CN109910635B - 一种电动车的车速控制方法、系统及终端设备 - Google Patents

一种电动车的车速控制方法、系统及终端设备 Download PDF

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Abstract

本发明适用于电动车技术领域，提供了一种电动车的扭矩模式下车速限制方法、系统及终端设备，包括：获取电机的当前转速；根据电机的当前转速与最高转速得到转速差；对转速差进行比例积分控制及限幅后得到限制系数并与交轴电流设定值相乘，在电机最高转速附近对电机的转速进行反馈调节，以使电动车的车速小于或等于最高限制车速。在通过磁场定向控制系统控制电机交轴电流的同时按照最高限制车速对电动车的车速进行限制，通过反馈调节交轴电流设定值使得电机转速处于限制范围内，在任意时刻都能够将车速限制最高限制车速以下，并且当车速在最高限制车速以下时不影响其正常的电流控制，有效地避免行车过程中出现车速超出规定的最高车速的情况，提高行车安全性。

Description

一种电动车的车速控制方法、系统及终端设备
技术领域
本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种电动车的车速控制方法、系统及终端设备。
背景技术
目前，通常采用磁场定向控制(Field Oriented Control,FOC)对电动摩托车的无刷直流电机进行控制。在电流(力矩)控制模式下，磁场定向控制方法的基本控制框图如图1所示。通常情况，在进行电流(力矩)控制时电机的运行速度在到达额定转速附近后将不再增加，以起到限制最高速度在额定转速附近的效果，但是如果在力矩控制模式下，需要将车速限制在额定转速以下的任意速度，以传统的闭环控制结构将无能为力。由于国标电动摩托车对车的最高车速有强制性的限制要求，而且从动力性的角度考虑通常选定的电机额定转速会大于规定(国标电动车的最高限制车速)的最高车速。因此，传统磁场定向控制方法难以实现将电机的转速限制在任意最高转速，以避免行车过程中出现车速超出规定的最高车速的情况。
综上所述，目前的磁场定向控制方法存在难以实现将电机的转速限制在任意最高转速，导致行车过程中容易出现车速超出规定的最高车速的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种电动车的车速控制方法、系统及终端设备，以目前的磁场定向控制方法(力矩控制模式下)存在难以实现将电机的转速限制在额定转速以下的任意最高转速，导致行车过程中容易出现车速超出规定的最高车速的问题。
本发明的第一方面提供了一种电动车的车速控制方法，包括：
获取电机的当前转速；
根据电机的当前转速与最高转速得到转速差；
对所述转速差进行比例积分控制及限幅，得到限制系数；
根据所述限制系数反馈调节交轴电流设定值，对电机的转速进行反馈调节，以使电动车的车速小于或等于最高限制车速。
本发明的第二方面提供了一种电动车的车速控制系统，包括：
获取模块，用于获取电机的当前转速；
差值模块，用于根据电机的当前转速与最高转速得到转速差；
限制模块，用于对所述转速差进行比例积分控制及限幅，得到限制系数；
调节模块，用于根据所述限制系数与交轴电流设定值相乘，对电机的转速进行反馈调节，以使电动车的车速小于或等于最高限制车速。
本发明的第三方面提供了一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
获取电机的当前转速；
根据电机的当前转速与最高转速得到转速差；
对所述转速差进行比例积分控制及限幅，得到限制系数；
将所述限制系数与交轴电流设定值相乘，对电机的转速进行反馈调节，以使电动车的车速小于或等于最高限制车速。
本发明的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取电机的当前转速；
根据电机的当前转速与最高转速得到转速差；
对所述转速差进行比例积分控制及限幅，得到限制系数；
将所述限制系数与交轴电流设定值相乘，对电机的转速进行反馈调节，以使电动车的车速小于或等于最高限制车速。
本发明提供的一种电动车的车速控制方法、系统及终端设备，在通过磁场定向控制系统控制电机交轴电流的同时按照最高限制车速对电动车的车速进行限制，通过反馈调节交轴电流设定值使得电机转速处于限制范围内，在电流(力矩)控制模式下任意时刻都能够将车速限制最高限制车速以下，并且当车速在最高限制车速以下时不影响其正常的电流(力矩)控制，有效地避免行车过程中出现车速超出规定的最高车速的情况，提高行车安全性，有效地解决了目前的磁场定向控制方法存在难以实现将电机的转速限制在任意最高转速，导致行车过程中容易出现车速超出规定的最高车速的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是是现有的磁场定向控制方法的基本控制框图；
图2是本发明实施例一提供的一种电动车的车速控制方法的实现流程示意图；
图3是本发明实施例提供的电动车的车速控制方法的基本控制框图；
图4是本发明实施例二提供的对应实施例一步骤S104的实现流程示意图；
图5是本发明实施例三提供的一种电动车的车速控制系统的结构示意图；
图6是本发明实施例四提供的对应实施例三中调节模块104的结构示意图；
图7是本发明实施例五提供的终端设备的示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、系统、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
实施例一：
如图2所示，本实施例提供了一种电动车的车速控制方法，其具体包括：
步骤S101：获取电机的当前转速。
在具体应用中，通过与电机连接的转速传感器获取电机的当前转速。需要说明的是，获取电机的当前转速相当于获取当前车速，根据电机的当前转速与车速的换算方式就能够在获取到电机的当前转速的前提下获得电动车的当前车速。电机转速与电动车车速之间的换算方式为本领域常用的手段，在此不加以赘述。还需要说明的是，还可以通过速度传感器获取电机的当前转速，也可以通过其他方式实时获取到电机的当前转速，在此不加以限制。
在具体应用中，上述电机包括但不限于直流无刷电机。
步骤S102：根据电机的当前转速与最高转速得到转速差。
在具体应用中，将电机的当前转速V与最高转速Vmax输入减法器进行作差，输出转速差。
在具体应用中，上述最高转速Vmax是指根据规定的最高车速换算得到电机的最高限制转速。
步骤S103：对所述转速差进行比例积分控制及限幅，得到限制系数。
在具体应用中，通过将电机的当前转速和最高转速进行作差得到转速差，将所述转速差输入抗饱和比例积分控制器，输出比例积分电流。
在具体应用中，再将比例积分电流输入限幅器，输出限制系数。在具体应用中，上述限幅器限幅的幅值为(-1，1)，即限制系数的最大值为1，最小值为-1。
步骤S104：将所述限制系数与交轴电流设定值相乘，对电机的转速进行反馈调节，以使电动车的车速小于或等于最高限制车速。
在具体应用中，将限幅器输出的限制系数与给定的交轴电流Iq_ref通过乘法器进行相乘得到交轴电流设定值，将调节得到的交轴电流设定值通过磁场定向控制系统实现电流(力矩)控制。需要说明的是，通过磁场定向控制系统实现电流(力矩)控制作为本领域的现有技术，在此不再对磁场定向控制系统实现电流控制的过程进行赘述。还需要说明的是，通过磁场定向控制系统进行电流(力矩)控制，进而控制电机的转速。当电机的转速被控制在限制范围内时，电动车的车速也得到控制，进而控制电动车的车速小于或等于最高限制车速。
为了进一步说明本发明实施例提供的电动车的车速控制方法，图3示出了本发明实施例提供的电动车的车速控制方法的基本控制框图，以下结合图3对电动车的车速控制方法进行说明：
如图3所示，电机的当前转速V通过与电机电连接的转速传感器1获取，在本实施例中，上述转速传感器为速度/位置合二为一的传感器。将当前车速V和最高转速Vmax输入减法器2中进行作差，并输出转速差，最高转速Vmax>0。将得到的转速差输入到抗饱和比例积分控制器3进行比例运算和积分运算，得到比例积分电流，再将比例积分电流输入到限幅器4处进行限幅，限幅的幅值为(-1，1)，即限幅器4输出的限制系数的最大值为1，最小值为-1。最后将限幅器4输出的限制系数与给定的交轴电流Iq_ref通过乘法器5相乘，得到交轴电流设定值，再将得到的交轴电流设定值送入传统的磁场定向控制系统中进行电流(力矩)控制。在电动车运行过程中，当根据当前车速采集到的当前转速V≤Vmax时，减法器2输出的差值大于0，因此经过比例积分控制器3的比例积分运算以及限幅器4限幅后，限幅器4输出的限制系数稳定到1，通过乘法器5与给定的交轴电流值Iq_ref相乘得到的交轴电流设定值基本与Iq_ref相等。因此对于原有的电流(力矩)控制不产生影响。当V≥Vmax时，减法器2处输出的差值小于0，因此经过抗饱和比例积分控制器3处进行比例积分计算及限幅器4限幅以后，限幅器4的输出将小于1，再与给定的交轴电流相乘得到的交轴电流设定值将小于Iq_ref，交轴电流设定值减小意味着输出力矩减小，因此电机的转速也会逐渐减小，进而使得车速逐渐减小，形成负反馈，以使车速控制在最高车速的限制方位内。需要说明的是，即使始终保持Iq_ref>0，此时车速也将最终稳定在设定的最高车速，不会超过设定的最高车速，进而保证行车安全。
在具体应用中，设定的最高车速可以根据行车的具体情况进行设置，示例性的，若行车过程选择高速档位，则将最高车速设置为40km/h；若行车过程中选择低速档位，则将最高车速设置为20km/h；若行车过程中选择中速档位，则将最高车速设置为30km/h。
本实施例提供的电动车的车速控制方法，在通过磁场定向控制系统控制电机交轴电流的同时按照最高限制车速对电动车的车速进行限制，通过反馈调节交轴电流设定值使得电机转速处于限制范围内，在电流(力矩)控制模式下任意时刻都能够将车速限制最高限制车速以下，并且当车速在最高限制车速以下时不影响其正常的电流(力矩)控制，有效地避免行车过程中出现车速超出规定的最高车速的情况，提高行车安全性，有效地解决了目前的磁场定向控制方法存在难以实现将电机的转速限制在任意最高转速，导致行车过程中容易出现车速超出规定的最高车速的问题。
实施例二：
如图4所示，在本实施例中，实施例一中的步骤S104具体包括：
步骤S201：将所述限制系数与给定的交轴电流输入乘法器，输出交轴电流设定值。
在具体应用中，通过将限制系数与给定的交轴电流值输入到乘法器中，通过乘法器相乘后输出交轴电流设定值。
步骤S202：基于磁场定向控制系统根据所述交轴电流设定值对所述电机的转速进行控制，以使电动车的车速小于或等于最高限制车速。
在具体应用中，通过将调节得到的交轴电流设定值输入到现有的磁场定向控制系统进行电流(力矩)控制，通过控制电流进而控制电机的转速，最终实现对电动车的车速进行控制，将电动车的车速限制在最高车速的范围内，即控制电动车的车速小于或等于最高车速。
实施例三：
如图5所示，本实施例提供一种电动车的车速控制系统100，用于执行实施例一中的方法步骤，其包括获取模块101、差值模块102、限制模块103以及调节模块104。
获取模块101用于获取电机的当前转速。
差值模块102用于根据电机的当前转速与最高转速得到转速差。
限制模块103用于对所述转速差进行比例积分控制及限幅，得到限制系数。
调节模块104用于根据所述限制系数反馈调节交轴电流设定值，对电机的转速进行反馈调节，以使电动车的车速小于或等于最高限制车速。
在一个实施例中是，上述限制模块103包括比例积分单元和限制单元。
上述比例积分单元用于将所述转速差输入抗饱和比例积分控制器，输出比例积分电流。
上述限制单元用于将所述比例积分电流输入限幅器，输出限制系数。
需要说明的是，本发明实施例提供的电动车的车速控制系统，由于与本发明图2所示方法实施例基于同一构思，其带来的技术效果与本发明图2所示方法实施例相同，具体内容可参见本发明图2所示方法实施例中的叙述，此处不再赘述。
因此，本实施例提供的一种电动车的车速控制系统，同样能够在通过磁场定向控制系统控制电机交轴电流的同时按照最高限制车速对电动车的车速进行限制，通过反馈调节交轴电流设定值使得电机转速处于限制范围内，在电流(力矩)控制模式下任意时刻都能够将车速限制最高限制车速以下，并且当车速在最高限制车速以下时不影响其正常的电流(力矩)控制，有效地避免行车过程中出现车速超出规定的最高车速的情况，提高行车安全性，有效地解决了目前的磁场定向控制方法存在难以实现将电机的转速限制在任意最高转速，导致行车过程中容易出现车速超出规定的最高车速的问题。
实施例四：
如图6所示，在本实施例中，实施例三中的调节模块104包括用于执行图4所对应的实施例中的方法步骤的结构，其包括调节单元201和控制单元202。
调节单元201用于将所述限制系数与所述与给定的交轴电流输入乘法器，输出交轴电流设定值。
控制单元202用于基于磁场定向控制系统根据所述交轴电流设定值对所述电机的转速进行控制，以使电动车的车速小于或等于最高限制车速。
实施例五：
图7是本发明实施例五提供的终端设备的示意图。如图7所示，该实施例的终端设备5包括：处理器50、存储器51以及存储在所述存储器51中并可在所述处理器50上运行的计算机程序52，例如程序。所述处理器50执行所述计算机程序52时实现上述各个图片处理方法实施例中的步骤，例如图2所示的步骤S101至S104。或者，所述处理器50执行所述计算机程序52时实现上述系统实施例中各模块/单元的功能，例如图5所示模块101至104的功能。
示例性的，所述计算机程序52可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器51中，并由所述处理器50执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序52在所述终端设备5中的执行过程。例如，所述计算机程序52可以被分割成获取模块、差值模块、限制模块以及调节模块，各模块具体功能如下：
获取模块，用于获取电机的当前转速；
差值模块，用于根据电机的当前转速与最高转速得到转速差；
限制模块，用于对所述转速差进行比例积分控制及限幅，得到限制系数；
调节模块，用于根据所述限制系数反馈调节交轴电流设定值，对电机的转速进行反馈调节，以使电动车的车速小于或等于最高限制车速。
所述终端设备5可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端管理服务器等计算设备。所述终端设备可包括，但不仅限于，处理器50、存储器51。本领域技术人员可以理解，图7仅仅是终端设备5的示例，并不构成对终端设备5的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器50可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
所述存储器51可以是所述终端设备5的内部存储单元，例如终端设备5的硬盘或内存。所述存储器51也可以是所述终端设备5的外部存储设备，例如所述终端设备5上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器51还可以既包括所述终端设备5的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器51用于存储所述计算机程序以及所述终端设备所需的其他程序和数据。所述存储器51还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述系统的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述无线终端中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，系统或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述设置为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，设置为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并设置为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或系统、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电动车的车速控制方法，其特征在于，包括：
获取电机的当前转速；
根据电机的当前转速与最高转速得到转速差；
对所述转速差进行比例积分控制及限幅，得到限制系数；
根据限制系数反馈调节交轴电流设定值，对电机的转速进行反馈调节，以使电动车的车速小于或等于最高限制车速。
2.根据权利要求 1所述的电动车的车速控制方法，其特征在于，所述根据电机的当前转速与最高转速得到转速差，包括：
将所述电机的当前转速与最高转速输入减法器进行作差，输出转速差。
3.根据权利要求1所述的电动车的车速控制方法，其特征在于，所述对所述转速差进行比例积分控制及限幅，得到限制系数，包括：
将所述转速差输入抗饱和比例积分控制器，输出比例积分电流；
将所述比例积分电流输入限幅器，输出限制系数。
4.根据权利要求1所述的电动车的车速控制方法，其特征在于，所述根据限制系数反馈调节交轴电流设定值，进而对电机的转速进行反馈调节，以使电动车的车速小于或等于最高限制车速，包括：
将所述限制系数与给定的交轴电流输入乘法器，输出交轴电流设定值；
基于磁场定向控制系统根据所述交轴电流设定值对所述电机的转速进行控制，以使电动车的车速小于或等于最高限制车速。
5.根据权利要求1所述的电动车的车速控制方法，其特征在于，所述获取电机的当前转速，包括：
通过转速传感器获取电机的当前转速。
6.一种电动车的车速控制系统，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取电机的当前转速；
差值模块，用于根据电机的当前转速与最高转速得到转速差；
限制模块，用于对所述转速差进行比例积分控制及限幅，得到限制系数；
调节模块，用于根据所述限制系数反馈调节交轴电流设定值，对电机的转速进行反馈调节，以使电动车的车速小于或等于最高限制车速。
7.根据权利要求6所述的电动车的车速控制系统，其特征在于，所述限制模块包括：
比例积分单元，用于将所述转速差输入抗饱和比例积分控制器，输出比例积分电流；
限制单元，用于将所述比例积分电流输入限幅器，输出限制系数。
8.根据权利要求6所述的电动车的车速控制系统，其特征在于，所述调节模块包括：
调节单元，用于将所述限制系数与给定的交轴电流输入乘法器，输出交轴电流设定值；
控制单元，用于基于磁场定向控制系统根据所述交轴电流设定值对所述电机的转速进行控制，以使电动车的车速小于或等于最高限制车速。
9.一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述方法的步骤。
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