CN111452626A - 一种新能源车辆电机驱动控制及车速安全保护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新能源车辆电机驱动控制及车速安全保护方法，应用于包括整车控制器、电机控制器、电机转速检测设备、防抱死制动系统ABS的新能源汽车，包括：计算出三组电机转速值、电机转子位置值、整车车速值，对三组电机转子位置值建立对应的可信因子；根据车辆自身状态调整各个位置值的可信因子，采用最大可信因子对应的电机转速值和电机转子位置值；整车控制器根据转速值可信因子的情况启动相应的整车车辆保护策略。无需增加设备改造原车，成本低，反应快，可靠性高。
Description
技术领域
本发明属于电机驱动系统领域，涉及一种新能源车辆电机驱动控制及车速安全保护方法。
背景技术
新能源汽车作为一种节能环保的产品，使用前景十分良好。目前新能源车辆采用电机作为动力驱动设备，并单一地通过电机转速采集设备计算电机转子位置以及电机转速，电机转速结合车辆后桥减速比以及轮胎滚动半径计算得出对应的整车车速值。当电机转速采集设备发生故障时导致电子转子信息异常，影响了电机控制器对电机的扭矩控制，进一步影响整车行车和故障停车时的安全；同时也使得转速信息异常，进一步导致整车车速信息异常，若此时车辆处于车速控制的运行模式，比如：最高车速限制、定速蠕行控制、定速巡航等，异常的车速反馈直接影响了整车控制，严重甚至引发车辆失控，触发“飞车”等事故，带来安全隐患。
增加采集设备或者更换高精度的采集设备都将带来昂贵的成本消费，以及复杂车辆维修和保养问题；对于市场现在保有的车辆上已有的安装空间、电气接口，增加设备对于设备机械安装、电气连接都存在很大的实施问题，此外还有数据信息跟整车的对接，可能需要多个设备硬件变更、软件调试和修改，改制实施难度大、改制实施周期长，由此导致车辆停运的间接成本压力也是巨大的。
发明内容
本发明目的是：提供一种新能源车辆电机驱动控制以及车速安全保护策略，采用电机驱动系统的新能源车辆，特别是具有定速行驶、限速行驶要求或者类似功能的车辆，当电机转速或位置传感器信号异常时及时识别，可根据异常情况保证车辆动力无中断继续安全行驶或者启动车辆保护策略，有效防止车辆失控风险；原车无需增加设备，市场保有车辆或者新车均可实施改制，实现成本低，且具有反应快、可靠性高的特点。
本发明的技术方案是：一种新能源车辆电机驱动控制及车速安全保护方法，应用于包括整车控制器、电机、电机控制器、电机转速检测设备、防抱死制动系统ABS的新能源汽车中，所述方法包括：
步骤1，通过所述电机转速检测设备、所述电机控制器和所述防抱死制动系统ABS计算出三组电机转速值、电机转子位置值、整车车速值，所述电机控制器对三组电机转子位置值不断地做精准度分析和可信度判断，建立对应位置值的可信因子；
步骤2，所述电机控制器和所述整车控制器根据车辆自身状态调整各个位置值的可信因子，并选择采用最大可信因子对应的电机转速值和电机转子位置值；
步骤3，所述整车控制器根据转速值可信因子的情况，启动相应的整车车辆保护策略。
其进一步的技术方案是：所述步骤1包括：
步骤11，所述电机转速检测设备检测所述电机的转速，将电机转速信息发送给所述电机控制器；
步骤12，所述电机控制器将所述电机转速信息转换为第一电机转子位置值和第一电机转速值；
步骤13，所述电机控制器根据检测到的电机电流和预定控制参数计算出第二电机转速值和第二电机转子位置值；
步骤14，所述整车控制器接收到所述第一电机转速值和所述第二电机转速值后，结合车辆后桥减速比和轮胎滚动半径计算出对应的第一整车车速值和第二整车车速值；
步骤15，所述防抱死制动系统ABS根据检测到的轮速结合轮胎滚动半径计算得到第三整车车速值；
步骤16，所述电机控制器采集所述防抱死制动系统ABS的第三整车车速值，结合车辆后桥减速比以及轮胎滚动半径计算得到第三电机转速值，与所述第一电机转速值和所述第二电机转速值对比分析和计算校正；
步骤17，所述电机控制器对所述第三电机转速值进行积分计算第三电机转子位置值，并不断地对所述第一电机转子位置值、所述第二电机转子位置值、所述第三电机转子位置值做精准度分析以及可信度判断，建立对应位置值的可信因子。
其进一步的技术方案是：所述步骤2包括：
步骤21，当车辆正常时，所述第一电机转子位置值的可信因子最大，将电机转速值确定为所述第一电机转速值，将整车车速值确定为所述第一整车车速值；
步骤22，若第一电机转速值与第二电机转速值的偏差值，以及第一电机转速值与第三电机转速值的偏差值都持续大于预设阈值，则判定所述电机转速检测设备发生异常，所述第一电机转子位置值的可信因子降至最小，所述电机控制器选择其余两个中较大的可信因子对应的电机转子位置值用于控制所述电机的正常工作；
步骤23，若第一电机转速值与第三电机转速值的偏差值，以及第二电机转速值与第三电机转速值都持续大于预设阈值，则判定所述防抱死制动系统ABS发生异常，第三电机转子位置值的可信因子降至最小，所述电机控制器优先选择所述第一电机转子位置值用于控制所述电机的正常工作；
步骤24，当所述电机转速检测设备反馈自身发生故障或电机转速检测设备信号中断，同时所述防抱死制动系统ABS反馈自身发生故障时，第二电机转子位置值的可信因子升至最大，所述电机控制器选择第二电机转子位置值用于控制所述电机，电机转速值采用第二电机转速值，整车车速值采用第二整车车速值。
其进一步的技术方案是：所述步骤22，包括：
若第二电机转子位置值的可信因子较大，则第二电机转子位置值用于控制所述电机，电机转速值采用第二电机转速值，整车车速值采用第二整车车速值，用于仪表显示；
若第三电机转子位置值的可信因子较大，则第三电机转子位置值用于控制所述电机，电机转速值采用第三电机转速值，整车车速值采用第三整车车速值，用于仪表显示。
其进一步的技术方案是：所述步骤3包括：
所述整车控制器在第一电机转子位置值的可信因子最小或第二电机转子位置值的可信因子最大的情况下，启动整车车辆保护策略，限制动力输出扭矩；
所述整车控制器在第三电机转子位置值的可信因子最小的情况下，启动整车车辆保护策略，限制整车最高车速，通过仪表显示故障设备位置。
其进一步的技术方案是：所述防抱死制动系统ABS直接输出整车车速值或输出轮速，由接收单元结合轮胎滚动半径计算得到对应的整车车速值；
所述电机转速检测设备输出带有电机转速信息特征的信号，或者直接输出电机转速值和/或电机转子位置值和/或整车车速值；
所述电机控制器输出电机转速值或将电机转速值结合车辆后桥减速比以及轮胎滚动半径计算输出对应的整车车速值。
其进一步的技术方案是：所述电机的类型包括交流异步电机、永磁同步电机、开关磁阻电机、直流电机中的至少一种。
其进一步的技术方案是：所述整车控制器、所述电机、所述电机控制器、所述电机转速检测设备、所述防抱死制动系统ABS之间的信息交互包括电子信号线模拟信号、CAN通讯、Lin通讯、Flexray通讯、RS485通讯、RS232通、internet通讯、无线通讯中的至少一种。
本发明的优点是：
基于原车的整车控制器、电机、电机控制器、电机转速检测设备、防抱死制动系统ABS，无需增加额外的新设备，通过对市场保有车辆或新车实施改制，实现成本低，具有反应快、可靠性高的特点。
另外，控制策略采用多支路，多参数实时冗余计算电机控制需要的电机转子角度、电机转速以及整车车速；当发生某一个支路或两个支路异常时，可以做到零延时使得整车具备安全有效的可用信息，不仅为电机扭矩控制提供了可靠的必须信息，也为整车的车速控制提供了安全的车速信息反馈，保证车辆动力无中断继续安全行驶，也可以在严重故障时启动车辆保护策略，保证车辆的安全停车。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1是本申请提供的一种新能源车辆电机驱动控制及车速安全保护方法的交互示意图；
图2是本申请提供的另一种新能源车辆电机驱动控制及车速安全保护方法的交互示意图；
图3是电机转速检测设备异常时的交互示意图；
图4是防抱死制动系统ABS异常时的交互示意图；
图5是电机转速检测设备和防抱死制动系统ABS均异常时的交互示意图。
具体实施方式
实施例：本申请提供了一种新能源车辆电机驱动控制及车速安全保护方法，该方法应用于包括整车控制器、电机、电机控制器、电机转速检测设备、防抱死制动系统ABS的新能源汽车中。
新能源汽车采用电机作为驱动设备，电机控制器通过电机转速或位置传感器获得电机转子位置，用于控制电机稳定输出命令扭矩；整车车速通过电机转速计算得出，用于车辆车速闭环控制；电机转子位置信息和转速信息不准确或是错误，直接导致电机输出扭矩控制不稳定，也影响了整车车速闭环控制，严重甚至引发车辆失控，触发“飞车”等事故，带来安全隐患。
结合参考图1至图5，本申请中的电机主要为整车行驶提供动力；电机控制器为电机的控制单元，控制其工作；电机转速检测设备用于检测电机的转速，发送处带有电机转速信息的电信号，可内置于电机内部，也可以独立电机安装在整车上；防抱死制动系统ABS具备车辆防抱死制动功能，同时检测计算车辆车速。
基于新能源汽车中的设备，该方法可以包括：
步骤1，通过电机转速检测设备、电机控制器和防抱死制动系统ABS计算出三组电机转速值、电机转子位置值、整车车速值，电机控制器对三组电机转子位置值不断地做精准度分析和可信度判断，建立对应位置值的可信因子。
可选的，步骤1可以包括：
步骤11，电机转速检测设备检测电机的转速，将电机转速信息发送给电机控制器。
步骤12，电机控制器将电机转速信息转换为第一电机转子位置值和第一电机转速值。
电机控制器通过电路或软件解码等方式将带有电机转速信息特征的信号转换为第一电机转子位置值和第一电机转速值。电机转子位置值用于控制电机的正常工作。
步骤13，电机控制器根据检测到的电机电流和预定控制参数计算出第二电机转速值和第二电机转子位置值。
步骤14，整车控制器接收到第一电机转速值和第二电机转速值后，结合车辆后桥减速比和轮胎滚动半径计算出对应的第一整车车速值和第二整车车速值。
步骤15，防抱死制动系统ABS根据检测到的轮速结合轮胎滚动半径计算得到第三整车车速值。
步骤16，电机控制器采集防抱死制动系统ABS的第三整车车速值，结合车辆后桥减速比以及轮胎滚动半径计算得到第三电机转速值，与第一电机转速值和第二电机转速值对比分析和计算校正。
步骤17，电机控制器对第三电机转速值进行积分计算第三电机转子位置值，并不断地对第一电机转子位置值、第二电机转子位置值、第三电机转子位置值做精准度分析以及可信度判断，建立对应位置值的可信因子。
步骤2，电机控制器和整车控制器根据车辆自身状态调整各个位置值的可信因子，并选择采用最大可信因子对应的电机转速值和电机转子位置值。
可选的，步骤2可以包括：
步骤21，当车辆正常时，第一电机转子位置值的可信因子最大，将电机转速值确定为第一电机转速值，将整车车速值确定为第一整车车速值。
步骤22，若第一电机转速值与第二电机转速值的偏差值，以及第一电机转速值与第三电机转速值的偏差值都持续大于预设阈值，则判定电机转速检测设备发生异常，第一电机转子位置值的可信因子降至最小，电机控制器选择其余两个中较大的可信因子对应的电机转子位置值用于控制电机的正常工作，保证车辆动力无中断继续安全行驶，同时整车控制器启动车辆安全保护策略。
电机转速检测设备可以反馈自身发生故障，或者是其他原因导致电机转速检测设备信号中断，第一电机转子位置值的可信因子降至最小，电机控制器立即作出响应，选择可信因子较大的电机转子位置值用于控制电机正常工作，保证车辆动力无中断继续安全行驶，同时整车控制器启动车辆安全保护策略。
可选的，步骤22可以包括：
若第二电机转子位置值的可信因子较大，则第二电机转子位置值用于控制电机，电机转速值采用第二电机转速值，整车车速值采用第二整车车速值，用于仪表显示。
若第三电机转子位置值的可信因子较大，则第三电机转子位置值用于控制电机，电机转速值采用第三电机转速值，整车车速值采用第三整车车速值，用于仪表显示。
步骤23，若第一电机转速值与第三电机转速值的偏差值，以及第二电机转速值与第三电机转速值都持续大于预设阈值，则判定防抱死制动系统ABS发生异常，第三电机转子位置值的可信因子降至最小，电机控制器优先选择第一电机转子位置值用于控制电机的正常工作，保证车辆动力无中断继续安全行驶，同时整车控制器启动车辆安全保护策略。
步骤24，当电机转速检测设备反馈自身发生故障或电机转速检测设备信号中断，同时防抱死制动系统ABS反馈自身发生故障时，第二电机转子位置值的可信因子升至最大，电机控制器选择第二电机转子位置值用于控制电机，保证车辆动力无中断继续安全行驶，同时整车控制器启动车辆安全保护策略，电机转速值采用第二电机转速值，整车车速值采用第二整车车速值。
需要说明的是，整车控制器根据整车状态信息，不断地对第一电机转速值、第二电机转速值和第三电机转速值进行精准度分析和可信度判断，步骤2是实时检测调整的过程。
步骤3，整车控制器根据转速值可信因子的情况，启动相应的整车车辆保护策略。
可选的，步骤3可以包括：
整车控制器在第一电机转子位置值的可信因子最小或第二电机转子位置值的可信因子最大的情况下，启动整车车辆保护策略，限制动力输出扭矩，满足整车可低速行驶动力，防止故障升级引发严重事故。
整车控制器在第三电机转子位置值的可信因子最小的情况下，启动整车车辆保护策略，限制整车最高车速，防止故障升级引发严重事故，并通过驾驶员可感知方式，告知驾驶员车辆发生故障，通过仪表显示故障设备位置。
可选的，防抱死制动系统ABS直接输出整车车速值或输出轮速，由接收单元结合轮胎滚动半径计算得到对应的整车车速值；电机转速检测设备输出带有电机转速信息特征的信号，或者直接输出电机转速值和/或电机转子位置值和/或整车车速值；电机控制器输出电机转速值或将电机转速值结合车辆后桥减速比以及轮胎滚动半径计算输出对应的整车车速值。
电机的类型包括交流异步电机、永磁同步电机、开关磁阻电机、直流电机中的至少一种。
整车控制器、电机、电机控制器、电机转速检测设备、防抱死制动系统ABS之间的信息交互包括电子信号线模拟信号、CAN通讯、Lin通讯、Flexray通讯、RS485通讯、RS232通、internet通讯、无线通讯中的至少一种。
本申请不需要增加额外的装置，不仅新发开车可以采用，现有车也可以方便的改造，从而实现上述功能。按照要求车辆必须安装防抱死制动系统ABS，ABS系统通过检测车轮转速实现检测和抱死判断和控制功能；新能源车辆均采用电机作为动力输出设备，电机控制器为电机的控制单元，控制其工作，整车控制器通过采集油门踏板、制动踏板以及仪表按键等信息判断驾驶员操作意图，控制整车行驶，并执行故障判断和安全保护，均为新能源车辆必须设备。对于先有车，只需在各个功能组成部分中更新软件控制算法即可，方便快捷，避免机械修正带来的麻烦。
对于本申请中的防抱死制动系统ABS、电机控制器、电机、电机转速检测设备和整车控制器，各个部分功能控制单元总成可以以独立控制器形式存在，也可以任意集成化为一个或多个控制总成。
在实际应用中，新能源车上一般还包含了车桥总成、变速箱、电机、电机控制器、制动空压机控制器、转向油泵控制器、高压配电系统、蓄电池充电机DCDC和车载充电机等，各个部分的安装分配方式本申请对此不进行限定。电气总成可以以独立箱体形式存在，也可以任意集成化为一个或多个控制总成，集成化总成方案可以融合多个设备与一体，减小电气部件总体积，节省系统空间，同时增加系统可靠性。
综上所述，本申请提供的新能源车辆电机驱动控制及车速安全保护方法，基于原车的整车控制器、电机、电机控制器、电机转速检测设备、防抱死制动系统ABS，无需增加额外的新设备，通过对市场保有车辆或新车实施改制，实现成本低，具有反应快、可靠性高的特点。
另外，与现有技术相比，本申请的控制策略采用多支路，多参数实时冗余计算电机控制需要的电机转子角度、电机转速以及整车车速；当发生某一个支路或两个支路异常时，可以做到零延时使得整车具备安全有效的可用信息，不仅为电机扭矩控制提供了可靠的必须信息，也为整车的车速控制提供了安全的车速信息反馈，保证车辆动力无中断继续安全行驶，也可以在严重故障时启动车辆保护策略，保证车辆的安全停车。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含所指示的技术特征的数量。由此，限定的“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或者两个以上。
上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种新能源车辆电机驱动控制及车速安全保护方法，其特征在于，应用于包括整车控制器、电机、电机控制器、电机转速检测设备、防抱死制动系统ABS的新能源汽车中，所述方法包括：
步骤1，通过所述电机转速检测设备、所述电机控制器和所述防抱死制动系统ABS计算出三组电机转速值、电机转子位置值、整车车速值，所述电机控制器对三组电机转子位置值不断地做精准度分析和可信度判断，建立对应位置值的可信因子；
步骤2，所述电机控制器和所述整车控制器根据车辆自身状态调整各个位置值的可信因子，并选择采用最大可信因子对应的电机转速值和电机转子位置值；
步骤3，所述整车控制器根据转速值可信因子的情况，启动相应的整车车辆保护策略。
2.根据权利要求1所述的新能源车辆电机驱动控制及车速安全保护方法，其特征在于，所述步骤1包括：
步骤11，所述电机转速检测设备检测所述电机的转速，将电机转速信息发送给所述电机控制器；
步骤12，所述电机控制器将所述电机转速信息转换为第一电机转子位置值和第一电机转速值；
步骤13，所述电机控制器根据检测到的电机电流和预定控制参数计算出第二电机转速值和第二电机转子位置值；
步骤14，所述整车控制器接收到所述第一电机转速值和所述第二电机转速值后，结合车辆后桥减速比和轮胎滚动半径计算出对应的第一整车车速值和第二整车车速值；
步骤15，所述防抱死制动系统ABS根据检测到的轮速结合轮胎滚动半径计算得到第三整车车速值；
步骤16，所述电机控制器采集所述防抱死制动系统ABS的第三整车车速值，结合车辆后桥减速比以及轮胎滚动半径计算得到第三电机转速值，与所述第一电机转速值和所述第二电机转速值对比分析和计算校正；
步骤17，所述电机控制器对所述第三电机转速值进行积分计算第三电机转子位置值，并不断地对所述第一电机转子位置值、所述第二电机转子位置值、所述第三电机转子位置值做精准度分析以及可信度判断，建立对应位置值的可信因子。
3.根据权利要求2所述的新能源车辆电机驱动控制及车速安全保护方法，其特征在于，所述步骤2包括：
步骤21，当车辆正常时，所述第一电机转子位置值的可信因子最大，将电机转速值确定为所述第一电机转速值，将整车车速值确定为所述第一整车车速值；
步骤22，若第一电机转速值与第二电机转速值的偏差值，以及第一电机转速值与第三电机转速值的偏差值都持续大于预设阈值，则判定所述电机转速检测设备发生异常，所述第一电机转子位置值的可信因子降至最小，所述电机控制器选择其余两个中较大的可信因子对应的电机转子位置值用于控制所述电机的正常工作；
步骤23，若第一电机转速值与第三电机转速值的偏差值，以及第二电机转速值与第三电机转速值都持续大于预设阈值，则判定所述防抱死制动系统ABS发生异常，第三电机转子位置值的可信因子降至最小，所述电机控制器优先选择所述第一电机转子位置值用于控制所述电机的正常工作；
步骤24，当所述电机转速检测设备反馈自身发生故障或电机转速检测设备信号中断，同时所述防抱死制动系统ABS反馈自身发生故障时，第二电机转子位置值的可信因子升至最大，所述电机控制器选择第二电机转子位置值用于控制所述电机，电机转速值采用第二电机转速值，整车车速值采用第二整车车速值。
4.根据权利要求3所述的新能源车辆电机驱动控制及车速安全保护方法，其特征在于，所述步骤22，包括：
若第二电机转子位置值的可信因子较大，则第二电机转子位置值用于控制所述电机，电机转速值采用第二电机转速值，整车车速值采用第二整车车速值，用于仪表显示；
若第三电机转子位置值的可信因子较大，则第三电机转子位置值用于控制所述电机，电机转速值采用第三电机转速值，整车车速值采用第三整车车速值，用于仪表显示。
5.根据权利要求4所述的新能源车辆电机驱动控制及车速安全保护方法，其特征在于，所述步骤3包括：
所述整车控制器在第一电机转子位置值的可信因子最小或第二电机转子位置值的可信因子最大的情况下，启动整车车辆保护策略，限制动力输出扭矩；
所述整车控制器在第三电机转子位置值的可信因子最小的情况下，启动整车车辆保护策略，限制整车最高车速，通过仪表显示故障设备位置。
6.根据权利要求1至5任一所述的新能源车辆电机驱动控制及车速安全保护方法，其特征在于，所述防抱死制动系统ABS直接输出整车车速值或输出轮速，由接收单元结合轮胎滚动半径计算得到对应的整车车速值；
所述电机转速检测设备输出带有电机转速信息特征的信号，或者直接输出电机转速值和/或电机转子位置值和/或整车车速值；
所述电机控制器输出电机转速值或将电机转速值结合车辆后桥减速比以及轮胎滚动半径计算输出对应的整车车速值。
7.根据权利要求1至5任一所述的新能源车辆电机驱动控制及车速安全保护方法，其特征在于，所述电机的类型包括交流异步电机、永磁同步电机、开关磁阻电机、直流电机中的至少一种。
8.根据权利要求1至5任一所述的新能源车辆电机驱动控制及车速安全保护方法，其特征在于，所述整车控制器、所述电机、所述电机控制器、所述电机转速检测设备、所述防抱死制动系统ABS之间的信息交互包括电子信号线模拟信号、CAN通讯、Lin通讯、Flexray通讯、RS485通讯、RS232通、internet通讯、无线通讯中的至少一种。
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