CN102114782A - 一种电动汽车的滑移率检测方法及检测系统 - Google Patents

Abstract

一种滑移率检测方法以及使用该方法来检测电动汽车的滑移率的检测系统，通过测量驱动电机的电机电压、电机电流以及电机转速来测量电动汽车的滑移率，所述检测系统包括与驱动电机相连的电机转速检测单元、电机电压检测单元和电机电流检测单元，所述电机转速检测单元、电机电压检测单元和电机电流检测单元分别通过电机转速信号处理单元、电压信号处理单元和电流信号处理单元与滑移率计算单元相连接，所述滑移率计算单元内设置有滑移率计算式，所述滑移率计算式根据所述驱动电机的类型来确定。解决了现有技术中滑移率的检测方法需要安装传感器而导致计算延迟、计算方法复杂、实时性较差的技术问题，尤其使用于电动汽车的滑移率的检测。

Description

一种电动汽车的滑移率检测方法及检测系统

技术领域

本发明涉及一种滑移率计算方法及其检测系统，具体地说是一种用于电动汽车的滑移率测量系统。

背景技术

汽车的滑移率是指在车轮运动中滑动成分所占的比例，用δ表示。其计算公式为δ＝(v-wr)/v×100％，其中v-车子在地面上行驶的速度(m/s)，r-车轮滚动半径(m)，w-车轮角速度(rad/s)。滑移率作为一个重要参数，被广泛用于汽车控制系统中，例如为了保证最佳的制动效果，滑移率需要保持在15％-20％的范围内。由于滑移率在很多情况下有所使用，因此准确测量滑移率也非常重要。

目前，常用的电动汽车的滑移率检测方法有两类。一类是通过检测汽车的驱动轮和从动轮的速度得到汽车运行时的滑移率，其原理是用驱动轮速度代替车轮线速度，用从动轮速度代替车速。该方法简单易于实现，目前大多数滑移率检测都采用这种方法。但是，该方法需要在所述主动轮和从动轮上安装高精度的速度传感器或加速度传感器，但是安装所述传感器不仅会降低系统的性能，而且传感器通常使用编码器通过计量脉冲信号得到，不仅有延迟，而且精度受到编码器的分辨率的影响和制约。此外，该方法只适合于两轮驱动的汽车，对于四轮驱动的汽车由于没有从动轮而不能使用，具有局限性。为此，中国专利文献CN100480664C中公开了一种全轮驱动的电驱动车辆运动参数的测试方法，首先利用各车轮轮速信号和各驱动电机扭矩信号，计算总的地面纵向力和整车加速度，利用非转向车轮的转速和滑转率、滑移率表示整车车速，然后将以上结果代入非转向车轮的滑移率的微分方程，最 后通过积分计算非转向车轮的滑移率，并反推出整车车速，再计算转向车轮的滑移率。但是本方法利用外部驱动转矩与轮速，在实际使用时需要安装转矩传感器，同样存在传感器导致的延迟和精度的问题，并且该技术方案只针对全轮驱动的电驱动车辆，无法适用于两轮驱动的汽车，使用时也具有局限性。

另一类方法是不需要安装车速传感器的滑移率计算方法，如Kimihisa和Yoichi Hori发表的题目为“路面信息的高级估算技术和估计实验”( Advanced Estimation Techniques of Road Surface Condition and TheirExperimental Evaluation using Test

综上所述，现有技术中的滑移率的计算方法都存在实时性差的问题。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中的滑移率的检测方法需要安装传感器而导致计算延迟、计算方法复杂、实时性较差的问题，从而提出一种无延迟、可实时准确测量滑移率且同时适用于两轮和四轮驱动的电动汽车的测试方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种直流电机驱动的电动汽车的滑移率的检测方法，包括以下步骤：

(1)测量驱动电机的电压、电流、转速，得到所述驱动电机的电枢电压U_a，电枢电流i_a，电机转速ω_m；

(2)获得所述驱动电机的电机系数，包括电机电感L_a，电枢电阻R_a， 电机转矩系数k_m，电机反电势系数k_e；

(3)获得整车常数，包括整车质量M，车轮半径r，车轮转动惯量J，传动比a；

(4)根据如下所示的滑移率计算式，得到滑移率：

$\mathrm{\λ}\left(t_2\right)=(1+\frac{J}{r^{2}M})[1-\frac{{\mathrm{\ω}}_m\left(t_1\right)}{{\mathrm{\ω}}_m\left(t_2\right)}]-\frac{a^2\·k_m}{r^2{\mathrm{MR}}_a{\mathrm{\ω}}_m\left(t_2\right)}\{{\∫}_{t_1}^{t_2}{U}_a\mathrm{dt}-k_e{\∫}_{t_1}^{t_2}{\mathrm{\ω}}_m\mathrm{dt}-L_a\·[i_a\left(t_2\right)-i_a\left(t_1\right)\left]\right\}+\frac{\mathrm{\λ}\left(t_1\right){\mathrm{\ω}}_m\left(t_1\right)}{{\mathrm{\ω}}_m\left(t_2\right)},$

其中，t₁为第一测量时刻、t₂为第二测量时刻，λ为滑移率。

一种永磁同步电机驱动的电动汽车的滑移率的计算方法，该方法包括以下步骤：

(1)测量驱动电机的电压、电流、转速，得到电机转速ω_m以及dq坐标系下所述驱动电机的电压u_q，dq坐标系下所述驱动电机的电枢电流i_q；

(2)获得所述驱动电机的电机系数，包括驱动电机的定子电感在dq坐标下的分量L_d、L_q，驱动电机的定子电阻R_s，驱动电机的永磁体产生的磁链ψ_f，驱动电机的极对数n_p；

(3)获得整车常数，包括质量M，车轮半径r，车轮转动惯量J，传动比a；

(4)根据如下所示的滑移率计算式，计算滑移率：

$\mathrm{\λ}\left(t_2\right)=(1+\frac{J}{r^{2}M})[1-\frac{{\mathrm{\ω}}_m\left(t_1\right)}{{\mathrm{\ω}}_m\left(t_2\right)}]-\frac{a^2\·k_{m1}}{r^2{\mathrm{MR}}_s{\mathrm{\ω}}_m\left(t_2\right)}\{{\∫}_{t_1}^{t_2}{u}_q\mathrm{dt}-{\mathrm{\ψ}}_f{\∫}_{t_1}^{t_2}{\mathrm{\ω}}_m\mathrm{dt}-L_q\·[i_q\left(t_2\right)-i_q\left(t_1\right)\left]\right\}+\frac{\mathrm{\λ}\left(t_1\right){\mathrm{\ω}}_m\left(t_1\right)}{{\mathrm{\ω}}_m\left(t_2\right)},$

其中，k_m1＝n_p[ψ_f+(L_d-L_q)]，t₁为第一测量时刻、t₂为第二测量时刻，λ为滑移率。

一种电动汽车的滑移率的检测系统，包括与驱动电机相连的电机转速检测单元、电机电压检测单元和电机电流检测单元，所述电机转速检测单元、电机电压检测单元和电机电流检测单元分别通过电机转速信号处理单元、电压信号处理单元和电流信号处理单元与滑移率计算单元相连接，所述滑移率 计算单元内设置有滑移率计算式，所述滑移率计算式根据所述驱动电机的类型来确定。

所述滑移率计算单元还存储有所述驱动电机的电机系数和整车常数。

所述整车常量包括整车质量M、车轮半径r、车轮转动惯量J、传动比a。

所述驱动电机为直流电机，所述电机系数包括电机电感L_a、电机转矩系数k_m、电机反电势系数k_e、电枢电阻R_a。

所述电机电压检测单元检测的电压值为电机母线电压，所述电压信号处理单元为信号调理单元；所述电机电流检测单元检测的电流值为电机电流，所述电流信号处理单元为信号调理单元。

所述驱动电机为永磁同步电机，所述电机系数包括驱动电机的定子电感在dq坐标下的分量L_d和L_q、驱动电机的定子电阻R_s，驱动电机的永磁体产生的磁链ψ_f，驱动电机的极对数n_p。

所述电机电压检测单元检测的电压值为电机线电压，所述电压信号处理单元包括信号调理单元、电压变换单元；所述电机电流检测单元检测的电流值为电机相电流，所述电流信号处理单元包括信号调理单元、电流变换单元。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点，

(1)本发明所述的电动汽车的滑移率的检测方法，充分利用电动汽车驱动电机控制系统本身需要检测的转速、电压和电流信息，不需要测量车速信息，因此不需要安装昂贵的车速传感器，从而避免了滑移率计算精度依赖于传感器的精度的问题，同时不受两轮驱动的限制，适用范围广；该检测方法简单，测量的参数可以通过检测实时检测到，提高了计算结果的可靠性，不仅具有易于实时检测的效果，还具有易于数字化实现的优点；此外，本发明所述的电动汽车的滑移率的检测系统，该检测方法在计算过程中，利用电压方程保证了系统的收敛性，因此计算不需要收敛性的问题；并且该检测方法不需要对滑移率等难以积分的变量进行单独积分运算，计算简单，速度快， 易实现；并且，本发明所述的电动汽车的滑移率的检测方法用电机内部物理量来检测滑移率，有利于将滑移率相关的检测与控制集成到电机控制器中，从而实现更精确、更快速的控制。

(2)本发明所述的电动汽车的滑移率的检测方法，无论驱动电机为直流电机还是永磁同步电机，只需要测量电机的转速、电压和电流信息即可实现滑移率的检测，其余计算过程中的参数均为驱动电机和车辆本身的固有常数，虽然针对不同类型的驱动电机其余参数会有不同，但是所需实时测量的信息均为电机的转速、电压和电流信息，不仅测量简单，而且准确、及时。

(3)本发明所述的电动汽车的滑移率的检测系统，包括与驱动电机相连的电机转速检测单元、电机电压检测单元和电机电流检测单元，它们又分别通过分别通过电机转速信号处理单元、电压信号处理单元和电流信号处理单元与滑移率计算单元相连接，所述滑移率计算单元内设置有滑移率计算式，该检测系统结构简单，由于使用电机内部的物理量来检测滑移率，与现有技术相比省去了转矩传感器，不仅避免了传感器的精度影响滑移率检测结果的问题，可还以将滑移率相关的检测与控制集成到电机控制器中，由于电机的机电时间常数一般只有几毫秒，因此可以实现了更精确、更快速的控制。

(4)本发明所述的电动汽车的滑移率的检测系统，所述滑移率计算单元还存储有所述驱动电机的电机系数和整车常数，由于不同类型的电机和不同的车辆其内部参数不同，因此可以针对所需的内部参数进行设置，使得所述检测系统具有广泛的适用性。

(5)本发明所述的电动汽车的滑移率的检测系统，根据电动汽车的驱动电机的种类不同，电机电压检测单元、电机电流检测单元检测的值不同，电流信号处理单元、电压信号处理单元内的信号处理的方式不同，只需要根据电动汽车的驱动电机的类型来设置即可，使用简单方便。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明所述的电动汽车的滑移率检测系统的模块框图；

图2为所述滑移率计算式的模块框图；

图3在任意积分区间(t1，t2)上积分后的滑移率计算框图；

图4是离散化后的滑移率计算框图；

图5为直流电机驱动的电动汽车滑移率的检测系统的框图；

图6驱动电机为永磁同步电机的电动汽车的滑移率检测系统；

图7是电流信号处理单元的示意图；

图8是电压信号处理单元的示意图。

图中附图标记表示为：1-滑移率计算模块，2-电机转速检测单元，3-电机转速信号处理单元，4-电机电压检测单元，5-电机电压信号处理单元，6-电机电流检测单元，7-电机电流信号处理单元，10-电机控制器，11-直流电机，13-永磁同步电机，14-电流积分单元，15-比例系数，16-加法器，17-计算单元，18-常数，91-直流斩波器，92-三相逆变器，51-信号调理单元，52-电压变换单元，71-信号调理单元，72-电流变换单元。

具体实施方式

实施例1：

在本实施例中，电动汽车的驱动电机为直流电机，以下对滑移率的检测原理进行说明。

一种直流电机驱动的电动汽车的滑移率的检测方法，该方法包括以下步骤：

(1)测量驱动电机的电压、电流、转速，得到所述驱动电机的电枢电压U_a，电枢电流i_a，电机转速ω_m；

(2)获得所述驱动电机的电机系数，包括电机电感L_a，电枢电阻R_a，电机转矩系数k_m，电机反电势系数k_e；

(3)获得整车常数，包括整车质量M，车轮半径r，车轮转动惯量J，传动比a；

(4)根据如下所示的滑移率计算式，得到滑移率：

$\mathrm{\λ}\left(t_2\right)=(1+\frac{J}{r^{2}M})[1-\frac{{\mathrm{\ω}}_m\left(t_1\right)}{{\mathrm{\ω}}_m\left(t_2\right)}]-\frac{a^2\·k_m}{r^2{\mathrm{MR}}_a{\mathrm{\ω}}_m\left(t_2\right)}\{{\∫}_{t_1}^{t_2}{U}_a\mathrm{dt}-k_e{\∫}_{t_1}^{t_2}{\mathrm{\ω}}_m\mathrm{dt}-L_a\·[i_a\left(t_2\right)-i_a\left(t_1\right)\left]\right\}+\frac{\mathrm{\λ}\left(t_1\right){\mathrm{\ω}}_m\left(t_1\right)}{{\mathrm{\ω}}_m\left(t_2\right)},$

其中，t₁为第一测量时刻、t₂为第二测量时刻，λ为滑移率。

在上述步骤(4)中，滑移率计算式的推导过程如下：

在此以它励直流电机模型为例。

电机转矩：

T_m＝k_m·i_a.................................(1-1)

电压方程

$L_a\frac{{\mathrm{di}}_a}{\mathrm{dt}}+R_a{i}_a+E_a=U_a...(1-2)$

反电势可表示为；

E_a＝k_eω_M..............................(1-3)

若减速比为a，

${\mathrm{\ω}}_W=\frac{1}{a}{\mathrm{\ω}}_M...(1-4)$

T＝a·T_m..............................(1-5)

忽略汽车阻力，车辆运动方程：

$F_d=M\frac{{\mathrm{dV}}_{\mathrm{vehicle}}}{\mathrm{dt}}$

$T-F_d\·r=J\frac{d{\mathrm{\ω}}_W}{\mathrm{dt}}=J\frac{1}{a}\frac{d{\mathrm{\ω}}_M}{\mathrm{dt}}$

........................(1-6)

式中，

i_a——电枢电流，

R_a——电枢电阻，

k_m——转矩系数，

K_e------反电势系数

U_a——电枢电压，

E_a——反电势，

T——牵引力矩，

T_m---电机力矩

a——传动比，

ω_W——车轮转速，

ω_M——电机转速，

La——电机电感，

Fd——驱动力，

Vvehicle——车速，

r——车轮半径，

J——车轮转动惯量，

M——整车质量.

t₁为第一测量时刻、t₂为第二测量时刻，对电压方程积分，整理可得

${\∫}_{t_1}^{t_2}{i}_a\left(t\right)\mathrm{dt}=\frac{1}{R_a}\{{\∫}_{t_1}^{t_2}{U}_a\mathrm{dt}-k_e{\∫}_{t_1}^{t_2}{\mathrm{\ω}}_M\mathrm{dt}-L_a\·[i_a\left(t_2\right)-i_a\left(t_1\right)\left]\right\}...(1-7)$

根据加速状况时滑移率的定义 

以及车辆纵向动力学方程(1-6)，对滑移率求导，得到

$\stackrel{\·}{\mathrm{\λ}}=-\frac{\stackrel{\·}{{\mathrm{\ω}}_M}}{{\mathrm{\ω}}_M}\mathrm{\λ}+(1+\frac{J}{r^{2}M})\frac{\stackrel{\·}{{\mathrm{\ω}}_M}}{{\mathrm{\ω}}_M}-\frac{k_m{i}_a\·a}{r^{2}M{\mathrm{\ω}}_M}...(1-8)$

整理上式，可得

${\left(\mathrm{\λ}{\mathrm{\ω}}_M\right)}^{\′}=(1+\frac{J}{r^{2}M})\stackrel{\·}{{\mathrm{\ω}}_M}-\frac{k_{m}a}{r^{2}M}\·i_a...(1-9)$

对上式(9)在(t1，t2)区间进行积分，并代入电流积分式(7)，可得滑移率计算式为

$\mathrm{\λ}\left(t_2\right)=(1+\frac{J}{r^{2}M})[1-\frac{{\mathrm{\ω}}_M\left(t_1\right)}{{\mathrm{\ω}}_M\left(t_2\right)}]-\frac{a^2\·k_m{\∫}_{t_1}^{t_2}{i}_a\mathrm{dt}}{r^{2}M{\mathrm{\ω}}_M\left(t_2\right)}+\frac{\mathrm{\λ}\left(t_1\right){\mathrm{\ω}}_M\left(t_1\right)}{{\mathrm{\ω}}_M\left(t_2\right)}$

$=(1+\frac{J}{r^{2}M})[1-\frac{{\mathrm{\ω}}_M\left(t_1\right)}{{\mathrm{\ω}}_M\left(t_2\right)}]-\frac{a^2\·k_m}{r^2{\mathrm{MR}}_a{\mathrm{\ω}}_M\left(t_2\right)}\{{\∫}_{t_1}^{t_2}{U}_a\mathrm{dt}-k_e{\∫}_{t_1}^{t_2}{\mathrm{\ω}}_M\mathrm{dt}-L_a\·[i_a\left(t_2\right)-i_a\left(t_1\right)\left]\right\}+\frac{\mathrm{\λ}\left(t_1\right){\mathrm{\ω}}_M\left(t_1\right)}{{\mathrm{\ω}}_M\left(t_2\right)}$

.....................(1-10)

离散化后得到

$\mathrm{\λ}(k+1)=(1+\frac{J}{r^{2}M})[1-\frac{{\mathrm{\ω}}_M\left(k\right)}{{\mathrm{\ω}}_M(k+1)}]-\frac{a^2\·k_m}{r^2{\mathrm{MR}}_a{\mathrm{\ω}}_M(k+1)}\·$

$\left\{\frac{T}{2}\right[U_a\left(k\right)+U_a(k+1)]-k_e\frac{T}{2}[{\mathrm{\ω}}_M\left(k\right)+{\mathrm{\ω}}_M(k+1)]-L_a\·[i_a(k+1)-i_a\left(k\right)\left]\right\}+\frac{\mathrm{\λ}\left(k\right){\mathrm{\ω}}_M\left(k\right)}{{\mathrm{\ω}}_M(k+1)}$

.....................(1-11)

其中， ${\∫}_{t_1}^{t_2}{\mathrm{\ω}}_M\left(t\right)\mathrm{dt}=\mathrm{A\θ}=\frac{T}{2}[{\mathrm{\ω}}_M\left(k\right)+{\mathrm{\ω}}_M(k+1)],t_2-t_1=T$

显然，在t＝0时初始条件为

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\λ}\left(t\right){\mathrm{\ω}}_M\left(t\right){|}_{t=0}={\mathrm{\ω}}_M\left(t\right){|}_{t=0}=0\\ i\left(t\right){|}_{t=0}=0\end{array}\right....(1-12)$

由上可见，根据初始条件，通过离散化的方式可以得到各个时刻电动汽车的滑移率的值。

实施例2：

一种永磁同步电机驱动的电动汽车的滑移率的计算方法，该方法包括以下步骤：

(1)测量驱动电机的电压、电流、转速，得到电机转速ω_m以及dq坐标系下所述驱动电机的电压u_q，dq坐标系下所述驱动电机的电枢电流i_q；

(2)获得所述驱动电机的电机系数，包括驱动电机的定子电感在dq坐标下的分量L_d、L_q，驱动电机的定子电阻R_s，驱动电机的永磁体产生的磁链ψ_f，驱动电机的极对数n_p；

(3)获得整车常数，包括质量M，车轮半径r，车轮转动惯量J，传动比a；

(4)根据如下所示的滑移率计算式，计算滑移率：

$\mathrm{\λ}\left(t_2\right)=(1+\frac{J}{r^{2}M})[1-\frac{{\mathrm{\ω}}_m\left(t_1\right)}{{\mathrm{\ω}}_m\left(t_2\right)}]-\frac{a^2\·k_{m1}}{r^2{\mathrm{MR}}_s{\mathrm{\ω}}_m\left(t_2\right)}\{{\∫}_{t_1}^{t_2}{u}_q\mathrm{dt}-{\mathrm{\ψ}}_f{\∫}_{t_1}^{t_2}{\mathrm{\ω}}_m\mathrm{dt}-L_q\·[i_q\left(t_2\right)-i_q\left(t_1\right)\left]\right\}+\frac{\mathrm{\λ}\left(t_1\right){\mathrm{\ω}}_m\left(t_1\right)}{{\mathrm{\ω}}_m\left(t_2\right)},$

其中，k_m1＝n_p[ψ_f+(L_d-L_q)]，t₁为第一测量时刻、t₂为第二测量时刻，λ为滑移率。

在所述步骤(4)中，所述驱动电机为永磁同步电机的电动汽车的滑移率的计算式的推导过程如下：

采用i_d＝0的矢量控制方式时，dq坐标系下的电压方程为：

u_d＝-ω_ML_qi_q

$u_q=R_s{i}_q+L_q\frac{{\mathrm{di}}_q}{\mathrm{dt}}+{\mathrm{\ω}}_M{\mathrm{\ψ}}_f...(2-1)$

转矩方程：

T_e＝n_p[ψ_fi_q+(L_d-L_q)i_di_q]＝n_p[ψ_f+(L_d-L_q)i_d]i_q＝k_m1·i_q............(2-2)

在上式中，

u_d、u_q——dq坐标系下的电机电压；

i_q、i_d——dq坐标系下的电机电流；

ω_M——驱动电机的电机转速；

T_e——驱动电机的电机转矩；

R_s——定子电阻；

ψ_f——永磁体产生的磁链；

n_p——驱动电机的极对数；

L_d、L_q——驱动电机的定子电感在dq坐标下的分量；

k_m1——等价变量；

可以看出在dq坐标系下永磁同步电机的转矩方程(2-2)和电压方程(2-1)与直流电机形式相同，因此，计算式中只需用i_q代替i_a，k_m1代替k_m，ψ_f代替K_e。

但是，两者的电压和电流的处理方式不同，永磁同步电机测量到的是电机的三相电流和电压，需要通过电流变换和电压变换转换成dq坐标下的电 流和电压，转换公式如下：

$\left(\begin{array}{c}{u}_d\\ u_q\end{array}\right)=\sqrt{\frac{2}{3}}\left(\begin{array}{ccc}\cos {\mathrm{\θ}}_r& \cos ({\mathrm{\θ}}_r-\frac{2\mathrm{\π}}{3})& \cos ({\mathrm{\θ}}_r+\frac{2\mathrm{\π}}{3})\\ -\sin {\mathrm{\θ}}_r& -\sin ({\mathrm{\θ}}_r-\frac{2\mathrm{\π}}{3})& -\sin ({\mathrm{\θ}}_r+\frac{2\mathrm{\π}}{3})\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{u}_a\\ u_b\\ u_c\end{array}\right)...(2-3)$

$\left(\begin{array}{c}{i}_d\\ i_q\end{array}\right)=\sqrt{\frac{2}{3}}\left(\begin{array}{ccc}\cos {\mathrm{\θ}}_r& \cos ({\mathrm{\θ}}_r-\frac{2\mathrm{\π}}{3})& \cos ({\mathrm{\θ}}_r+\frac{2\mathrm{\π}}{3})\\ -\sin {\mathrm{\θ}}_r& -\sin ({\mathrm{\θ}}_r-\frac{2\mathrm{\π}}{3})& -\sin ({\mathrm{\θ}}_r+\frac{2\mathrm{\π}}{3})\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{i}_a\\ i_b\\ i_c\end{array}\right)...(2-4)$

类似于直流电机处理方法，对u_q方程两边进行积分，整理可得

${\∫}_{t_1}^{t_2}{i}_q\left(t\right)\mathrm{dt}=\frac{1}{R}\{{\∫}_{t_1}^{t_2}{u}_q\mathrm{dt}-{\mathrm{\ψ}}_f{\∫}_{t_1}^{t_2}{\mathrm{\ω}}_M\left(t\right)\mathrm{dt}-L_q[i_q\left(t_2\right)-i_q\left(t_1\right)\left]\right\}...(2-5)$

从而代入滑移率计算式(1-10)中，可得到永磁同步电机的滑移率计算式为

$\mathrm{\λ}\left(t_2\right)=(1+\frac{J}{r^{2}M})[1-\frac{{\mathrm{\ω}}_m\left(t_1\right)}{{\mathrm{\ω}}_m\left(t_2\right)}]-\frac{a^2\·k_{m1}}{r^2{\mathrm{MR}}_s{\mathrm{\ω}}_m\left(t_2\right)}\{{\∫}_{t_1}^{t_2}{u}_q\mathrm{dt}-{\mathrm{\ψ}}_f{\∫}_{t_1}^{t_2}{\mathrm{\ω}}_m\mathrm{dt}-L_q\·[i_q\left(t_2\right)-i_q\left(t_1\right)\left]\right\}+\frac{\mathrm{\λ}\left(t_1\right){\mathrm{\ω}}_m\left(t_1\right)}{{\mathrm{\ω}}_m\left(t_2\right)}$

..................(2-6)

实施例3：

图1给出了一种使用上述滑移率检测方法来检测电动汽车的滑移率的检测系统，包括与驱动电机1相连的电机转速检测单元2、电机电压检测单元4和电机电流检测单元6，所述电机转速检测单元2、电机电压检测单元4和电机电流检测单元6分别通过电机转速信号处理单元3、电压信号处理单元5和电流信号处理单元7与滑移率计算单元8相连接，所述滑移率计算单元8内设置有滑移率计算式，在本实施例中，所述电动汽车的驱动电机为直流电机，所述滑移率计算式为上述式(1-10)。并且，在本实施例中，所述滑移率计算单元还存储有所述驱动电机的电机系数和整车常数，所述整车常量包括整车质量M、车轮半径r、车轮转动惯量J、传动比a；所述电机系数包括电机电感L_a、电机转矩系数k_m、电机反电势系数k_e、电枢电阻R_a。此外，本实施例中，所述电机电压检测单元4检测的电压值为电机母线电压，所述电压信号 处理单元5为信号调理单元；所述电机电流检测单元6检测的电流值为电机电流，所述电流信号处理单元7为信号调理单元。

图2为所述滑移率计算式的模块框图，对应公式1-9。该模块的输入为电机转速、电机电压、电机电流三个参数，输出为滑移率λ(t)。电流积分单元14根据检测的转速、电压和电流计算出当前电流积分值，比例系数15是 

常数18为 

加法器16计算并输出当前滑移率λ(t)。

图3在任意积分区间(t1，t2)上积分后的滑移率计算框图，对应公式1-10。计算单元17代表运算项 

单元14根据检测的t1与t2时刻的转速、电压和电流计算出项 

比例系数15是 

图3(a)表示在t1和t2时刻的各参数值，图3(b)是在积分区间的计算框图。

图4是离散化后的滑移率计算框图，对应公式1-11。图4(a)表示在连续采样的两点对应的采样值和计算值，两点采样间隔时间为T，图4(b)是在基于离散化后的实时滑移率计算实现框图。

本实施例所述的滑移率检测系统，可以通过软件模块或单独的硬件电路模块集成到电机控制器中，在此选择硬件电路的模式。图5为直流电机驱动的电动汽车滑移率的检测系统的框图。电机控制器10根据当前转矩需求和电压、电流和转速反馈值输出脉冲信号，通过驱动电路驱动直流斩波器91，用来调整控制直流电压的大小。滑移率检测系统根据测得的电枢电压、电流和转速计算当前滑移率λ(t)。在本实施例中，由于驱动电机为直流电机，电机电压信号处理单元5为信号调理单元，所述信号调理单元根据将检测到的电压信号进行滤波和幅值调理以满足下一步处理的需要；电流信号处理单元7为信号调理单元，将测得的各电流信号进行滤波和幅值调理以满足所需信号要求。在此，驱动直流电机的电压、电流、转速等变量信息，通过电机电压检测单元4、电机电流检测单元6、电机转速检测单元2的检测后，分别经电机电压信号处理单元5、电机电流信号处理单元7、电机转速信号处理单元3的信号处理后，传送给滑移率计算单元8中进行计算，由于滑移率计算单元8 中存储了实施例1所述方法中的常量信息和滑移率计算方程式(1-10)，在此所述滑移率计算方程式的具体实现形式为图4(b)计算框图所示。

实施例4：

在本实施例中，给出了一种驱动电机为永磁同步电机的电动汽车的滑移率检测系统，如图6所示。包括与驱动电机相连的电机转速检测单元2、电机电压检测单元4和电机电流检测单元6，所述电机转速检测单元2、电机电压检测单元4和电机电流检测单元6分别通过电机转速信号处理单元3、电压信号处理单元5和电流信号处理单元7与滑移率计算单元8相连接，所述滑移率计算单元内设置有滑移率计算式，在本实施例中，所述滑移率计算式为实施例2中的式(2-6)，所述滑移率计算单元还存储有所述驱动电机的电机系数和整车常数，所述整车常量包括整车质量M、车轮半径r、车轮转动惯量J、传动比a；所述电机系数包括驱动电机的定子电感在dq坐标下的分量L_d和L_q、驱动电机的定子电阻R_s，驱动电机的永磁体产生的磁链ψ_f，驱动电机的极对数n_p。在本实施例中，所述电机电压检测单元4检测的电压值为电机线电压，所述电压信号处理单元5包括信号调理单元51、电压变换单元52，如图8所示；所述电机电流检测单元6检测的电流值为电机相电流，所述电流信号处理单元7包括信号调理单元71、电流变换单元72，如图7所示。

如图6所示，电机控制器10根据当前转矩需求和电压、电流和转速反馈值输出脉冲信号，通过驱动电路驱动三相逆变器92。滑移率计算模块1根据变换的电压分量、电流分量和转速计算当前滑移率λ(t)。由于本实施例中的驱动电机为永磁同步电机，电流信号处理单元7包括信号调理单元71、电流变换单元72，电流信号调理单元71根据将各电流信号进行滤波和幅值调理以满足处理器所需信号要求，电流变换单元72将abc坐标系下的电流进行矢量变换，转化成dq坐标系下的电流分量，其转换算式如实施例2中的式(2-4)所示；在此，电压信号处理单元5包括信号调理单元51、电压变换单元52，所述信号调理单元51将检测到的电压信号进行滤波和幅值调理以满足下一步 处理的需要，电压变换单元52将abc坐标系下的线电压变换成相电压，而进行矢量变换，转化成dq坐标系下的电压分量，如实施例2中的式(2-3)所示。这样，通过信号处理单元如3、5、7将检测单元如2、4、6中检测到的物理量转换成滑移率计算单元8中所需形式的物理量，从而实现滑移率的计算。

本发明所述的电动汽车的滑移率的检测方法及检测系统，计算方法简单，检测系统容易实现，且计算速度快，准确率高，是一种简单实用的电动汽车的滑移率的检测方法和检测系统。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种直流电机驱动的电动汽车的滑移率的检测方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)测量驱动电机的电压、电流、转速，得到所述驱动电机的电枢电压U_a，电枢电流i_a，电机转速ω_m；

(2)获得所述驱动电机的电机系数，包括电机电感L_a，电枢电阻R_a，电机转矩系数k_m，电机反电势系数k_e；

(3)获得整车常数，包括整车质量M，车轮半径r，车轮转动惯量J，传动比a；

(4)根据如下所示的滑移率计算式，得到滑移率：

$\mathrm{\λ}\left(t_2\right)=(1+\frac{J}{r^{2}M})[1-\frac{{\mathrm{\ω}}_m\left(t_1\right)}{{\mathrm{\ω}}_m\left(t_2\right)}]-\frac{a^2\·k_m}{r^2{\mathrm{MR}}_a{\mathrm{\ω}}_m\left(t_2\right)}\{{\∫}_{t_1}^{t_2}{U}_a\mathrm{dt}-k_e{\∫}_{t_1}^{t_2}{\mathrm{\ω}}_m\mathrm{dt}-L_a\·[i_a\left(t_2\right)-i_a\left(t_1\right)\left]\right\}+\frac{\mathrm{\λ}\left(t_1\right){\mathrm{\ω}}_m\left(t_1\right)}{{\mathrm{\ω}}_m\left(t_2\right)},$

其中，t₁为第一测量时刻、t₂为第二测量时刻，λ为滑移率。

2.一种永磁同步电机驱动的电动汽车的滑移率的计算方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)测量驱动电机的电压、电流、转速，得到电机转速ω_m以及dq坐标系下所述驱动电机的电压u_q，dq坐标系下所述驱动电机的电枢电流i_q；

(2)获得所述驱动电机的电机系数，包括驱动电机的定子电感在dq坐标下的分量L_d、L_q，驱动电机的定子电阻R_s，驱动电机的永磁体产生的磁链ψ_f，驱动电机的极对数n_p；

(3)获得整车常数，包括质量M，车轮半径r，车轮转动惯量J，传动比a；

(4)根据如下所示的滑移率计算式，计算滑移率：

$\mathrm{\λ}\left(t_2\right)=(1+\frac{J}{r^{2}M})[1-\frac{{\mathrm{\ω}}_m\left(t_1\right)}{{\mathrm{\ω}}_m\left(t_2\right)}]-\frac{a^2\·k_{m1}}{r^2{\mathrm{MR}}_s{\mathrm{\ω}}_m\left(t_2\right)}\{{\∫}_{t_1}^{t_2}{u}_q\mathrm{dt}-{\mathrm{\ψ}}_f{\∫}_{t_1}^{t_2}{\mathrm{\ω}}_m\mathrm{dt}-L_q\·[i_q\left(t_2\right)-i_q\left(t_1\right)\left]\right\}+\frac{\mathrm{\λ}\left(t_1\right){\mathrm{\ω}}_m\left(t_1\right)}{{\mathrm{\ω}}_m\left(t_2\right)},$

其中，k_m1＝n_p[ψ_f+(L_d-L_q)]，t₁为第一测量时刻、t₂为第二测量时刻，λ为滑移率。

3.一种使用权利要求1或2所述的滑移率检测方法来检测电动汽车的滑移率的检测系统，其特征在于：包括与驱动电机相连的电机转速检测单元、电机电压检测单元和电机电流检测单元，所述电机转速检测单元、电机电压检测单元和电机电流检测单元分别通过电机转速信号处理单元、电压信号处理单元和电流信号处理单元与滑移率计算单元相连接，所述滑移率计算单元内设置有滑移率计算式，所述滑移率计算式根据所述驱动电机的类型来确定。

4.根据权利要求3所述的电动汽车的滑移率检测系统，其特征在于：所述滑移率计算单元还存储有所述驱动电机的电机系数和整车常数。

5.根据权利要求4所述的电动汽车的滑移率检测系统，其特征在于：所述整车常量包括整车质量M、车轮半径r、车轮转动惯量J、传动比a。

6.根据权利要求4或5所述的电动汽车的滑移率检测系统，其特征在于：所述驱动电机为直流电机，所述电机系数包括电机电感L_a、电机转矩系数k_m、电机反电势系数k_e、电枢电阻R_a。

7.根据权利要求6所述的电动汽车的滑移率检测系统，其特征在于：所述电机电压检测单元检测的电压值为电机母线电压，所述电压信号处理单元为信号调理单元；所述电机电流检测单元检测的电流值为电机电流，所述电流信号处理单元为信号调理单元。

8.根据权利要求4或5所述的电动汽车的滑移率检测系统，其特征在于：所述驱动电机为永磁同步电机，所述电机系数包括驱动电机的定子电感在dq坐标下的分量L_d和L_q、驱动电机的定子电阻R_s，驱动电机的永磁体产生的磁链ψ_f，驱动电机的极对数n_p。

9.根据权利要求8所述的电动汽车的滑移率检测系统，其特征在于：所述电机电压检测单元检测的电压值为电机线电压，所述电压信号处理单元包括信号调理单元、电压变换单元；所述电机电流检测单元检测的电流值为电机相电流，所述电流信号处理单元包括信号调理单元、电流变换单元。

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