CN107336638B - 防止电动车辆超速的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防止电动车辆超速的方法，包括：获取油门或刹车的踏板信号；将所述踏板信号转换成转矩指令，并根据所述转矩指令输出第一控制参数；监测实际电机转速，并将所述实际电机转速与设定的上限电机转速进行比较；如果所述实际电机转速大于所述上限电机转速，则输出第二控制参数；如果所述实际电机转速小于所述上限电机转速，则输出经过单向限幅的所述第二控制参数；根据所述第一控制参数和所述第二控制参数控制电机运转。通过该方法，可以避免转矩控制与转速控制相互切换导致的程序逻辑相对复杂、以及由人为动作产生误判的问题，从而可有效地提高整车安全性能以及可靠性。

Description

防止电动车辆超速的方法及系统

技术领域

本发明涉及电动车辆领域，尤其涉及一种防止电动车辆超速的方法及系统。

背景技术

随着能源危机的逼近以及人们环保意识的提高，电动车辆越来越受到社会各界的广泛关注。在电动车辆的驾驶过程中，出于对驾驶员和乘客的人身安全以及电机轴承使用寿命的考虑，一般都需要对电动车辆的最高行驶速度进行限制，防止车辆超速行驶；另外，从用户使用角度，车速也可根据不同需求来进行限制。

按照控制方式，对电动车辆的电机转速控制方法通常分为转矩控制模式与转速控制模式。其中，转矩控制模式为开环控制，车辆的加速与减速依靠驾驶员的需求，通过油门或刹车来实现；转速控制模式为闭环控制，根据预设的上限速度以及监测到的实际车速(即实际电机转速)，通过判断此两者的关系来控制车速。

防止电动车辆超速的方法，一种是转矩控制模式，预设一个上限速度，并通过限制对电机的输出来进行限速控制：一旦检测到车速超过最高车速 (即电机转速超过最高电机转速)，就减小电机转矩输出(即功率输出)，超速越多，转矩(功率)减小幅度越大，甚至直接撤掉电机转矩(功率输出)。但这种方法的对于车速的控制精度不高，随着电动车辆的负载变化其控制偏差也会增大，尤其在下坡路段或失速状况，无法保证车速在上限速度以内；

而现有的另一种防止电动车辆超速的技术是通过转速控制模式和转矩控制模式之间的切换：一旦车速近设定的上限速度时，立刻将转矩控制模式切换至转速控制模式；一旦驾驶员有刹车动作或者车辆回落到上限速度以内时，立刻将转速控制模式切换至转矩控制模式。但这种方法需要在控制程序上加入模式切换以及判断逻辑，相对而言程序复杂度高，因而会存在软件反应延迟、运行可靠性不佳等问题，另外根据驾驶员的动作意向来切换控制模式，很容易造成误判，从而导致整车安全性存在隐患以及控制可靠性低等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种防止电动车辆超速的方法及系统，避免现有技术中对转速控制和转矩控制之间进行切换，从而减少了程序的复杂度，也不会因人为动作产生误判，进而大大提高了软件的可靠性以及整车的安全性能。

本发明采用的技术方案如下：

一种防止电动车辆超速的方法，包括：

获取油门或刹车的踏板信号；将所述踏板信号转换成转矩指令，并根据所述转矩指令输出第一控制参数；监测实际电机转速，并将所述实际电机转速与设定的上限电机转速进行比较；如果所述实际电机转速大于所述上限电机转速，则输出第二控制参数；如果所述实际电机转速小于所述上限电机转速，则输出经过单向限幅的所述第二控制参数；根据所述第一控制参数和所述第二控制参数控制电机运转。

优选的是，所述根据所述第一控制参数和所述第二控制参数控制电机运转，包括：将所述第一控制参数与第二控制参数进行叠加，得到第三控制参数；并根据所述第三控制参数控制电机运转。

优选的是，所述第一控制参数为第一目标电流、所述第二控制参数为第二目标电流、及所述第三控制参数为第三目标电流；或者，所述第一控制参数为第一目标转矩、所述第二控制参数为第二目标转矩、及所述第三控制参数为第三目标转矩。

优选的是，所述监测实际电机转速，包括：采集电机运转信息，并将运转信息转换成实际电机转速。

本发明还提供一种防止电动车辆超速的系统，包括：整车控制单元、与所述整车控制单元连接的转矩控制单元、转速控制单元、与所述转速控制单元连接的测速单元及限幅单元、与所述限幅单元和所述转矩控制单元连接的电机控制单元、及与所述电机控制单元连接的电机；所述整车控制单元，用于获取油门或刹车的踏板信号，并将所述踏板信号转换成转矩指今后发送至所述转矩控制单元；所述测速单元，用于监测实际电机转速，并将所述实际电机转速发送至所述转速控制单元；所述转矩控制单元，用于根据所述转矩指令输出第一控制参数；所述转速控制单元，用于比较所述实际电机转速与设定的上限电机转速的关系，并根据比较结果输出第二控制参数；所述限幅单元，用于在所述实际电机转速小于所述上限电机转速时，将所述转速控制单元输出的所述第二控制参数进行单向限幅，并将经过单向限幅后的所述第二控制参数发送至所述电机控制单元；所述电机控制单元，用于根据所述第一控制参数和第二控制参数控制所述电机的运转。

优选的是，所述系统还包括：分别与所述转矩控制单元、所述限幅单元及所述电机控制单元连接的叠加单元；所述叠加单元，用于将所述第一控制参数与所述第二控制参数叠加后，输出第三控制参数至所述电机控制单元；所述电机控制单元根据所述第三控制参数控制所述电机的运转。

优选的是，所述限幅单元与所述转速控制单元集成于一体结构。

优选的是，所述第一控制参数为第一目标电流、所述第二控制参数为第二目标电流、及所述第三控制参数为第三目标电流；或者，所述第一控制参数为第一目标转矩、所述第二控制参数为第二目标转矩、及所述第三控制参数为第三目标转矩。

优选的是，所述转速控制单元、所述转矩控制单元、所述叠加单元、所述限幅单元、及所述电机控制单元集成为一体结构。

优选的是，所述测速单元包括：速度传感器、及转速计算模块；所述速度传感器，用于采集电机运转信息，并将所述电机运转信息发送至所述转速计算模块；所述转速计算模块，用于将所述电机运转信息转换成所述实际电机转速并发送至所述转速控制单元。

本发明相较于现有技术，其有益效果是：根据转矩控制单元输出的第一控制参数与转速控制单元输出的第二控制参数共同对电机进行控制，并且在实际电机转速小于设定的上限速度时，对第二控制参数进行了单向限幅操作，使得第二控制参数的作用仅是对电机起制动作用，从而通过第一控制参数与第二控制参数的结合，不仅有效地防止电动车辆超过限定的速度、减少电机轴承的损伤，而且还解决了转速和转矩两种控制方式相互切换导致的程序复杂、可靠性低的问题，同时，也避免了由人为动作产生误判带来的安全隐患问题。

附图说明

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步描述，其中：

图1为本发明提供的防止电动车辆超速的方法的实施例流程图；

图2为本发明提供的防止电动车辆超速的系统的方框图；

图3为本发明提供的防止电动车辆超速的系统的一具体实施例方框图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本发明提供了一种防止电动车辆超速的方法，如图1所示，包括：

步骤S101、获取油门或刹车的踏板信号；步骤S102、将踏板信号转换成转矩指令；步骤S103、根据该转矩指令输出第一控制参数；

步骤S201、监测实际电机转速；步骤S202将实际电机转速与设定的上限电机转速进行比较；步骤S203、如果实际电机转速大于上限电机转速，则输出第二控制参数；步骤S204、如果实际电机转速小于上限电机转速，则输出经过单向限幅的第二控制参数；

步骤S301根据上述第一控制参数和第二控制参数控制电机运转。

通过上述方法，既可以防止电动车辆超过设定的上限速度，又可以避免转矩控制与转速控制相互切换导致的程序逻辑相对复杂、以及由人为动作产生误判的问题，从而有效地提高了整车安全性能以及可靠性。

对于上述方法的一优选方案：步骤S301可以是将上述第一控制参数和第二控制参数进行叠加，得到第三控制参数，再根据该第三控制参数控制电机运转；

需要说明的是，本领域技术人员可以将上文提及的第一、第二、第三控制参数理解为目标参数，其含义是指，为了达到控制目标，指定的所需参数；并且，在实际应用中还应保证此三个参数的类型的一致性，例如，统一为目标电流或者统一为目标转矩，而对于采用何种具体的参数类型则可根据具体情况而决定，本发明对此不作限定。

此外，针对上述方法，本发明还提供了一种相应的防止电动车辆超速的系统，参见图2，该系统包括：整车控制单元1、与整车控制单元1相连接的转矩控制单元2、转速控制单元3、与转速控制单元相连接的测速单元 4及限幅单元5、与限幅单元5和转矩控制单元2连接的电机控制单元6、以及与电机控制单元6连接的电机7；

其中，整车控制单元1的作用是获取油门或刹车的踏板信号，并将踏板信号转换成转矩指令后，发送至转矩控制单元2；测速单元4的作用是监测实际电机转速，并将实际电机转速发送至转速控制单元3；转矩控制单元2的作用是根据接收到的转矩指令，输出第一控制参数，此处所述转矩指令是指依据油门或刹车踏板的深度对应标定的整车目标转矩(即用户需求的车速对应的输出转矩，在此转矩下整车可以按照用户意图行驶)；转速控制单元3的作用是接收到实际电机转速后，将其与预先设定的上限电机转速进行比较，并根据比较结果输出第二控制参数；限幅单元5的作用是在实际电机转速小于上限电机转速时，将转速控制单元3输出的第二控制参数进行单向限幅，并将经过单向限幅后的第二控制参数发送至电机控制单元6；电机控制单元6的作用是根据上述第一控制参数和第二控制参数控制电机7的运转。

需说明的是：如上所述，对于第一控制参数，其是由用户在驾驶电动车辆时，对电机7进行加速或减速的动作而来，通常而言，是通过踩踏油门或刹车踏板，相应的踏板会向整车控制单元1发送一踏板信号，再经由上述过程对电机7进行控制；但随着车辆智能化的发展，用户对车速进行控制的方式也不仅限于踩踏踏板，比如，还可以通过按钮的方式增速或减速，因此，整车控制单元1也不仅限于根据踏板信号来发送转矩指令。

需要作进一步说明的是：文中提及的第二控制参数是由速度控制单元 3比较实际电机转速和设定的上限速度的关系后，输出的用于控制电机7 运转的参数，其原始目标是将电机7速度维持在设定的上限速度；

通常，在发生如下两种情况时，速度控制单元3会输出第二控制参数：其一，实际电机转速大于设定的上限速度，此时第二控制参数用于控制电机7降速，目标是将车辆速度拉回至该上限速度，可以理解为此时的第二控制参数为负值；其二，实际电机转速小于设定的上限速度，此时第二控制参数用于提升电机7转速，目标是将车辆速度提高至该上限速度，可以理解为此时的第二控制参数为正值；

但对于本发明而言，将电动车辆速度维持在上限速度不是本发明的目的以及要解决的技术问题，本发明的目的是将电动车辆速度控制在上限速度以内，防止其超速。因此，对于上文提及的第二种情况，即第二控制参数为正值的情况，本发明采用了限幅单元5对其进行单向限幅，亦即不需要为正的第二控制参数参与到控制电机转速，此处是指：限幅单元的作用是对第二控制参数的进行单向限幅，亦即对第二控制参数的正或负进行限幅；具体到本发明是指，一旦第二控制参数为正值，限幅单元5便将该第二控制参数限制为0，并且，将为0的第二控制参数输出至电机控制单元6；

本领域技术人员可以理解的是，还可以采用如下方式：无论第二控制参数为正值或为负值，都经由限幅单元5输出到电机控制单元6；第二控制参数为正时，如上所述，限幅单元5将其限制为0后输出值电机控制单元6；第二控制参数为负值时，限幅单元5不对其进行限幅，而直接将其输出至电机控制单元6。

此外，电机控制单元6根据第一控制参数和第二控制参数来控制电机 7运转的方式可以是多样的，为了增强本发明在实际操作中的便行性，在本发明的一具体实施例中限定了一叠加单元，如图3所示的加法器8，即第一控制参数和第二控制参数通过相加的方式得到两者之和，即第三控制参数，电机控制单元6再根据该第三控制参数对电机7转速进行控制；此处需说明，所述叠加单元的选取可以、但不限于采用加法器模块。

前面提到，应保证此三个参数的类型的一致性，在上述具体实施例中，显而易见的是此三个参数的类型也应保持一致，这样才能保证叠加后对电机7进行控制的目的，例如，第一控制参数为第一目标电流、第二控制参数为第二目标电流、及第三控制参数为第三目标电流；或者，所述第一控制参数为第一目标转矩、所述第二控制参数为第二目标转矩、及所述第三控制参数为第三目标转矩；当然，所述三个参数还可以是目标电压，具体类型可依据实际情况而定。

在实际应用中，上述部分单元可以集成为一体结构，例如，转速控制单元3、转矩控制单元2、叠加单元、限幅单元5、及电机控制单元6集成为一体结构；当然，限幅单元5与转速控制单元3也可以另集成于一体结构；此外，关于测速单元4也可以理解为主要由速度传感器9、及转速计算模块10组成；其中，速度传感器9用于采集电机运转信息，并将电机运转信息发送至转速计算模块10；转速计算模块10的作用是将电机运转信息转换成实际电机转速并发送至转速控制单元3。

为使本发明的构思及方案更加清晰，请结合图3，通过本发明提供的一种防止电动车辆超速的系统的另一具体实施例方框图，对该系统的工作原理具体叙述如下：

一方面，电动车辆在行驶过程中，整车控制器(即整车控制单元1) 和转矩控制单元2之间始终进行信息交互，整车控制器采集油门或刹车踏板的深度信息，并将油门或刹车踏板的深度信息转换成对电机7的转矩指令，通过通讯的方式将转矩指令传递给转矩控制单元2，转矩控制单元2 输出需求转矩(即第一控制参数)，或者将需求转矩转换成对应的电流值，进而输出的是该需求电流。

另一方面速度传感器9采集电机7的运转信息，并将其送入到转速计算模块10，得到实际电机转速，所述速度传感器9及转速计算模块10即为上文所述测速单元4；此处是通过一种优选的方式为转速控制单元3采集电机的实际转速，本领域技术人员可以理解的是，还可以通过其他等效的手段获取到电机的实际转速或车辆行驶速度，例如通过TCO或者速度仪表等，本发明对此不作限定。

之后，实际电机转速被送至转速控制单元3，在实际应用中，转速控制单元3多采用PID控制器，PID控制器的给定输入为设定的上限速度；这里需作说明的是，与发动机车辆不同，一般而言，电动车辆的电机转速与行驶速度是成固定正比关系的，即每一行驶速度都有与其相对应的电机转速，因此，本发明所述的设定的上限速度可以是上限电机转速也可以是上限行驶速度，并且，本领域技术人员能够理解的是，该设定的上限速度，可以是为保护电机轴承而设定的车辆允许的最高速度，也可以是根据具体情况而设定的具体上限速度，本发明对此不作限定。

接续上文，PID控制器的反馈输入为转速计算模块10发送的实际电机转速，经过PID控制算法的计算输出第二控制参数；具体是，当反馈输入小于给定输入时，PID控制器输出的第二控制参数为正值；当反馈输入大于给定输入时，PID控制器输出的第二控制参数为负值；此处可以理解为反馈输入与给定输入的偏差越大，输出的第二控制参数的绝对值越大，意味着输出的转矩或电流越大。

在本实施例中，将输出的第二控制单元直接送入限幅器(即限幅单元 5)进行单向限幅，按上文内容，限幅器将为正的第二控制单元限制为0；不对为负的第二控制单元作任何操作；据此，可以认为经过限幅器处理后的第二控制参数则为转速闭环控制中的制动转矩或制动电流。

之后，将转矩控制单元2输出的需求转矩(或电流)、以及PID控制器通过限幅器输出的制动转矩(或电流)送入加法器8(即叠加单元)，加法器将此两个输出量的标量相加，得到最终的目标转矩(或电流)，即第三控制参数；电机控制单元6再根据第三控制参数，提供给电机7相应的控制电压从而控制电机7的运转，进而实现了对电动车辆车速的限制。

在本发明中，转速控制单元3和转矩控制单元2均参与控制运算，转速控制单元3和转矩控制单元2是“与”的关系，而现有技术中转速控制单元3和转矩控制单元2是“或”的关系，因此，本发明既能够有效地将车速限制在上限车速之内，又在控制上避免了对转速控制和转矩控制进行切换的逻辑判断，从而降低了软件的复杂性，也即增强了程序的可靠性，并且能够有效地减小对电机轴承的损害，综合提高整车的安全性能。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种防止电动车辆超速的方法，其特征在于，包括：

获取油门或刹车的踏板信号；

将所述踏板信号转换成转矩指令，并根据所述转矩指令输出第一控制参数；

监测实际电机转速，并将所述实际电机转速与设定的上限电机转速进行比较；

如果所述实际电机转速大于所述上限电机转速，则输出第二控制参数；如果所述实际电机转速小于所述上限电机转速，则输出经过单向限幅的所述第二控制参数；

根据所述第一控制参数和所述第二控制参数控制电机运转。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一控制参数和所述第二控制参数控制电机运转，包括：

将所述第一控制参数与第二控制参数进行叠加，得到第三控制参数；并根据所述第三控制参数控制电机运转。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一控制参数为第一目标电流、所述第二控制参数为第二目标电流或、及所述第三控制参数为第三目标电流；或者，所述第一控制参数为第一目标转矩、所述第二控制参数为第二目标转矩、及所述第三控制参数为第三目标转矩。

4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述监测实际电机转速，包括：采集电机运转信息，并将运转信息转换成实际电机转速。

5.一种防止电动车辆超速的系统，其特征在于，包括：

整车控制单元、与所述整车控制单元连接的转矩控制单元、转速控制单元、与所述转速控制单元连接的测速单元及限幅单元、与所述限幅单元和所述转矩控制单元连接的电机控制单元、及与所述电机控制单元连接的电机；

所述整车控制单元，用于获取油门或刹车的踏板信号，并将所述踏板信号转换成转矩指令后发送至所述转矩控制单元；

所述测速单元，用于监测实际电机转速，并将所述实际电机转速发送至所述转速控制单元；

所述转矩控制单元，用于根据所述转矩指令输出第一控制参数；

所述转速控制单元，用于比较所述实际电机转速与设定的上限电机转速的关系，并根据比较结果输出第二控制参数；

所述限幅单元，用于在所述实际电机转速小于所述上限电机转速时，将所述转速控制单元输出的所述第二控制参数进行单向限幅，并将经过单向限幅后的所述第二控制参数发送至所述电机控制单元；

所述电机控制单元，用于根据所述第一控制参数和第二控制参数控制所述电机的运转。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：分别与所述转矩控制单元、所述限幅单元及所述电机控制单元连接的叠加单元；

所述叠加单元，用于将所述第一控制参数与所述第二控制参数叠加后，输出第三控制参数至所述电机控制单元；

所述电机控制单元根据所述第三控制参数控制所述电机的运转。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述限幅单元与所述转速控制单元集成于一体结构。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第一控制参数为第一目标电流、所述第二控制参数为第二目标电流或、及所述第三控制参数为第三目标电流；或者，所述第一控制参数为第一目标转矩、所述第二控制参数为第二目标转矩、及所述第三控制参数为第三目标转矩。

9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述转速控制单元、所述转矩控制单元、所述叠加单元、所述限幅单元、及所述电机控制单元集成为一体结构。

10.根据权利要求5至9任一项所述的系统，其特征在于，所述测速单元包括：速度传感器、及转速计算模块；

所述速度传感器，用于采集电机运转信息，并将所述电机运转信息发送至所述转速计算模块；

所述转速计算模块，用于将所述电机运转信息转换成所述实际电机转速并发送至所述转速控制单元。