CN102080694B - 一种纯电动车辆防电机堵转的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种防止纯电动车辆电机堵转的方法以及实现该方法的装置。实现该方法的装置包括：控制器ECU、伺服电机、执行机构和离合器四个部分。控制器ECU对伺服电机采用PWM控制方式，伺服电机采用直流伺服电机，执行机构采用涡轮蜗杆方式。在使用时，控制器ECU通过设定和反馈计算出并给予伺服电机相应的脉冲信号，伺服电机在该脉冲信号下作出相应的动作(包括电机的转速和旋转方向)，通过齿轮减速装置将旋转运动传递给蜗杆，通过涡轮蜗杆的作用，膜片弹簧开始动作，膜片弹簧的动作使离合器有规律的分离和接合，离合器在接合过程中会产生一定的冲击，这个冲击增加了车辆的推力从而达到帮助车辆越过障碍的目的。

Description

一种纯电动车辆防电机堵转的装置和方法

技术领域

本发明属于电动车辆驱动系统的动力输出控制装置。本发明涉及离合器控制方法等。

现有技术

传统靠发动机驱动的汽车，在爬坡时或者遇到其他输出力矩不足的情况下会出现倒拖发动机的现象，发动机在这种情况下就会熄火，车辆静止不动，驾驶员可以重新起动并选择合适的档位完成动作。在纯电动汽车中，常常遇到爬坡动力不足或者其他情况下的驱动力矩不足的现象，而动力连接装置一般采用传统车的连接方式，离合器在使用中处在常闭状态，所以也会出现倒拖电机的情况，电机发生堵转，而堵转电流往往是额定电流的3-4倍，这样就容易造成电机控制器的损坏，从而车辆无法再次起动；另外还有部分装置是在堵转发生之前通过执行装置将离合器分开，切断动力输出，这时就会造成汽车的“溜坡”，同样存在危险。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，发明人设计了一种离合器的控制方法，并设计了一套实现该方法的装置。

实现该方法的装置包括：控制器ECU、伺服电机、执行机构和离合器四个部分。控制器ECU对伺服电机采用PWM控制方式，伺服电机采用直流伺服电机，执行机构采用涡轮蜗杆方式。在使用时，控制器ECU通过设定和反馈计算出并给予伺服电机相应的脉冲信号，伺服电机在该脉冲信号下作出相应的动作(包括电机的转速和旋转方向)，通过齿轮减速装置将旋转运动传递给蜗杆，通过涡轮蜗杆的作用，膜片弹簧开始动作，膜片弹簧的动作使离合器有规律的分离和接合，离合器在接合过程中会产生一定的冲击，这个冲击增加了车辆的推力从而达到帮助车辆越过障碍的目的。

控制器的判断依据包括：电机状态信号、电机转速信号和加速踏板位置信号。电机的状态信号及电机转速信号通过数据通讯由电动汽车主控制器给出，加速踏板的位置信号通过安装的位置传感器给出。通过电机状态信号和加速踏板的位置信号可以判断电机是否处在爬坡或者其他需要大功率做功过程，再通过判断电机转速信号来触发伺服电机的动作。根据车辆实际情况，预设电机的目标转速n0。当电机的转速小于目标转速n0时，ECU控制器认为将马上发生堵转现象，因此启动控制程序控制伺服电机来驱动离合器的分离、接合。

在刚ECU控制器开始启动防堵转控制程序时，是按照设定值给予伺服电机以驱动脉冲信号从而控制离合器的分离、接合速度，该设定值的大小是由设计人员根据车辆的实际情况计算得出的。但是设定值并不一定就满足实际需要，如果没有起到应有效果，那么防堵转控制程序会给脉冲信号增加一个修正量，该修正量也是由设计人员根据车辆实际情况预设的，控制器按修正后的脉冲信号重新设定离合器的分离、接合速度。如果一次修正后仍没有起到应有效果，那么再次增加设定的修正量，如此循环最终达到车辆克服障碍的效果。但是设计人员也根据车辆实际情况，即根据冲击度的约束条件给出一个设定好的脉冲信号的最大值，控制器给出的脉冲信号不超过该最大值。

具体地说，该方法的控制策略如下：检测加速踏板和离合器踏板的位置及电机的转速和电机状态信号，加速踏板开度α＞0，离合器踏板开度α＝0，电机处在驱动状态，电机的转速n＜n0，在上述四个条件同时满足时，进入防堵转控制程序。当上述任一条件不满足时，不进入该控制程序。刚进入防堵转控制程序时控制器根据设定值向伺服电机发出控制脉冲，伺服电机做出相应的动作。随即检测车速的变化，当车速增加时，认为控制有效，控制脉冲不需要进行修正，直到加速踏板开度减小时，跳出防堵转控制程序。当检测到的车速减小时，说明控制器给予伺服电机的控制脉冲不够，因此对控制脉冲增加相应的修正量ΔT’，该修正量是设计人员根据车辆实际情况设定的。当检测到的车速持续增加，加速踏板开度减小时，跳出控制程序。如果控制脉冲增加到设定的最大值时仍未出现车速增加的情况，那么车辆慢慢停止，电机不会堵转，但需要驾驶员采取制动措施，即踩下制动踏板，这样跳出防堵转程序。

另外，本发明所述的装置中减速齿轮的减速比和蜗杆的升程与选择的直流伺服电机的功率以及设计要求相关。

本发明的优点在于，对于采用传统离合器的纯电动车辆，本发明通过控制离合器的分离及时切断倒拖电机时的动力传递；同时可以通过合理设计离合器接合的时间，在冲击允许的情况下传递动力，保持动力的输出。这样就可以有效的解决纯电动车辆在爬坡或者其他大力矩输出过程中发生的因电机堵转而损害电机控制器和车辆“溜坡”现象等问题。

需要对原来的传统离合器的执行机构进行简单的修改和设计，对整体结构改动不大。在离合器踏板处增加位置传感器，将原来的液压助力或者气压助力离合器分离装置更换为伺服电机控制的执行机构。

附图说明

电机防堵转控制装置结构示意图如图1所示，其中1.控制器ECU  2.伺服电机  3.减速齿轮组  4.涡轮蜗杆执行机构  5.飞轮  6.摩擦片  7.压盘  8.膜片弹簧；

电机防堵转控制装置的控制策略方框图如图2所示。

具体实施方式

在实际应用时需对纯电动车辆的离合器执行机构进行修改，用本发明的执行机构代替原来的执行机构。离合器踏板需要加装位置传感器，可以给出离合器踏板的位置(模拟量)。在未触发防堵转动作之前，离合器的控制根据离合器踏板位置进行线性控制；当触发了防堵转程序之后，进入自动控制阶段，控制器ECU根据采集信号对伺服电机进行PWM控制，离合器在此控制过程下有规律的进行分离、接合动作。

实施例1

某环卫车的设计爬坡度为20％，在实际使用中遇到了坡度大于20％的坡(约为22％)。驾驶员驾驶车辆爬坡，车辆由于惯性，在刚开始的时候会以一定的速度开始爬坡，但由于输出力矩不足，车速开始降低，此时离合器是常闭状态，电机的转速随之降低，如果不采取措施，电机就会发生堵转，堵转电流是额定电流的3-4倍，瞬间大电流极易造成电机控制器的损坏。此时离合器踏板开度α＝0，加速踏板开度会持续加大到最大值，电机处在驱动状态，电机的转速持续降低，设定的电机最低转速n0＝50r/min，当电机的转速n＜n0时，触发防堵转控制程序。控制器ECU根据设定值(本设计中设定值为T＝120％Tmax，Tmax为驱动电机所能给出的最大力矩，下同)给伺服电机发出控制信号，控制电机在此信号的作用下带动膜片弹簧有规律的动作，产生一定的冲击，在这种冲击的作用下，车辆能够继续爬坡，没有发生堵转和“溜坡”现象，最后顺利越过此坡。

实施例2

某环卫车的设计爬坡度为20％，在实际使用中遇到了坡度大于20％的坡(约为30％)。驾驶员驾驶车辆爬坡，车辆由于惯性，在刚开始的时候会以一定的速度开始爬坡，但由于输出力矩不足，车速开始降低，此时离合器是常闭状态，电机的转速随之降低，如果不采取措施，电机就会发生堵转，堵转电流是额定电流的3-4倍，瞬间大电流极易造成电机控制器的损坏。此时离合器踏板开度α＝0，加速踏板开度会持续加大到最大值，电机处在驱动状态，电机的转速持续降低，设定的电机最低转速n0＝50r/min，当电机的转速n＜n0时，触发防堵转控制程序。控制器ECU根据设定值(本设计中设定值为T＝120％Tmax)给伺服电机发出控制信号，控制电机在此信号的作用下带动膜片弹簧有规律的动作，产生一定的冲击，但是该冲击的作用不足以使车辆能够继续爬坡，车速继续减小。这时防堵转控制程序根据设定值加上修正量向伺服电机再次发出控制信号，在本设计中修正量为1％Tmax，控制电机带动膜片弹簧产生更大的冲击，但是仍然不能使车速增加。防堵转控制程序再次增加修正量向伺服电机发出控制信号，但由于坡度过大，始终无法使车辆爬上坡，如此循环后控制程序向伺服电机发出了设定好的最大的控制信号，在本设计中为130％Tmax。车辆仍然无法正常爬坡，这时驾驶员踩制动踏板，结束防堵转控制程序。虽然车辆没有能爬上该坡，但仍然防止了电机堵转的现象发生。

Claims (5)

1.一种防止纯电动车辆电机堵转的方法，其特征在于其具有以下步骤：

1)当满足加速踏板开度α＞0，离合器踏板开度α＝0，电机处在驱动状态，电机的转速n＜n0这四个条件时，进入防堵转控制程序；

2)启动防电机堵转的程序后，控制器通过PWM的方式向伺服电机发出控制脉冲，伺服电机在该脉冲信号下作出相应的动作，通过齿轮减速装置将旋转运动传递给蜗杆，通过涡轮蜗杆的作用，实现离合器的自动分离、接合；

3)当防电机堵转程序启动后，如果检测到车速持续增加，或者制动踏板开度大于零，或是驾驶员踩下离合器时，跳出该电机堵转程序。

2.权利要求1中所述的防止纯电动车辆电机堵转的方法，其特征在于所述n0为设计人员根据车辆实际情况做出的预定值。

3.权利要求1所述的防止纯电动车辆电机堵转的方法，其特征在于伺服电机在该脉冲信号下作出相应的动作，通过齿轮减速装置将旋转运动传递给蜗杆，通过涡轮蜗杆的作用，膜片弹簧开始动作，膜片弹簧的动作给车辆增加了推力。

4.权利要求1中所述的防止纯电动车辆电机堵转的方法，其特征在于控制器向伺服电机发出的脉冲信号在初始时以设计人员设计好的值向伺服电机发出，如果达到车辆速度不继续降低的效果的话则持续按此设定值发出脉冲信号；如果未达到车辆加速的效果的话则按照设计好的修正量逐次增大该脉冲信号，直至达到车辆加速的效果，但是该脉冲信号不超过设计好的最大值。

5.一种实现权利要求1中所述方法的装置，其特征在于该装置包括：控制器ECU，伺服电机，减速齿轮组，涡轮蜗杆执行机构，膜片弹簧离合器；其中ECU与伺服电机相连，通过PWM控制伺服电机，伺服电机的转动带动减速齿轮组的转动，减速齿轮组将该转动传递给涡轮蜗杆执行机构，涡轮蜗杆执行机构的动作推动膜片弹簧动作，膜片弹簧动作给予压盘一定频率的压力，从而实现压盘与摩擦片以及摩擦片与飞轮的分离与接合。

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