CN102582460A - 一种适用于纯电动车电机目标扭矩给定方法 - Google Patents

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Abstract

一种适用于纯电动车电机目标扭矩给定方法，其特征在于：整车控制器作为纯电动车的控制核心，为整车控制策略的主要执行者，整车控制器通过采集加速踏板，制动踏板，档位开关等司机信号，判断驾驶员的驾驶意图，确认牵引或制动模式，并通过与电机控制器、电池管理系统进行信息交互后，计算出目标牵引或制动力矩，执行相应的整车控制策略，输出相应电机扭矩信息及方向信号；将相关控制指令发送给电机控制器，电机控制器根据控制命令控制电机工作于驱动或制动工况，进而实现纯电动车对储能系统到电机驱动系统能量分配的有效控制，并对储能系统、电机驱动系统等进行相应的保护。

Description

一种适用于纯电动车电机目标扭矩给定方法
技术领域
本发明涉及一种电动汽车的控制方式，尤其是指一种纯电动车的整车控制器对电机控制器的转矩给定方法，适用于纯电动车的整车控制。
背景技术
现代电动汽车的研究开发是一项复杂的系统工程，它的理论基础是将汽车技术，电机技术，驱动技术，电力电子技术，能源存储技术和现代控制理论有机的结合起来，实现系统的集成优化，其关键应用技术可归纳为三个主要部分驱动电机及其控制技术，动力总成控制技术和电池能量管理。
整车控制器负责动力总成控制技术，其中动力总成技术中最重要的是整车驱动技术。作为控制车内电子、电气的中心，整车控制器是整车驱动控制策略基础，对整车驾驶性能的提高、能量利用优化有着重要影响。而整车驱动控制策略对车辆驾驶动力性有重大影响，是纯电动车整车控制器技术研究的重要内容。
现有的电动汽车整车控制方案是，整车控制器在纯电动车整车控制过程中，主要承担采集踏板、档位信号等工作，并承担相应的网关功能。整车控制器将踏板信号及档位信号以CAN通讯的方式传递给电机控制器，电机控制器接受这些信号后，按照踏板开度对电机进行相应的扭矩控制。因此现有技术大部分纯电动车由电机控制器执行主要的整车控制策略，并给定相应对电机扭矩。可是这种控制方式，由于电机控制器却无法直接采集到电池管理系统发送的相关信息，只能由整车控制器转发，因而可能导致电机控制器采集电池信息不全面，而导致其无法对电池系统进行有效的保护，影响电动车整车控制效果，很有必要对此加以改进。
发明内容
本发明的目的是要解决目前纯电动车的电机控制器却无法直接采集到电池管理系统发送的相关信息，只能由整车控制器转发，因而可能导致电机控制器采集电池信息不全面，而导致其无法对电池系统进行有效的保护的问题，提出一种纯电动车的整车控制器对电机控制器的转矩给定问题，包括不同的工作模式下，牵引电机驱动扭矩和制动扭矩的给定、限制及保护措施，进而实现纯电动车对储能系统到电机驱动系统能量分配的有效控制，并对储能系统、电机驱动系统等进行相应的保护。
本发明所提出的技术实施方案如下：
一种适用于纯电动车电机目标扭矩给定方法，整车控制器作为纯电动车的控制核心，为整车控制策略的主要执行者，整车控制器通过采集加速踏板，制动踏板，档位开关等司机信号，判断驾驶员的驾驶意图，确认牵引（或制动）模式，并通过与电机控制器、电池管理系统进行信息交互后，计算出目标牵引（或制动）力矩，执行相应的整车控制策略，输出相应电机扭矩信息及方向信号；将相关控制指令发送给电机控制器，电机控制器根据控制命令控制电机工作于驱动（或制动）工况，进而实现纯电动车对储能系统到电机驱动系统能量分配的有效控制，并对储能系统、电机驱动系统等进行相应的保护。
优选地，所述的整车控制器是基于单片机的多功能嵌入式控制器。它具备了CAN2.0、SCI、A/D和I/O等丰富的信号接口种类。
本发明的优点主要是：
由于采用独立的整车控制器对整车的各个相关动力总成进行集中控制，能够详细采集整车各个部件的详细信息，从而得以完美运行相关的整车控制策略，输出相应电机扭矩信息及方向信号，进而实现纯电动车对储能系统到电机驱动系统能量分配的有效控制，并在控制的过程中，并对储能系统、电驱动系统进行了相应的保护。
说明书附图
图1为纯电动车主要部件通讯及能量分配流图；
图2为本发明的主控逻辑模块流程图；
图3为整车控制器司机目标期望转矩给定的详细流程图；
图4为动力系统能量分配及整车系统保护模块流程图。
具体实施方式
下面将接合附图和实施例对本发明做进一步的描述。
通过附图可以看出，本发明涉及一种适用于纯电动车电机目标扭矩给定方法，整车控制器作为纯电动车的控制核心，为整车控制策略的主要执行者，整车控制器通过采集加速踏板，制动踏板，档位开关等司机信号，判断驾驶员的驾驶意图，确认牵引（或制动）模式，并通过与电机控制器、电池管理系统进行信息交互后，计算出目标牵引（或制动）力矩，执行相应的整车控制策略，输出相应电机扭矩信息及方向信号；将相关控制指令发送给电机控制器，电机控制器根据控制命令控制电机工作于驱动（或制动）工况，进而实现纯电动车对储能系统到电机驱动系统能量分配的有效控制，并对储能系统、电机驱动系统等进行相应的保护。    
图1为纯电动车主要部件通讯及能量分配流图，从图中可以看出整车控制器是纯电动客车的控制核心，整车控制器的控制是通过采集驾驶员踏板（包括牵引踏板、制动踏板），判断驾驶员的驾驶意图，确认牵引（或制动）模式，并计算出目标牵引（或制动）力矩，将相关控制指令发送给电机控制器，电机控制器根据控制命令控制电机工作于驱动（或制动）工况。
本方法用整车控制器是基于单片机的多功能嵌入式控制器。它具备了CAN2.0、SCI、A/D和I/O等丰富的信号接口种类。
整个系统中A/D采用了6路的A/D采样通道，可以完成对司机加速踏板、制动踏板、动力总线电压信号、动力总线正负电流信号和系统温度信号进行采样；
整车控制器采用了20路数字量输入通道，可以检测24伏系统的开关量；输入方式可以是高端输入或低端输入，根据外部要求可适当选用输入方式，此输入通道可检测强电系统中接触器的反馈信号，司机操作台的控制指令如档位、空调启动、经济/动力运行模式等等；
整车控制器采用了8路数字量输出通道，可任意配置成输出24V或24V地，满足外部驱动方式的需求；此输出通道主要用于控制电制动有效信号、故障正常指示，控制接触器吸合等。SCI接口用于与PC机通讯，用于在线程序更新，在线数据监控和在线参数修改；方便调试时程序的更新和控制策略的开发；
整车控制器采用了3路CAN通讯接口，均满足CAN2.0B协议。通讯速率250Kb/s～500Kb/s。
图2是本控制方案的主控逻辑模块流程图，在该模块中整车控制器通过采样得出的司机踏板值、当前车速、档位信号和驱动电机转速、温度、扭矩等信息来判断司机驾驶意图，并在当前状态下对司机意图进行解析。同时通过判断系统是否存在故障及存在的故障等级，同时根据电池当前的状态，对电机转矩进行相应的限制，并最终运算，输出相应的电机控制命令。
图3为司机期望制动转矩给定，整车控制器通过采集整车制动踏板、电池系统相关信息、及电机当前状态。以制动踏板优先为依据，若整车处于制动工况，首先判断电机当前转速是否处于制动允许转速范围内，再次判断总线电压是否处于电池最高允许电压范围以内，再根据制动踏板开度、电机外特性、电池当前最大允许充电电流，给定司机期望制动扭矩；具体计算方法如下：
司机期望制动扭矩=电机当前转速下允许最大扭矩*制动踏板开度百分比；
系统限制转矩=总线电压*电池当前最大允许充电电流*9.549/电机当前转速；
最终输出司机期望制动扭矩取“司机期望制动扭矩”与“系统限制扭矩”中的较小值。
当司机未踩制动踏板进行制动时，整车控制器首先根据电机外特性、加速踏板开度计算司机期望驱动扭矩，计算方法与“司机期望制动扭矩”相同；其次，整车控制器判断整车各部件是否存在严重故障，若存在严重故障，则对“司机期望驱动转矩”根据电机当前转速进行限制，使车辆仅能行驶与7km/h以下；再次，整车控制根据电池当前最大允许放电电流对“司机期望驱动转矩”进行相应的限制，其限制方法与“司机期望制动扭矩”限制方法相同；再次，判断整车是否工作在正常前进模式，否则，需要再次对以上“司机期望驱动转矩”进行限制，保证在倒车状态下，保证倒车车速在30km/h以下；最终，进行各种限制后，输出司机期望驱动扭矩。
图4为动力系统能量分配及整车系统保护模块：首先，整车控制器根据图3“司机期望制动转矩给定模块”计算输出值，在根据电机当前转速，计算出电机目标功率，计算方法如下：
电机目标功率=电机当前转速*司机期望转矩/9.549；
   其次，整车控制器在根据电池管理系统传递过来的电池电压，对电机目标功率进行限制，电机目标功率限制方法如下：
   电池电压表征电池电量对电机目标功率进行限制，如：电池电压表征电池电量只有50%时，限制电机目标功率为50%；最终计算得出电驱动系统直流侧需求功率。
    再次，整车控制器根据电驱动系统效率，对电驱动系统直流侧需求功率进行相应的增益，进而得出修正后的电机目标需求功率；
    再次，整车控制器再根据修正后的电机目标需求功率重新计算出电机目标需求扭矩，其计算方法如下：
电机目标需求扭矩=修正后的电机目标需求功率*9.549/电机当前转速；
   再次，整车控制器通过采集驱动系统的相关温度，对计算输出的电机目标需求扭矩进行限制，其限制方法如下：
   电机及电机控制器温度越高，电机目标需求扭矩越小，当达到电机及电机控制器允许温度上限时，将电机目标需求扭矩限制为0；最终，整车控制器最终输出电机目标转矩给电机控制器。

Claims (10)

1.一种适用于纯电动车电机目标扭矩给定方法，其特征在于：整车控制器作为纯电动车的控制核心，为整车控制策略的主要执行者，整车控制器通过采集加速踏板，制动踏板，档位开关等司机信号，判断驾驶员的驾驶意图，确认牵引或制动模式，并通过与电机控制器、电池管理系统进行信息交互后，计算出目标牵引或制动力矩，执行相应的整车控制策略，输出相应电机扭矩信息及方向信号；将相关控制指令发送给电机控制器，电机控制器根据控制命令控制电机工作于驱动或制动工况，进而实现纯电动车对储能系统到电机驱动系统能量分配的有效控制，并对储能系统、电机驱动系统等进行相应的保护。
2.根据权利要求1所述的适用于纯电动车电机目标扭矩给定方法，其特征在于：所述的整车控制器是基于单片机的多功能嵌入式控制器；整车控制器具备了CAN2.0、SCI、A/D和I/O信号接口种类。
3.根据权利要求2所述的适用于纯电动车电机目标扭矩给定方法，其特征在于：所述的A/D为6路的A/D采样通道。
4.根据权利要求1所述的适用于纯电动车电机目标扭矩给定方法，其特征在于：所述的整车控制器具有20路数字量输入通道，用于检测24伏系统的开关量；输入方式可以是高端输入或低端输入，根据外部要求可适当选用输入方式。
5.根据权利要求1所述的适用于纯电动车电机目标扭矩给定方法，其特征在于：数字量输入通道可检测强电系统中接触器的反馈信号，司机操作台的控制指令如档位、空调启动、经济/动力运行模式等等。
6.根据权利要求1所述的适用于纯电动车电机目标扭矩给定方法，其特征在于：所述的整车控制器具有8路数字量输出通道，可任意配置成输出24V或24V地，满足外部驱动方式的需求；此输出通道主要用于控制电制动有效信号、故障正常指示，控制接触器吸合等；SCI接口用于与PC机通讯，用于在线程序更新，在线数据监控和在线参数修改；方便调试时程序的更新和控制策略的开发。
7.根据权利要求1所述的适用于纯电动车电机目标扭矩给定方法，其特征在于：所述的整车控制器具有3路CAN通讯接口，均满足CAN2.0B协议；通讯速率250Kb/s～500Kb/s。
8.根据权利要求1所述的适用于纯电动车电机目标扭矩给定方法，其特征在于：整车控制器通过采集加速踏板值、电池管理系统传递过来的电池系统相关信息、电机驱动系统相关参数，根据电机外特性、加速踏板开度及电池当前最大允许放电电流，对电机转矩进行相应的限制后，将司机踏板值解析为司机对整车目标期望驱动转矩需求。
9.根据权利要求1所述的适用于纯电动车电机目标扭矩给定方法，其特征在于：整车控制器通过采集整车制动踏板、电池系统相关信息、及电机当前状态，根据制动踏板开度、电机外特性及电池当前最大允许放电电流，对电机制动转矩进行相应限制后，给定司机目标期望制动扭矩。
10.根据权利要求1所述的适用于纯电动车电机目标扭矩给定方法，其特征在于：所述系统中有动力系统能量分配及整车系统保护模块：整车控制器通过该模块，结合电池管理系统传递过来的当前电池状态，对司机期望扭矩进行修正并重新分配，并通过逻辑运算最终得出电机目标转矩。
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