CN107539165A - 一种电动汽车控制方法、电机控制器及驱动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动汽车控制方法、电机控制器及驱动系统，方法包括：当检测到汽车启动时，执行预设时间的预转矩处理后再响应给定转矩，如此可确保车辆启动时刻主动齿轮不会撞击从动齿轮，消除异响；响应给定转矩时，先速度控制模式再转矩控制模式，避免传动系统的共振，确保车辆在低速行驶过程中的稳定性；在汽车完全撤除驱动状态或制动状态时，控制转矩在方向保持不变的基础上逐步减小至预设值后，等待车速到达预设车速值时再撤除转矩，可避免主动齿轮撞击从动齿轮；在驱动状态和制动状态之间互相切换时，控制转矩在方向保持不变的基础上逐步减小至预设值，再将转矩切换为方向相反的转矩后逐步增加到给定转矩，避开零转矩处理，避免打齿。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车领域，尤其涉及一种电动汽车控制方法、电机控制器及驱动系统。
背景技术
近些年,由于具有高效、清洁和安全等特点，纯电动汽车逐步进入人们的日常生活中。纯电动车对于驱动系统的基本要求是低速时能输出大转矩，以适应车辆的起步、加速过程和超车的需求，以及满足较重负荷时的爬坡要求。
对于一般的驾驶员来说，驾驶车辆常常是感性的动作行为，无论对车辆的速度还是加速度的期望并不需要准确到具体的数据。而加速踏板、制动踏板的开度则代表着驾驶员的驾驶意愿。在常规的车辆运行控制策略中，纯电动汽车控制器会根据加速踏板、制动踏板的开度实时调整并控制电机的输出转矩，以达到电机转矩响应实时性的要求。
如图1所示，是纯电动汽车的驱动控制结构的示意图，包括VCU(Vehicle controlunit，整车控制器)、MCU(Microcontroller Unit，电机控制器)、PMSM(permanent magnetsynchronous motor，永磁同步电机)、传动轴、主动齿轮、从动齿轮，VCU与MCU之间通过CAN总线连接，MCU与PMSM通过三相线连接，PMSM通过传动轴与主动齿轮连接，主动齿轮与从动齿轮啮合后即可带动从动齿轮驱动。由于主动齿轮和从动齿轮间存在间隙，在车辆起步过程中如果没有增加主动、从动齿轮啮合过程的处理，控制器控制电机输出转矩在增大的过程中就会出现主动齿轮撞击从动齿轮的现象，从而导致在车辆上出现了异响和抖动，影响了驾驶和乘坐的舒适感，异响和抖动的过程时间取决于主动齿轮、从动齿轮的间隙大小和电机输出转矩的加速度。这个异响过程不仅仅出现在起步阶段，在行车过程中也会出现，具体体现在驾驶员完全松开加速踏板或者制动踏板时、加速踏板和制动踏板之间切换。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种电动汽车控制方法、电机控制器及驱动系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种电动汽车控制方法，方法包括：
当检测到汽车启动时，获取转矩指令并执行预转矩处理操作，所述预转矩处理包括：控制电机以预设转矩驱动主动齿轮以预设低速贴近从动齿轮，并使所述主动齿轮和所述从动齿轮保持在啮合状态，所述预设转矩的方向与前进档或者倒车档的方向相同，所述预设转矩的大小为预设值；
在执行预转矩处理操作达到预设时间后，响应所述转矩指令控制所述电机运行。
较佳的，所述响应所述转矩指令控制所述电机运行包括：
控制电机切换至速度控制模式运行，并实时检测车速和电机的输出转矩；
在车速超过第一预设车速值，且电机的输出转矩小于所述转矩指令中的给定转矩时，控制电机切换至转矩控制模式运行。
较佳的，所述方法还包括：
当检测到汽车在完全撤除驱动状态或制动状态时，将施加到所述主动齿轮的转矩在方向保持不变的基础上逐步减小至所述预设值，并在车速到达第二预设车速值时撤除施加到所述主动齿轮的转矩。
较佳的，所述方法还包括：
当检测到汽车在驱动状态和制动状态之间互相切换时，将施加到所述主动齿轮的转矩在方向保持不变的基础上逐步减小至所述预设值；
在施加到所述主动齿轮的转矩减小到所述预设值时，将所述转矩切换为方向相反的转矩；
将施加到所述主动齿轮的转矩在所述预设值的基础上，保持转矩方向不变并逐步增加到给定转矩。
本发明还公开了一种电动汽车电机控制器，包括：
启动预处理模块，用于在检测到汽车启动时，获取转矩指令并执行预转矩处理操作，所述预转矩处理包括：控制电机以预设转矩驱动主动齿轮以预设低速贴近从动齿轮，并使所述主动齿轮和所述从动齿轮保持在啮合状态，所述预设转矩的方向与前进档或者倒车档的方向相同，所述预设转矩的大小为预设值；
启动响应模块，用于在启动预处理模块执行预转矩处理操作达到预设时间后，响应所述转矩指令控制所述电机运行。
较佳的，所述响应所述转矩指令控制所述电机运行包括：
控制电机切换至速度控制模式运行，并实时检测车速和电机的输出转矩；
在车速超过第一预设车速值，且电机的输出转矩小于所述转矩指令中的给定转矩时，控制电机切换至转矩控制模式运行。
较佳的，所述系统还包括：
力矩撤除控制模块，用于在检测到汽车在完全撤除驱动状态或制动状态时，将施加到主动齿轮的转矩在方向保持不变的基础上逐步减小至所述预设值，并在车速到达第二预设车速值时撤除施加到主动齿轮的转矩。
较佳的，所述系统还包括：
力矩切换控制模块，用于在检测到汽车在驱动状态和制动状态之间互相切换时，将施加到所述主动齿轮的转矩在方向保持不变的基础上逐步减小至所述预设值，在施加到所述主动齿轮的转矩减小到所述预设值时，将所述转矩切换为方向相反的转矩，并将施加到所述主动齿轮的转矩在所述预设值的基础上，保持转矩方向不变并逐步增加到给定转矩。
本发明还要求保护一种电动汽车驱动系统，包括整车控制器、如上所述的电机控制器、电机、传动轴、主动齿轮、从动齿轮，所述整车控制器、电机控制器、电机、传动轴、主动齿轮依次连接。
实施本发明的电动汽车控制方法、电机控制器及驱动系统，具有以下有益效果：当汽车启动时执行预转矩处理后再响应给定转矩，可确保车辆启动时刻主动齿轮不会撞击从动齿轮，从而消除了车辆启动时刻的异响；进一步地，响应给定转矩时，先速度控制模式再转矩控制模式，避免传动系统的共振，确保车辆在低速行驶过程中的稳定性；而且在汽车完全撤除驱动状态或制动状态时，不是直接撤除转矩，控制给到主动齿轮的转矩在方向保持不变的基础上逐步减小至预设值后，等待车速到达第二预设车速值时再撤除给到主动齿轮的转矩，同样可以避免主动齿轮撞击从动齿轮；在驱动状态和制动状态之间互相切换时，控制给到主动齿轮的转矩在方向保持不变的基础上逐步减小至预设值，再将转矩切换为方向相反的转矩后逐步增加到给定转矩，避开零转矩处理，从而避免主动齿轮上无力矩不受控从动齿轮跟随车轮转动出现的打齿的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图：
图1是纯电动汽车的驱动控制结构的示意图；
图2是电动汽车控制方法的流程图；
图3是电动汽车控制方法的实施例一的详细流程图；
图4是电机控制器的结构框图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的典型实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，词语“相等”、“相同”“同时”或者其他类似的用语，不限于数学术语中的绝对相等或相同，在实施本专利所述权利时，可以是工程意义上的相近或者在可接受的误差范围内。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
本说明书中使用的“第一”、“第二”等包含序数的术语可用于说明各种构成要素，但是这些构成要素不受这些术语的限定。使用这些术语的目的仅在于将一个构成要素区别于其他构成要素。例如，在不脱离本发明的权利范围的前提下，第一构成要素可被命名为第二构成要素，类似地，第二构成要素也可以被命名为第一构成要素。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
实施例一：
由于车辆启动时刻如果直接按照给定转矩(即VCU下发给MCU的转矩指令所要求电机达到的转矩)执行，则会在较短的时间内控制电机输出转矩快速增加，这个比较大的转矩就会导致主动齿轮和从动齿轮的撞击。因此，参考图2，实施例一中的方法包括：
S100、当检测到汽车启动时，获取转矩指令并执行预转矩处理操作；
其中，所述预转矩处理包括：控制电机以预设转矩驱动主动齿轮以预设低速贴近从动齿轮，并使所述主动齿轮和所述从动齿轮保持在啮合状态，所述预设转矩的方向与前进档或者倒车档的方向相同，所述预设转矩的大小为预设值；
可以理解的是，预设低速是一个较低的速度，一般为8rpm以内。
S200、在执行预转矩处理操作达到预设时间后，响应所述转矩指令控制所述电机运行。
其中，所述响应所述转矩指令控制所述电机运行包括：控制电机切换至速度控制模式运行，并实时检测车速和电机的输出转矩；在车速超过第一预设车速值，且电机的输出转矩小于所述转矩指令中的给定转矩时，控制电机切换至转矩控制模式运行。
可以理解的是，预设值是一个较小值。预设值的选取与主动齿轮和从动齿轮的间隙和主动齿轮的转动阻力相关，一般可以通过预先测试获取一个合适的固定的预设值，使其适合大部分的电机，测试合格的标准是不会发出异响。同理，预设时间也时通过预先实验选择的一个适合大部分的电机的固定值。
参考图2，具体的，
S1、整车控制器即VCU检测是否有行车命令，如果有则进入S2，否则继续检测；
S2、检测加速踏板的开度是否有效，如果是，则发送包含给定转矩的转矩指令给电机控制器即MCU后进入S3，否则继续检测；
S3、MCU接收到VCU的转矩指令后，执行预设时间的预转矩处理，具体为：控制电机以转矩控制模式运行，以预设转矩驱动主动齿轮以预设低速贴近从动齿轮，并使所述主动齿轮和所述从动齿轮保持在啮合状态，所述预设转矩的方向与前进档或者倒车档的方向相同，所述预设转矩的大小为预设值；
S4、控制电机切换至速度控制模式运行，并实时检测车速和电机的输出转矩；
S5、判断是否同时满足车速超过第一预设车速值且电机的输出转矩小于给定转矩，如果是，则进入S6，否则继续判断；
S6、控制电机切换至转矩控制模式运行。
其中，速度控制模式、转矩控制模式为为常见的两种电机控制模式。速度控制模式是指以控制电机的转速为目的，此时电机的力矩必须为保持该速度而调整。转矩控制模式是指以控制电机的输出力矩为目的，速度大小和外部负载有关，与转矩无关，这两种控制模式为本领域公知技术，此处不再赘述。
需要说明的是，一般情况下VCU的给定转矩较大，车速超过第一预设车速值时，电机的输出转矩会小于给定转矩较，但是也不排除会出现VCU的给定转矩较小的可能，这个时候车辆可以一直为速度控制模式并以一个很低的车速在运行，不会有影响。因此优选的，步骤S5可以进一步优化为：如果车速小于第一预设车速值，且电机的输出转矩等于给定转矩时，则控制电机保持在速度控制模式运行，且电机的输出转矩不再增加。
实施例一中当汽车启动时执行预转矩处理后再响应给定转矩，可确保车辆启动时刻主动齿轮不会撞击从动齿轮，从而消除了车辆启动时刻的异响；进一步地，响应给定转矩时，先速度控制模式再转矩控制模式，避免传动系统的共振，确保车辆在低速行驶过程中的稳定性。
实施例二
实施例二是在实施例一的基础上，针对完全开加速踏板或者完全松开制动踏板的情形，进行啮合处理，实施例二的方法具体包括：
当检测到汽车在完全撤除驱动状态或制动状态时，将施加到主动齿轮的转矩在方向保持不变的基础上逐步减小至所述预设值，并在车速到达第二预设车速值时撤除施加到主动齿轮的转矩。
需要说明的是，第一预设车速值和第二预设车速值的获取是基于电机转速、车轮半径等计算得到，电机转速可以通过编码器检测计算得到，相关计算方法均为本领域公知技术，此处不再赘述。
另外，第一预设车速值和第二预设车速值之间不存在必然的大小关系，跟具体的车辆有关，这两个车速值是各自独立设定的，且设定方法是通过测试确定，测试合格的标准是不会发出异响。
可以理解的是，此处的逐步减小的具体减小方式并不做限制，可以是按照设定的斜率直线式减小，也可以是按照特定的曲线平滑式减小。
例如，预设值为3，如果当前汽车处于驱动状态，给到主动齿轮的转矩为100N·m，转矩方向与汽车运行方向(由前进档或者倒退档决定)一致，则当用户完全松开加速踏板时，即完全撤除驱动状态时，在保持转矩方向不变的基础上，转矩从100N·m以设定的斜率直线减小直至减小至3N·m，不再减小，等待车速到达第二预设车速值时，直接撤除给到主动齿轮的转矩。
再例如，如果当前汽车处于制动状态，给到主动齿轮的转矩为-100N·m，转矩方向与汽车运行方向(由前进档或者倒退档决定)相反，则当用户完全松开制动踏板时，即完全撤除制动状态时，在保持转矩方向不变的基础上，转矩从-100N·m以设定的斜率直线减小直至减小至-3N·m，不再减小，等待车速到达第二预设车速值时，直接撤除给到主动齿轮的转矩。
由于本实施例在汽车完全撤除驱动状态或制动状态时，不是直接撤除转矩，而是控制转矩在方向保持不变的基础上逐步减小至预设值后，等待车速到达第二预设车速值时再撤除给到主动齿轮的转矩，同样可以避免主动齿轮撞击从动齿轮。
实施例三
实施例三是在实施例一或者实施例二的基础上，针对汽车在驱动状态和制动状态之间互相切换的情形，进行啮合处理，实施例三的方法具体包括：
当检测到汽车在驱动状态和制动状态之间互相切换时，将施加到主动齿轮的转矩在方向保持不变的基础上逐步减小至所述预设值；在施加到主动齿轮的转矩减小到所述预设值时，将所述转矩切换为方向相反的转矩；将施加到所述主动齿轮的转矩在所述预设值的基础上，保持转矩方向不变并逐步增加到给定转矩。
可以理解的是，此处的逐步减小、逐步增加的具体减小方式并不做限制，可以是按照设定的斜率直线式减小、增加，也可以是按照特定的曲线平滑式减小、增加。
例如，预设值为3，如果当前汽车处于驱动状态，给到主动齿轮的转矩为100N·m，转矩方向与汽车运行方向(由前进档或者倒退档决定)一致，则当用户踩制动踏板时，即从驱动状态切换至制动状态时，则在保持转矩方向不变的基础上，转矩从100N·m以设定的斜率直线减小直至减小至3N·m，然后直接切换转矩方向，即转矩为-3N·m，然后以设定的斜率直线增加到给定转矩，即从-3N·m开始增加到给定转矩。
再例如，如果当前汽车处于制动状态，给到主动齿轮的转矩为-100N·m，转矩方向与汽车运行方向(由前进档或者倒退档决定)相反，则当用户踩制动踏板时，即从制动状态切换至驱动状态时，则在保持转矩方向不变的基础上，转矩从-100N·m以设定的斜率直线减小直至减小至-3N·m，然后直接切换转矩方向，即转矩为3N·m，然后以设定的斜率直线增加到给定转矩，即从3N·m开始增加到给定转矩。
由于本实施例在驱动状态和制动状态之间互相切换时，控制给到主动齿轮的转矩在方向保持不变的基础上逐步减小至预设值，再将转矩切换为方向相反的转矩后逐步增加到给定转矩，避开零转矩处理，从而避免主动齿轮上无力矩不受控从动齿轮跟随车轮转动出现的打齿的问题。
基于同一发明构思，本发明公开了一种电动汽车电机控制器以及包含该电动汽车电机控制器的电动汽车驱动系统。具体的，电机可以为永磁同步电机，即PMSM。
具体的，电动汽车驱动系统包括整车控制器、电机控制器、电机、传动轴、主动齿轮、从动齿轮，所述整车控制器与电机控制器之间通过CAN总线连接，电机控制器与电机通过三相线连接，电机通过传动轴与主动齿轮连接。
参考图4，具体的，电动汽车电机控制器包括：
启动预处理模块，用于在检测到汽车启动时，获取转矩指令并执行预转矩处理操作；
启动响应模块，用于在启动预处理模块执行预转矩处理操作达到预设时间后，响应所述转矩指令控制所述电机运行。
力矩撤除控制模块，用于在检测到汽车在完全撤除驱动状态或制动状态时，将施加到主动齿轮的转矩在方向保持不变的基础上逐步减小至所述预设值，并在车速到达第二预设车速值时撤除施加到主动齿轮的转矩。
力矩切换控制模块，用于在检测到汽车在驱动状态和制动状态之间互相切换时，将施加到所述主动齿轮的转矩在方向保持不变的基础上逐步减小至所述预设值，在施加到所述主动齿轮的转矩减小到所述预设值时，将所述转矩切换为方向相反的转矩，并将施加到所述主动齿轮的转矩在所述预设值的基础上，保持转矩方向不变并逐步增加到给定转矩。
其中，所述预转矩处理包括：控制电机以预设转矩驱动主动齿轮以预设低速贴近从动齿轮，并使所述主动齿轮和所述从动齿轮保持在啮合状态，所述预设转矩的方向与前进档或者倒车档的方向相同，所述预设转矩的大小为预设值。
其中，所述预转矩处理包括：控制电机以转矩控制模式运行，以预设转矩驱动主动齿轮以预设低速贴近从动齿轮并使主动齿轮和从动齿轮保持在啮合状态，所述预设转矩的方向与前进档或者倒车档的方向相同，所述预设转矩的大小为预设值。
其中，所述响应所述转矩指令控制所述电机运行包括：控制电机切换至速度控制模式运行，并实时检测车速和电机的输出转矩；在车速超过第一预设车速值，且电机的输出转矩小于所述转矩指令中的给定转矩时，控制电机切换至转矩控制模式运行。
关于各个模块的具体工作原理，可以参考实施例一至实施例三，此处不再赘述。
综上所述，实施本发明的电动汽车控制方法、电机控制器及驱动系统，具有以下有益效果：当汽车启动时执行预转矩处理后再响应给定转矩，可确保车辆启动时刻主动齿轮不会撞击从动齿轮，从而消除了车辆启动时刻的异响；进一步地，响应给定转矩时，先速度控制模式再转矩控制模式，避免传动系统的共振，确保车辆在低速行驶过程中的稳定性；而且在汽车完全撤除驱动状态或制动状态时，不是直接撤除转矩，控制给到主动齿轮的转矩在方向保持不变的基础上逐步减小至预设值后，等待车速到达第二预设车速值时再撤除给到主动齿轮的转矩，同样可以避免主动齿轮撞击从动齿轮；在驱动状态和制动状态之间互相切换时，控制给到主动齿轮的转矩在方向保持不变的基础上逐步减小至预设值，再将转矩切换为方向相反的转矩后逐步增加到给定转矩，避开零转矩处理，从而避免主动齿轮上无力矩不受控从动齿轮跟随车轮转动出现的打齿的问题。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (10)
1.一种电动汽车控制方法，其特征在于，方法包括：
当检测到汽车启动时，获取转矩指令并执行预转矩处理操作，所述预转矩处理包括：控制电机以预设转矩驱动主动齿轮以预设低速贴近从动齿轮，并使所述主动齿轮和所述从动齿轮保持在啮合状态，所述预设转矩的方向与前进档或者倒车档的方向相同，所述预设转矩的大小为预设值；
在执行预转矩处理操作达到预设时间后，响应所述转矩指令控制所述电机运行。
2.根据权利要求1所述的电动汽车控制方法，其特征在于，所述响应所述转矩指令控制所述电机运行包括：
控制电机切换至速度控制模式运行，并实时检测车速和电机的输出转矩；
在车速超过第一预设车速值，且电机的输出转矩小于所述转矩指令中的给定转矩时，控制电机切换至转矩控制模式运行。
3.根据权利要求1所述的电动汽车控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
当检测到汽车在完全撤除驱动状态或制动状态时，将施加到所述主动齿轮的转矩在方向保持不变的基础上逐步减小至所述预设值，并在车速到达第二预设车速值时撤除施加到所述主动齿轮的转矩。
4.根据权利要求1所述的电动汽车控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
当检测到汽车在驱动状态和制动状态之间互相切换时，将施加到所述主动齿轮的转矩在方向保持不变的基础上逐步减小至所述预设值；
在施加到所述主动齿轮的转矩减小到所述预设值时，将所述转矩切换为方向相反的转矩；
将施加到所述主动齿轮的转矩在所述预设值的基础上，保持转矩方向不变并逐步增加到给定转矩。
5.一种电动汽车电机控制器，其特征在于，包括：
启动预处理模块，用于在检测到汽车启动时，获取转矩指令并执行预转矩处理操作，所述预转矩处理包括：控制电机以预设转矩驱动主动齿轮以预设低速贴近从动齿轮，并使所述主动齿轮和所述从动齿轮保持在啮合状态，所述预设转矩的方向与前进档或者倒车档的方向相同，所述预设转矩的大小为预设值；
启动响应模块，用于在启动预处理模块执行预转矩处理操作达到预设时间后，响应所述转矩指令控制所述电机运行。
6.根据权利要求5所述的电动汽车电机控制器，其特征在于，所述响应所述转矩指令控制所述电机运行包括：
控制电机切换至速度控制模式运行，并实时检测车速和电机的输出转矩；
在车速超过第一预设车速值，且电机的输出转矩小于所述转矩指令中的给定转矩时，控制电机切换至转矩控制模式运行。
7.根据权利要求5所述的电动汽车电机控制器，其特征在于，所述系统还包括：
力矩撤除控制模块，用于在检测到汽车在完全撤除驱动状态或制动状态时，将施加到主动齿轮的转矩在方向保持不变的基础上逐步减小至所述预设值，并在车速到达第二预设车速值时撤除施加到主动齿轮的转矩。
8.根据权利要求5所述的电动汽车电机控制器，其特征在于，所述系统还包括：
力矩切换控制模块，用于在检测到汽车在驱动状态和制动状态之间互相切换时，将施加到所述主动齿轮的转矩在方向保持不变的基础上逐步减小至所述预设值，在施加到所述主动齿轮的转矩减小到所述预设值时，将所述转矩切换为方向相反的转矩，并将施加到所述主动齿轮的转矩在所述预设值的基础上，保持转矩方向不变并逐步增加到给定转矩。
9.一种电动汽车驱动系统，其特征在于，包括整车控制器、如权利要求5-8任一项所述的电机控制器、电机、传动轴、主动齿轮、从动齿轮，所述整车控制器、电机控制器、电机、传动轴、主动齿轮依次连接。
10.根据权利要求9所述的电动汽车驱动系统，其特征在于，所述电机为永磁同步电机。
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