，接下来可以执行步骤S723获取汽车实时胎压。接下来可以执行步骤S724根据汽车空载胎压、汽车自重以及汽车实时胎压得到汽车实时重量。接下来可以执行步骤S725根据汽车行驶过程中前方视界图像得到汽车视界范围内路段坡度，接下来可以执行步骤S726根据汽车的实时重量和视界范围内路段坡度得到汽车行驶至视界范围内路段的行驶爬坡角。最后可以执行步骤S727根据目标行驶速度以及视界范围内路段的行驶爬坡角得到预计行驶重力分力阻力。通过间接获取汽车实时重量的方式以及汽车行驶爬坡角的方式得到预计驾驶重力分力阻力。
请参阅图5所示，为了获取汽车视界范围内路段坡度，上述的步骤S725中可以首先执行步骤S7251采集汽车行驶过程中前方视界图像中的道路图像。接下来可以执行步骤S7252获取汽车的行驶爬坡角历史记录。接下来可以执行步骤S7253获取道路图像中在设定距离状态下的固定长度参考物在道路图像中的长度，根据《公路交通安全设施设计细则》JTG D81-2017、《城市道路交通标志和标线设置规范》GB 51038-2015，例如道路可跨越车道分割线的长度是固定的。接下来可以执行步骤S7254获取前方视界图像的视角中轴线与汽车车轴平面夹角，接下来可以执行步骤S7255获取采集前方视界图像时汽车的行驶爬坡角度。接下来可以执行步骤S7256根据道路图像中在设定距离状态下的固定长度参考物在道路图像中的长度以及前方视界图像的视角中轴线与汽车车轴平面夹角得到在设定距离状态下道路图像中每个固定长度参考物与汽车车轴平面夹角。接下来可以执行步骤S7257根据采集前方视界图像时汽车的行驶爬坡角度以及在设定距离状态下道路图像中每个固定长度参考物与汽车车轴平面夹角，得到道路图像中固定长度参考物所在道路位置的坡度。最后可以执行步骤S7258将多个道路图像中固定长度参考物所在道路位置的坡度作为对应汽车视界范围内路段坡度。通过对前方视界图像中固定长度参考物的影像长度进行分析，间接得到汽车视界范围内路段坡度。
请参阅图6所示，由于永磁同步电机的超高能量利用率，在汽车高速状态下空气阻力是主要运动阻力。为了获取车身预期空气阻力，可以根据汽车行驶过程中前方视界图像判断前方是否有车辆，若前方无车辆，则首先执行步骤S7311持续获取汽车行驶速度得到前方无车时段的汽车行驶速度历史记录。接下来可以执行步骤S7312获取前方无车时段的电机额定电压和驱动电流，接下来可以执行步骤S7313根据前方无车时段的电机额定电压和驱动电流得到前方无车时段内电机的输入功率。接下来可以执行步骤S7314获取前方无车时段内车身运动机械阻力历史记录和和行驶重力分力阻力历史记录。最后可以执行步骤S7315根据前方无车时段内电机的输入功率、汽车行驶速度历史记录、车身运动机械阻力历史记录以及行驶重力分力阻力历史记录得到车身预期空气阻力。
请参阅图7所示，为了首先对车身预期空气阻力计算，上述的步骤S7315中可以首先执行步骤S73151根据前方无车时段的汽车行驶速度历史记录、车身运动机械阻力历史记录以及行驶重力分力阻力历史记录得到前方无车时段内车身运动机械阻力功率损耗历史记录和行驶重力分力阻力功率损耗历史记录。接下来可以执行步骤S73152将前方无车时段内电机的输入功率减去前方无车时段内车身运动机械阻力功率损耗历史记录和行驶重力分力阻力功率损耗历史记录的结果作为将前方无车时段内风阻损耗功率。接下来可以执行步骤S73153根据前方无车时段内风阻损耗功率以及前方无车时段的汽车行驶速度历史记录得到汽车的风阻系数以及前方无车时段内风速。最后可以执行步骤S73154根据目标行驶速度、汽车的风阻系数以及前方无车时段内风速从而得到车身预期空气阻力。
请参阅图8所示，为了获取风阻系数以及前方无车时段内风速，上述的步骤S73153中可以首先执行步骤S731531在前方无车时段内选取多个时刻作为测算基准时刻。接下来可以执行步骤S731532获取基准时刻的汽车行驶速度和风阻损耗功率，接下来可以执行步骤S731533根据基准时刻的汽车行驶速度和风阻损耗功率得到基准时刻的空气阻力。接下来可以执行步骤S731534根据汽车在多个基准时刻对应的汽车行驶速度和空气阻力解算得到车辆风阻系数和测算基准时刻的风速，具体而言可以是通过建立包含风阻系数以及风速的方程组，解算之后即可得到，最后可以执行步骤S73153根据前方无车时段内风阻损耗功率、汽车行驶速度以及风阻损耗功率，解算得到前方无车时段内风速。
请参阅图9所示，由于气流作为不稳定的流体，可能会对汽车的稳定行驶产生扰动，为了对此进行充分预估，上述的步骤S73154中可以首先执行步骤S731541获取前方无车时段内风速均值。接下来可以首先执行步骤S731542获取前方无车时段内发生不同风速的时长占比，接下来可以首先执行步骤S731543根据前方无车时段内发生不同风速的时长占比以及前方无车时段的时长得到在前方无车时段内风速均值状态下风速的发生占比分布。接下来可以首先执行步骤S731544获取汽车的实时行驶速度以及实时风阻损耗功率，接下来可以首先执行步骤S731545根据汽车的实时行驶速度以及实时风阻损耗功率得到实时空气阻力。接下来可以首先执行步骤S731546根据汽车的风阻系数、实时空气阻力以及实时行驶速度获取实时风速。接下来可以首先执行步骤S731547根据实时风速与前方无车时段内风速均值的比例，对前方无车时段内风速均值状态下风速的发生占比分布进行放大或缩小，得到未来相近时段风速均值状态下风速的发生概率分布。最后可以首先执行步骤S731548根据未来相近时段风速均值状态下风速的发生概率分布、风阻系数以及目标行驶速度得到车身预期空气阻力。通过获取风速的可能概率分布得到更为准确和全面的车身预期空气阻力。
请参阅图10所示，在汽车前方有其他车辆的状态下，由于前方车辆的尾流会对汽车行驶空气阻力产生较大的扰动，为了得到此种状态下车身预期空气阻力，若前方有车辆，则可以首先执行步骤S7321持续获取汽车行驶速度得到前方有车时段的汽车行驶速度历史记录。接下来可以执行步骤S7322获取前方有车时段的电机额定电压和驱动电流。接下来可以执行步骤S7323根据前方有车时段的电机额定电压和驱动电流得到前方有车时段内电机的输入功率。接下来可以执行步骤S7324获取前方有车时段内车身运动机械阻力历史记录和和行驶重力分力阻力历史记录，接下来可以执行步骤S7325根据前方有车时段内电机的输入功率、汽车行驶速度历史记录、车身运动机械阻力历史记录以及行驶重力分力阻力历史记录得到前方有车时段内风速。接下来可以执行步骤S7326获取前方有车时段内风速均值，接下来可以执行步骤S7327获取前方有车时段内发生不同风速的时长占比。接下来可以执行步骤S7328根据前方有车时段内发生不同风速的时长占比以及前方有车时段的时长得到在前方有车时段内风速均值状态下风速的发生占比分布，接下来可以执行步骤S7329获取汽车的实时行驶速度以及实时风阻损耗功率。接下来可以执行步骤S73210根据汽车的实时行驶速度以及实时风阻损耗功率得到实时空气阻力，接下来可以执行步骤S73211根据汽车的风阻系数、实时空气阻力以及实时行驶速度获取实时风速。接下来可以执行步骤S73212根据实时风速与前方有车时段内风速均值的比例，对前方有车时段内风速均值状态下风速的发生占比分布进行放大或缩小，得到未来相近时段风速均值状态下风速的发生概率分布。接下来可以执行步骤S73213根据未来相近时段风速均值状态下风速的发生概率分布、风阻系数以及目标行驶速度得到车身预期空气阻力。
为了让汽车在高速状态下也能够稳定控制输出扭矩进而达到稳定车速的目的，在根据电机的目标转速、电机的预估转矩以及电机的转矩-电流-转速的映射关系，得到电机的预估驱动电流的步骤中，可以根据电机的目标转速、电机的预估转矩以及电机的转矩-电流-转速的映射关系得到目标励磁电流和目标转矩电流。在上述步骤中，目标励磁预估电流和目标转矩预估电流的矢量方向相互垂直，目标励磁电流产生的磁场方向与永磁体的磁场方向相反，目标转矩电流产生扭矩与电机的预估扭矩相同，从而使得电机的扭矩和转速控制更加精确平稳。
请参阅图11所示，由于汽车的动力***的重要性较高，在电机供电功率不足情况下可能会产生危险，因此本方案在执行过程中还需要执行步骤S11获取汽车的总供电上限。之后可以执行步骤S12获取汽车内其它用电设备的用电优先级和用电功率。当电机的预估驱动电流大于汽车的总供电上限，则接下来可以执行步骤S13按照汽车内其它用电设备的用电优先级和用电功率切断汽车内部分其它用电设备，向电机进行供电。最后可以执行步骤S14向汽车的驾驶员发出切断汽车内部分其它用电设备的影响提示。
请参阅图12所示，切断汽车内电机外其它设备的供电之后可能也会对汽车正常形式产生不良影响，因此当切断汽车内部分其它用电设备达到设定时间，则可以执行步骤S15向用户发出脱离电机高功率使用状态的提示，也可以按照设定的处理预案向用户发出处理方式提示，例如提示电机以外其它设备供电不足。
综上所述，本方案充分考虑到汽车行驶过程中的机械摩擦、重力分力以及风阻因素，分别计算得到车身运动机械阻力、预计行驶重力分力阻力以及车身预期空气阻力，从而得到汽车行驶过程中预估总运动阻力。接下来结合电机的转矩-电流-转速的映射关系以及目标行驶速度最终得到电机的预估驱动电流，最终根据预估驱动电流对电机进行供电准备，增加对电机的供电宽容度，进而提高电机的响应速度，最终实现提高驾驶平稳性的技术效果。
本发明所示实施例的上述描述(包括在说明书摘要中的内容)并非意在详尽列举或将本发明限制到本文所公开的精确形式。尽管在本文仅为说明的目的而描述了本发明的具体实施例和本发明的实例，但是正如本领域技术人员将认识和理解的，各种等效修改是可以在本发明的精神和范围内的。如所指出的，可以按照本发明实施例的上述描述来对本发明进行这些修改，并且这些修改将在本发明的精神和范围内。
本文已经在总体上将***和方法描述为有助于理解本发明的细节。此外，已经给出了各种具体细节以提供本发明实施例的总体理解。然而，相关领域的技术人员将会认识到，本发明的实施例可以在没有一个或多个具体细节的情况下进行实践，或者利用其它装置、***、配件、方法、组件、材料、部分等进行实践。在其它情况下，并未特别示出或详细描述公知结构、材料和/或操作以避免对本发明实施例的各方面造成混淆。
因而，尽管本发明在本文已参照其具体实施例进行描述，但是修改自由、各种改变和替换意在上述公开内，并且应当理解，在某些情况下，在未背离所提出发明的范围和精神的前提下，在没有对应使用其他特征的情况下将采用本发明的一些特征。因此，可以进行许多修改，以使特定环境或材料适应本发明的实质范围和精神。本发明并非意在限制到在下面权利要求书中使用的特定术语和/或作为设想用以执行本发明的最佳方式公开的具体实施例，但是本发明将包括落入所附权利要求书范围内的任何和所有实施例及等同物。因而，本发明的范围将只由所附的权利要求书进行确定。

Claims (10)

1.一种快速响应的新能源汽车用永磁同步电机控制***，其特征在于，包括，
速度传感器，用于获取汽车实时行驶速度和行驶速度历史记录；
图像采集单元，用于持续采集汽车行驶过程中前方视界图像；
运算单元，用于获取目标行驶速度；
根据所述目标行驶速度得到所述电机的目标转速；
获取电机的转矩-电流-转速的映射关系；
获取汽车行驶过程中电机额定电压和驱动电流的历史记录；
根据汽车行驶过程中前方视界图像、汽车实时行驶速度和行驶速度历史记录以及汽车行驶过程中电机额定电压和驱动电流的历史记录，得到汽车行驶过程中预估总运动阻力；
根据汽车行驶过程中的预估总运动阻力得到所述电机的预估转矩；
根据所述电机的目标转速、所述电机的预估转矩以及所述电机的转矩-电流-转速的映射关系，得到所述电机的预估驱动电流；
电源管理单元，用于对所述汽车的动力电池进行调整，使得所述动力电池按照所述预估驱动电流所述电机进行供电准备。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述根据汽车行驶过程中前方视界图像、汽车实时行驶速度和行驶速度历史记录以及汽车行驶过程中电机额定电压和驱动电流的历史记录，得到汽车行驶过程中预估总运动阻力的步骤，包括，
根据汽车的行驶速度历史记录得到所述汽车的低速时段；
根据所述汽车在低速时段的历史记录得到多个汽车零加速度时刻；
获取汽车零加速度时刻对应的电机额定电压和驱动电流；
根据所述汽车零加速度时刻对应的电机额定电压和驱动电流得到所述汽车在所述汽车零加速度时刻的电机输入功率和行驶速度；
根据所述汽车在所述汽车零加速度时刻的电机输入功率和行驶速度得到车身运动机械阻力；
所述汽车行驶过程中预估总运动阻力包括所述车身运动机械阻力。
3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述根据汽车行驶过程中前方视界图像、汽车实时行驶速度和行驶速度历史记录以及汽车行驶过程中电机额定电压和驱动电流的历史记录，得到汽车行驶过程中预估总运动阻力的步骤，包括，
获取汽车空载胎压；
获取汽车自重；
获取汽车实时胎压；
根据所述汽车空载胎压、所述汽车自重以及所述汽车实时胎压得到所述汽车实时重量；
根据汽车行驶过程中前方视界图像得到汽车视界范围内路段坡度；
根据所述汽车的实时重量和所述视界范围内路段坡度得到所述汽车行驶至所述视界范围内路段的行驶爬坡角；
根据所述目标行驶速度以及所述视界范围内路段的行驶爬坡角得到预计行驶重力分力阻力；
所述汽车行驶过程中预估总运动阻力包括所述预计行驶重力分力阻力。
4.根据权利要求3所述的***，其特征在于，所述根据汽车行驶过程中前方视界图像得到汽车视界范围内路段坡度的步骤，包括，
采集所述汽车行驶过程中前方视界图像中的道路图像；
获取所述汽车的行驶爬坡角历史记录；
获取所述道路图像中在设定距离状态下的固定长度参考物在所述道路图像中的长度；
获取所述前方视界图像的视角中轴线与所述汽车车轴平面夹角；
获取采集所述前方视界图像时所述汽车的行驶爬坡角度；
根据所述道路图像中在设定距离状态下的固定长度参考物在所述道路图像中的长度以及所述前方视界图像的视角中轴线与所述汽车车轴平面夹角得到在设定距离状态下所述道路图像中每个固定长度参考物与所述汽车车轴平面夹角；
根据采集所述前方视界图像时所述汽车的行驶爬坡角度以及在设定距离状态下所述道路图像中每个固定长度参考物与所述汽车车轴平面夹角，得到所述道路图像中固定长度参考物所在道路位置的坡度；
将多个所述道路图像中固定长度参考物所在道路位置的坡度作为对应所述汽车视界范围内路段坡度。
5.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述根据汽车行驶过程中前方视界图像、汽车实时行驶速度和行驶速度历史记录以及汽车行驶过程中电机额定电压和驱动电流的历史记录，得到汽车行驶过程中预估总运动阻力的步骤，包括，
根据汽车行驶过程中前方视界图像判断前方是否有车辆；
若前方无车辆，则持续获取汽车行驶速度得到前方无车时段的汽车行驶速度历史记录；
获取前方无车时段的电机额定电压和驱动电流；
根据前方无车时段的电机额定电压和驱动电流得到前方无车时段内所述电机的输入功率；
获取前方无车时段内车身运动机械阻力历史记录和和行驶重力分力阻力历史记录；
根据前方无车时段内所述电机的输入功率、所述汽车行驶速度历史记录、所述车身运动机械阻力历史记录以及所述行驶重力分力阻力历史记录得到车身预期空气阻力；
所述汽车行驶过程中预估总运动阻力包括所述车身预期空气阻力。
6.根据权利要求5所述的***，其特征在于，所述根据前方无车时段内所述电机的输入功率、所述汽车行驶速度历史记录、所述车身运动机械阻力历史记录以及所述行驶重力分力阻力历史记录得到车身预期空气阻力的步骤，包括，
根据前方无车时段的汽车行驶速度历史记录、所述车身运动机械阻力历史记录以及所述行驶重力分力阻力历史记录得到前方无车时段内车身运动机械阻力功率损耗历史记录和行驶重力分力阻力功率损耗历史记录；
将前方无车时段内所述电机的输入功率减去前方无车时段内车身运动机械阻力功率损耗历史记录和行驶重力分力阻力功率损耗历史记录的结果作为将前方无车时段内风阻损耗功率；
根据前方无车时段内风阻损耗功率以及前方无车时段的汽车行驶速度历史记录得到所述汽车的风阻系数以及前方无车时段内风速；
根据所述目标行驶速度、所述汽车的风阻系数以及所述前方无车时段内风速得到车身预期空气阻力。
7.根据权利要求6所述的***，其特征在于，所述根据前方无车时段内风阻损耗功率以及前方无车时段的汽车行驶速度历史记录得到所述汽车的风阻系数以及前方无车时段内风速的步骤，包括，
在所述前方无车时段内选取多个时刻作为测算基准时刻；
获取所述基准时刻的汽车行驶速度和风阻损耗功率；
根据所述基准时刻的汽车行驶速度和风阻损耗功率得到所述基准时刻的空气阻力；
根据所述汽车在多个基准时刻对应的汽车行驶速度和空气阻力解算得到车辆风阻系数和所述测算基准时刻的风速；
根据所述前方无车时段内风阻损耗功率、汽车行驶速度以及风阻损耗功率，解算得到所述前方无车时段内风速。
8.根据权利要求6所述的***，其特征在于，所述根据所述目标行驶速度、所述汽车的风阻系数以及所述前方无车时段内风速得到车身预期空气阻力的步骤，还包括，
获取前方无车时段内风速均值；
获取前方无车时段内发生不同风速的时长占比；
根据前方无车时段内发生不同风速的时长占比以及所述前方无车时段的时长得到在前方无车时段内所述风速均值状态下所述风速的发生占比分布；
获取所述汽车的实时行驶速度以及实时风阻损耗功率；
根据所述汽车的实时行驶速度以及实时风阻损耗功率得到实时空气阻力；
根据所述汽车的所述风阻系数、所述实时空气阻力以及所述实时行驶速度获取实时风速；
根据所述实时风速与前方无车时段内所述风速均值的比例，对前方无车时段内所述风速均值状态下所述风速的发生占比分布进行放大或缩小，得到未来相近时段所述风速均值状态下所述风速的发生概率分布；
根据未来相近时段所述风速均值状态下所述风速的发生概率分布、所述风阻系数以及所述目标行驶速度得到所述车身预期空气阻力。
9.根据权利要求6所述的***，其特征在于，所述根据汽车行驶过程中前方视界图像、汽车实时行驶速度和行驶速度历史记录以及汽车行驶过程中电机额定电压和驱动电流的历史记录，得到汽车行驶过程中预估总运动阻力的步骤，还包括，
若前方有车辆，则持续获取汽车行驶速度得到前方有车时段的汽车行驶速度历史记录；
获取前方有车时段的电机额定电压和驱动电流；
根据前方有车时段的电机额定电压和驱动电流得到前方有车时段内所述电机的输入功率；
获取前方有车时段内车身运动机械阻力历史记录和和行驶重力分力阻力历史记录；
根据前方有车时段内所述电机的输入功率、所述汽车行驶速度历史记录、所述车身运动机械阻力历史记录以及所述行驶重力分力阻力历史记录得到前方有车时段内风速；
获取前方有车时段内风速均值；
获取前方有车时段内发生不同风速的时长占比；
根据前方有车时段内发生不同风速的时长占比以及所述前方有车时段的时长得到在前方有车时段内所述风速均值状态下所述风速的发生占比分布；
获取所述汽车的实时行驶速度以及实时风阻损耗功率；
根据所述汽车的实时行驶速度以及实时风阻损耗功率得到实时空气阻力；
根据所述汽车的所述风阻系数、所述实时空气阻力以及所述实时行驶速度获取实时风速；
根据所述实时风速与前方有车时段内所述风速均值的比例，对前方有车时段内所述风速均值状态下所述风速的发生占比分布进行放大或缩小，得到未来相近时段所述风速均值状态下所述风速的发生概率分布；
根据未来相近时段所述风速均值状态下所述风速的发生概率分布、所述风阻系数以及所述目标行驶速度得到所述车身预期空气阻力。
10.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述根据所述电机的目标转速、所述电机的预估转矩以及所述电机的转矩-电流-转速的映射关系，得到所述电机的预估驱动电流的步骤，包括，
根据所述电机的目标转速、所述电机的预估转矩以及所述电机的转矩-电流-转速的映射关系得到目标励磁电流和目标转矩电流；
其中，所述目标励磁预估电流和所述目标转矩预估电流的矢量方向相互垂直，所述目标励磁电流产生的磁场方向与永磁体的磁场方向相反，所述目标转矩电流产生扭矩与所述电机的预估扭矩相同。
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一种基于发动机转矩预估的车速控制方法;张志强;郭新;;现代车用动力(第01期);全文 *

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