CN110154783A - 基于开沃汽车四种动力模式整车控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于开沃汽车四种动力模式整车控制器，其特征在于：包括动力模式、经济模式、常规模式以及雪地模式，整车控制器采集加速踏板与制动踏板的信号，综合车辆的当前运行状态与电机外特性，计算出踏板深度对应的需求扭矩，并将需求扭矩通过CAN通信发送给电机控制器控制电机输出相应扭矩。本发明能够弥补纯电动客车动力控制模式的多样性的空白，不但能够满足多种行车需求、提升用户体验，改善安全性能，也在一定程度上实现了节能环保。

Description

基于开沃汽车四种动力模式整车控制器

技术领域：

本发明涉及一种基于开沃汽车四种动力模式整车控制器，其属于新能源纯电动客车整车控制器的动力模式控制领域。

背景技术：

随着环境污染与能源紧张问题的加剧，世界各国都在积极发展新能源汽车技术。纯电动汽车因为具有低噪声、低污染等优点，使用越来越广泛。

目前燃油型乘用车已经投入使用经济模式、常规模式、动力模式、雪地模式等四种动力控制模式，并且获得了良好的市场反响。然而纯电动客车的动力控制模式却只有一种模式，仅考虑特定情况下的需求，无法满足不同路况、行驶过程不同驾驶员意图下的动力性和经济性需求。为解决动力性和经济性双重需求，本发明将纯电动客车的动力控制分为动力模式、经济模式、常规模式、雪地模式。其中：动力模式侧重整车加速性能的提升，能够快速响应驾驶员的加速意图；经济模式侧重整车经济性能提升，电机电池等动力部件在该模式下工作在高效区；常规模式介于两者之间，实现动力模式和经济模式转矩过渡；雪地模式则特定针对冬季冰雪路面状况，兼顾安全性能与经济性。因此，基于纯电动客车四种动力模式整车控制器对纯电动客车的动力控制技术领域具有重要意义。

发明内容：

本发明是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种基于开沃汽车四种动力模式整车控制器，使得驾驶员能够根据实时路况选择合适的动力控制模式，既满足行车需求，同时也节能，更能提升安全性能。

本发明所采用的技术方案有：一种基于开沃汽车四种动力模式整车控制器，其特征在于：包括动力模式、经济模式、常规模式以及雪地模式，整车控制器采集加速踏板与制动踏板的信号，综合车辆的当前运行状态与电机外特性，计算出踏板深度对应的需求扭矩，并将需求扭矩通过CAN通信发送给电机控制器控制电机输出相应扭矩；

扭矩与电机转速是一一对应的关系，车速与电机转速的计算公式如下式(1)所示，其中K为常数，其值近似为0.377，R为车轮半径，I为传动比

VEHICLE_SPEED＝K*MOTOR_SPEED*R/I (1)

根据当前电机转速计算得到的车速查表得到当前的扭矩值，下式(2)实现了查表功能，其中f_Interp1()是插值函数，L是车速、扭矩比例的数组长度，Vtemp是当前电机转速对应的车速，MOtorPeakTorque是峰值扭矩(常数)：

f_ETorq＝f_Interp1(SpeedLim,LimRatio,L,Vtemp)*MOtorPeakTorque (2)

式(2)初步计算出了当前扭矩值，通过CAN发送给电机控制器的需求扭矩结合当前的行车状态进一步处理得到需求扭矩：

Torque＝MaxAccTorque*ACC_Pedal (3)

上式(3)中Torque为发送的需求扭矩，MaxAccTorque为最大加速扭矩，ACC_Pedal为加速踏板百分比。

本发明具有如下有益效果：本发明基于开沃汽车四种动力模式整车控制器能够弥补纯电动客车动力控制模式的多样性的空白，不但能够满足多种行车需求、提升用户体验，改善安全性能，也在一定程度上实现了节能环保。

附图说明：

图1是电机外特性曲线图。

图2是模式切换的适用情景。

图3是四种动力模式转换对应SIMULINK模型。

图4是动力模式加速踏板处理对应SIMULINK模型。

图5是加速踏板输出比例关系图。

图6是根据控制策略绘制的四种模式驱动扭矩变化曲线。

图7是驱动扭矩变化曲线。

图8是制动扭矩变化曲线。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

纯电动客车行驶时面临的道路状况复杂多变，单一的动力控制模式无法满足不同路况的不同行车需求，因此本发明开发了基于纯电动客车的四种动力模式的模式切换整车控制器软件，分别是：动力模式、经济模式、常规模式、雪地模式。基于纯电动客车的四种动力控制模式使得用户能够根据驾驶情景的差异选择相应的驾驶模式。

在纯电动客车中，整车控制器采集加速踏板与制动踏板的信号，综合车辆的当前运行状态与电机外特性，计算出踏板深度对应的需求扭矩，并将需求扭矩通过CAN通信发送给电机控制器控制电机输出相应扭矩。而四种动力模式之间区别在于动力(扭矩)输出不同，因此本文发明通过踏板和电机外特性入手开发四种模式的控制方式。

图1是某型号的电机外特性图，由图可知，扭矩与电机转速是一一对应的关系。

车速与电机转速的计算公式如下式(1)所示，其中K为常数，其值近似为0.377，R为车轮半径，I为传动比。

VEHICLE_SPEED＝K*MOTOR_SPEED*R/I (1)

综合图1与式(1)，可得到两个数组，即式(2)中的车速(SpeedLim)与扭矩比例(LimRatio＝当前扭矩/峰值扭矩)，根据当前电机转速计算得到的车速查表可得到当前的扭矩值，下式(2)实现了查表功能，其中f_Interp1()是插值函数，L是车速、扭矩比例的数组长度，Vtemp是当前电机转速对应的车速，MOtorPeakTorque是峰值扭矩(常数)：

f_ETorq＝f_Interp1(SpeedLim,LimRatio,L,Vtemp)*MOtorPeakTorque (2)

式(2)只是初步计算出了当前扭矩值，而实际通过CAN发送给电机控制器的需求扭矩需要结合当前的行车状态(如：D档、R档、油门踏板深度、制动踏板深度等状态信息)进一步处理得到需求扭矩，以D档加速为例：

Torque＝MaxAccTorque*ACC_Pedal (3)

上式(3)中Torque为发送的需求扭矩，MaxAccTorque为最大加速扭矩(由f_ETorq经过简单处理得到)，ACC_Pedal为加速踏板百分比。

综上，本专利根据不同路况下的行车需求，从踏板和电机外特性两方面入手，提出了四种动力控制模式的控制策略：

1)经济模式

经济模式下扭矩峰值较电机外特性的峰值有所降低，峰值之外的扭矩值亦调整至小于正常情况，调整至电机高效区内，最大速度限制为50km/h；

2)常规模式

常规模式下的峰值扭矩不变，但是峰值扭矩提前下降，峰值之外的扭矩值限制相较于正常情况有所减小，但大于经济模式下的扭矩，最大速度遵循正常情况进行限制；

3)动力模式

动力模式下扭矩变化遵循电机外特性，不做任何处理，最大速度遵循正常情况进行限制；增大加速踏板开度采集增益。

4)雪地模式

雪地模式的最大制动扭矩小于最大制动，无滑行回馈，驱动模式下控制策略同经济模式。

基于纯电动客车的四种动力控制模式可以使得用户能够根据驾驶情景的差异选择相应的驾驶模式，如图2所示：道路拥堵时，可选择经济模式，加速相对缓慢，安全性相对较高，同时舒适省电，实现节能环保；路况良好时，用户渴望澎湃动力(或者爬坡等情况)，加速灵敏，可选择动力模式，此时客车动力反应更加迅速；雨雪天气则可选择雪地模式等。用户可以根据道路实况选择合适的驾驶模式，既满足行车需求，同时也能最大限度的实现节能环保。

为验证本软件的功能，软件(图3、4是动力模式转换对应的功能控制模块)编写完成后立即进行测试阶段。前期测试：根据四种动力模式控制策略，绘制出加速踏板输出比例变化关系、驱动扭矩变化曲线，如图5、图6所示，将其植入整车控制器软件，对软件进行四种动力模式切换的硬件在环的台架上进行模拟测试，取得了理想的结果，如图7、图8所示。后期实车验证：运用三种模式(即：经济模式、常规模式、雪地模式)切换功能，将三种动力模式整车控制程序刷入实车，进行实车路试，主要监测以下五个参数：

1)加速时最大放电电流；

2)到达最大放电电流时间；

3)0到50KM/H加速时间；

4)到达最大请求扭矩时间；

5)加速时最大请求扭矩；

监测结果如表1所示，由结果可知：达到了预期效果。

通常情况下电机厂家提供的电机外特性曲线如图1所示，而整车控制器最终发送给电机控制器的需求扭矩则是综合电机外特性、行车状态、整车控制器自身采集的加速踏板与制动踏板的信号，经过运算得出的。据此，本发明以踏板状态和电机外特性为切入点，进行基于纯电动客车的四种动力模式整车控制器软件的开发设计工作。

如图4是根据纯电动客车的四种动力模式的控制策略绘制得到的驱动扭矩变化曲线，图5是动力模式下加速踏板端电压随踏板深度的变化比例关系。将图4与图5的数据信息植入到本发明所开发的四种动力控制模式整车控制器软件中，并进行硬件在环的台架模拟测试。基于四种不同动力控制模式的整车控制器软件的模拟测试结果如图5、图6所示。图5、图6显示，整车控制器发送给电机控制器的需求扭矩达到了预期结果：图5可知，电机转速在0至500转左右，常规模式与动力模式的峰值扭矩相同，经济模式与雪地模式的峰值扭矩相同，但低于常规模式和动力模式；电机转速大于500转时，动力模式的输出扭矩最大，常规模式的输出扭矩居中，经济模式与雪地模式的输出扭矩最小；经济模式与雪地模式的驱动扭矩变化曲线重合，即两者的输出扭矩相同；图6显示，动力模式、常规模式、经济模式的制动扭矩变化曲线相同，雪地模式的最大制动扭矩小于其他三种模式。此外，进行台架模拟测试时，雪地模式无滑行扭矩输出。

表1是运用本发明的四种动力模式控制中的三种动力控制模式(常规模式、经济模式、雪地模式)的订单车的路试结果。实车路试时，同一名司机驾驶同一辆纯电动客车在相同的路段，相同的天气，切换不同的动力控制模式进行多次行驶，行驶过程中主要监测：0km/h至50km/h加速时间、最大请求扭矩、最大放电电流、最大制动回馈电流、最大滑行回馈电流等五个参数。下表1是多次行驶中的一次监测数据，表1显示：

1)常规模式的0km/h至50km/h加速时间是16秒，而经济模式与雪地模式则同为22秒，即经济模式与雪地模式的加速相比于常规模式较“肉”，相对慵懒，呼应于四种动力模式控制策略中驱动情况下，雪地模式的扭矩变化与经济模式相同，而常规模式的动力性大于经济模式；

2)常规模式的最大请求扭矩为2520NM，而经济模式与雪地模式为2240NM，即常规模式的峰值扭矩大于经济模式及雪地模式的峰值扭矩，与控制策略呼应；

3)常规模式的最大放电电流为268A，经济模式为198A，雪地模式为196A，即经济模式及雪地模式相对于常规模式耗电少，呼应于控制策略中的经济模式与雪地模式的动力性小；

4)常规模式的最大制动回馈电流为231A，经济模式为233A，雪地模式为200A，即雪地模式的制动回馈电流小于经济模式、常规模式，呼应于控制策略中常规模式、经济模式的制动扭矩相同，雪地模式的最大制动扭矩则相对较小；

5)常规模式的最大滑行回馈电流为72A，经济模式为71A，雪地模式无滑行回馈电流，呼应于控制策略中雪地模式无滑行回馈。

综合台架模拟测试与实车路试的结果，可得出结论：本发明即基于开沃汽车四种动力模式整车控制器软件是成功的。投入使用后，该软件将会弥补纯电动客车动力控制模式的多样性的空白，不但能够满足多种行车需求、提升用户体验，改善安全性能，也在一定程度上实现了节能环保。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于开沃汽车四种动力模式整车控制器，其特征在于：包括动力模式、经济模式、常规模式以及雪地模式，整车控制器采集加速踏板与制动踏板的信号，综合车辆的当前运行状态与电机外特性，计算出踏板深度对应的需求扭矩，并将需求扭矩通过CAN通信发送给电机控制器控制电机输出相应扭矩；

扭矩与电机转速是一一对应的关系，车速与电机转速的计算公式如下式(1)所示，其中K为常数，其值近似为0.377，R为车轮半径，I为传动比

VEHICLE_SPEED＝K*MOTOR_SPEED*R/I (1)

根据当前电机转速计算得到的车速查表得到当前的扭矩值，下式(2)实现了查表功能，其中f_Interp1()是插值函数，L是车速、扭矩比例的数组长度，Vtemp是当前电机转速对应的车速，MOtorPeakTorque是峰值扭矩(常数)：

f_ETorq＝f_Interp1(SpeedLim,LimRatio,L,Vtemp)*MOtorPeakTorque (2)

式(2)初步计算出了当前扭矩值，通过CAN发送给电机控制器的需求扭矩结合当前的行车状态进一步处理得到需求扭矩：

Torque＝MaxAccTorque*ACC_Pedal (3)

上式(3)中Torque为发送的需求扭矩，MaxAccTorque为最大加速扭矩，ACC_Pedal为加速踏板百分比。