CN105270386A - 控制电机驱动车辆的蠕行扭矩的方法 - Google Patents

Abstract

本文公开了一种控制电机驱动车辆的蠕行扭矩的方法。该方法包括：计算道路的下坡坡度的步骤；使用下坡坡度、预定基本蠕行扭矩、设定速度和对应于设定速度的预定基本蠕行扭矩的补偿系数计算滤波器时间常数的步骤；以及可变控制步骤，将计算出的滤波器时间常数应用于滤波器，将预定基本蠕行扭矩输入至滤波器，并基于从滤波器输出的作为需求扭矩的扭矩值控制电机。

Description

控制电机驱动车辆的蠕行扭矩的方法

技术领域

本发明涉及一种控制电机驱动车辆的蠕行扭矩(creeptorque)的方法，其设计用于防止车辆在下坡斜路上消耗过多能量和无意加速。

背景技术

例如电动车辆、混合动力车辆和燃料电池车辆的、由电机驱动的车辆，由于与内燃机车辆不同、没有怠速扭矩而需要用于蠕行行驶的额外的控制。此外，由于在施加蠕行扭矩期间进行步进控制时可造成乘车不适，因而经滤波将平滑的扭矩输出至电机。然而，在计算用于滤波的时间常数时，蠕行扭矩控制中的扭矩滤波器的时间常数的确定具有如下的权衡关系：

1.为了车辆平滑的蠕行出发的目的(特别是，在爬坡的情况下)，减小时间常数。

2.为了减小出发期间的突然性和减小制动期间制动器的蠕行连接(creepingconnection)(特别是，在平路或下坡斜路上)，增大时间常数。

因此，时间常数越小，过度的蠕行扭矩越多。这过度增加了下坡出发期间的加速量。

在本背景技术部分公开的信息仅仅为了增强对本发明背景的理解，而不应被认为是对该信息构成本领域技术人员已知的现有技术的确认或任何形式的暗示。

发明内容

因此，已鉴于现有技术中存在的上述问题做出了本发明。本发明提出了一种设计用于防止车辆在下坡斜路上消耗过多能量和无意加速的控制电机驱动车辆的蠕行扭矩的方法。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种控制电机驱动车辆的蠕行扭矩的方法。该方法包括：计算道路的下坡坡度的步骤；使用下坡坡度和预定基本蠕行扭矩计算滤波器时间常数的步骤；以及可变控制步骤，其将计算出的滤波器时间常数应用于滤波器，将预定的基本蠕行扭矩输入至滤波器，并基于从滤波器输出的作为需求扭矩的扭矩值控制电机。

可以使用下坡坡度、预定基本蠕行扭矩、设定速度和对应于设定速度的预定基本蠕行扭矩的补偿系数计算滤波器时间常数。

滤波器时间常数可以小于由以下公式计算出的最大时间常数：

$k\≤2v_n{[\frac{\mathrm{AT}}{M}{\left\{\ln (1-\mathrm{\α})\right\}}^2+2\mathrm{g\θ}\ln (1-\mathrm{\α})]}^{-1},$

其中k是滤波器时间常数，v_n是设定速度，A是GR/R_tire,即传动比除以轮胎半径，T是预定基本蠕行扭矩，M是车辆质量，α是预定基本蠕行扭矩的校正因子，g是重力加速度，θ是为负数的下坡坡度。

滤波器时间常数可以大于由以下公式计算出的最小时间常数：

$k{\≥{2v}_n[\frac{\mathrm{AT}}{M}{\left\{\ln (1-\mathrm{\β})\right\}}^2+2\mathrm{g\θ}\ln (1-\mathrm{\β})]}^{-1},$

其中k是滤波器时间常数，v_n是设定速度，A是GR/R_tire,即传动比除以轮胎半径，T是预定基本蠕行扭矩，M是车辆质量，β是预定基本蠕行扭矩的校正因子，g是重力加速度，θ是为负数的下坡坡度。

可变控制步骤可以包括：将计算出的滤波器时间常数应用于滤波器；通过将预定基本蠕行扭矩与传动比除以轮胎半径所得的值相乘而产生基本爬坡能力；将基本爬坡能力输入至滤波器；以及基于从滤波器输出的需求爬坡能力控制电机。

可变控制步骤可以包括：通过从需求爬坡能力中去除重力而产生最终爬坡能力；以及基于最终爬坡能力控制电机。

可以通过将车辆质量、重力加速度和下坡坡度相乘而计算重力。

滤波器可由以下公式表达：

$F\left(s\right)=\frac{1}{k,s+1},$

其中，k是滤波器时间常数。

计算滤波器时间常数的步骤可以包括将预定基本蠕行扭矩设定为由以下公式导出的最大蠕行扭矩分布图：

$T\≅\frac{M}{A}(\stackrel{\·\·}{x}+\mathrm{g\θ}),$

其中T是预定基本蠕行扭矩，M是车辆质量，A是传动比除以轮胎半径，g是重力加速度，θ是为负数的下坡坡度，是车辆加速度。

预定基本蠕行扭矩的加速度分布图可以是按预定下坡坡度的目标加速度分布图。

根据如上所述的控制电机驱动车辆的蠕行扭矩的方法，滤波器时间常数根据下坡斜路的坡度而变化。因此能够产生最优的蠕行扭矩，从而增强乘车舒适度和安全性并提高燃料效率。。

附图说明

从以下结合附图进行的详细说明中将会更加清楚地理解本发明的上述及其他目的、特征和优点，其中：

图1是示出根据本发明的示例性实施方式的控制电机驱动车辆的蠕行扭矩的方法的流程图。

图2是根据本发明的示例性实施方式的控制电机驱动车辆的蠕行扭矩的方法的说明图。

图3是用于执行根据本发明的示例性实施方式的控制电机驱动车辆的蠕行扭矩的方法的目标加速度曲线图的示例。

图4是用于执行根据本发明的示例性实施方式的控制电机驱动车辆的蠕行扭矩的方法的最大蠕行扭矩曲线图的示例。

图5是用于执行根据本发明的示例性实施方式的控制电机驱动车辆的蠕行扭矩的方法的时间常数曲线图的示例。

图6是示出根据本发明的示例性实施方式的控制电机驱动车辆的蠕行扭矩的方法的框图。

图7示出根据本发明的示例性实施方式的控制电机驱动车辆的蠕行扭矩的方法的效果曲线图。

图8是示出车辆的下坡行驶模式的框图。

具体实施方式

现在将更加详细地参照根据本发明的控制电机驱动车辆的蠕行扭矩的方法，其示例性实施方式在附图中示出。只要可能，将在整个附图和说明书中使用相同的附图标记指示相同或类似的部件。

本文所使用的术语仅仅为了说明具体实施例的目的而不意图限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一个”、“一种”和“该”意在也包含复数形式，除非上下文另外清楚地指明。还将理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其群组的存在或添加。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关列出项目的任何和所有组合。

可以理解的是，本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或者其他类似术语包括通常的机动车辆，诸如包括运动型多功能车(SUV)、公交车、卡车、各种商用车辆在内的载客车辆、包括多种艇和船在内的水运工具、航空器，等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆和其他替代燃料车辆(例如，从石油以外的资源取得的燃料)。如本文所提及的，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆。例如同时具有汽油动力和电动力的车辆。

此外，可以理解的是，以下方法可由至少一个适于控制电机驱动车辆的蠕行扭矩的控制器来执行。术语“控制器”是指可包括存储器和/或处理器的硬件设备。存储器可配置成存储程序指令，处理器可配置成执行程序指令以执行以下进一步说明的一个或多个处理。

本发明意在防止电机驱动车辆在下坡斜路上过度加速。根据本发明的示例性实施方式的控制电机驱动车辆的蠕行扭矩的方法包括：计算道路的下坡坡度的下坡坡度计算步骤S100；使用下坡坡度、预设的基本蠕行扭矩、设定速度和对应于设定速度的基本蠕行扭矩的补偿系数计算滤波器时间常数的时间常数计算步骤S200；以及将计算出的时间常数应用于滤波器、将基本蠕行扭矩输入至滤波器、并基于从滤波器输出的作为需求扭矩的扭矩值控制电机的可变控制步骤S300。

通常，电机驱动车辆通过从电机输出人工蠕行扭矩来确保在上坡斜路等上的安全性。然而，当对蠕行扭矩进行一致处理并输出时，与现有技术的内燃机车辆相比，可发生运行不适感。

因此，首先。计算道路的下坡坡度。可使用例如G传感器或精密地图的海拔高度值计算下坡坡度。

导出基本蠕行扭矩，并且在平地上基于基本蠕行扭矩驱动电机。在下坡斜路上，通过修改基本蠕行扭矩来控制电机。

通过基于计算出的下坡坡度改变基本蠕行扭矩的曲线图形状来控制电机。为此，使用下坡坡度、预设的基本蠕行扭矩、设定速度和对应于设定速度的基本蠕行扭矩的补偿系数计算滤波器时间常数；

将计算出的时间常数应用于滤波器，将基本蠕行扭矩输入滤波器，并使用从滤波器输出的作为需求扭矩的扭矩值来控制电机，由此可根据下坡坡度的状况来调整基本蠕行扭矩收敛至目标值的灵敏度。

具体地，如图2中所示，车辆处于下坡斜路的情况可通过以下等式1来建模：

$M\stackrel{\·\·}{x}=\mathrm{\ΣF}=-\mathrm{Mg}\sin \mathrm{\θ}+T\frac{\mathrm{GR}}{R_{\mathrm{tire}}}$

$\begin{array}{c}\stackrel{\·\·}{x}=\frac{1}{M}(-\mathrm{Mg}\sin \mathrm{\θ}+\mathrm{AT})(\←A=\mathrm{GR}/R_{\mathrm{tire}})\\ \≅\frac{1}{M}(-\mathrm{Mg\θ}+\mathrm{AT})(\←\sin \left(x\right)\≅x)\end{array}$

$T\≅\frac{M}{A}(\stackrel{\·\·}{x}+\mathrm{g\θ})$ ……公式1

其中A是传动比除以轮胎半径(GR/R_tire),T是基本蠕行扭矩,M是车辆质量,g是重力加速度，θ是下坡坡度。

图6是示出根据本发明的示例性实施方式的控制电机驱动车辆的蠕行扭矩的方法的框图。根据本发明，计算下坡坡度θ随后将其量化(例如，使用估计模型)，并从下坡坡度的量化值产生时间常数k。然后，将时间常数k应用于滤波器F(s),并将基本蠕行扭矩T与A＝GR/R_tire，即传动比除以轮胎半径的乘积应用于滤波器，从而产生需求爬坡能力。

此外，通过从需求爬坡能力中去除重力而产生最终爬坡能力，并且电机控制器能够基于最终爬坡能力控制电机。为参考起见，通过将最终爬坡能力除以A＝GR/R_tire，即传动比除以轮胎半径，计算出电机所需的驱动扭矩。可基于驱动扭矩进行电机的扭矩控制。

图8中所示的车辆的下坡行驶模型由以下公式2表达：

$\stackrel{\·}{X}\left(s\right)=\frac{1}{M}\{-\mathrm{Mg\θ}\left(s\right)+\left(\frac{A}{\mathrm{ks}+1}\right)T\left(s\right)\}=-\frac{\mathrm{g\θ}}{s}+\left(\frac{A}{\mathrm{ks}+1}\right)\frac{T}{s}$

$\stackrel{\·}{x}\left(t\right)=-\mathrm{g\θt}+\frac{\mathrm{AT}}{M}t+\frac{\mathrm{ATk}}{M}{e}^{-\frac{t}{k}}-\frac{\mathrm{ATk}}{M}\{\←\stackrel{\·}{x}\left(0\right)=0\}$ ……公式2

当在时域中进行逆拉普拉斯变换时，其如下方的部分来表达。

如图3中所示，通过修改下坡斜路上的目标加速度的分布图，产生预期的目标加速度的分布图。将加速度分布图应用于公式1中的由此产生如图4中所示的最大蠕行扭矩的分布图。上述最大蠕行扭矩被称为基本蠕行扭矩。

当公式2经傅里叶级数展开进行线性化时，其可如以下公式3来表达：

$\begin{array}{c}\stackrel{\·}{x}\left(t\right)=-\mathrm{g\θt}+\frac{\mathrm{AT}}{M}t+\frac{\mathrm{ATk}}{M}{e}^{-\frac{t}{k}}-\frac{\mathrm{ATk}}{M}\\ \≅-\mathrm{g\θt}+\frac{\mathrm{AT}}{M}t+(\frac{\mathrm{ATk}}{M}-\frac{\mathrm{AT}}{M}t+\frac{\mathrm{AT}}{2\mathrm{Mk}}{t}^2)-\frac{\mathrm{ATk}}{M}\\ \≅-\mathrm{g\θt}+\frac{\mathrm{AT}}{2\mathrm{Mk}}{t}^2\end{array}$ ......公式3

在上述公式3中，如果假定在t_n时刻速度将达到设定速度V_n，则公式3整理为以下公式4：

$\begin{array}{c}\stackrel{\·}{x}\left(t_n\right)\≅-\mathrm{g\θ}{t}_n+\frac{\mathrm{AT}}{2\mathrm{Mk}}{t}_{n}2=v_n\\ \⇒t_n=\frac{\mathrm{g\θ}+\sqrt{{\left(\mathrm{g\θ}\right)}^2+\frac{2\mathrm{AT}}{\mathrm{Mk}}{v}_n}}{\frac{\mathrm{AT}}{\mathrm{Mk}}}\end{array}$ ……公式4

因此，如果假定在速度达到设定速度V_n的时刻t_n，蠕行扭矩将收敛于预期扭矩γT，则可将公式4的结果应用于公式5的蠕行扭矩模型，从而产生公式6：

$T\left(t\right)=T-{\mathrm{Te}}^{-\frac{t}{k}}$ ……公式5,以及

$k=2v_n{[\frac{\mathrm{AT}}{M}{\left\{\ln (1-\mathrm{\γ})\right\}}^2+2\mathrm{g\θ}\ln (1-\mathrm{\γ})]}^{-1}$ ……公式6,

其中，k是时间常数，V_n是设定速度，A是GR/R_tire,即传动比除以轮胎半径，T是基本蠕行扭矩，M是车辆质量，γ是基本蠕行扭矩的校正因子，g是重力加速度，θ是下坡坡度(即，负数)。

当在速度达到目标设定速度的时刻控制预期蠕行扭矩收敛于最大蠕行扭矩(即，基本蠕行扭矩)的γ倍的γT时，为此目的的滤波器的时间常数必须如以上公式6进行控制。

通过将下坡坡度应用于公式1导出基本蠕行扭矩，并且根据在预期时刻t_n的预期设定速度V_n预设校正因子γ。当作为其变量应用下坡坡度的测量值时确定时间常数。

如果在时刻t_n预期蠕行扭矩等于或大于αT，则时间常数必须小于由以下公式7计算出的最大时间常数：

$k\≤2v_n{[\frac{\mathrm{AT}}{M}{\left\{\ln (1-\mathrm{\α})\right\}}^2+2\mathrm{g\θ}\ln (1-\mathrm{\α})]}^{-1}$ ……公式7,

其中，k是时间常数，v_n是设定速度，A是GR/R_tire,即传动比除以轮胎半径，T是基本蠕行扭矩，M是车辆质量，α是基本蠕行扭矩的校正因子，g是重力加速度，θ是下坡坡度(即，负数)。

如果在时刻t_n预期蠕行扭矩等于或小于βT，则时间常数必须大于由以下公式8计算出的最小时间常数：

$k{\≥{2v}_n[\frac{\mathrm{AT}}{M}{\left\{\ln (1-\mathrm{\β})\right\}}^2+2\mathrm{g\θ}\ln (1-\mathrm{\β})]}^{-1}$ ……公式8，

其中，k是时间常数，v_n是设定速度，A是GR/R_tire,即传动比除以轮胎半径，T是基本蠕行扭矩，M是车辆质量，β是基本蠕行扭矩的校正因子，g是重力加速度，θ是下坡坡度(即，负数)。

时间常数从最大时间常数值与最小时间常数值之间，即图5的曲线图中的按α的k曲线与按β的k曲线之间进行选择，并且上述的校正因子γ可被用作适当的中间值。

在此期间，可变控制步骤S300可将计算出的时间常数应用于滤波器，通过将基本蠕行扭矩与传动比除以轮胎半径所得的值相乘而产生基本爬坡能力，将基本爬坡能力输入至滤波器，并且基于从滤波器输出的需求爬坡能力控制电机。可变控制步骤还可通过从需求爬坡能力中去除重力而产生最终爬坡能力，随后基于最终爬坡能力控制电机。此外，可通过将车辆质量、重力加速度和下坡坡度相乘而计算重力。滤波器的传递函数F(s)可由以下公式9表达：

$F\left(s\right)=\frac{1}{k,s+1}$ ……公式9，

图7示出比较根据本发明的示例性实施方式的控制电机驱动车辆的蠕行扭矩的方法的效果的曲线图。可以理解，当蠕行扭矩的时间常数根据下坡坡度改变时，电机扭矩(扭矩指令)的最大值减小且上升率变缓。还可理解，加速度的峰值减小且最终的负载能量减少。

根据如上所述的控制电机驱动车辆的蠕行扭矩的方法，由于时间常数根据坡度而变化，因此可产生最优的蠕行扭矩，从而提高乘车舒适度和安全性。还可防止在下坡斜路上过度加速，从而改善燃料效率。

尽管为了示例性目的已说明了本发明的示例性实施方式，然而本领域技术人员将会理解，在不偏离如所附权利要求书中所公开的本发明的范围和实质的情况下，各种修改、增加和替代是可能的。

Claims (10)

1.一种控制电机驱动车辆的蠕行扭矩的方法，包括：

计算道路的下坡坡度的步骤；

使用所述下坡坡度和预定基本蠕行扭矩计算滤波器时间常数的步骤；以及

可变控制步骤，将计算出的滤波器时间常数应用于滤波器，将所述预定基本蠕行扭矩输入至所述滤波器，并基于从所述滤波器输出的作为需求扭矩的扭矩值控制电机。

2.根据权利要求1所述的方法，其中使用所述下坡坡度、所述预定基本蠕行扭矩、设定速度和对应于所述设定速度的所述预定基本蠕行扭矩的补偿系数计算所述滤波器时间常数。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述滤波器时间常数小于由以下公式计算出的最大时间常数：

$k\≤{2v}_n{[\frac{\mathrm{AT}}{M}{\left\{\ln (1-\mathrm{\α})\right\}}^2+2\mathrm{g\θ}\ln (1-\mathrm{\α})]}^{-1},$

其中k是滤波器时间常数，v_n是设定速度，A是传动比除以轮胎半径，T是预定基本蠕行扭矩，M是车辆质量，α是预定基本蠕行扭矩的校正因子，g是重力加速度，θ是负的下坡坡度。

4.根据权利要求2所述的方法，其中所述滤波器时间常数大于由以下公式计算出的最小时间常数：

$k\≥{2v}_n{[\frac{\mathrm{AT}}{M}{\left\{\ln (1-\mathrm{\β})\right\}}^2+2\mathrm{g\θ}\ln (1-\mathrm{\β})]}^{-1},$

其中k是滤波器时间常数，v_n是设定速度，A是传动比除以轮胎半径，T是预定基本蠕行扭矩，M是车辆质量，β是预定基本蠕行扭矩的校正因子，g是重力加速度，θ是负的下坡坡度。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述可变控制步骤包括以下步骤：

将计算出的滤波器时间常数应用于所述滤波器；

通过将所述预定基本蠕行扭矩与传动比除以轮胎半径所得的值相乘而产生基本爬坡能力；

将所述基本爬坡能力输入至所述滤波器；以及

基于从所述滤波器输出的需求爬坡能力控制所述电机。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述可变控制步骤包括以下步骤：

通过从所述需求爬坡能力中去除重力而产生最终爬坡能力；以及

基于所述最终爬坡能力控制所述电机。

7.根据权利要求6所述的方法，其中通过将车辆质量、重力加速度和所述下坡坡度相乘而计算所述重力。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述滤波器由以下公式表达：

$F\left(s\right)=\frac{1}{k,s+1},$

其中k是滤波器时间常数。

9.根据权利要求1所述的方法，其中计算滤波器时间常数的步骤包括将所述预定基本蠕行扭矩设定为由以下公式导出的最大蠕行扭矩分布图：

$T\≅\frac{M}{A}(\stackrel{..}{x}+\mathrm{g\θ}),$

其中T是预定基本蠕行扭矩，M是车辆质量，A是传动比除以轮胎半径，g是重力加速度，θ是负的下坡坡度，是车辆加速度。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述预定基本蠕行扭矩的加速度分布图是按预定下坡坡度的目标加速度分布图。