CN104015631A - 一种电动汽车电驱动电子控制装置 - Google Patents

Abstract

一种电动汽车电驱动电子控制装置属汽车电子控制领域，是国家倡导且大力支持的技术发展方向，由设定目标转速信号输入装置(1)、电驱动当前转速传感器(2)、电驱动电子控制单元(3)、电驱动旋转输出轴负载扭矩传感器(4)、电驱动调速驱动模块(5)组成，调节电动汽车电驱动转速的同时实现每时每刻调控电动汽车电驱动驱动功率与负载需求功率相匹配。在电动汽车电驱动调速过程中，电动汽车电驱动电子控制装置根据目标转速、负载扭矩对电动汽车电驱动线圈绕组供电时间进行调节，间接实现对电动汽车电驱动当前转速调节，同时实现电动汽车电驱动驱动功率与负载需求功率相匹配。

Description

一种电动汽车电驱动电子控制装置

一、技术领域

本案属汽车电子控制领域，是国家倡导且大力支持的技术发展方向。

二、背景技术

当今，世界面临地球环境恶化难题，全世界社会精英都在关注此难题，并共同作出节能减排、低碳经济对策。

传统的汽车发动机使用燃油作能量原料，运转过程中排放的尾气，破坏自然环境，针对这种情况，电动汽车脱颖而出，整个社会正投入大量的人力、物力、财力做研究，并取得一些成果，电动汽车电驱动电子控制装置(ECU)研究成果也出现欣欣向荣的喜人景象，但电动汽车电驱动电子控制装置(ECU)关系到动力电池储存电能的利用，也关系到电动汽车的驱动能力，集中体现电动汽车的动力性、电能能耗的经济性、制动性、操纵稳定性、平顺性、通过性及驾驶舒适性。本案综合考虑上述因素，提出一种电动汽车电驱动电子控制新思路，从电动汽车电驱动输入功率与负载功率需求匹配角度考虑，设计电动汽车电驱动电子控制方案，即一种电动汽车电驱动电子控制装置。

三、发明内容

本发明的目的是提供一种新的电动汽车电驱动电子控制设计方案——一种电动汽车电驱动电子控制装置，调节电动汽车电驱动转速的同时实现每时每刻调控电动汽车电驱动驱动功率与负载需求功率相匹配。

本案是一种电动汽车电驱动电子控制装置，由设定目标转速信号输入装置(1)、电驱动当前转速传感器(2)、电驱动电子控制单元(3)、电驱动旋转输出轴负载扭矩传感器(4)、电驱动调速驱动模块(5)组成。

图中，设定目标转速信号输入装置(1)由电动汽车驾驶人员控制，其功用如同传统电喷燃油汽车的油门踏板，为电驱动电子控制单元(3)提供电动汽车驾驶人员设定电驱动目标转速信号；电驱动当前转速传感器(2)采集电动汽车电驱动当前实际转速，为电驱动电子控制单元(3)提供电动汽车电驱动当前实际转速信号；电驱动旋转输出轴负载扭矩传感器(4)采样电动汽车电驱动负载，以负载扭矩的物理量提供给电驱动电子控制单元(3)；电驱动调速驱动模块(5)是电力电子执行机构，接收电驱动电子控制单元(3)发出的占空比指令，控制电动汽车电驱动线圈绕组供电时间与断电时间。

该发明在工作中能够实现每时每刻调控电动汽车电驱动驱动功率与负载需求功率相匹配。

四、附图说明

附图是一种电动汽车电驱动电子控制装置工作原理示意图。

五、具体实施方式

本案适用于开关供电类型电驱动，如电力发动机(专利号：201010171217.0)、开关磁阻电动机、无刷直流电动机等，该类型电驱动特点是工作过程中电流恒定，通过调节对电驱动线圈绕组供电时间实现调节电驱动输出功率。具体计算：假设电驱动当前转速为n，单位为转/分，则电驱动的旋转周期ζ为单位为秒，假如在电驱动的旋转周期ζ内对电驱动线圈绕组的供电时间为t(0≤t≤ζ)，单位为秒，则在电驱动的旋转周期ζ内作用在负载上的功W为U*I*η*t，单位为焦耳，其中，U是电驱动工作电压，单位为伏特，I是电驱动线圈绕组内工作电流，单位为安培，η是电驱动电能转换为机械能的效率；则在电驱动的旋转周期ζ内电驱动驱动功率P为或单位为瓦，令为D，则在电驱动的旋转周期ζ内电驱动驱动功率P可表示为U*I*η*D。

D即为占空比，值域为0≤D≤1，通过上述可知，占空比D是电驱动的旋转周期ζ内对电驱动线圈绕组的供电时间为t与电驱动的旋转周期ζ之比，换言之，只要知道占空比D与电驱动当前转速为n(电驱动的旋转周期ζ)，即可知道电驱动的旋转周期ζ内对电驱动线圈绕组的供电时间为t，为D*ζ或

占空比D可由电动汽车电驱动驱动功率与负载需求功率相匹配条件计算出来，占空比D是由负载需求功率决定的，模型推演过程如下：

电动汽车电驱动驱动电动汽车行驶时，电驱动电子控制单元(3)通过设定目标转速信号输入装置(1)实时采集电动汽车驾驶人员操控的预期调控目标转速n_T，单位为转/分；电驱动电子控制单元(3)通过电驱动当前转速传感器(2)实时采集电动汽车电驱动当前转速n_C，单位为转/分；电驱动电子控制单元(3)通过电驱动旋转输出轴负载扭矩传感器(4)实时采集电动汽车电驱动拖动负载扭矩T，单位为牛·米。同时，电驱动电子控制单元(3)根据电动汽车电驱动驱动功率与负载需求功率相匹配的最经济行驶条件原则通过电驱动电子控制单元(3)实时采集的数据n_T、n_C、T计算占空比D(0≤D≤1)，具体计算如下：

电动汽车电驱动驱动功率P_d，单位为瓦

P_d＝U*I*η*D

负载需求功率P₁，单位为千瓦

$P_1=\frac{n_T*T}{9549.297}$

电动汽车电驱动驱动功率与负载需求功率相匹配，即

$\frac{P_d}{1000}=P_1$

$\frac{U*I*\mathrm{\η}*D}{1000}=\frac{n_T*T}{9549.297}$

计算占空比D

$D=\frac{n_T*T}{U*I*\mathrm{\η}*9.549297}$

同理，计算当前占空比D′

$D^{\′}=\frac{n_C*T}{U*I*\mathrm{\η}*9.549297}$

电驱动电子控制单元(3)根据D、D′、n_T、n_C、T控制电驱动调速驱动模块(5)执行对电动汽车电驱动线圈绕组的供电操作与断电操作，进而对电动汽车电驱动进行调速操作及调驱动功率操作，使得电动汽车电驱动转速达到目标转速，使得电动汽车电驱动驱动功率与负载需求功率相匹配。具体过程如下：

首先，计算当前占空比D′与目标占空比D绝对差值与当前转速n_C与目标转速n_T绝对差值。

ΔD＝|D′-D|

Δn＝|n_C-n_T|

其次，根据T计算电动汽车行驶过程中所允许的一次性占空比调节级距ΔD′与电动汽车行驶过程中所允许的一次性转速调节级距Δn′。

ΔD′∝K_d*T

$\mathrm{\Δ}{n}^{\′}\∝\frac{K_n}{T}$

K_d是占空比调节级距系数，K_n是转速调节级距系数，K_d、K_n均在桌面模型标定(calibration)、台架标定及整车标定中逐渐精确确定。

再次，比较ΔD与ΔD′，同时比较Δn与Δn′，只要ΔD≤ΔD′，且Δn≤Δn′，则只需在当前占空比D′基础上与与当前转速n_C基础上一次性调节到目标占空比D与目标转速n_T；若ΔD＞ΔD′，则在当前占空比D′基础上分多次调节到目标占空比D，每一次调节过程中占空比调节级距须小于或等于ΔD′，且每一次调节后，需循环上述实施整个计算控制过程，以多次逐渐逼近目标占空比D的方式调节，总的调节次数为对取整数商加1；若Δn＞Δn′，则在当前转速n_C基础上分多次调节到目标转速n_T，每一次调节过程中转速调节级距须小于或等于Δn′，且每一次调节后，需循环上述实施整个计算控制过程，以多次逐渐逼近目标转速n_T的方式调节，总的调节次数为对取整数商加1；若ΔD＞ΔD′，且Δn＞Δn′，则分别按上述ΔD＞ΔD′和Δn＞Δn′调节方式进行调节。

最后，根据基于当前占空比D计算出的本次调节占空比及基于当前转速n_C计算出的电动汽车电驱动当前旋转周期，算出电动汽车电驱动当前旋转周期内为电动汽车电驱动线圈绕组供电时间(计算过程参阅上述相关内容)，电驱动电子控制单元(3)根据电动汽车电驱动当前旋转周期内为电动汽车电驱动线圈绕组供电时间控制电驱动调速驱动模块(5)执行对电动汽车电驱动线圈绕组的供电操作与断电操作。

Claims (6)

1.一种电动汽车电驱动电子控制装置，其特征在于：由设定目标转速信号输入装置(1)、电驱动当前转速传感器(2)、电驱动电子控制单元(3)、电驱动旋转输出轴负载扭矩传感器(4)、电驱动调速驱动模块(5)组成，设定目标转速信号输入装置(1)由电动汽车驾驶人员控制，为电驱动电子控制单元(3)提供电动汽车驾驶人员设定电驱动目标转速信号；电驱动当前转速传感器(2)采集电动汽车电驱动当前实际转速，为电驱动电子控制单元(3)提供电动汽车电驱动当前实际转速信号；电驱动旋转输出轴负载扭矩传感器(4)采样电动汽车电驱动负载，以负载扭矩的物理量提供给电驱动电子控制单元(3)；电驱动调速驱动模块(5)是电力电子执行机构，接收电驱动电子控制单元(3)发出的占空比指令，控制电动汽车电驱动线圈绕组供电时间与断电时间。

2.如权利要求1所述的电动汽车电驱动电子控制装置，其特征在于：所述电驱动电子控制单元(3)周围同时布置所述设定目标转速信号输入装置(1)、所述电驱动当前转速传感器(2)、所述电驱动旋转输出轴负载扭矩传感器(4)、所述电驱动调速驱动模块(5)，且所述电驱动电子控制单元(3)与所述设定目标转速信号输入装置(1)、所述电驱动当前转速传感器(2)、所述电驱动旋转输出轴负载扭矩传感器(4)、所述电驱动调速驱动模块(5)之间分别用导线连接。

3.如权利要求1所述的电动汽车电驱动电子控制装置，其特征在于：所述电驱动电子控制单元(3)通过所述设定目标转速信号输入装置(1)实时采集电动汽车驾驶人员操控的预期调控目标转速n_T，单位为转/分；所述电驱动电子控制单元(3)通过所述电驱动当前转速传感器(2)实时采集电动汽车电驱动当前转速n_C，单位为转/分；所述电驱动电子控制单元(3)通过所述电驱动旋转输出轴负载扭矩传感器(4)实时采集电动汽车电驱动拖动负载扭矩T，单位为牛·米，同时，所述电驱动电子控制单元(3)根据电动汽车电驱动驱动功率与负载需求功率相匹配的最经济行驶条件原则通过所述电驱动电子控制单元(3)实时采集的数据n_T、n_C、T计算占空比D(0≤D≤1)与D′(0≤D′≤1)，占空比D计算公式是占空比D′计算公式是

4.如权利要求1所述的电动汽车电驱动电子控制装置，其特征在于：所述电驱动电子控制单元(3)根据D、D′、n_T、n_C、T控制所述电驱动调速驱动模块(5)执行对电动汽车电驱动线圈绕组的供电操作与断电操作，进而对电动汽车电驱动进行调速操作及调驱动功率操作，使得电动汽车电驱动转速达到目标转速，使得电动汽车电驱动驱动功率与负载需求功率相匹配。

5.如权利要求1所述的电动汽车电驱动电子控制装置，其特征在于：所述电驱动电子控制单元(3)每一次完成调电动汽车电驱动转速与完成调电动汽车电驱动驱动功率后，须继续循环控制模型推演整个计算控制过程，以多次逐渐逼近目标转速n_T和负载需求功率的方式进行调节。

6.如权利要求1所述的电动汽车电驱动电子控制装置，其特征在于：所述电驱动电子控制单元(3)根据基于当前占空比D计算出的本次调节占空比及基于当前转速n_C计算出的电动汽车电驱动当前旋转周期，算出电动汽车电驱动当前旋转周期内为电动汽车电驱动线圈绕组供电时间，为本次调节占空比与电动汽车电驱动当前旋转周期的乘积，且所述电驱动电子控制单元(3)根据电动汽车电驱动当前旋转周期内为电动汽车电驱动线圈绕组供电时间控制所述电驱动调速驱动模块(5)执行对电动汽车电驱动线圈绕组的供电操作与断电操作。