CN102795120B - 用于控制电动机驱动车辆的转矩的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于控制电动机驱动车辆的转矩的方法和装置，在该技术中，输入驱动电动机的当前速度、速度边界区间、目标转矩、驱动转矩极限和发电转矩极限。在当前速度处于速度边界区间内时，计算当前速度在整个速度边界区间中的比率作为混合比。计算极限转矩，根据计算出的混合比反映驱动转矩极限和发电转矩极限。将极限转矩和目标转矩中绝对值较小的一个确定为驱动电动机所需的最终转矩。

Description

用于控制电动机驱动车辆的转矩的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于稳定控制诸如电动车或混合动力车等电动机驱动车辆的转矩的方法和装置。

背景技术

由于对环境友好型车辆需求的增长，具有电动机以产生驱动力的车辆得到长足发展。例如，混合动力车利用内燃机和电动机二者来向车辆提供驱动力，而电动车或燃料电池车仅利用电动机来向车辆提供驱动力。

本发明涉及用于控制诸如混合动力车、电动车或燃料电池车等电动机驱动车辆的电动机输出的转矩的方法和装置。

电动机驱动车辆通常从电池接收驱动力。因此，在这些类型的车辆中，必须相对于电池的SOC(充电状态)以及电动机的当前转动速度，控制来自驱动电动机的转矩。此外，由于电动机的充电时间点和发电(generation)时间点根据电池的状态而变化，因此根据驱动转矩极限和发电转矩极限来确定驱动电动机的最终转矩。因此，必须以高效和稳定值的形式，考虑电动机的当前rpm(转数/分)、使用者要求的电动机的最终转矩、根据电池或发动机状态的驱动电动机的驱动转矩极限和发电转矩极限等，来确定驱动电动机从控制单元所需的最终转矩。

然而，在传统技术中，驱动电动机的驱动转矩极限和发电转矩极限之间的差异，因电池或其他装备的操作，而可能变得非常大。在此情况下，当在驱动状态和发电状态之间的边界区间周围操作驱动电动机时，会产生用于控制驱动电动机的最终转矩剧烈波动的现象。在驾驶时，该现象会直接影响车辆的稳定性。因此，需要这样一种技术，纵使周围环境中发生突然变化，也能始终以充电部和放电部中的稳定值的形式来确定最终转矩。

应该理解的是，在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息

发明内容

因此，本发明紧记现有技术中存在的上述问题，并且本发明的目的在于提供一种用于控制电动机驱动车辆的转矩的方法和装置，其可防止在控制驱动电动机的转矩时最终转矩波动。

为实现上述目的，本发明一方面提供一种用于控制电动机驱动车辆的转矩的方法，其包括：接收驱动电动机的当前速度、速度边界区间、目标转矩、驱动转矩极限和发电转矩极限；当当前速度处于速度边界区间内时，计算当前速度在整个速度边界区间内的比率作为混合比；计算极限转矩，其按照计算出的混合比反映驱动转矩极限和发电转矩极限；以及选择极限转矩和目标转矩中绝对值较小的一个，作为驱动电动机所需的最终转矩。

速度边界区间包含最低边界极限和最高边界极限，并且计算当前速度的比率可以包括按照将当前速度与最低边界极限之间的差值除以整个速度边界区间的值的方式来计算混合比。

速度边界区间可以包含最低边界极限和最高边界极限，并且当前速度的比率的计算可以包括利用等式1计算混合比：

速度边界区间可包含最低边界极限和最高边界极限，并且极限转矩的计算可以包括计算所述极限转矩，其反映与当前速度和最低边界极限之间的差值成比例的驱动转矩极限，并且还反映与当前速度和最高边界极限之间的差值成比例的发电转矩极限。

速度边界区间可以包含最低边界极限和最高边界极限，并且极限转矩的计算包含利用等式2计算极限转矩：

极限转矩＝(混合比×驱动转矩极限值)+(1-混合比)×(发电转矩极限值)

选择可以包括利用等式3计算最终转矩：

最终转矩＝MIN(极限转矩，|目标转矩|)×sign(目标转矩)

速度边界区间可以包含最低边界极限和最高边界极限，当前速度的比率的计算可以包含利用等式1计算混合比，极限转矩的计算可以包含利用等式2计算极限转矩，并且选择可以包含利用等式3计算最终转矩，

等式1：

等式2：

极限转矩＝(混合比×驱动转矩极限值)+(1-混合比)×(发电转矩极限值)

等式3：

最终转矩＝MIN(极限转矩，|目标转矩|)×sign(目标转矩)

本发明的另一方面提供一种用于控制电动机驱动车辆的转矩的方法，包括：接收驱动电动机的当前速度、具有最低边界极限和最高边界极限的速度边界区间、目标转矩、驱动转矩极限和发电转矩极限；计算极限转矩，其按照当前速度在速度边界区间中的比率反映驱动转矩极限和发电转矩极限；以及选择极限转矩和目标转矩中绝对值较小的一个，作为驱动电动机所需的最终转矩。

极限转矩的计算可以包含计算这样的极限转矩，其反映与当前速度和最低边界极限之间的差值成比例的驱动转矩极限，并且还反映与当前速度和最高边界极限之间的差值成比例的发电转矩极限。

本发明的又一方面提供一种用于控制电动机驱动车辆的转矩的装置，包括：驱动电动机，其向电动机驱动车辆提供驱动力；以及控制单元，其利用驱动电动机的当前速度、包括最低边界极限和最高边界极限的速度边界区间、目标转矩、驱动转矩极限和发电转矩极限，来计算驱动电动机所需的最终转矩，其中控制单元计算极限转矩，其反映与当前速度在速度边界区间中的比率相应的驱动转矩极限和发电转矩极限，并且选择极限转矩和目标转矩中绝对值较小的一个，作为驱动电动机所需的最终转矩。

该控制单元可以计算极限转矩，其反映与当前速度和最低边界极限之间的差值成比例的驱动转矩极限，并且还反映与当前速度和最高边界极限之间的差值成比例的发电转矩极限。

附图说明

通过以下结合附图的详细说明，将更清楚理解本发明的上述和其他目标、特征和优点，其中：

图1是示出根据本发明一个示例性实施例的用于控制电动机驱动车辆的转矩的方法和装置中的速度边界区间的图；

图2是示出根据本发明示例性实施例的转矩控制方法的控制逻辑的图；以及

图3是示出图2的转矩控制方法的流程图。

具体实施方式

下文中将结合附图详细描述根据本发明优选实施例的用于控制电动机驱动车辆的转矩的方法和装置。

可以理解的是，本文中所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似的术语包括一般而言的机动车辆，比如包含运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、货车，各种商用车辆的客车、包含各种轮船和舰船的船只、飞行器等等，并且包括混合动力车辆、电动汽车、混合动力电动汽车、氢动力汽车和其它替代燃料汽车(例如，从除了石油以外的资源中取得的燃料)。如在本文中所引用的，混合动力车辆是具有两种或多种动力来源的车辆，例如汽油动力车辆和电动动力车辆二者。

根据本发明的用于控制电动机驱动车辆的转矩的系统和方法，包括：接收驱动电动机的当前速度、速度边界区间、目标转矩、驱动转矩极限和发电转矩极限；当该当前速度处于速度边界区间内时，计算当前速度在整个速度边界区间内的比率作为混合比；计算极限转矩，其按照计算出的混合比反映驱动转矩极限和发电转矩极限；以及选择极限转矩和目标转矩中绝对值较小的一个，作为驱动电动机所需的最终转矩。

为了控制车辆的驱动电动机的输出，输入将由驱动电动机产生的最终转矩。通过考虑诸如发电转矩极限，由电动机的当前速度和电池的SOC(充电状态)所确定的驱动转矩极限、由使用者确定的目标转矩等变量来确定最终转矩。将产生经确定的最终转矩的命令输入驱动电动机。

然而，如果在最终转矩的输入值中存在重大变化，则驱动转矩的输出就会超出控制边界，因而可能变得不稳定。特别地，如果驱动转矩极限和发电转矩极限中有突然和大变化，其对驱动电动机起限制性条件的作用，就会引起最终转矩计算的快速变化，从而使车辆变得颤抖。因而，需要这样一种技术，即使在驱动转矩极限和发电转矩极限中出现突然和大的变化，也能计算和输入平稳变化的适当的最终转矩。

为了控制该最终转矩，向控制单元输入驱动电动机的当前速度、速度边界区间、目标转矩、驱动转矩极限和发电转矩极限。术语“速度边界区间”是指强烈需要本发明中提出的控制的速度区间。在图1中给出速度边界区间。

图1示出根据本发明一个示例性实施例的用于控制电动机驱动车辆的转矩的方法和装置中的速度边界区间(B)的图。水平轴表示驱动电动机的当前速度。垂直轴表示驱动电动机的目标转矩。在当前速度和目标转矩具有相同符号时，意味着驱动电动机处于放电状态(驱动状态)。在当前速度和目标转矩具有不同符号时，意味着驱动电动机处于发电状态(充电状态)。然而，在一些情况下，在驱动电动机的当前速度为0(零)的区域附近，不能基于当前速度的符号来精确地确定驱动电动机的发电或充电状态，因而可能存在错误。

换句话说，图中的阴影部分表示驱动电动机处于驱动状态，并且在当前速度为0的区域附近，在驱动转矩极限和发电转矩极限中通常具有较大变化。在此情况下，在当前速度为0的区域附近，即使当前速度和目标转矩的符号变得不同，驱动电动机仍可处于驱动状态。因此，本发明的目的是以此方式即在当前速度0区域附近设置速度边界区间来防止最终转矩波动，并响应于该区间内的速度的比率来确定适当的转矩。

为此，速度边界区间(B)包括最低边界极限L1和L2，以及最高边界极限U1和U2。可预先将最低边界极限、最高边界极限和速度边界区间设置成预定区间。因而，在驱动电动机的当前速度处于速度边界区间内时，输入驱动电动机的当前速度、速度边界区间、目标转矩、驱动转矩极限和发电转矩极限，从而计算最终转矩。当驱动电动机的当前速度处于速度边界区间之外时，向驱动电动机输入常规目标转矩，作为驱动转矩极限和发电转矩极限的边界内的最终转矩。

当驱动电动机的当前速度、速度边界区间、目标转矩、驱动转矩极限和发电转矩极限被输入到控制单元时，如果驱动电动机的当前速度处于速度边界区间内，则进行混合比计算，将当前速度在整个速度边界区间中的比率计算成混合比。

术语“混合比”是指用于通过混合驱动转矩极限和发电转矩极限来获得适当极限转矩的混合比。基于速度边界区间中的当前速度的位置确定混合比。具体地，通过将当前速度与最低边界极限之间的差值除以整个速度边界区间的值，来确定混合比。

在已确定混合比之后，进行极限转矩的计算。作为该计算的结果，确定极限转矩，根据确定的混合比，反映驱动转矩极限和发电转矩极限。详细地，在极限转矩计算中，以此方式即与当前速度与最低边界极限之间的差值成比例地反映驱动转矩极限，并且还以这样的方式即当前速度与最高边界界限之间的差值成比例地反映发电转矩极限，来确定极限转矩。

换句话说，可以利用下面的等式1来计算混合比。可以通过下面的等式2来计算极限转矩。

等式1：

等式2：

极限转矩＝(混合比×驱动转矩极限值)+(1-混合比)×(发电转矩极限值)

在利用上述方法确定极限转矩之后，进行最终转矩计算。作为该计算的结果，将确定的极限转矩和目标转矩中具有较小绝对值的转矩确定为驱动电动机所需的最终转矩。

换言之，可通过以下等式3来计算最终转矩。

等式3：

最终转矩＝MIN(极限转矩，|目标转矩|)×sign(目标转矩)

根据该等式，选择极限转矩与目标转矩绝对值两个值中较小的一个值，并且将目标转矩的符号反映到所选择的较小值上，从而获得最终转矩。同时，如果驱动转矩极限和发电转矩极限总是作为绝对值被输入，则没有其他选择，只能以绝对值表达极限转矩。在此状态下，在已获得的结果中最终反映目标转矩的符号。因而，确定最终转矩的符号，以便确定驱动电动机是处于发电状态还是驱动状态。

同样地，在本发明中，根据讨论中的特定速度区间中的驱动电动机的当前速度的位置，将驱动转矩极限与发电转矩极限混合。然后将该混合产生的值与目标转矩进行比较，然后将两个值中较小的一个值确定为驱动电动机的最终转矩。因此，即使驱动转矩极限和发电转矩极限受到突然和大的变化，也能够防止最终转矩不稳定地波动。

详细地，速度边界区间包括最低边界极限和最高边界极限，并且在混合比计算步骤中，可将当前速度与低边界界限之间的差值除以整个速度边界区间值来计算混合比。换句话说，速度边界区间包括最低边界极限和最高边界极限，并且混合比计算步骤包括根据以下等式1来计算混合比。

等式1：

同时，在极限转矩计算步骤中，当前速度与最低边界速度之间的差值成比例地反映驱动转矩极限，并且当前速度与最高边界极限之间的差值成比例地反映发电转矩极限。因而，能够相应地确定极限转矩。换句话说，极限转矩计算步骤根据以下等式2得到极限转矩。此外，优选地，在等式中以绝对值输入驱动转矩极限和发电转矩极限。

等式2：

极限转矩＝(混合比×驱动转矩极限值)+(1-混合比)×(发电转矩极限值)

此外，在最终转矩计算步骤中，可通过以下等式3来计算最终转矩。

等式3：

最终转矩＝MIN(极限转矩，|目标转矩|)×sign(目标转矩)

换句话说，速度边界区间包括最低边界极限和最高边界极限。在混合比计算步骤中，可通过以下等式1来计算混合比。在极限转矩计算步骤中，可通过以下等式2来计算极限转矩。在最终转矩计算步骤中，可通过以下等式3来计算最终转矩。

等式1：

等式2：

极限转矩＝(混合比×驱动转矩极限值)+(1-混合比)×(发电转矩极限值)

等式3：

最终转矩＝MIN(极限转矩，|目标转矩|)×sign(目标转矩)

同时，如图2和图3所示，在根据本发明的用于电动机驱动车辆的转矩控制方法中，在步骤S100，输入驱动电动机的当前速度、包括边界极限和最高边界极限的速度边界区间、目标转矩、驱动转矩极限和发电转矩极限。在步骤S400和S500，计算极限转矩，根据当前速度在速度边界区间中的比率，反映驱动转矩极限和发电转矩极限。在步骤S600，将极限转矩和目标转矩中具有较小绝对值的转矩确定为驱动电动机的最终转矩。

此外，可获得极限转矩，其既反映与当前速度和最低边界极限之间的差值成比例的驱动转矩极限，又反映与当前速度和最高边界极限之间的差值成比例的发电转矩极限。

同时，在利用上述转矩控制方法的用于电动机驱动车辆的转矩控制装置包括驱动电动机和控制单元。驱动电动机向车辆提供驱动力。控制单元利用驱动电动机的当前速度、包括最低边界极限和最高边界极限的速度边界区间、目标转矩、驱动转矩极限和发电转矩极限，来计算驱动电动机所需的最终转矩。控制单元计算极限转矩，其反映与当前速度在速度边界区间中的比率相应的驱动转矩极限和发电转矩极限。在极限转矩和目标转矩中，控制单元将具有较小绝对值的转矩确定为驱动电动机所需的最终转矩。

此外，控制单元计算极限转矩，其反映与当前速度和最低边界极限之间的差值成比例的驱动转矩极限，并且还反映与当前速度和最高边界极限之间的差值成比例的发电转矩极限。

此外，本发明可被具体化为计算机可读媒介上的计算机可读媒体，其中计算机可读媒介包含由处理器执行的可执行程序指令、控制器等等，例如电动机控制单元。计算机可读媒介的例子包括但不限于ROM、RAM、高密度盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存、智能卡和光学数据存储装置。计算机可读记录媒介还可被分布在网络连接计算机系统中，例如远程信息处理系统，以便以分布式方式存储和执行该计算机可读媒体。

如上所述，在根据本发明的用于控制电动机驱动车辆的转矩的方法、系统和装置中，即使在驱动电动机需要充电或放电时驱动转矩极限和发电转矩极限发生快速变化时，也能够可靠地计算驱动电动机所需的最终转矩，因而为驾驶者提供更平稳的驾乘质量。

此外，从驱动转矩极限和发电转矩极限之中确定极限转矩。速度而不是转矩，是用来确定极限转矩的标准。因而，即使在电动机的当前速度大约为0时，也能够防止被控制的最终转矩不稳定。

而且，如果最终转矩不稳定的速度区间被设置成速度边界区间，也可以使用除了传统最终转矩控制方法之外的其它控制方法，以便大致线性地控制最终转矩。

尽管已出于示例性目的公开了本发明的优选实施例，然而本领域技术人员应明白，在不偏离本发明权利要求所限定的范围和精神的情况下，还可包括各种变型、添加和替代。

Claims (10)

1.一种用于控制电动机驱动车辆的转矩的方法，包括：

接收驱动电动机的当前速度、速度边界区间、目标转矩、驱动转矩极限和发电转矩极限；

当所述当前速度处于所述速度边界区间内时，计算所述当前速度在整个速度边界区间内的比率作为混合比；

计算极限转矩，其按照计算出的混合比反映所述驱动转矩极限和所述发电转矩极限；以及

选择所述极限转矩和所述目标转矩中绝对值较小的一个，作为所述驱动电动机所需的最终转矩，

其中所述速度边界区间包含最低边界极限和最高边界极限，并且所述极限转矩的计算包含计算所述极限转矩，其反映与所述当前速度和所述最低边界极限之间的差值成比例的驱动转矩极限，并且还反映与所述当前速度和所述最高边界极限之间的差值成比例的发电转矩极限。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述速度边界区间包含最低边界极限和最高边界极限，并且所述当前速度的比率的计算包含按照将所述当前速度与所述最低边界极限之间的差值除以所述整个速度边界区间的值的方式来计算所述混合比。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述速度边界区间包含最低边界极限和最高边界极限，并且所述当前速度的比率的计算包含利用等式1计算混合比：

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述速度边界区间包含最低边界极限和最高边界极限，并且所述极限转矩的计算包含利用等式2计算所述极限转矩：

极限转矩＝(混合比×驱动转矩极限值)+(1-混合比)×(发电转矩极限值)。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述选择包含利用等式3计算所述最终转矩：

最终转矩＝MIN(极限转矩，|目标转矩|)×sign(目标转矩)。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述速度边界区间包含最低边界极限和最高边界极限，所述当前速度的比率的计算包含利用等式1计算混合比，所述极限转矩的计算包含利用等式2计算所述极限转矩，并且所述选择包含利用等式3计算所述最终转矩，

等式1：

等式2：

极限转矩＝(混合比×驱动转矩极限值)+(1-混合比)×(发电转矩极限值)

等式3：

最终转矩＝MIN(极限转矩，|目标转矩|)×sign(目标转矩)。

7.一种用于控制电动机驱动车辆的转矩的方法，包括：

接收驱动电动机的当前速度、具有最低边界极限和最高边界极限的速度边界区间、目标转矩、驱动转矩极限和发电转矩极限；

计算极限转矩，其按照所述当前速度在所述速度边界区间中的比率反映所述驱动转矩极限和所述发电转矩极限；以及

选择所述极限转矩和所述目标转矩中绝对值较小的一个，作为所述驱动电动机所需的最终转矩。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述极限转矩的计算包含计算这样的极限转矩，其反映与所述当前速度和所述最低边界极限之间的差值成比例的驱动转矩极限，并且还反映与所述当前速度和所述最高边界极限之间的差值成比例的发电转矩极限。

9.一种用于控制电动机驱动车辆的转矩的装置，包含：

驱动电动机，其向所述电动机驱动车辆提供驱动力；以及

控制单元，其利用所述驱动电动机的当前速度、包括最低边界极限和最高边界极限的速度边界区间、目标转矩、驱动转矩极限和发电转矩极限，来计算所述驱动电动机所需的最终转矩，

其中所述控制单元计算极限转矩，其反映与所述当前速度在所述速度边界区间中的比率相应的所述驱动转矩极限和所述发电转矩极限，并且选择所述极限转矩和所述目标转矩中绝对值较小的一个，作为所述驱动电动机所需的最终转矩。

10.根据权利要求9所述的装置，其中所述控制单元计算所述极限转矩，其反映与所述当前速度和最低边界极限之间的差值成比例的驱动转矩极限，并且还反映与所述当前速度和最高边界极限之间的差值成比例的发电转矩极限。