CN103935263A - 永磁电机驱动的纯电动大巴车坡道起步防溜策略 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁电机驱动的纯电动大巴车坡道起步防溜策略，即本策略当制动踏板已踩下、永磁电机转速小于设定值并持续一定时间，整车控制单元产生一个刹车触发信号，当油门踏板开度小于设定值，且档位装置为非空档时，电机控制单元产生一个防溜功能使能信号并自动进入防溜控制使永磁电机进入转速闭环控制于某个目标转速，若整车控制单元检测到制动踏板仍然踩下，则限制永磁电机输出力矩，否则，恢复永磁电机输出力矩；当整车控制单元检测到油门踏板开度大于设置值、档位装置为空档或手刹装置处于驻车位置，则退出防溜控制，同时切换到力矩控制。本策略无需更改现有车辆结构或添加辅助传感器等硬件设备，实现车辆防溜目的。

Description

永磁电机驱动的纯电动大巴车坡道起步防溜策略

技术领域

本发明涉及一种永磁电机驱动的纯电动大巴车坡道起步防溜策略。

背景技术

通常永磁电机驱动的纯电动大巴车，其动力系统由动力电池与永磁电机构成，无发动机总成，因此区别于传统燃油汽车和混合动力汽车。由于永磁电机具有无级变速特点，其电机轴通过传动轴与车辆后桥主减直连，在动力传动上省掉了减速箱和离合器，因而整车结构上又区别于带有减速器的纯电动汽车。

与纯电动汽车相同，纯电动直驱大巴车的动力全部来源于动力电池，在功率控制上，包含了功率模块、电机控制单元、电池管理单元以及整车控制单元。纯电动直驱大巴车在机械结构上无任何汽车防溜的锁止机构，也无倾角传感器，导致车辆驻车以及坡道起步时，易发生溜车，安全性差，存在一定的安全隐患。

中国专利申请201110056625.6公开了一种需借助倾角传感器解决坡道驻车的控制方法，主要分两步完成：其一，通过高频注入法确定转子磁极初始位置；其二，运用转矩平衡理论，实时计算目的电流矢量以平衡负载。但需要指出，在计算过程中，做了比较多的简化和假设，计算精度无法保证，可能会造成车辆在坡面上抖动；其次，增加了倾角传感器的硬件成本；最后，坡面驻车时，电机处于堵转状态，不能长时间使用，否则有损坏电机或电机控制单元的风险。

中国专利申请201210236701.6公开了一种无倾角传感器电动汽车坡道驻车防溜控制系统和方法，通过油门信号、档位信号、制动踏板信号和电机转速作为输入条件，经过逻辑处理判定进入或退出防溜控制，通过电机零转速闭环控制实现电动车坡道锁车功能。需要指出，零速锁车是一种被动式控制策略，只有当已经发生了一定的偏移，才能被整车控制单元识别，因此是一种滞后反应的控制方法。同样地，通过电机实现零速锁车时，电机处于堵转状态，会造成电机三相电流不平衡，导致电流较大的一相功率模块发热损坏风险，不能长时间使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种永磁电机驱动的纯电动大巴车坡道起步防溜策略，本防溜策略无需更改现有车辆结构或添加任何辅助传感器等硬件设备，实现车辆坡道起步的防溜目的，避免电机处于堵转状态，保证电机及控制单元的正常可靠运行及车辆行驶的安全性能。

为解决上述技术问题，本发明永磁电机驱动的纯电动大巴车坡道起步防溜策略包括如下步骤：

步骤一、整车控制单元采集档位装置、油门踏板、手刹装置以及制动踏板的状态信息并通过CAN总线与电机控制单元通讯及交换信息，电机控制单元采集电流传感器和旋转变压器的信息，电流传感器和旋转变压器检测永磁电机运行电流和旋转位置，电机控制单元通过功率模块对永磁电机进行转速和电流双闭环功率控制；

步骤二、当制动踏板已踩下、永磁电机转速小于15r/min时，且该状态持续1～5秒，则整车控制单元产生一个刹车触发信号，在刹车触发信号有效前提下，当油门踏板开度小于5%，且档位装置为非空档时，则电机控制单元产生一个防溜功能使能信号，并自动进入防溜控制；

步骤三、当防溜功能使能信号开启，永磁电机进入转速闭环控制，电机控制单元控制永磁电机工作于某个目标转速，该目标转速为车速5km/h或0km/h对应的电机转速，若整车控制单元检测到制动踏板仍然踩下，则通过电机控制单元限制永磁电机输出力矩，否则，恢复永磁电机输出力矩；

步骤四、当整车控制单元检测到油门踏板开度大于15%、档位装置为空档或手刹装置处于驻车位置，则电机控制单元退出防溜控制，同时切换到力矩控制，并重新接收整车控制单元的永磁电机控制指令。    

由于本发明永磁电机驱动的纯电动大巴车坡道起步防溜策略采用了上述技术方案，即本防溜策略当制动踏板已踩下、永磁电机转速小于设定值并持续一定时间，整车控制单元产生一个刹车触发信号，当油门踏板开度小于设定值，且档位装置为非空档时，电机控制单元产生一个防溜功能使能信号并自动进入防溜控制；随后永磁电机进入转速闭环控制，电机控制单元控制永磁电机于某个目标转速，若整车控制单元检测到制动踏板仍然踩下，则通过电机控制单元限制永磁电机输出力矩，否则，恢复永磁电机输出力矩；当整车控制单元检测到油门踏板开度大于设置值、档位装置为空档或手刹装置处于驻车位置，则电机控制单元退出防溜控制，同时切换到力矩控制，并重新接收整车控制单元的永磁电机控制指令。本防溜策略无需更改现有车辆结构或添加任何辅助传感器等硬件设备，实现车辆坡道起步的防溜目的，避免电机处于堵转状态，保证电机及控制单元的正常可靠运行及车辆行驶的安全性能。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：

图1为永磁电机驱动的纯电动大巴车控制系统示意图；

图2为本防溜策略的流程框图。

具体实施方式

本发明永磁电机驱动的纯电动大巴车坡道起步防溜策略包括如下步骤：

步骤一、如图1所示，整车控制单元1采集档位装置2、油门踏板3、手刹装置4以及制动踏板5的状态信息并通过CAN总线与电机控制单元6通讯及交换信息，电机控制单元6采集电流传感器7和旋转变压器8的信息，电流传感器7和旋转变压器8检测永磁电机9运行电流和旋转位置，电机控制单元6通过功率模块10对永磁电机9进行转速和电流双闭环功率控制；

步骤二、如图2所示，当制动踏板已踩下、永磁电机转速小于15r/min时，且该状态持续1~5S，则整车控制单元产生一个刹车触发信号，在刹车触发信号有效前提下，当油门踏板开度小于5%，且档位装置为非空档时，则电机控制单元产生一个防溜功能使能信号，并自动进入防溜控制；

步骤三、当防溜功能使能信号开启，永磁电机进入转速闭环控制，电机控制单元控制永磁电机工作于某个目标转速，该目标转速为车速5km/h或0km/h对应的电机转速，若整车控制单元检测到制动踏板仍然踩下，则通过电机控制单元限制永磁电机输出力矩，否则，恢复永磁电机输出力矩；

步骤四、当整车控制单元检测到油门踏板开度大于15%、档位装置为空档或手刹装置处于驻车位置，则电机控制单元退出防溜控制，同时切换到力矩控制，并重新接收整车控制单元的永磁电机控制指令。

在步骤二和步骤四中，油门踏板开度百分比设定为油门踏板初始开度是0%，完全踩到底开度是100%。

本防溜策略涉及但不限于纯电动直驱大巴车，还包括纯电动中巴车等各类纯电动乘用车的防溜控制，以及具有相似结构的增程式纯电驱动车的防溜控制。车辆在坡道上时，在自身重力分量作用下，将会产生一个沿坡道向下的作用力，导致车辆静态爬坡起步时，发生一定位移的向后溜车。相似地，坡道下坡起步时，则可能发生一定位移的前冲现象，造成碰撞等安全隐患。 

与传统车辆发动机特性不同，永磁电机具有低速大转矩特性，甚至电机堵转时也可以输出峰值力矩。充分利用永磁电机这一特性，通过有效的策略控制，可实现自动平衡负载，防止溜车。在不改变现有车辆机械结构、不增加传感器等硬件成本前提下，仅通过电力电子控制手段实现防溜功能，将是成本最低的解决方案；同时解决电机转速闭环控制滞后响应以及电机堵转带来的风险，保证了车辆行驶的安全性能。

本防溜策略无需更改现有车辆结构或添加任何辅助传感器等硬件设备，在进入防溜控制后，制动踏板未抬起前，便已对车辆施加一个正向作用力。这样在松开制动踏板后，车辆也不会倒溜，解决了电机转速闭环控制时先发生位移，再进行调整的滞后反应。同时，考虑到防溜功能开启且制动踏板踩下时，电机处于堵转状态，对电机力矩做了限制，使得电机控制系统处于安全范围内。松开制动踏板后，恢复力矩限制，即可保证不会出现动力不足向后溜坡的危险。最后，防溜功能开启后，松开制动踏板，车辆会以一个极低的转速运行，避免了电机因转子堵转造成的损坏。

Claims (1)

1.一种永磁电机驱动的纯电动大巴车坡道起步防溜策略，其特征在于本防溜策略包括如下步骤：

步骤一、整车控制单元采集档位装置、油门踏板、手刹装置以及制动踏板的状态信息并通过CAN总线与电机控制单元通讯及交换信息，电机控制单元采集电流传感器和旋转变压器的信息，电流传感器和旋转变压器检测永磁电机运行电流和旋转位置，电机控制单元通过功率模块对永磁电机进行转速和电流双闭环功率控制；

步骤二、当制动踏板已踩下、永磁电机转速小于15r/min时，且该状态持续1～5秒，则整车控制单元产生一个刹车触发信号，在刹车触发信号有效前提下，当油门踏板开度小于5%，且档位装置为非空档时，则电机控制单元产生一个防溜功能使能信号，并自动进入防溜控制；

步骤三、当防溜功能使能信号开启，永磁电机进入转速闭环控制，电机控制单元控制永磁电机工作于某个目标转速，该目标转速为车速5km/h或0km/h对应的电机转速，若整车控制单元检测到制动踏板仍然踩下，则通过电机控制单元限制永磁电机输出力矩，否则，恢复永磁电机输出力矩；

步骤四、当整车控制单元检测到油门踏板开度大于15%、档位装置为空档或手刹装置处于驻车位置，则电机控制单元退出防溜控制，同时切换到力矩控制，并重新接收整车控制单元的永磁电机控制指令。