CN107776437A - 低速电动车用速度控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及低速电动车用速度控制装置，包括：扭矩指令发生器，接收加速器的踏步量，根据作为电动车的驱动源的马达固有的最大扭矩转速－扭矩曲线的最大扭矩转速对比扭矩值来生成加速扭矩指令；方向开关，确定上述电动车的前进、后退、以及中立中的任一种齿轮的选择；限制值设置模块，从上述扭矩指令发生器输出的加速扭矩指令和上述方向开关的开关状态来生成与最大/最小速度相对应的扭矩指令限制值；最大速度限制模块，从上述加速器的接通/断开状态和上述方向开关的开关状态来生成最大速度指令或停止指令；以及比例－积分－微分控制器，接收上述限制值设置模块的扭矩指令限制值以及上述最大速度限制模块的指令，运算与上述马达的反馈速度的误差，通过比例－积分－微分控制来生成扭矩指令。

Description

低速电动车用速度控制装置
技术领域
本发明涉及低速电动车用速度控制装置，更详细地涉及，将加速器踏步量适用于扭矩指令限制值，从而能减少干涉并防止超调量(overshoot)，能够以更快的速度来控制，无需利用用于控制斜坡停止扭矩的比例－积分－微分(PID)控制器而是利用单一的比例－积分－微分控制器来进行速度控制，从而能够大幅减少爬坡区间的推移距离。
背景技术
近年来，因如资源枯竭、能源问题、全球变暖和环境问题、主要国家的CO2排放限制政策等关于汽车产业的环境变化，而电动汽车的需求备受瞩目。世界各国争先实行汽车废气排放限制政策和电动汽车普及政策，展望往后的电动汽车的普及将会逐渐增大。
电动汽车作为一种环保型汽车，取代以往的由内燃机构成的汽车，上述电动汽车分为电动车(EV，Electric Vehicle)、插电式电动车(PHEV，Plug-in EV)、混合动力电动汽车(HEV，Hybrid EV)、燃料电池电动汽车(FCEV，Fuel Cell Electric Vehicle)等。其中，电动车为由纯电力来驱动的电动汽车。
图1例示一般的电动车的动力控制系统。参照图1，电子控制单元(ECU，ElectronicControl Unit)100接收从各种传感器收集的信息和马达120的速度来实施扭矩控制，向传输控制单元(TCU，Transmission Control Unit)110传输变速器130的螺线管的驱动信号。传输控制单元110作为控制变速器130的变速时刻和质量的单元，根据从电子控制单元100接收的螺线管驱动信号，对变速器130的螺线管的阀门进行开闭控制来进行变速，并向电子控制单元100传输变速器130的油温信息、阀门信息、故障信息等。变速器130的输出传输至差动齿轮140，与差动齿轮140的两侧相连接的驱动轮150进行旋转来使电动汽车前进或后退。
其中，以往的电动汽车根据驾驶员脚踏加速器的踏步量从电子控制单元100向马达120传输扭矩指令值，从而控制马达120的速度(即，转数)。并且，电子控制单元100接收马达120的转数的反馈来实施与当前速度对应的扭矩控制。众所周知，扭矩控制可便于体现，且具有在电动汽车中与内燃机的引擎相同的感性。
图2为示出以往的低速电动车用速度控制装置的框图，图3为示出在以往的限制值设置模块中的斜坡推移判断方法的流程图。
参照图2，以往的低速电动车用速度控制装置包括扭矩指令发生器200、方向开关210、第一比例－积分－微分(PID)控制器220、第二比例－积分－微分(PID)控制器230、限制值设置模块240、加法器250。
扭矩指令发生器200接收电动车的加速器的踏步量，根据装载于电动车的驱动源的马达固有的最大扭矩转速(RPM)－扭矩曲线的最大扭矩转速对比扭矩值，生成加速扭矩指令。此时，从车辆的方向开关210接收车辆的齿轮选自前进、后退以及中立中的任一种值来选择加速扭矩指令的符号。
第一比例－积分－微分控制器220从马达的输出端接收与当前速度相对应的反馈速度，与最大速度限制值相比较来进行比例－积分－微分(PID，Proportional IntegralDerivative)控制。比例－积分－微分控制是指对最大速度限制值和反馈速度的误差值进行比例－积分－微分控制，从而执行与误差值的大小成正比的控制来扩增输出，通过积分控制来减少正常状态下的误差，通过微分控制来减少输出值的急剧变化的制动来减少超调量(overshoot)，从而提高稳定性的控制。
加法器250利用从扭矩指令发生器200输出的加速扭矩指令和从第一比例－积分－微分控制器220输出的最大速度限制扭矩指令进行加法来生成最终扭矩指令，最终扭矩指令在未图示的扭矩－电流控制器中转换为电流值并作为电动车的马达驱动信号施加。
其中，以往的低速电动车中行驶中的车辆位于斜坡时，为了在加速器断开状态下防止让车辆向后推移，如附图所示，使用用于生成斜坡停止扭矩指令的第二比例－积分－微分控制器230。
图3为示出在限制值设置模块240中执行斜坡推移判断的流程图。参照图3，限制值设置模块240判断加速器的状态是否为断开状态(ST300)，若加速器为断开状态则判断方向开关210指示前进还是后退(ST310)。
若方向开关210指示前进则确认反馈速度的符号是否为负(－)，从而判断斜坡推移(ST320)，在斜坡推移的情况下，将与最大速度相对应的扭矩指令限制值的上限值设置为“Max Torq”(最大速度限制扭矩)，将与最大速度相对应的扭矩指令限制值的下限值设置为“0”(zero)(ST330)。其次，在第二比例－积分－微分控制器230利用比例－积分－微分控制运算反馈的速度和最大/最小限制值来生成斜坡停止扭矩指令。
若方向开关210指示后退则确认反馈速度的符号是否为正(+)，从而判断斜坡推移(ST340)，在斜坡推移的情况下，将与最大速度相对应的扭矩指令限制值的上限值设置为“0”(zero)，将与最大速度相对应的扭矩指令限制值的下限值设置为“－Max Torq”(最大速度限制扭矩的负值)(ST350)。其次，如上所示，在第二比例－积分－微分控制器230生成斜坡停止扭矩指令。
在第二比例－积分－微分控制器230生成斜坡停止扭矩指令的情况下，加法器250对该斜坡停止扭矩指令进行加算来生成最终扭矩指令，从而防止在斜坡区间车辆向后推移的现象。即，在以往的低速电动车使用了用于生成斜坡停止扭矩指令的使用控制块，从而使用了2个比例－积分－微分控制器220、230。
但是，以往的低速电动车用速度控制装置的问题在于，在加法器250对最大速度限制扭矩指令和加速扭矩指令进行加算时，因相互干涉作用而尽管有比例－积分－微分控制，但仍然存在超调量产生的问题，尤其，在限制值设置模块240判断斜坡推移现象的流程(flow)中检测到车辆向后推移的现象后生成斜坡停止扭矩指令，从而存在推移距离变长的问题。
另一方面，日本公开特许公报特开2015－047898号公开了在倾斜路中能够抑制车辆急加速的车辆控制装置，然而如上所说明，检测到斜坡推移后生成斜坡停止扭矩指令，因此存在如上所述的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供低速电动车用速度控制装置，其利用加速扭矩指令来构成限制最大/最小速度扭矩的限制值设置模块，从而防止干涉引起的超调量而提高对加速器的响应特性，能够实现迅速的速度控制，以限制值设置模块中生成的扭矩指令为基础进行比例－积分－微分控制，从而不需要使用用于斜坡推移判断的单独的比例－积分－微分控制器，而可以利用单一的比例－积分－微分控制器生成扭矩指令，当加速器断开时向车辆停止的方向实施扭矩控制来将推进扭矩量变为制动扭矩量的时间缩短，减少位移值来可大幅缩短在斜坡区间推移的距离。
本发明的一实施例的低速电动车用速度控制装置，包括：扭矩指令发生器，接收加速器的踏步量，根据作为电动车的驱动源的马达固有的最大扭矩转速(RPM)－扭矩曲线的最大扭矩转速对比扭矩值来生成加速扭矩指令；方向开关，确定上述电动车的前进、后退、以及中立中的任一种齿轮的选择；限制值设置模块，从上述扭矩指令发生器输出的加速扭矩指令和上述方向开关的开关状态来生成与最大/最小速度相对应的扭矩指令限制值；最大速度限制模块，从上述加速器的接通/断开状态和上述方向开关的开关状态来生成最大速度指令或停止指令；以及比例－积分－微分控制器，接收上述限制值设置模块的扭矩指令限制值以及上述最大速度限制模块的指令，运算与上述马达的反馈速度的误差，比例－积分－微分控制来生成扭矩指令。
优选地，当上述加速器为接通状态且上述方向开关表示前进时，上述限制值设置模块将最大速度扭矩指令限制值设置为从上述扭矩指令发生器输出的加速扭矩指令，将最小速度扭矩指令限制值设置为－Max Torq，上述－Max Torq是用于限制最大速度的扭矩指令的负值。
优选地，当上述加速器为接通状态且上述方向开关表示后退时，上述限制值设置模块将最大速度扭矩指令限制值设置为Max Torq，上述Max Torq是用于限制最大速度的扭矩指令的Max Torq，将最小速度扭矩指令限制值设置为－加速扭矩指令，上述－加速扭矩指令是在上述扭矩指令发生器输出的加速扭矩指令的负值。
优选地，当上述加速器为断开状态且上述方向开关表示前进时，上述限制值设置模块将最大速度扭矩指令限制值设置为Max Torq，上述Max Torq是用于限制最大速度的扭矩指令，将最小速度扭矩指令限制值设置为0。
优选地，当上述加速器为断开状态且上述方向开关表示后退时，上述限制值设置模块将最大速度扭矩指令限制值设置为0，将最小速度扭矩指令限制值设置为－Max Torq，上述－Max Torq是用于限制最大速度的扭矩指令的负值。
优选地，当上述方向开关呈现中立时，上述限制值设置模块将最大速度扭矩指令限制值设置为0，将最小速度扭矩指令限制值设置为0。
根据本发明的低速电动车用速度控制装置，从限制值设置模块接收加速扭矩指令来设置最大/最小速度扭矩指令限制值，从而不需要对扭矩指令限制值和加速扭矩指令进行加算的单独的加法器，由此，防止干涉引起的超调量，能够迅速地进行与加速器踏步量相对应的速度控制，因不需要使用用于斜坡推移判断的单独的比例－积分－微分控制器，而可以利用单一的比例－积分－微分控制器生成扭矩指令，当加速器断开时向车辆停止的方向来施扭矩控制来将推进扭矩量变为制动扭矩量的时间缩短，减少位移值来可大幅缩短在斜坡区间缩短推移的距离。
附图说明
图1为示出一般的电动汽车的动力控制系统的框图。
图2为示出以往的低速电动车用速度控制装置的框图。
图3为示出在以往的限制值设置模块中的斜坡推移判断方法的流程图。
图4为示出本发明的低速电动车用速度控制装置的框图。
图5为示出本发明的限制值设置模块中生成与最大/最小速度相对应的扭矩指令限制值的过程的流程图。
(附图标记的说明)
410：扭矩指令发生器
420：方向开关
430：限制值设置模块
440：最大速度限制模块
450：比例－积分－微分控制器
具体实施方式
以下，参照附图来详细说明本发明的优选实施例。在此之前，对于在本说明书及发明要求保护范围中所使用的术语或单词，不得以通常或词典上的含义来限定地进行解释，而是应立足于发明人为了以最佳的方法说明其自身的发明而可以适当地对术语的概念下定义为原则来以符合本发明技术思想的含义和概念来进行解释。因此，记载于本说明书中的实施例和附图所示的结构仅为本发明的最优选的一实施例，而并不代表本发明的全部技术思想，因此，需要理解的是，在本申请的时间点，还可存在可代替这些的多种等同技术方案和变形例。
图4为示出本发明的低速电动车用速度控制装置的框图，图5为示出本发明的限制值设置模块中生成与最大/最小速度相对应的扭矩指令限制值的过程的流程图。
参照图4，本发明的低速电动车用速度控制装置包括扭矩指令发生器410、方向开关420、限制值设置模块430、最大速度限制模块440、比例－积分－微分控制器450。
扭矩指令发生器410接收电动车的加速器踏步量来生成加速扭矩指令。加速器踏步量是与驾驶员脚踏加速器的踏步量成正比的电压值或对应的电信号，输入于扭矩指令发生器410。扭矩指令发生器410根据作为装载于电动车的驱动源的马达(未图示)固有的最大扭矩转速－扭矩曲线的最大扭矩转速对比扭矩值，使输入的电信号转换为对应的扭矩值来生成加速扭矩指令。
方向开关420为确定电动车的前进、后退以及中立中的任一种齿轮的选择的开关，通过驾驶员的选择来确定方向开关420的开关状态。
限制值设置模块430从扭矩指令发生器410输出的加速扭矩指令和方向开关420的开关状态来生成与最大/最小速度相对应的扭矩指令限制值。在限制值设置模块430中生成的最大/最小速度扭矩指令限制值请参照图5的说明。
最大速度限制模块440从加速器的接通/断开状态和方向开关420的开关状态来生成最大速度指令或停止指令。
比例－积分－微分控制器450接收限制值设置模块430的扭矩指令限制值(最大/最小速度扭矩指令限制值)以及最大速度限制模块440的指令，运算与上述马达的反馈速度的误差，通过比例－积分－微分控制来生成最终扭矩指令。最终扭矩指令在未图示的扭矩－电流控制器中转换为电流值并作为马达驱动信号施加。
其中，如众所周知，比例－积分－微分(Proportional Integral Derivative)控制是指对最大/最小速度限制值和反馈速度的误差值进行比例－积分－微分控制，从而执行与误差值的大小成比例的控制来扩增输出，通过积分控制来减少正常状态下的误差，通过微分控制使减少输出值的急剧变化的制动来减少超调量，从而提高稳定性的控制。
参照图5，限制值设置模块430通过如下的流程(flow)来设置最大/最小速度扭矩指令限制值。
在步骤ST500中，判断加速器的状态是接通还是断开。
若加速器为接通状态，则在步骤ST510中判断方向开关420处于前进、中立、后退中的何种状态。
当加速器为接通状态且方向开关420表示前进时，限制值设置模块430将最大速度扭矩指令限制值设置为“加速扭矩指令”(从上述扭矩指令发生器输出的加速扭矩指令)，将最小速度扭矩指令限制值设置为“－Max Torq”(用于限制最大速度的扭矩指令的负值)(ST520)。
具体地，从最大速度限制模块440输出的最大速度指令限制为在该电动车中所能接收的最大速度，当加速器为接通状态且方向开关420表示前进时，将最大速度扭矩指令限制值设置为“加速扭矩指令”，从而在比例－积分－微分控制器450利用加速扭矩指令和反馈速度来生成扭矩指令。
当减速器为接通状态且方向开关420呈现中立时，限制值设置模块430将最大速度扭矩指令限制值设置为“0”(zero)，将最小速度扭矩指令限制值设置为“0”(zero)(ST530)。
虽加速器为接通状态，但方向开关420为中立状态，因此，最大速度限制模块440产生停止指令，由于比例－积分－微分控制器450的输入以及最大/最小限制值均为“0”(zero)，的状态，因此，最终扭矩指令同样以停止指令来输出。
当加速器为接通状态且方向开关420表示后退时，限制值设置模块430将最大速度扭矩指令限制值设置为“Max Torq”(用于限制最大速度的扭矩指令)，将最小速度扭矩指令限制值设置为“－加速扭矩指令”(从扭矩指令发生器输出的加速扭矩指令的负值)(ST540)。
与步骤ST520后续的比例－积分－微分控制相反，将最小速度扭矩指令限制值设置为“－加速扭矩指令”，从而在比例－积分－微分控制器450利用负加速扭矩指令和反馈速度来生成对于后退方向的扭矩指令。
若加速器为断开状态，则在步骤ST550中判断方向开关420处于前进、中立、后退中的何种状态。
当加速器为断开状态且方向开关420表示前进时，限制值设置模块430将最大速度扭矩指令限制值设置为“Max Torq”(用于限制最大速度的扭矩指令)，将最小速度扭矩指令限制值设置为“0”(zero)(ST560)。
通过如上所述的设置，驾驶员在爬坡时从加速器分离脚的瞬间，即，加速器的踏步量转换为断开的瞬间以车辆停止的方向进行控制来使推进扭矩量变为制动扭矩量的时间缩短，且使位移减少来以少的超调量迅速停止，将最大速度扭矩指令限制值设置为“MaxTorq”，从而可使在斜坡区间的推移距离缩短。
当加速器为断开状态且方向开关420表示中立时，限制值设置模块430将最大速度扭矩指令限制值设置为“0”(zero)，将最小速度扭矩指令限制值设置为“0”(zero)(ST570)。如同步骤ST530，最终扭矩指令同样以停止指令来输出。
当加速器为断开状态且方向开关420表示后退时，上述限制值设置模块430将最大速度扭矩指令限制值设置为“0”(zero)，将最小速度扭矩指令限制值设置为“－Max Torq”(用于限制最大速度的扭矩指令的负值)(ST580)。
与步骤ST560后续的比例－积分－微分控制相反，驾驶员向后退的方向爬坡时从加速器中分离脚的瞬间，以车辆停止的方向来控制。与上述说明相同，使推进扭矩量变为制动扭矩量的时间缩短，且使位移的减少以少的超调量迅速停止，将最大速度扭矩指令限制值设置为“－Max Torq”，从而可使在斜坡区间的推移距离缩短。
如上所述，虽然以限定的实施例和附图来对本发明进行了说明，但是本发明并不局限于此，本发明所属技术领域的普通技术人员可以在本发明的技术思想和下述所记载的发明要求保护范围的等同范围内进行多种修改及变更。

Claims (6)

1.一种低速电动车用速度控制装置，包括：
扭矩指令发生器，接收加速器的踏步量，根据作为电动车的驱动源的马达固有的最大扭矩转速－扭矩曲线的最大扭矩转速对比扭矩值来生成加速扭矩指令；
方向开关，确定上述电动车的前进、后退以及中立中的任一种齿轮的选择；
限制值设置模块，从上述扭矩指令发生器输出的加速扭矩指令和上述方向开关的开关状态来生成与最大/最小速度相对应的扭矩指令限制值；
最大速度限制模块，从上述加速器的接通/断开状态和上述方向开关的开关状态来生成最大速度指令或停止指令；以及
比例－积分－微分控制器，接收上述限制值设置模块的扭矩指令限制值以及上述最大速度限制模块的指令，运算与上述马达的反馈速度的误差，通过比例－积分－微分控制来生成扭矩指令。
2.根据权利要求1所述的低速电动车用速度控制装置，其中，当上述加速器为接通状态且上述方向开关表示前进时，上述限制值设置模块将最大速度扭矩指令限制值设置为从上述扭矩指令发生器输出的加速扭矩指令，将最小速度扭矩指令限制值设置为－Max Torq，上述－Max Torq是用于限制最大速度的扭矩指令的负值。
3.根据权利要求1所述的低速电动车用速度控制装置，其中，当上述加速器为接通状态且上述方向开关表示后退时，上述限制值设置模块将最大速度扭矩指令限制值设置为MaxTorq，上述Max Torq是用于限制最大速度的扭矩指令的Max Torq，将最小速度扭矩指令限制值设置为－加速扭矩指令，上述－加速扭矩指令是在上述扭矩指令发生器输出的加速扭矩指令的负值。
4.根据权利要求1所述的低速电动车用速度控制装置，其中，当上述加速器为断开状态且上述方向开关表示前进时，上述限制值设置模块将最大速度扭矩指令限制值设置为MaxTorq，上述Max Torq是用于限制最大速度的扭矩指令，将最小速度扭矩指令限制值设置为0。
5.根据权利要求1所述的低速电动车用速度控制装置，其中，当上述加速器为断开状态且上述方向开关表示后退时，上述限制值设置模块将最大速度扭矩指令限制值设置为0，将最小速度扭矩指令限制值设置为－Max Torq，上述－Max Torq是用于限制最大速度的扭矩指令的负值。
6.根据权利要求1所述的低速电动车用速度控制装置，其中，当上述方向开关呈现中立时，上述限制值设置模块将最大速度扭矩指令限制值设置为0，将最小速度扭矩指令限制值设置为0。
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