CN105584384A - 一种纯电动车的四象限控制系统及其控制方法 - Google Patents

一种纯电动车的四象限控制系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种纯电动车的四象限控制系统及其控制方法，四象限控制系统包括依次连接的信号输入模块，整车控制器和电机控制器，所述信号输入模块包括油门踏板信号、制动踏板信号、挡位信号和电机转速信号，整车控制器根据上述四个输入信号判断车辆实际状态和计算目标扭矩，并发送扭矩输出指令到电机控制器，电机控制器根据接收到的扭矩进行扭矩闭环，控制电机输出扭矩，并根据电机上的电流传感器计算得到电机的实际扭矩，反馈给整车控制器。本发明通过四象限的方法来分别进行控制，大大简化了控制策略，减小了控制策略的复杂程度，可以很好的避免不准确或不完全的控制策略导致的逻辑错误，提高了代码控制的安全性。

Description

一种纯电动车的四象限控制系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种电动车控制，特别涉及一种纯电动车的四象限控制系统及其控制方法。
背景技术
如图1所示，为典型的电动车驱动结构，电机作为驱动源，通过减速器减速增扭，传到车轮上驱动车轮。由于电机特性的不同，一般纯电动车取消了变速箱，这样的纯电动车如何控制是一个新的问题。以专利CN201210035496.7为例，一般现有的控制只考虑驱动和制动两个模式，当驾驶员踩下油门时，控制系统进入驱动模式，系统发出正扭矩，驱动系统前行；当驾驶员踩下制动踏板时，控制系统进入制动模式，系统发出负扭矩，系统制动。
此策略虽然简单，但无法完全覆盖现实中出现的所有工况。如车辆此时处在倒车工况时，如果踩油门，系统认为是正扭矩驱动，而实际情况刚刚相反。另外，如果车辆从倒车变成前行时，电机从反转到0，再到正转，期间扭矩如何控制，特别是扭矩方向如何控制，是目前系统中一个很大的难题。
从内燃机为驱动源的传统汽车变成以电机为驱动的电动车，由于电机与内燃机的特性不同，如电机的正转和反转的扭矩特性基本一致，而内燃机不能反转，因此电动车可以取消变速箱。由于这些不同的特性，带来电动车驱动系统不同的设计方案。
发明内容
本发明目的是：提供一种纯电动车的四象限控制系统及其控制方法，用四象限的工况分析法进行工况分类，对每种工况单独控制，以保证覆盖电动车的所有工况。
本发明的技术方案是：
一种纯电动车的四象限控制系统，包括依次连接的信号输入模块，整车控制器和电机控制器，所述信号输入模块包括油门踏板信号、制动踏板信号、挡位信号和电机转速信号，整车控制器根据上述四个输入信号判断车辆实际状态和计算目标扭矩，并发送扭矩输出指令到电机控制器，电机控制器根据接收到的扭矩进行扭矩闭环，控制电机输出扭矩，并根据电机上的电流传感器计算得到电机的实际扭矩，反馈给整车控制器。
优选的，所述电机控制器还根据电机上的转速传感器计算得到电机的转速，反馈给整车控制器。
优选的，所述整车控制器由一个16位的控制芯片作为计算核心，包括硬件引脚将信号输入模块的输入信号采集进来，与电机控制器之间通过采用CAN总线连接。
优选的，所述电机控制器由一个32位的控制芯片作为计算核心。
一种纯电动车的四象限控制方法，包括步骤：
S1、将电动车的实际工况分成四个象限，横坐标采用电动车电机的扭矩，纵坐标采用电机的转速：
第一象限的电机扭矩为正、转速为正，表示车辆处于前进驱动状态；
第二象限的电机扭矩为负、转速为正，表示车辆处于前进制动状态；
第三象限的电机扭矩为负、转速为负，表示车辆处于后退驱动状态；
第四象限的电机扭矩为正、转速为负，表示车辆处于后退制动状态；
S2、判断电动车当前工况所属象限以及驾驶员的目标意图；
S3、根据电动车当前工况所属象限以及驾驶员的目标意图，选用对应的扭矩图控制电机运转。
具体的，判断电动车当前工况所属象限的方法为：先判断当前实际扭矩是否为正，如扭矩为正，则再判断转速是否为正，如为正则处在第一象限，如为负，则处在第四象限；如扭矩为负，则再判断转速是否为正，如为正则处在第二象限，如为负，则处在第三象限。
具体的，判断电动车当前工况属于第一象限时，先判断制动踏板是否被踩下，如果被踩下，则使用制动能回收的扭矩图；如果制动踏板未被踩下，则判断油门踏板是否被踩下，如果被踩下，使用油门踏板的扭矩图；如果油门踏板没踩，则使用默认随转速变化的扭矩图，模拟普通汽油车的怠速前行状态。
具体的，判断电动车当前工况属于第一象限时，代表此时车辆处在D档前进状态，继续判断档位是否在D档，如果在D档，继续使用加速油门对应的扭矩，如果处在R档，则扭矩符号变成负号，状态到了第二象限。
本发明的优点是：
本发明结合了目前汽车电气化的大趋势，省掉了一个变速箱，而通过控制策略来解决整个控制问题，由于增加了前进档和倒档的策略判断，策略相对复杂。而本发明通过四象限的方法来分别进行控制，大大简化了控制策略，减小了控制策略的复杂程度，可以很好的避免不准确或不完全的控制策略导致的逻辑错误，提高了代码控制的安全性。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为现有的典型纯电动车驱动的结构示意图；
图2为本发明所述的纯电动车的四象限控制系统的原理图；
图3为本发明所述的纯电动车的四象限驱动工况图；
图4为本发明所述的判断电动车当前工况所属象限的逻辑图；
图5本发明所述的在第一象限的控制逻辑图。
具体实施方式
如图2所示，本发明所揭示的纯电动车的四象限控制系统，包括依次连接的信号输入模块10，整车控制器15和电机控制器16，所述信号输入模块10包括油门踏板信号11、制动踏板信号12、挡位信号13和电机转速信号14，整车控制器15根据上述四个输入信号判断车辆实际状态和计算目标扭矩，并发送扭矩输出指令到电机控制器16，电机控制器16根据接收到的扭矩进行扭矩闭环，控制电机输出扭矩，并根据电机上的电流传感器计算得到电机的实际扭矩，反馈给整车控制器15。所述电机控制器16还根据电机上的转速传感器计算得到电机的转速，反馈给整车控制器15，作为对信号输入模块的电机转速信号14的补充。
所述整车控制器15由一个16位的控制芯片作为计算核心，包括硬件引脚将信号输入模块的输入信号采集进来，由于与电机控制器的交互信号较多，因此通过采用CAN总线与电机控制器16连接，整车控制器完成坡度起步的主控制，包括信号的处理，目标扭矩的计算，车辆实际状态的判断。
所述电机控制器16由一个32位的控制芯片作为计算核心，实现电机扭矩的高速计算。电机控制器接收整车控制电机的扭矩输出指令，并将实际状态如转速、扭矩反馈给整车控制器。电机控制器根据接收到的扭矩进行扭矩闭环，控制电机输出扭矩；并根据电机上的电流传感器和转速传感器计算得到电机的实际扭矩和转速。
本发明涉及的控制系统将电动车的实际工况分成如四个象限，如图3所示。横坐标采用电机的扭矩，而不采用的车辆输出扭矩，即不减去车辆的阻力矩，电机的扭矩为正，不代表实际车辆处在加速状态，而只是系统认为此时车辆处在驱动状态，采用此扭矩的好处是可以不考虑汽车所处的阻力，增加模型的精确性。因为此阻力随着环境如坡度变化很大，无法精确得到。纵坐标采用电机的转速，用它可以表征车辆的状态，即电机转速为正，车辆前进，转速为负，车辆后退。
本发明的特征是第一象限1为扭矩和转速都为正，这时电机正转，电机发出正扭矩，表示车辆处于前进驱动状态；
第二象限2转速为正，而扭矩为负，这时电机正转，电机发出负扭矩，表示车辆处于前进制动状态；
第三象限3转速为负，扭矩为负，这时电机反转，电机发出负扭矩，表示车辆处于后退驱动状态；
第四象限4转速为负，而电机为正，这时电机反转，电机发出正扭矩，表示车辆处于后退制动状态。
本控制策略的稳态工况分成以上四种象限。在实际工况中还涉及到不同象限之间的移动情况，具体如下：
从第1象限到第2象限，表示车辆处在前进状态，驾驶员要求从驱动到制动；
从第2象限到第1象限，表示车辆处在前进状态，驾驶员要求从制动到驱动；
从第2象限到第3象限，表示车辆状态从前进制动到后退驱动；
从第3象限到第2象限，表示车辆状态从后退驱动到前进制动；
从第3象限到第4象限，表示车辆处在后退状态，驾驶员要求从驱动到制动；
从第4象限到第3象限，表示车辆处在后退状态，驾驶员要求从制动到驱动；
从第4象限到第1象限，表示车辆从后退制动到前进驱动；
从第1象限到第4象限，表示车辆从前进驱动道后退制动。
还有几种工况实际上虽然很难发生，但是在车辆使用中还需要考虑到。
从第1象限到第3象限，表示车辆从前进驱动到后退驱动；
从第3象限到第1象限，表示车辆从后退驱动到前进驱动；
从第2象限到第4象限，表示车辆从前进制动后后退制动；
从第4象限到第2象限，表示车辆从后退制动到前进制动。
由于横坐标控制采用的是电机的扭矩，本发明让其与驾驶员的意图即油门踏板和制动踏板直接相联系，即油门踏板表示驾驶员驱动，制动踏板表示驾驶员制动，根据当前所处的情况，来判断这时应该输出正扭矩还是负扭矩。
如图4所示，判断电动车当前工况所属象限的方法为：先判断当前实际扭矩是否为正，如扭矩为正，则再判断转速是否为正，如为正则处在第一象限，如为负，则处在第四象限；如扭矩为负，则再判断转速是否为正，如为正则处在第二象限，如为负，则处在第三象限。
下面以第一象限为例，说明处在第一象限的逻辑控制方法。
如图5所示，当处在第一象限时，先判断是否制动踏板被踩下，如果被踩，则使用制动能回收的扭矩图，具体扭矩随转速和踏板深度变化，低转速一般不使用电机的制动能回收，因为功率效率较低，而刹车力由刹车系统提供，实际的制动力图需要车上标定。如果没踩下，则判断是否加速度踏板被踩下，如果被踩，说明处在加速状态，使用油门踏板的扭矩图，具体扭矩随踏板深度变化，曲线同样需要标定。如果油门踏板没踩，可以使用默认随转速变化的扭矩图，模拟普通汽油车的怠速前行状态。
本发明的策略认为当处在第一象限，代表此时处在D档前进状态，但不代表下一时刻还在D档。本策略继续判断档位是否在D档，如果在D档，继续使用加速油门对应的扭矩，如果处在R档，则扭矩符号变成负号。状态到了第二象限。
其他象限的控制策略类似，但符号存在不同，需要考虑。当处在第二和第三象限，相应的D档，扭矩符号需要变成负号。因为此时车辆处在R档，加速时扭矩符号需要反过来。
本发明的特征在于使用四象限将实际整车的状态化成四个区域，对四个区域分别进行控制。由于实际工况复杂，而使用四象限的单独控制则将复杂的逻辑简单化，可以很好的避免不准确或不完全的控制策略导致的逻辑错误，从而引起车辆控制的严重安全问题。

Claims (8)

1.一种纯电动车的四象限控制系统，其特征在于：包括依次连接的信号输入模块，整车控制器和电机控制器，所述信号输入模块包括油门踏板信号、制动踏板信号、挡位信号和电机转速信号，整车控制器根据上述四个输入信号判断车辆实际状态和计算目标扭矩，并发送扭矩输出指令到电机控制器，电机控制器根据接收到的扭矩进行扭矩闭环，控制电机输出扭矩，并根据电机上的电流传感器计算得到电机的实际扭矩，反馈给整车控制器。
2.根据权利要求1所述的纯电动车的四象限控制系统，其特征在于：所述电机控制器还根据电机上的转速传感器计算得到电机的转速，反馈给整车控制器。
3.根据权利要求1所述的纯电动车的四象限控制系统，其特征在于：所述整车控制器由一个16位的控制芯片作为计算核心，包括硬件引脚将信号输入模块的输入信号采集进来，与电机控制器之间通过采用CAN总线连接。
4.根据权利要求3所述的纯电动车的四象限控制系统，其特征在于：所述电机控制器由一个32位的控制芯片作为计算核心。
5.一种纯电动车的四象限控制方法，其特征在于，包括步骤：
S1、将电动车的实际工况分成四个象限，横坐标采用电动车电机的扭矩，纵坐标采用电机的转速：
第一象限的电机扭矩为正、转速为正，表示车辆处于前进驱动状态；
第二象限的电机扭矩为负、转速为正，表示车辆处于前进制动状态；
第三象限的电机扭矩为负、转速为负，表示车辆处于后退驱动状态；
第四象限的电机扭矩为正、转速为负，表示车辆处于后退制动状态；
S2、判断电动车当前工况所属象限以及驾驶员的目标意图；
S3、根据电动车当前工况所属象限以及驾驶员的目标意图，选用对应的扭矩图控制电机运转。
6.根据权利要求5所述的纯电动车的四象限控制方法，其特征在于，判断电动车当前工况所属象限的方法为：先判断当前实际扭矩是否为正，如扭矩为正，则再判断转速是否为正，如为正则处在第一象限，如为负，则处在第四象限；如扭矩为负，则再判断转速是否为正，如为正则处在第二象限，如为负，则处在第三象限。
7.根据权利要求6所述的纯电动车的四象限控制方法，其特征在于，判断电动车当前工况属于第一象限时，先判断制动踏板是否被踩下，如果被踩下，则使用制动能回收的扭矩图；如果制动踏板未被踩下，则判断油门踏板是否被踩下，如果被踩下，使用油门踏板的扭矩图；如果油门踏板没踩，则使用默认随转速变化的扭矩图，模拟普通汽油车的怠速前行状态。
8.根据权利要求7所述的纯电动车的四象限控制方法，其特征在于，判断电动车当前工况属于第一象限时，代表此时车辆处在D档前进状态，继续判断档位是否在D档，如果在D档，继续使用加速油门对应的扭矩，如果处在R档，则扭矩符号变成负号，状态到了第二象限。
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