CN105564268A - 用于速度控制电力驱动器的调整方法和实施该方法的设备 - Google Patents

用于速度控制电力驱动器的调整方法和实施该方法的设备 Download PDF

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Abstract

本公开描述了一种用于电动车辆的速度控制电力驱动器的调整方法和实施该方法的设备。在该方法中，基于约束速度参考通过频率转换器来控制电力驱动器的旋转速度。该方法包括：确定旋转速度；接收无约束速度参考；基于无约束速度参考计算约束速度参考，其中，约束速度参考的变化率被限制到预定范围；以及如果确定的旋转速度的值处在约束速度参考的值和无约束速度参考的值之间，则将约束速度参考的值设置为与确定的旋转速度的值相同。

Description

用于速度控制电力驱动器的调整方法和实施该方法的设备
技术领域
本公开涉及电动车辆的速度控制电力驱动器，并且更加具体地涉及驱动器的速度参考的调整。
背景技术
典型地，电动车辆通过转矩控制的电力驱动器提供动力。然而，在一些应用中，速度控制的电力驱动器的使用可能是可取的。通过使用速度控制的驱动器可以实现一定的效益和节约。
然而，例如当速度参考源于操作员(例如人)操作车辆时，速度控制电力驱动器可能对控制系统构成挑战。例如，速度参考可以源于通过操作员操作的速度踏板。在加速和减速期间，速度参考可以在短时间内显著改变。在本公开的上下文中，术语“加速”指的是速度的增加，亦即加快速度。术语“减速”指的是速度的减小，亦即减慢速度。进一步，如果速度参考源于速度踏板，则速度参考的值可能频繁地改变，并且行进可能变得不平稳。这可能引起对车辆的附加机械应力，其会产生附加的修理费和/或维护费。
为了实现良好定义并且更加容易可控的速度控制控制系统，可以约束请求的速度参考的变化率。如果所请求的速度参考改变太快，则速度参考的变化率可以被限制并且缓慢地斜坡上升(或下降)，以便以受控的方式达到请求的参考的水平。
然而，在某些情形下，斜坡的速度参考可能显著不同于实际速度，这可能以意外的对车辆的加速转矩或减速转矩的形式引起车辆的意外行为。这些转矩尖峰可能引起对车辆的附加机械应力并且导致车辆不稳地移动。
例如，当操作员使电动车辆减速时，请求的速度参考可能减少(例如从5000rpm到0rpm)，并且可能施加机械制动器以便使车辆减慢速度。如果请求的速度参考被斜坡下降，则速度参考的斜坡下降值会相对缓慢地减少。结果，在减速期间，实际速度会低于斜坡的速度参考。实际速度例如也许会达到请求的0rpm的速度参考的水平，而斜坡的速度参考则尚未达到0rmp的水平。如果操作员观察到车辆已经停止，则她/他也许松开制动器。然而，由于斜坡的速度参考尚未达到零水平，所以车辆会突然加速以便达到斜坡的速度参考。这种意外的行为可能导致危险的情况。进一步，在当施加制动器时通过电力驱动器引起的转矩不限于零的实施中，在电力驱动器设法加速而机械制动器使车辆减慢速度时，能量被浪费了。
即使针对减速禁用请求的速度参考的斜坡，斜坡的速度参考的值在加速期间也可能小于实际速度。例如，当通过使用机械制动器减少电动车辆的速度时，这样的情况可能出现。当施加制动器时，通过电力驱动器引起的转矩可以被限制为零。结果，速度仅通过制动器减少。请求的速度参考和斜坡的速度参考两者都可能降至实际速度以下。当松开制动器时，如果斜坡的速度参考低于实际速度，则电力驱动器可能首先减速，以便在开始加速之前达到斜坡的速度参考。
图1a和图1b示出了电动车辆在加速期间的示例曲线。在图1a中，车辆的实际速度υact如实线所示。无约束的请求的速度参考υref如短划线所示。斜坡的速度参考υramp如虚线所示。图1a示出了加速被限制为预定(正)水平。在图1b中，产生的转矩Tact显示为实线。限制加速期间转矩的量值和变化率的约束Tlimit在图1b中如虚线所示。
在图1a和图1b中的时刻t0，施加机械制动器，转矩Tact被限制为零，并且车辆开始减慢速度。实际速度υact相对缓慢地减少，并且请求的速度参考υref和斜坡的速度参考υramp降到实际速度υact以下。在接近t1时刻，操作员想要再次加速车辆(例如通过按压速度踏板)。松开制动器，并且请求的速度参考υref上升。在t1时刻，响应于请求的速度参考υref的变化，斜坡的速度参考υramp开始线性爬升。然而，由于实际速度υact高于斜坡的参考υramp，所以施加用于转矩Tact的负值以便使差异最小化。实际速度υact开始下降。在t2时刻，实际速度υact降至斜坡的参考以下，并且产生用于转矩Tact的正值，从而使车辆加速。
如图1a和图1b所示，电力驱动器在它实际上应该加速时在t1时刻和t2时刻之间减速。在使用斜坡的速度参考的情况下，电动车辆的行进可能是不平稳的，并且响应于操作员的动作，车辆可能具有糟糕的控制。控制电力驱动器的频率转换器可能产生不需要的转矩尖峰。对电力驱动器的参数进行调谐可能是复杂的任务(有时甚至是不可能的任务)。
发明内容
本发明的目的是提供一种方法和用于实施该方法的设备，以便缓解以上缺点。本发明的目的通过在独立权利要求中表述的内容所表征的方法和设备来实现。在从属权利要求中公开了本发明的优选实施例。
在根据本公开的方法中，可以基于斜坡的速度参考来控制电力驱动器的旋转速度。可以通过限制请求的速度参考的变化率来生成斜坡的参考，该请求的速度参考源于对车辆进行操作的操作员。所述方法监视请求的速度参考、斜坡的参考和车辆的实际旋转速度之间的关系。如果实际速度处在请求的速度参考和斜坡的参考之间，则斜坡的参考被给予实际速度的值。这样一来，斜坡的参考和实际速度之间的大间隙就可以避免。结果，加速和减速时的意外行为也可以避免。
根据本公开的方法很好地适合于车载电动驱动器。使用所述方法，斜坡可以用于加速和减速两者。由于速度控制能够使用斜坡，所以可以平滑地并且以受控的方式来执行加速和减速。车辆对操作员的控制行为的控制响应更加可预测并且舒适。该方法可以直接在控制电动车辆的马达的频率转换器中实施。
附图说明
在下文中，参考附图借助于优选实施例来更加详细地描述本发明，在附图中，
图1a和图1b示出了电动车辆在加速期间的示例曲线；
图2示出了根据本公开的示例方法的简化框图；以及
图3示出了根据本公开的方法的操作的示例曲线。
具体实施方式
本公开提出了一种用于电动车辆的速度控制电力驱动器的调整方法。在该方法中，基于约束的速度参考，通过频率转换器来控制电力驱动器的旋转速度。
该方法包括：确定车辆的实际旋转速度；接收用于车辆的无约束速度参考；基于无约束速度参考计算约束速度参考；以及如果确定的旋转速度处在约束速度参考和无约束速度参考之间，则将约束速度参考的值设置为与确定的旋转速度的值相同。在更新约束速度参考的值之后，约束速度参考可以继续根据更新的值斜坡上升(或下降)。术语“无约束速度参考”在本公开的上下文中指的是请求的、无约束的速度参考，其可以基于对电动车辆进行操作的操作员进行的输入而生成。例如，无约束速度参考可以响应于通过操作员开动的控制踏板。然而，术语“操作员”的含义不限于操作车辆的人。例如，操作员可以是产生请求的用于车辆的速度参考的更高级别的控制系统。这样一来，电动车辆例如就可以是自动化的、无人驾驶的车辆。
本公开进一步公开了一种实施该方法的设备。例如，该设备可以是频率转换器，其包括用于执行根据在先权利要求中任何一项所述的方法的装置。如果在频率转换器中实施该方法，则实际旋转速度典型地作为频率转换器的操作参数是可得到的。这样一来，就可以在没有附加传感器的情况下确定实际旋转速度。无约束速度参考可以作为输入在频率转换器中接收。
图2示出了在频率转换器中实施的根据本公开的示例方法的运行周期的简化框图。在图2中，在步骤20中确定电动车辆的实际速度υact以及无约束速度参考υref。实际速度υact可以通过频率转换器确定，并且无约束速度参考υref可以是频率转换器的输入。
在根据本公开的方法中，约束速度参考响应于无约束速度参考。然而，约束速度参考可以通过斜坡函数运行，亦即约束速度参考的变化率可以被限制到预定范围。例如，车辆加速度的量值可以被限制到预定的第一限制。另外，车辆的减速度的量值也可以通过预定的第二限制来限制。第一限制和第二限制的量值可以彼此不同。如果无约束参考的变化率处在针对约束速度参考限定的限制之内，则约束速度参考可以具有和无约束参考相同的值。然而，如果无约束参考的变化率超过预定的限制，则约束参考的变化率被约束到该限制，以便约束参考形成线性斜坡。
在图2中，在步骤21中通过斜坡函数首先根据无约束速度参考υref形成约束速度参考υramp。斜坡函数可以如上所述地操作。
在根据本公开的方法中，如果确定的实际旋转速度的值处在约束速度参考的值和无约束速度参考的值之间，则约束速度参考的值可以设置为与实际旋转速度的值相同。例如，如果无约束速度参考高于实际速度并且约束速度参考低于实际速度，则约束速度参考可以被给予实际速度的值。以类似的方式，如果无约束速度参考低于实际速度并且约束速度参考高于实际速度，则约束速度参考可以被给予实际速度的值。可以相继监视请求的无约束速度参考、斜坡参考和实际旋转速度之间的关系。例如，每次执行斜坡函数时，根据本公开的方法都可以检查实际旋转速度的值是否处在约束速度参考的值和无约束速度参考的值之间。
在图2中，在步骤22中，将实际速度υact与约束速度参考υramp和无约束速度参考υref相比较。如果实际速度υact不在约束速度参考υramp的值和无约束速度参考υref的值之间，则约束速度参考υref通过图2的方法保持不变。然而，如果旋转速度υact处在约束速度参考υramp的值和无约束速度参考υref的值之间，则在步骤23中将约束速度参考υramp设置为实际速度υact的值。
图3示出了图2的方法的操作的示例曲线。和图1相似，电动车辆减慢速度并且在时刻t0之前转矩被限制为零。在t0时刻附近，无约束速度参考开始再次上升。在t0时刻，无约束速度参考υref超过实际速度υact。实际速度υact处在约束速度参考υramp和无约束速度参考υref之间，并且这样一来，该方法就将约束速度参考υramp设置为实际速度υact的值。约束速度参考根据这个更新的值继续其爬升。实际速度υact处在约束参考υramp的下面，并且为了到达约束参考υramp，频率转换器正确地施加正转矩并且车辆开始加速。
对于本领域技术人员而言将会明显的是，可以用各种方式实施本发明的构思。本发明及其实施例不限于上述例子，而是可以在权利要求的范围内变化。

Claims (5)

1.一种用于电动车辆的速度控制电力驱动器的调整方法，其中，基于约束速度参考通过频率转换器来控制所述电力驱动器的旋转速度，其中，所述方法包括：
确定所述旋转速度；
接收无约束速度参考；
基于所述无约束速度参考来计算所述约束速度参考，其中，所述约束速度参考的变化率被限制到预定范围；以及
如果确定的旋转速度的值处在所述约束速度参考的值和所述无约束速度参考的值之间，则将所述约束速度参考的值设置为与确定的旋转速度的值相同。
2.根据权利要求1所述的调整方法，其中，基于对所述电动车辆进行操作的操作员进行的输入来生成所述无约束速度参考。
3.根据权利要求1或2所述的调整方法，其中，通过预定的限制来限制所述车辆的加速的量值。
4.根据在先权利要求中的任何一项所述的调整方法，其中，通过预定的限制来限制所述车辆的减速的量值。
5.一种频率转换器，包括用于执行根据在先权利要求中的任何一项所述的方法的装置。
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