CN101200170B - 电动汽车油门加速装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电动汽车油门加速方法，包括以下步骤：根据油门深度和当前速度下电机的最大输出转矩确定出控制电机输出转矩的转矩控制信号，所述转矩控制信号在油门深度处于整个油门行程的初期时，使输出转矩的增加速度大于油门深度的增加速度，在油门深度处于整个油门行程的中期时，使输出转矩的增加速度与油门深度的增加速度接近，在油门深度处于整个油门行程的后期时，使输出转矩的增加速度小于油门深度的增加速度。本发明在油门深度较浅范围内，使得输出转矩增加速度较快，在油门深度较深范围时，输出转矩增加速度和油门深度增加速度接近，从而使车辆在加速初期能很快输出较大转矩，具有良好的动态响应，增强驾驶舒适性。

Description

电动汽车油门加速装置及方法

【技术领域】

本发明涉及电动汽车的油门加速装置及方法。

【背景技术】

传统的燃油汽车采用发动机作为动力输出源，由于控制器采用转速控制，在踩油门加速时，不用踩深油门也能输出较大转矩。而电动汽车采用转矩控制，在前进档位时，根据油门踏板深度，电机控制ECU计算出电机输出转矩，从而控制汽车进行加速。一般输出转矩和油门深度成线性关系，输出转矩的计算公式是T＝T_m*Gain，其中T为电机输出转矩，T_m为当前车速下电机的最大输出转矩，Gain为油门深度值，Gain的取值范围为0～1，油门踩压越深，Gain越大。根据上述公式，计算油门曲线为一直线，输出转矩的大小取决于油门深度的大小，加速时如果需要输出较大转矩则需要踩深油门，易引起驾驶疲劳。

【发明内容】

本发明的主要目的是为了解决上述问题，提出一种电动汽车油门加速装置及方法，使电动汽车在需要加速时具有良好的动态响应，增强驾驶的舒适性。

为实现上述目的，本发明提供一种电动汽车油门加速方法，包括以下步骤：根据油门深度和当前速度下电机的最大输出转矩确定出控制电机输出转矩的转矩控制信号，所述转矩控制信号在油门深度由0～100％的变化过程中，使输出转矩的增加速度先大于油门深度的增加速度，然后接近油门深度的增加速度。

为实现上述目的，本发明还提供一种电动汽车油门加速方法，包括以下步骤：

A1、根据油门深度和当前速度下电机的最大输出转矩确定出控制电机输出转矩的转矩控制信号，所述转矩控制信号在油门深度处于整个油门行程的初期时，使输出转矩的增加速度大于油门深度的增加速度，在油门深度处于整个油门行程的中期时，使输出转矩的增加速度与油门深度的增加速度接近，在油门深度处于整个油门行程的后期时，使输出转矩的增加速度小于油门深度的增加速度。

其中，步骤A1包括以下步骤：

A11、油门深度传感器检测油门被踩压深度所对应的油门深度；

A12、根据油门深度计算虚拟油门深度，所述虚拟油门深度和油门深度的变化范围相同，且使在油门深度处于整个油门行程的初期时，虚拟油门深度的增加速度大于油门深度的增加速度，在油门深度处于整个油门行程的中期时，虚拟油门深度的增加速度与油门深度的增加速度接近，在油门深度处于整个油门行程的后期时，虚拟油门深度的增加速度小于油门深度的增加速度；

A13、根据公式T＝T_m*Gain计算输出转矩并输出相应的转矩控制信号，其中T为输出转矩，Tm为当前速度下电机的最大输出转矩，Gain为虚拟油门深度值。

为实现上述目的，本发明还提供一种电动汽车油门加速装置，包括：速度传感器，用于检测车辆前行的当前速度；油门深度传感器，用于检测油门被踩压深度所对应的油门深度；电机控制ECU，接收速度传感器和油门深度传感器的输出，用于根据当前速度信号计算当前速度下电机外特性曲线相对应的最大输出转矩，根据油门深度信号确定出控制电机输出转矩的转矩控制信号，所述转矩控制信号用于在油门深度处于整个油门行程的初期时，使输出转矩的增加速度大于油门深度的增加速度，在油门深度处于整个油门行程的中期时，使输出转矩的增加速度与油门深度的增加速度接近，在油门深度处于整个油门行程的后期时，使输出转矩的增加速度小于油门深度的增加速度。

其中，所述电机控制ECU包括虚拟油门深度计算单元和输出转矩计算单元，所述虚拟油门深度计算单元用于根据油门深度信号计算虚拟油门深度，且使在油门深度处于整个油门行程的初期时，虚拟油门深度的增加速度大于油门深度的增加速度，在油门深度处于整个油门行程的中期时，虚拟油门深度的增加速度与油门深度的增加速度接近，在油门深度处于整个油门行程的后期时，虚拟油门深度的增加速度小于油门深度的增加速度；所述输出转矩计算单元用于根据虚拟油门深度和公式T＝T_m*Gain计算输出转矩并输出相应的转矩控制信号，其中T为输出转矩，Tm为当前速度下电机的最大输出转矩，Gain为虚拟油门深度值。

本发明的有益效果：本发明通过虚拟油门深度，构造一油门曲线，当从油门传感器检测到油门深度加大时，在油门深度较浅范围内，使得输出转矩增加速度较快，在油门深度较深范围时，输出转矩增加速度和油门深度增加速度接近，从而使车辆在加速初期能很快输出较大转矩，具有良好的动态响应，增强驾驶舒适性。

本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。

【附图说明】

图1是表示作为本发明的一个实施方式的电动汽车的电气驱动系统简要结构图；

图2是虚拟油门值Gain和实际油门采样值Gain_in确定函数关系图，其中Gain1为函数关系为Gain＝Gain_in时的图形，Gain2、Gain3、Gain4分别为不同函数关系图；

图3是由输出转矩T和虚拟油门深度值Gain构成的油门曲线；

图4是与图2相对应的虚拟油门深度值Gain和实际油门采样值Gain_in不同函数关系下，输出转矩T和实际油门采样值Gain_in关系图；

图5是本发明一种实施例的流程图；

图6是本发明一种实施例的方框图。

【具体实施方式】

请参阅图1，作为本发明一个实施方式的电动汽车的电气驱动系统10的简要结构图。如图所示，实施例中的电动汽车电气驱动系统10包括：电池组1、油门踏板2、刹车踏板11、倾斜角度传感器3、电容组4、电机控制ECU 5、逆变器6、驱动隔离单元7、电机8、旋转变压器9。

其中，所述电池组1采用大功率的电池组，电压200V～330V，是整个电气驱动系统的能量源；所述油门踏板2和刹车踏板11固定在与传统汽车相同的地方，用于向电机控制ECU 5传递油门和刹车深度信号；所述倾斜角度传感器固定在整车底盘上，用于向电机控制ECU 5传递车辆倾斜角度信号；所述电容组4正极与所述电池组1的正极母线相连接，负极与所述电池组1的负极母线相连接，用于吸收高频冲击电压，平滑直流电压波形；所述电机控制ECU 5用于计算PWM信号，通过驱动隔离单元送入逆变器6；所述逆变器6由三个IPM(智能功率模块，也可用IGBT，晶体管等功率器件)组成，IPM分为上下桥臂，所述三个IPM的上桥臂的输入端与电池组1的正极母线相连接，下桥臂与电池组1的负极母线相连接，各IPM之间的各个连接点分别与所述电机8的三相线圈(U相、V相、W相)相连接；所述电机8是永磁型同步电动机，作为电动汽车的动力输出源；所述旋转变压器9与所述电机8的转子相连接，用于检测所述电机8的转子的旋转角度位置，并传递给所属电机控制ECU5。

本发明的原理是：根据所述油门传感器采集的油门深度信号Gain_in，在虚拟油门处理中，确定一虚拟输出油门深度信号Gain与采集油门深度信号Gain_in的函数，通过函数关系变换给出虚拟油门深度信号Gain。并结合当前车速V下输出最大转矩T₂，计算应向车轮输出的所需转矩T。转矩T的具体算法如下：

首先确定一虚拟输出油门深度Gain与采集油门深度Gain_in之间的函数f，由油门传感器采集的油门深度信号Gain_in，经过函数变换后，得到虚拟油门信号Gain，并使得其具有如下特性：随着Gain_in变化范围为0-100％，相对应Gain变化范围从0-100％，在踩油门加速时，随着油门深度的加大，在油门深度较浅范围内，虚拟油门深度值Gain的增加速度比采集油门深度值Gain_in的增加速度快，在油门深度较深范围内，虚拟油门深度值Gain的增加速度接近采集油门深度值Gain_in的增加速度。此时以0为起点，当前速度下最大输出转矩T_m为终点，做一条纵轴为输出转矩，横轴为虚拟油门深度Gain的线性曲线。输出转矩随着油门深度Gain的增大而线性地变大，当油门深度Gain_in达到最大值时，输出转矩T达到最大值T_m，请参见图2、图3，此时输出转矩T与实际油门深度Gain_in关系见图4。

具体计算公式如下：

Gain＝f(Gain_in)  ………………………(1)

T＝T_m*Gain    ……………………………(2)

其中，虚拟油门深度Gain和油门深度Gain_in的函数关系式可以有多种，例如：图2中的Gain2、Gain3、Gain4都满足上述要求，其函数关系式为：

Gain2的曲线关系式： $\mathrm{Gain}=\sqrt{\mathrm{Gain}\_\mathrm{in}}$

Gain3的曲线关系式：Gain＝1-(Gain_in-1)²

Gain4的曲线关系式： $\mathrm{Gain}=\sqrt{1-{(\mathrm{Gain}\_\mathrm{in}-1)}^2}$

图4中的T2、T3、T4分别对应虚拟油门深度Gain2、Gain3、Gain4的情况。

根据本发明的原理，还可以直接通过以下公式计算出输出转矩：

T＝f1(T_m*Gain_in)    ……………………………(3)

函数关系式f1使T在0～Tm之间变化，在踩油门加速时，随着油门深度的加大，在油门深度较浅范围内，输出转矩T的增加速度比采集油门深度值Gain_in的增加速度快，在油门深度较深范围内，输出转矩T的增加速度接近采集油门深度值Gain_in的增加速度。此时以0为起点，当前速度下最大输出转矩T_m为终点，做一条纵轴为输出转矩，横轴为油门深度Gain_in的线性曲线。输出转矩随着油门深度Gain的增大而线性地变大，当油门深度Gain_in达到最大值时，输出转矩T达到最大值T_m，如图4所示。

如图5所示为本发明的一种实施例的流程图，包括以下步骤：

在步骤S1，速度传感器检测车辆的当前速度，油门深度传感器检测油门被踩压深度所对应的油门深度；并将车辆的当前速度V和油门深度值Gain_in输入到电机控制ECU，然后执行步骤S2；

在步骤S2，电机控制ECU根据车辆的当前速度V计算当前速度下电机外特性曲线相对应的最大输出转矩Tm，根据油门深度值Gain_in经过虚拟油门处理计算出虚拟油门深度值Gain，然后执行步骤S3；

电机的最大输出转矩T_m和电机的特性曲线有关系。在不同速度下，电机输出最大转矩不一样，根据电机的最大输出转矩T_m和速度的函数关系，在一固定速度V下，电机的最大输出转矩T_m也是一个固定值。电机的最大输出转矩T_m可通过实验测出来。

在步骤S3，检测当前的档位，然后执行步骤S4；

在步骤S4，电机控制ECU根据虚拟油门深度Gain、电机的最大输出转矩T_m计算出电机的最终输出转矩T，然后执行步骤S5；

在步骤S5，电机控制ECU根据计算的电机输出转矩T输出相应的PWM控制信号，并输出到电机控制器，由电机控制器控制电机输出相应力矩。

实现以上控制方法的装置的结构如图6所示，包括速度传感器、油门深度传感器(相当于油门踏板)、电机控制ECU。速度传感器用于检测车辆前行的当前速度，油门深度传感器用于检测油门被踩压深度所对应的油门深度Gain_in，电机控制ECU接收速度传感器和油门深度传感器的输出，用于根据车辆的当前速度计算出当前速度下电机的最大输出转矩T_m，电机控制ECU中的虚拟油门深度计算单元根据油门深度信号计算虚拟油门深度Gain，且使在油门深度处于整个油门行程的初期时，虚拟油门深度的增加速度大于油门深度的增加速度，在油门深度处于整个油门行程的中期时，虚拟油门深度的增加速度与油门深度的增加速度接近，在油门深度处于整个油门行程的后期时，虚拟油门深度的增加速度小于油门深度的增加速度；电机控制ECU中的输出转矩计算单元根据虚拟油门深度和公式T＝T_m*Gain计算输出转矩并输出相应的转矩控制信号，其中T为输出转矩，Tm为当前速度下电机的最大输出转矩，Gain为虚拟油门深度值。

还进一步包括档位检测单元，档位检测单元接收档位传感器的输出信号，用于将检测的档位信号输出至输出转矩计算单元。

综上所述，本发明通过虚拟油门可以重新构造一油门曲线使得在踩油门加速时，在油门深度较浅范围，输出转矩上升较快，油门深度较深时，输出转矩与实际油门深度加大速度接近。从而在加速时能很快输出较大转矩，提高电动汽车动态响应和驾驶舒适性。

Claims (6)

1.一种电动汽车油门加速方法，其特征在于包括以下步骤：

A1、根据油门深度和当前速度下电机的最大输出转矩确定出控制电机输出转矩的转矩控制信号，所述转矩控制信号在油门深度处于整个油门行程的初期时，使输出转矩的增加速度大于油门深度的增加速度，在油门深度处于整个油门行程的中期时，使输出转矩的增加速度与油门深度的增加速度接近，在油门深度处于整个油门行程的后期时，使输出转矩的增加速度小于油门深度的增加速度；所述步骤A1还包括：

A11、油门深度传感器检测油门被踩压深度所对应的油门深度；

A12、根据油门深度计算虚拟油门深度，所述虚拟油门深度和油门深度的变化范围相同，且使在油门深度处于整个油门行程的初期时，虚拟油门深度的增加速度大于油门深度的增加速度，在油门深度处于整个油门行程的中期时，虚拟油门深度的增加速度与油门深度的增加速度接近，在油门深度处于整个油门行程的后期时，虚拟油门深度的增加速度小于油门深度的增加速度；

A13、根据公式T＝T_m*Gain计算输出转矩并输出相应的转矩控制信号，其中T为输出转矩，Tm为当前速度下电机的最大输出转矩，Gain为虚拟油门深度值；

在所述步骤A12中，根据公式计算虚拟油门深度，其中Gain为虚拟油门深度值，Gain_in为油门深度值。

2.一种电动汽车油门加速方法，其特征在于包括以下步骤：

A1、根据油门深度和当前速度下电机的最大输出转矩确定出控制电机输出转矩的转矩控制信号，所述转矩控制信号在油门深度处于整个油门行程的初期时，使输出转矩的增加速度大于油门深度的增加速度，在油门深度处于整个油门行程的中期时，使输出转矩的增加速度与油门深度的增加速度接近，在油门深度处于整个油门行程的后期时，使输出转矩的增加速度小于油门深度的增加速度；所述步骤A1还包括：

A11、油门深度传感器检测油门被踩压深度所对应的油门深度；

A12、根据油门深度计算虚拟油门深度，所述虚拟油门深度和油门深度的变化范围相同，且使在油门深度处于整个油门行程的初期时，虚拟油门深度的增加速度大于油门深度的增加速度，在油门深度处于整个油门行程的中期时，虚拟油门深度的增加速度与油门深度的增加速度接近，在油门深度处于整个油门行程的后期时，虚拟油门深度的增加速度小于油门深度的增加速度；

A13、根据公式T＝T_m*Gain计算输出转矩并输出相应的转矩控制信号，其中T为输出转矩，Tm为当前速度下电机的最大输出转矩，Gain为虚拟油门深度值；

在所述步骤A12中，根据公式Gain＝1-(Gain_in-1)²计算虚拟油门深度，其中Gain为虚拟油门深度值，Gain_in为油门深度值。

3.一种电动汽车油门加速方法，其特征在于包括以下步骤：

A1、根据油门深度和当前速度下电机的最大输出转矩确定出控制电机输出转矩的转矩控制信号，所述转矩控制信号在油门深度处于整个油门行程的初期时，使输出转矩的增加速度大于油门深度的增加速度，在油门深度处于整个油门行程的中期时，使输出转矩的增加速度与油门深度的增加速度接近，在油门深度处于整个油门行程的后期时，使输出转矩的增加速度小于油门深度的增加速度；所述步骤A1还包括：

A11、油门深度传感器检测油门被踩压深度所对应的油门深度；

A12、根据油门深度计算虚拟油门深度，所述虚拟油门深度和油门深度的变化范围相同，且使在油门深度处于整个油门行程的初期时，虚拟油门深度的增加速度大于油门深度的增加速度，在油门深度处于整个油门行程的中期时，虚拟油门深度的增加速度与油门深度的增加速度接近，在油门深度处于整个油门行程的后期时，虚拟油门深度的增加速度小于油门深度的增加速度；

A13、根据公式T＝T_m*Gain计算输出转矩并输出相应的转矩控制信号，其中T为输出转矩，Tm为当前速度下电机的最大输出转矩，Gain为虚拟油门深度值；

在所述步骤A12中，根据公式

计算虚拟油门深度，其中Gain为虚拟油门深度值，Gain_in为油门深度值。

4.一种电动汽车油门加速装置，其特征在于包括：

速度传感器，用于检测车辆前行的当前速度；

油门深度传感器，用于检测油门被踩压深度所对应的油门深度；

电机控制ECU，接收速度传感器和油门深度传感器的输出，用于根据当前速度信号计算当前速度下电机外特性曲线相对应的最大输出转矩，根据油门深度信号确定出控制电机输出转矩的转矩控制信号，所述转矩控制信号用于在油门深度处于整个油门行程的初期时，使输出转矩的增加速度大于油门深度的增加速度，在油门深度处于整个油门行程的中期时，使输出转矩的增加速度与油门深度的增加速度接近，在油门深度处于整个油门行程的后期时，使输出转矩的增加速度小于油门深度的增加速度；

所述电机控制ECU包括虚拟油门深度计算单元和输出转矩计算单元，所述虚拟油门深度计算单元用于根据公式

计算虚拟油门深度，其中Gain为虚拟油门深度值，Gain_in为油门深度值，且使在油门深度处于整个油门行程的初期时，虚拟油门深度的增加速度大于油门深度的增加速度，在油门深度处于整个油门行程的中期时，虚拟油门深度的增加速度与油门深度的增加速度接近，在油门深度处于整个油门行程的后期时，虚拟油门深度的增加速度小于油门深度的增加速度；所述输出转矩计算单元用于根据虚拟油门深度和公式T＝T_m*Gain计算输出转矩并输出相应的转矩控制信号，其中T为输出转矩，Tm为当前速度下电机的最大输出转矩。

5.一种电动汽车油门加速装置，其特征在于包括：

速度传感器，用于检测车辆前行的当前速度；

油门深度传感器，用于检测油门被踩压深度所对应的油门深度；

电机控制ECU，接收速度传感器和油门深度传感器的输出，用于根据当前速度信号计算当前速度下电机外特性曲线相对应的最大输出转矩，根据油门深度信号确定出控制电机输出转矩的转矩控制信号，所述转矩控制信号用于在油门深度处于整个油门行程的初期时，使输出转矩的增加速度大于油门深度的增加速度，在油门深度处于整个油门行程的中期时，使输出转矩的增加速度与油门深度的增加速度接近，在油门深度处于整个油门行程的后期时，使输出转矩的增加速度小于油门深度的增加速度；

所述电机控制ECU包括虚拟油门深度计算单元和输出转矩计算单元，所述虚拟油门深度计算单元用于根据公式Gain＝1-(Gain_in-1)²计算虚拟油门深度，其中Gain为虚拟油门深度值，Gain_in为油门深度值，且使在油门深度处于整个油门行程的初期时，虚拟油门深度的增加速度大于油门深度的增加速度，在油门深度处于整个油门行程的中期时，虚拟油门深度的增加速度与油门深度的增加速度接近，在油门深度处于整个油门行程的后期时，虚拟油门深度的增加速度小于油门深度的增加速度；所述输出转矩计算单元用于根据虚拟油门深度和公式T＝T_m*Gain计算输出转矩并输出相应的转矩控制信号，其中T为输出转矩，Tm为当前速度下电机的最大输出转矩。

6.一种电动汽车油门加速装置，其特征在于包括：

速度传感器，用于检测车辆前行的当前速度；

油门深度传感器，用于检测油门被踩压深度所对应的油门深度；

电机控制ECU，接收速度传感器和油门深度传感器的输出，用于根据当前速度信号计算当前速度下电机外特性曲线相对应的最大输出转矩，根据油门深度信号确定出控制电机输出转矩的转矩控制信号，所述转矩控制信号用于在油门深度处于整个油门行程的初期时，使输出转矩的增加速度大于油门深度的增加速度，在油门深度处于整个油门行程的中期时，使输出转矩的增加速度与油门深度的增加速度接近，在油门深度处于整个油门行程的后期时，使输出转矩的增加速度小于油门深度的增加速度；

所述电机控制ECU包括虚拟油门深度计算单元和输出转矩计算单元，所述虚拟油门深度计算单元用于根据公式计算虚拟油门深度，其中Gain为虚拟油门深度值，Gain_in为油门深度值，且使在油门深度处于整个油门行程的初期时，虚拟油门深度的增加速度大于油门深度的增加速度，在油门深度处于整个油门行程的中期时，虚拟油门深度的增加速度与油门深度的增加速度接近，在油门深度处于整个油门行程的后期时，虚拟油门深度的增加速度小于油门深度的增加速度；所述输出转矩计算单元用于根据虚拟油门深度和公式T＝T_m*Gain计算输出转矩并输出相应的转矩控制信号，其中T为输出转矩，Tm为当前速度下电机的最大输出转矩。

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