CN109017449B - 一种纯电动车的驱动防滑控制方法及系统 - Google Patents

一种纯电动车的驱动防滑控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于电动汽车电驱动控制领域，具体涉及一种纯电动车的驱动防滑控制方法及系统；所述方法包括：通过MATLAB仿真软件计算出汽车变速器处于D挡和R挡时对应的电机转速变化率的取值区间，根据电机的实时转速计算出当前变速器档位的电机转速变化率，并通过判断所述电机转速变化率是否超出对应档位电机转速变化率的取值区间，判定车辆是否处于打滑状态，当判定车辆处于打滑状态时，通过对驾驶员的请求扭矩值的修正，使车辆脱离打滑状态。本发明在未增加外部传感器和整车额外数据接口的情况下，提升了整车驱动力控制性能，同时易于集成在已有的整车控制系统中，具有较好的通用性。

Description

一种纯电动车的驱动防滑控制方法及系统
技术领域
本发明属于电动汽车电驱动控制领域，具体涉及一种纯电动车的驱动防滑控制方法及系统。
背景技术
相比于传统燃油汽车，纯电动汽车由于采用电机驱动，能够快速达到峰值驱动力输出。纯电动车在低附着路面下的驱动防滑以及分布式驱动带来的左右车轮驱动力平衡控制是提高整车安全性能的主要技术手段。为了达到更好的起步效果，防止起步打滑，优化起步的动力输出控制，纯电动汽车的驱动防滑控制系统尤为重要。纯电动车行驶在颠簸道路等地附着路面，车轮的路面附着状态不断变化，可能会带来车轮空转等现象，导致循环换挡现象发生。
搭载AMT变速箱的纯电动汽车，车速通常根据变速器输出轴转速进行计算，车轮打滑会导致计算车速与实际车速不一致。AMT变速箱的换挡规律和车速息息相关，车速的异常变化导致AMT变速箱异常换挡，进而导致纯电动汽车的动力输出变差，严重影响整车的稳定性。
现有技术中，专利公布号为：CN 107215244 A的发明，公开了一种低附路面的电动汽车电驱动系统扭矩控制系统及方法，包括：电机转速信号采集及处理模块，采集电驱动系统中电机的转速信号并处理，输出电机转速至主控模块；主控模块根据电机转速信号采集及处理模块处理后的电机转速计算电机转速变化率的平均值，并根据计算模块的计算结果和来自整车控制器的电机扭矩指令，判断适用的控制方式，计算和发出相应的电机执行扭矩给电驱动系统中的电机控制器。该发明利用电机转速变化率平均值判断电动车辆在低附路面上是否出现打滑工况，并为此设置了上限门限值和下限门限值，通过整车标定获得合适的判断阈值能够实现准确的打滑判断和打滑退出。该发明不足之处在于计算方法较为复杂，增加外部传感器和整车额外数据接口，不易于集成在已有的整车控制系统模型中，通用性差。
发明内容
本发明提供一种纯电动车的驱动防滑控制方法及系统，所述方法包括以下步骤：
步骤1，根据整车动力学计算公式和汽车在附着力系数良好的路面下电机转速变化率的实测统计数据推导出得到电机转速变化率与电机输出扭矩、变速器档位、电机转速的函数关系式，并通过MATLAB仿真软件计算出汽车变速器处于D挡和R挡时对应的电机转速变化率的取值区间；
步骤2，在电动汽车CAN总线上实时获取的电机转速、电机输出扭矩值和变速器档位；
步骤3，根据所述电机转速计算出当前变速器档位的电机转速变化率；
步骤4，判断所述当前变速器档位的电机转速变化率是否超出步骤1中对应档位的电机转速变化率的取值区间，若是，则判定汽车处于打滑状态，并进入步骤4，若否，返回步骤2；
步骤5，按标定的修正值修正当前的驾驶员的请求扭矩值，得到目标请求扭矩值；
步骤6，整车控制器VCU通过CAN总线将目标请求扭矩值输出给电机控制器。
进一步地，所述步骤1中，所述根据整车动力学计算公式和汽车在附着力系数良好的路面下，电机转速变化率的实测统计数据推导出得到电机转速变化率与电机输出扭矩、变速器档位、电机转速的函数关系式，包括：
根据动力学公式(1)计算整车的整车纵向加速度ax：
ax＝1/δm[Ft-(Ff+Fw+Fi)]……(1)
式中：ax--整车纵向加速度，δ--整车的旋转质量换算系数，m--整车质量，Ft--整车驱动力，Ff--滚动阻力，Fw--空气阻力，Fi--坡道阻力；
默认整车处于水平道路，并根据外空气阻力、滚动阻力与车速的二次关系，得出整车阻力值F阻：
F阻＝Ff+Fw+Fi＝a+b*v+c*v2……(2)
式中：a，b，c--整车阻力系数，通过实际测量获得，v--车速；
根据公式(1)和公式(2)得到公式(3)如下：
ax＝1/δm[Ft-F阻]……(3)
根据整车驱动力Ft与电机扭矩，变速器档位状态之间的关系，得到如下公式(4)：
Ft＝(Ttq*ig*i0*ηt)/r……(4)
式中：Ttq--电机输出扭矩，ig--当前变速器档位的传动比，i0--主减速比，ηt--传动系传动效率，r--轮胎滚动半径；
根据公式(3)和公式(4)得到如下公式(5)：
ax＝1/δm[(Ttq*ig*i0*ηt)/r-F阻]……(5)
根据当前电机扭矩、档位状态估算整车在有效载质量和坡道下的最大纵向加速度值axmax；
并根据电机转速和整车车速的对应关系，按照如下公式(6)计算得到电机的角加速度amot：
amot＝(ax*ig*i0)/2πr……(6)
式中：r--轮胎滚动半径；
根据公式(5)、公式(6)得到电机的角加速度amot与电机扭矩、档位、转速的函数关系，如以下公式(7)所示：
Figure BDA0001769590340000031
由以上公式(7)可得角加速度amot＝f(电机输出扭矩，档位，转速)的函数关系，电机的角加速度amot即电机转速变化率。
进一步地，所述步骤1中，所述D挡位包括因车速及负荷的变化而自动换档的1档至n档，所述汽车变速器处于D挡位时的电机转速变化率的取值区间包括依次对应所述1档至n档的n个电机转速变化率的取值区间。
本发明所述系统包括：中央处理器、信号输入模块、车轮滑转估算模块、目标扭矩计算模块、输出模块，
中央处理器，用于根据整车动力学计算公式和汽车在附着力系数良好的路面下电机转速变化率的实测统计数据，通过MATLAB仿真软件计算出汽车变速器处于D挡和R挡时对应的电机转速变化率的取值区间；
信号输入模块，用于存储所述电机转速变化率的取值区间数据，同时用于在电动汽车CAN总线上实时获取的电机转速、电机输出扭矩值和变速器档位，并根据所述电机转速计算出当前变速器档位的电机转速变化率；
车轮滑转估算模块，用于通过判断所述当前变速器档位的电机转速变化率是否超出对应档位的电机转速变化率的所述取值区间，判定车辆是否处于打滑状态；
目标扭矩计算模块，用于当系统判定在车辆处于打滑状态时，按照标定的修正值修正当前的驾驶员的请求扭矩值，得到目标请求扭矩值；
输出模块，用于将目标扭矩的计算值输出给电机控制器。
本发明的有益效果在于：
1.本发明通过分析电机转速的变化率，实现对驱动滑移的有效评估；
2.本发明的驱动防滑控制方法，对电机扭矩输出进行限制，提高了车辆的寿命和使用性能，同时提高了车辆的安全性；
3.本发明的提出的驱动防滑控制方法和系统，在未增加外部传感器和整车额外数据接口的情况下，低成本地提升了整车驱动力控制性能，同时易于集成在已有的整车控制系统中，具有较好的通用性；
4.本发明的提出的驱动防滑控制方法可根据整车参数的差异和实测数据进行调试，有效的适应了不同车型的开发和使用，能够兼容各类车型。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的一种纯电动车的驱动防滑控制方法的流程图；
图2是本发明实施例2提供的一种纯电动车的驱动防滑控制系统的结构图。
具体实施方式
下面结合说明书附图1-2，对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
如图1所示，本发明所述方法包括以下步骤：
S1，根据整车动力学计算公式和汽车在附着力系数良好的路面下电机转速变化率的实测统计数据推导出得到电机转速变化率与电机输出扭矩、变速器档位、电机转速的函数关系式，并通过MATLAB仿真软件计算出汽车变速器处于D挡和R挡时对应的电机转速变化率的取值区间；
通过分析整车动力学计算公式和汽车在附着力系数良好的路面下运行的实测统计数据，得到电机转速变化率与电机输出扭矩、变速器档位、电机转速的函数关系式，分析过程如下：
根据动力学公式(1)计算整车的整车纵向加速度ax：
ax＝1/δm[Ft-(Ff+Fw+Fi)]……(1)
式中：ax--整车纵向加速度，δ--整车的旋转质量换算系数，m--整车质量，Ft--整车驱动力，Ff--滚动阻力，Fw--空气阻力，Fi--坡道阻力；
默认整车处于水平道路，并根据外空气阻力、滚动阻力与车速的二次关系，得出整车阻力值F阻：
F阻＝Ff+Fw+Fi＝a+b*v+c*v2……(2)
式中：a，b，c--整车阻力系数，通过实际测量获得，v--车速；
根据公式(1)和公式(2)得到公式(3)如下：
ax＝1/δm[Ft-F阻]……(3)
根据整车驱动力Ft与电机扭矩，变速器档位状态之间的关系，得到如下公式(4)：
Ft＝(Ttq*ig*i0*ηt)/r……(4)
式中：Ttq--电机输出扭矩，ig--当前变速器档位的传动比，i0--主减速比，ηt--传动系传动效率，r--轮胎滚动半径；
根据公式(3)和公式(4)得到如下公式(5)：
ax＝1/δm[(Ttq*ig*i0*ηt)/r-F阻]……(5)
根据当前电机扭矩、档位状态估算整车在有效载质量和坡道下的最大纵向加速度值axmax；
并根据电机转速和整车车速的对应关系，按照如下公式(6)计算得到电机的角加速度amot：
amot＝(ax*ig*i0)/2πr……(6)
式中：r--轮胎滚动半径；
根据公式(5)、公式(6)得到电机的角加速度amot与电机扭矩、档位、转速的函数关系，如以下公式(7)所示：
Figure BDA0001769590340000051
由以上公式(7)可得角加速度amot＝f(电机输出扭矩，档位，转速)的函数关系，电机的角加速度amot即电机转速变化率。
进一步地，所述步骤1中，所述D挡位包括因车速及负荷的变化而自动换档的1档至n档，所述汽车变速器处于D挡位时的电机转速变化率的取值区间包括依次对应所述1档至n档的n个电机转速变化率的取值区间。
通过MATLAB仿真软件计算出汽车变速器处于D挡和R挡时对应的电机转速变化率的取值区间；
进一步地，所述D挡位包括因车速及负荷的变化而自动换档的1档至n档，所述汽车变速器处于D挡位时的电机转速变化率的取值区间包括依次对应所述1档至n档的n个电机转速变化率的取值区间。
S2，在电动汽车CAN总线上实时获取的电机转速、电机输出扭矩值和变速器档位；
S3，根据所述电机转速计算出当前变速器档位的电机转速变化率；
电机转速变化率等于电机转速变化与采集时间的比值，如：电机转速从1000变成2000，用了1min，那么变化率就是(2000-1000)/1＝1000；
S4，判断所述当前变速器档位的电机转速变化率是否超出S1中对应档位的电机转速变化率的取值区间，若是，则判定汽车处于打滑状态，并进入S4，若否，返回S2；
S5，按照标定的修正值修正当前的驾驶员的请求扭矩值，得到目标请求扭矩值；
驾驶员的请求扭矩值与修正值的和值为目标请求扭矩，且这个电机目标请求扭矩时刻变化。
S6，将目标请求扭矩输出给电机控制器，所述目标请求扭矩作为驾驶员请求的电机输出扭矩。
如图2所示，本发明所述系统包括：中央处理器、信号输入模块、车轮滑转估算模块、目标扭矩计算模块、输出模块，
其中，中央处理器、信号输入模块、车轮滑转估算模块、目标扭矩计算模块、输出模块均为基于整车控制器VCU的功能模块；
中央处理器，用于根据整车动力学计算公式和汽车在附着力系数良好的路面下电机转速变化率的实测统计数据，通过MATLAB仿真软件计算出汽车变速器处于D挡和R挡时对应的电机转速变化率的取值区间；
信号输入模块，用于存储所述电机转速变化率的取值区间数据，同时用于在电动汽车CAN总线上实时获取的电机转速、电机输出扭矩值和变速器档位，并根据所述电机转速计算出当前变速器档位的电机转速变化率；
车轮滑转估算模块，用于通过判断所述当前变速器档位的电机转速变化率是否超出对应档位的电机转速变化率的所述取值区间，判定车辆是否处于打滑状态；
目标扭矩计算模块，用于当系统判定在车辆处于打滑状态时，按照调试工程师标定的修正值修正当前的驾驶员的请求扭矩值，得到目标请求扭矩值；
输出模块，用于将目标扭矩的计算值输出给电机控制器。
装有本发明所述系统的车辆运行前，中央处理器通过MATLAB仿真软件计算出汽车变速器处于D挡和R挡时对应的电机转速变化率的取值区间，并将所述电机转速变化率的取值区间数据存储到信号输入模块中；
装有本发明所述系统的车辆运行过程中，信号输入模块在电动汽车CAN总线上实时获取的电机转速、电机输出扭矩值和变速器档位，并根据所述电机转速计算出当前变速器档位的电机转速变化率；车轮滑转估算模块从信号输入模块中获取到当前变速器档位的电机转速变化率，并通过判断所述当前变速器档位的电机转速变化率是否超出所述电机转速变化率的取值区间数据中对应档位的电机转速变化率的取值区间，判定车辆是否处于打滑状态；当系统判定在车辆处于打滑状态时，目标扭矩计算模块按照修正值修正当前的驾驶员的请求扭矩值，并得到目标请求扭矩，输出模块接收到目标请求扭矩，进而将目标扭矩的计算值输出给电机控制器，达到驱动防滑的目的。
本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种纯电动车的驱动防滑控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，根据整车动力学计算公式和汽车在附着力系数良好的路面下电机转速变化率的实测统计数据推导出得到电机转速变化率与电机输出扭矩、变速器挡位、电机转速的函数关系式，电机转速变化率与电机输出扭矩、变速器挡位、电机转速的函数关系式包括：
根据以下动力学公式(1)计算整车的整车纵向加速度ax：
ax＝1/δm[Ft-(Ff+Fw+Fi)]……(1)，
公式(1)中：ax--整车纵向加速度，δ--整车的旋转质量换算系数，m--整车质量，Ft--整车驱动力，Ff--滚动阻力，Fw--空气阻力，Fi--坡道阻力；
默认整车处于水平道路，并根据外空气阻力、滚动阻力与车速的二次关系，得出整车阻力值F阻：
F阻＝Ff+Fw+Fi＝a+b*v+c*v2……(2)，
公式(2)中：a，b，c--整车阻力系数，通过实际测量获得，v--车速；
根据公式(1)和公式(2)得到公式(3)如下：
ax＝1/δm[Ft-F阻]……(3)，
根据整车驱动力Ft与电机扭矩，变速器档位状态之间的关系，得到如下公式(4)：
Ft＝(Ttq*ig*i0*ηt)/r……(4)，
公式(4)中：Ttq--电机输出扭矩，ig--当前变速器档位的传动比，i0--主减速比，ηt--传动系传动效率，r--轮胎滚动半径；
根据公式(3)和公式(4)得到如下公式(5)：
ax＝1/δm[(Ttq*ig*i0*ηt)/r-F阻]……(5)，
根据当前电机扭矩、档位状态估算整车在有效载质量和坡道下的最大纵向加速度值axmax；
并根据电机转速和整车车速的对应关系，按照如下公式(6)计算得到电机的角加速度amot：
amot＝(ax*ig*i0)/2πr……(6)，
公式(6)中：r--轮胎滚动半径；
根据公式(5)、公式(6)得到电机的角加速度amot与电机扭矩、档位、转速的函数关系，如以下公式(7)所示：
Figure FDA0002889718080000011
通过MATLAB仿真软件计算出汽车变速器处于D挡和R挡时对应的电机转速变化率的取值区间，D挡位包括因车速及负荷的变化而自动换挡的1挡至n挡，汽车变速器处于D挡位时对应的电机转速变化率的取值区间包括汽车变速器处于1挡至n挡时依次对应的n个电机转速变化率的取值区间；
步骤2，在电动汽车CAN总线上实时获取的电机转速、电机输出扭矩值和变速器档位；
步骤3，根据电机转速计算出当前的电机转速变化率；
步骤4，判断当前的电机转速变化率是否超出步骤1中对应档位的电机转速变化率的取值区间，若是，则判定汽车处于打滑状态，并进入步骤5，若否，返回步骤2；
步骤5，按照标定的修正值修正当前的驾驶员的请求扭矩值，得到目标请求扭矩值；
步骤6，将目标请求扭矩输出给电机控制器。
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