CN108790938B - 一种针对不同驾驶模式的电机转矩控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对不同驾驶模式的电机转矩控制方法，该方法包括以下步骤：1)通过高速CAN总线采集加速踏板位置信号、加速踏板变化率信号、档位信号、电机电压信号和电池SOC信号，判断驾驶员的即时驾驶模式；所述驾驶模式包括经济模式和动力模式；2)采集电机电压信号，并根据电机当前电压确定初始电机目标转矩；3)根据步骤1)判断的驾驶模式结果对初始电机目标转矩进行调整，调整到最终电机目标转矩；所述最终电机目标转矩为特定工况下对应踏板开度下踏板工作模式对应的电机转矩。本发明根据驾驶员驾驶模式对电机转矩进行迅速调整，满足电动汽车整车的经济型和动力性要求，并提高了整车续航里程和电机目标转矩输出的精确性。

Description

一种针对不同驾驶模式的电机转矩控制方法

技术领域

本发明涉及电动汽车电机控制技术，尤其涉及一种针对不同驾驶模式的电机转矩控制方法。

背景技术

融多项高新技术于一体的电动汽车具有低排放污染、噪声低等优点，在环保和节能方面具有不可比拟的优势，正在引发一场世界汽车工业革命。电动汽车正常行驶时驾驶员对汽车的要求较为复杂，经常需要在动力模式(此时电机转矩较大以满足即使加速或爬坡等的动力性能)和经济模式(此时电机效率较高以减少能量损失从而支撑汽车行驶更长里程)间来回切换，且电机工作电压变化范围广，电机经常工作在非额定电压区域，需要大量复杂的运算，市场上和专利中的大多数电机目标转矩获取方法不能满足要求，且其他专利中电机目标转矩控制方法都没有考虑电机的工作电压变化，使得电机的转矩不能准确控制，且波动较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种针对不同驾驶模式的电机转矩控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种针对不同驾驶模式的电机转矩控制方法，包括以下步骤：

1)通过高速CAN总线采集加速踏板位置信号、加速踏板变化率信号、档位信号、电机电压信号和电池SOC信号，判断驾驶员的即时驾驶模式；所述驾驶模式包括经济模式和动力模式；

2)采集电机电压信号，并根据电机当前电压确定初始电机转矩；

3)根据步骤1)判断的驾驶模式结果对初始电机转矩进行调整，调整到最终电机目标转矩；所述最终电机目标转矩为特定工况下对应踏板开度下踏板工作模式对应的电机转矩。

按上述方案，所述步骤2)具体如下：

采集电机实际运行电压v，当v≠v_n时，且v_n-1<v<v_n，查询对应驾驶模式下电压v_n-1和v_n的电机转矩MAP图，得到转矩T_n-1和T_n，再利用拉格朗日线性插值法计算得到初始电机转矩T₁；拉格朗日线性插值法采用的公式为：

(T₁-T_n-1)/(T_n-T_n-1)＝(V-V_n-1)/(V_n-V_n-1)

当v＝v_n时，查询相应模式下电压v_n的电机转矩MAP，直接得到初始电机转矩T₁，其值为T_n。

按上述方案，所述步骤1)中驾驶员的即时驾驶模式的判定具体步骤为：

1.1)根据采集信号，当判断档位为D档时，此时即为正常行驶工况，进一步判断加速踏板是否踩下；若踩下，转入步骤1.2)，否则重复步骤1.1)；

1.2)根据采集信号，若加速踏板变化率大于预设值，根据电池的电量，若电池SOC信号大于20％，则判定驾驶员的驾驶模式为动力模式；若电池SOC小于20％，此时电池电量不足，则将驾驶模式强制判定为经济模式；

1.3)若加速踏板变化率小于预设值，则判定驾驶员的驾驶模式为经济模式。

按上述方案，所述步骤3)中对初始电机转矩进行调整，得到最终电机目标转矩的具体方法如下：

3.1)获得电机转矩MAP图；

3.2)若驾驶模式为经济模式，根据踏板模式图确定初始和最终目标转矩的大小T1和T2，在电机转矩MAP图中结合当前电机转速标出初始电机转矩位置A和对应电压下的最终目标转矩大小T2并过T2作横轴的平行线，A点的转矩调整应该在保证最快提升电机效率的条件下达到最终目标转矩大小即T2的值；依次记录从初始点A的转矩大小T1调整到最终目标转矩大小的值T2期间所要跨越的效率曲线，对每条效率曲线，此时初始点A的调整方向应沿着效率曲线的垂线方向调整，在电机转矩MAP图中即过A点作效率曲线的垂线，该垂线与前述的过T2的水平线交于点B，此时的线段AB的方向即是A从初始转矩T1调整到最终目标转矩T2过程中效率提升得最快的方向，若有多条效率曲线在每两条效率曲线间重复前述的调整方法，直到转矩的大小调整到T2的值即最后一次所作的垂线与过T2的水平线相交；

3.3)当驾驶模式为动力模式时，此时转矩的调整应使得电机的转矩短时间内迅速提高从而提供足够的动力来满足汽车加速或者爬坡的需要，确定最终目标转矩的大小T3，在在电机转矩MAP图中，初始点为A，对应要求下的转矩调整沿着纵坐标轴方向达到转矩为T3的下一点C，经转矩调整后的C点，其对应的调整后转矩为T3，对应的电机转速与初始点A的转速一样为N1，即在电机转速不变的情况下转矩得到了迅速提高，从而可以满足汽车的动力性要求。

本发明产生的有益效果是：根据各传感器信号判断在正常行驶工况下驾驶员的驾驶模式，且实时监测电机电压，并利用拉格朗日线性插值法计算不同电机工作电压下的初始电机目标转矩；并根据前述的驾驶员驾驶模式对初始电机目标转矩进行迅速调整，得到踏板模式图对应的最终电机目标输出转矩。本发明满足电动汽车整车的经济型和动力性要求，并提高了整车续航里程和电机目标转矩输出的精确性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的方法流程图；

图2是本发明实施例的电机转矩调整流程图；

图3是本发明实施例的转矩MAP图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种针对不同驾驶模式的电机转矩控制方法，其具体流程如图1和2所示：

首先，通过高速CAN总线采集正常行驶工况下加速踏板位置信号、加速踏板变化率信号、档位信号、电机电压信号和电池SOC信号等，判断出驾驶员的即时驾驶模式；

然后，采集电机电压信号，并根据电机当前电压，查询不同整车驱动控制策略下的实际电机电压相邻两个电压点的转矩MAP图，得到该工况下两个电压点对应的电机转矩，再利用拉格朗日线性插值法得到初始电机目标转矩；

最后，根据前述的驾驶员的即时驾驶模式，对初始电机转矩进行迅速调整得到最终电机目标转矩。

本发明提供的上述针对不同驾驶模式的电机转矩控制方法，具体包括以下步骤：

(1)电动汽车的整车控制器通过高速CAN总线采集正常行驶工况下加速踏板位置信号、加速踏板变化率信号、档位信号、电机电压信号和电池SOC信号，判断驾驶员的即时驾驶模式；

(2)所述整车控制器采集电机电压信号，并根据电机当前电压，查询实际电机电压相邻两个电压点的转矩MAP图，得到该工况下两个电压点对应的电机转矩，再利用拉格朗日线性插值法得到初始电机目标转矩。

(3)根据前述的驾驶员的驾驶模式，对初始电机转矩进行迅速调整：如果驾驶员要求电动汽车能够在经济模式行驶，转矩的调整方向应充分考虑到电机效率的迅速提高以减少能量损失；如果驾驶员要求电动汽车能够在动力模式行驶，在电池电量充足的情况下，转矩的调整方向应充分考虑到转矩的提高以提供足够的动力，否则强制执行经济模式；用此方法使电机转矩迅速调整到特定工况下对应踏板开度下踏板工作模式对应的电机转矩。

上述步骤(1)中，所述正常行驶工况的驾驶员驾驶模式包括经济模式和动力模式两种。由于整车驱动控制器集成了电动汽车正常行驶时电机电压在275—420(V)之间多副不同电压下的电机转矩MAP图(图3以额定电压360伏条件下的转矩MAP图为例，其他电压下的MAP图与图3类似)。

上述步骤(2)中，所述整车控制器采集电机实际运行电压v，当v≠v_n时，且v_n-1<v<v_n,查询相应驱动控制策略下电压v_n-1和v_n的电机转矩MAP图，得到转矩T_n-1和T_n，再利用拉格朗日线性插值法：

计算得到初始电机目标转矩T₁。当v＝v_n时，查询相应驱动控制策略下电压v_n的电机转矩MAP，直接得到初始电机目标转矩T₁。

当v_n为275至420(V)范围内多个不同电压下对应的转矩MAP图的电压，T_n为对应电压v_n下的电机转矩。

该图为电机在额定电压360(V)下的电机转矩MAP图。其中A为初始转矩点；B为当驾驶模式为经济模式时转矩调整后的点；C为当驾驶模式为动力模式时转矩调整后的点。初始状态为A，电机的调整方法具体如下：

1)当驾驶模式为经济模式时，此时转矩的调整应使得电机的效率短时间内迅速提高从而减少能量损失，根据踏板模式图确定初始和最终目标转矩的大小T1和T2，在电机转矩MAP图结合当前电机转速标出初始电机转矩位置A和对应电压下的最终目标转矩大小T2并过T2作横轴的平行线，A点的转矩调整应该在保证最快提升电机效率的条件下达到最终目标转矩大小即T2的值；，通常从初始点A的转矩大小T1调整到最终目标转矩大小的值T2期间所要跨越的效率曲线不止一条(如图2所示)，为了作图方便，假设从A的初始转矩大小调整到最终目标转矩T2的大小期间只跨过了一条效率曲线即0.83效率曲线，此时初始点A的调整方向应沿着下一条效率曲线0.83的垂线方向调整，如图中即过A点作0.83效率曲线的垂线，该垂线与前述的过T2的水平线交于点B(此时B不一定在0.83曲线上，设此图中B在0.81与0.83曲线间靠近0.83曲线的位置)，此时的线段AB的方向即是A从初始转矩T1调整到最终目标转矩T2过程中效率提升得最快的方向。实际上A要从T1转矩大小调整到T2的大小，需要跨过0.79,0.81,0.83等多条效率曲线，此时只需要在每两条效率曲线间重复前述的调整方法，直到转矩的大小调整到T2的值即最后一次所作的垂线与过T2的水平线相交，在此种调整过程中，能始终保证效率以最快速度提升从而确保了经济性，(图中为了作图表示方便，以0.77和0.83两条效率曲线为例)，以使得电机转速迅速提高；图中的几何关系为：

直线AB垂直于0.83效率曲线，其斜率满足：

k_AB×k_0.83＝-1 (1)

图中，根据0.83效率曲线，可以拟合得到该效率下转矩的拟合多项式f,则该效率下的曲线在垂点的斜率k_0.83可以表达为该多项式的导数在该垂点的值：

k_0.83＝f′_(垂点) (2)

直线AB与横坐标轴的夹角为α，则直线AB的斜率可表示为：k_AB＝tanα (3)

综合以上三个式子，可以得到α的表达是为：

即在此种驾驶模式下，转矩调整的方向应使得A点沿着AB方向移动到下一效率对应的转矩曲线，直线AB与横轴的夹角为α。经转矩调整后的B点，其对应的调整后转矩T2为踏板模式得到的最终目标转矩，对应的电机转速为N2，此时的转速N2大于初始转速N1，即车速提高，这与燃油车在高车速下能保持最高经济性原理相同。

2)当驾驶模式为动力模式时，此时转矩的调整应使得电机的转矩短时间内迅速提高从而提供足够的动力来满足汽车加速或者爬坡的需要。在图3中，初始点为A，对应要求下的转矩调整应沿着纵坐标轴方向达到转矩为T3的下一点C，这样的调整模式能够充分考虑整车的动力性而不考虑经济性，即只考虑了转矩的大小而不考虑电机的效率，而目前现有技术下通常不会完全舍弃经济性而是在此种工况下更多地考虑动力性，以此来保证汽车仍然具有一定经济性的情况下动力性相对缓慢提升。所以虽然本发明的此种调整模式下电动车的经济性会下降耗电量会增加，但转矩会迅速提升到较大值，但由于汽车实际使用中通常不会很长时间在动力性模式下行驶，因此此时短暂地完全不考虑电机效率是可取的。经转矩调整后的C点，其对应的调整后转矩为T3，对应的电机转速与初始点A的转速一样为N1，即在电机转速不变的情况下转矩得到了迅速提高，从而可以满足汽车的动力性要求。

上述步骤(1)中，所述电机在不同电压下的转矩和转矩MAP图(包含了不同效率)均由大量纯电动汽车电机台架实验获取。

本发明采用的整车控制器，其结构包括主芯片、副芯片、电源模块、CAN总线收发器模块、SCI通讯模块、信号处理模块、驱动模块；

所述主芯片采用Freescale的MC9S12DP256芯片，其负责数据的运算及处理，也是控制方法实现的载体。

所述副芯片采用Freescale的MC9S12XEP100芯片，其通过心跳信号监控主芯片的运行状况，在主芯片出现故障的情况下，由副芯片代替主芯片执行安全行驶功能，通过CAN总线与整车CAN网络各个节点进行安全状态下的通信，保证车辆在故障状态下的基本安全行驶功能。

所述电源模块采用英飞凌公司的汽车级开关电源芯片TLE7368，12V电源系统的电路必须能在9～16V的电压范围内正常工作，其为各输入和输出模块提供电源，并对蓄电池电压进行监控，与主芯片相连。

所述信号处理模块，其一端与传感器或开关相连，另一端与微控制器相接。该信号处理模块用于模拟和数字量输入信号的调理，包括模拟量信号处理和数字量信号处理。

所述CAN总线收发器模块，整车控制器可以通过其采集汽车各个传感器和开关信号，并与各个ECU进行通讯，将最终计算出的电机目标转矩发送到电机控制器；该CAN总线收发器模块采用PHILP公司的TJA1040收发器芯片。

所述驱动模块用于驱动多个继电器或系统状态指示灯，与主芯片通过I/O相连，另一端与被控继电器(低端驱动)或指示灯(PWM驱动)相接；该驱动模块采用4通道低边智能功率开关芯片TLE6220GP。

所述SCI通讯模块是整车控制器与其他设备相连的重要接口，符合RS232通信标准，可外接诊断设备，另一端与主芯片相连，检测整车控制器运行状况。该SCI通讯模块采用MAIXM公司的MAX232ESE芯片。

正常行驶时驾驶员的即时驾驶模式的判定具体步骤为：

①当判断档位为D档时，此时即为正常行驶工况，进一步判断加速踏板是否踩下；

②若加速踏板变化率大于预设值，根据电池的电量，若电池SOC大于20％，则驾驶员的驾驶模式被判定为动力模式；若电池SOC小于20％，此时电池电量不足，VCU将驾驶模式强制判定为经济模式；

③若加速踏板变化率小于预设值，则驾驶员的行驶要求被判定为经济模式。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种针对不同驾驶模式的电机转矩控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)通过高速CAN总线采集加速踏板位置信号、加速踏板变化率信号、档位信号、电机电压信号和电池SOC信号，判断驾驶员的即时驾驶模式；所述驾驶模式包括经济模式和动力模式；

2)采集电机电压信号，并根据电机当前电压确定初始电机转矩；

3)根据步骤1)判断的驾驶模式结果对初始电机转矩进行调整，调整到最终电机目标转矩；所述最终电机目标转矩为特定工况下对应踏板开度下踏板工作模式对应的电机转矩；

所述步骤3)中对初始电机转矩进行调整，得到最终电机目标转矩的具体方法如下：

3.1)获得电机转矩MAP图；

3.2)若驾驶模式为经济模式，根据踏板模式图确定初始和最终目标转矩的大小T1和T2，在电机转矩MAP图中结合当前电机转速标出初始电机转矩位置A和对应电压下的最终目标转矩大小T2并过T2作横轴的平行线，A点的转矩调整应该在保证最快提升电机效率的条件下达到最终目标转矩大小即T2的值；依次记录从初始点A的转矩大小T1调整到最终目标转矩大小的值T2期间所要跨越的效率曲线，对每条效率曲线，此时初始点A的调整方向应沿着效率曲线的垂线方向调整，在电机转矩MAP图中即过A点作效率曲线的垂线，该垂线与前述的过T2的平行线交于点B，此时的线段AB的方向即是A从初始转矩T1调整到最终目标转矩T2过程中效率提升得最快的方向；

3.3)若有多条效率曲线在每两条效率曲线间，重复步骤3.2)，直到转矩的大小调整到T2的值即最后一次所作的垂线与过T2的平行线相交；

3.4)当驾驶模式为动力模式时，此时转矩的调整应使得电机的转矩短时间内迅速提高从而提供足够的动力来满足汽车加速或者爬坡的需要，确定最终目标转矩的大小T3，在在电机转矩MAP图中，初始点为A，对应要求下的转矩调整沿着纵坐标轴方向达到转矩为T3的下一点C，经转矩调整后的C点，其对应的调整后转矩为T3，对应的电机转速与初始点A的转速一样为N1，即在电机转速不变的情况下转矩得到了迅速提高，从而可以满足汽车的动力性要求。

2.根据权利要求1所述的针对不同驾驶模式的电机转矩控制方法，其特征在于，所述步骤2)具体如下：

采集电机实际运行电压v，当v≠v_n时，且v_n-1<v<v_n，查询对应驾驶模式下电压v_n-1和v_n的电机转矩MAP图，得到转矩T_n-1和T_n，再利用拉格朗日线性插值法计算得到初始电机转矩T₁；拉格朗日线性插值法采用的公式为：

(T₁-T_n-1)/(T_n-T_n-1)＝(V-V_n-1)/(V_n-V_n-1)

当v＝v_n时，查询相应模式下电压v_n的电机转矩MAP，直接得到初始电机转矩T₁，其值为T_n。

3.根据权利要求1所述的针对不同驾驶模式的电机转矩控制方法，其特征在于，所述步骤1)中驾驶员的即时驾驶模式的判定具体步骤为：

1.1)根据采集信号，当判断档位为D档时，此时即为正常行驶工况，进一步判断加速踏板是否踩下；若踩下，转入步骤1.2)，否则重复步骤1.1)；

1.2)根据采集信号，若加速踏板变化率大于预设值，根据电池的电量，若电池SOC信号大于20％，则判定驾驶员的驾驶模式为动力模式；若电池SOC小于20％，此时电池电量不足，则将驾驶模式强制判定为经济模式；

1.3)若加速踏板变化率小于预设值，则判定驾驶员的驾驶模式为经济模式。

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