CN112172541A - 一种燃料电池氢能汽车限速的控制方法 - Google Patents

一种燃料电池氢能汽车限速的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种燃料电池氢能汽车限速的控制方法。获取车辆的电机转速；设定速度控制区间，并将速度控制区间分为三段：常规控制区间、降扭控制区间和限速控制区间，判断当前车速所属速度控制区间；当电机转速处于常规控制区间时，根据档位信号、油门开度信号和电机外特性信号控制电机扭矩，从而确定出电机输出扭矩值，驱动车辆行驶；当电机转速处于降扭控制区间时，对电机扭矩进行线性减少，直至电机转速进入限速控制区间，当电机转速进入限速控制区间时，电机扭矩为预设扭矩值；当电机转速位于限速控制区间时，采用PID控制方式对电机扭矩进行调节，使车速不超过最高车速。本发明可避免速度超调和速度调整时间过长的问题发生，提高行车安全。

Description

一种燃料电池氢能汽车限速的控制方法
技术领域
本发明涉及汽车及零部件技术领域，尤其涉及一种燃料电池氢能汽车限速的控制方法。
背景技术
近年来，全球环境不断恶化，世界各国也相继推出了越来越严格的环保标准。汽车尾气作为主要空气污染源，也相继推出了各项措施，如提升尾气排放标准以及大力推进新能源汽车的发展等，其中，新能源汽车是各国重点发展的目标。新能源车均以电机作为驱动部件来驱动车轮，电机具有低速大扭矩，高速恒功率特性，且高效区范围极广，可极大提升车辆能源使用效率。但从行车安全考虑，必须对车辆最高车速进行限制，避免车辆速度不受控制的持续增加，特别是在长下坡等特殊路况。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种燃料电池氢能汽车限速的控制方法。
一种燃料电池氢能汽车限速的控制方法，包括以下步骤：
S1、获取车辆的电机转速；
S2、设定速度控制区间，并将速度控制区间分为三段：常规控制区间、降扭控制区间和限速控制区间，判断电机转速所属速度控制区间；若电机转速处于常规控制区间，执行步骤S3；若电机转速处于降扭控制区间，执行步骤S4；若电机转速位于限速控制区间，执行步骤S5；
S3、根据档位信号、油门开度信号和电机外特性信号控制电机扭矩，从而确定出电机输出扭矩值，驱动车辆行驶，直至电机转速进入降扭控制区间，执行步骤S4；
S4、对电机扭矩进行线性减少，直至电机转速进入限速控制区间，执行步骤S5；
S5、采用PID控制方式对电机扭矩进行调节，使车速不超过最高车速。
进一步地，在步骤S2中，速度控制区间的范围为[0,Nmax]，其中，Nmax表示最高车速对应的电机转速；
进一步地，在步骤S2中，在步骤S2中，常规控制区间的范围为[0,Nnormal]，降扭矩控制区间的范围为(Normal,Ndrop]，限速控制区间的范围为(Ndrop,Nmax]，其中，Nnormal为最高车速与预设车速的差值所对应的电机转速，Ndrop为最高车速对应的电机转速与预设电机转速的差值，Nmax表示最高车速对应的电机转速。
进一步地，所述预设车速＝最高车速*10％，所述预设电机转速为100rpm；
进一步地，在步骤S3中，根据档位信号、油门开度信号和电机外特性信号控制电机扭矩，驱动车辆行驶的具体原理为：
(1)根据档位信号来确定是否需要输出扭矩，具体为：D/R档输出扭矩，N档不输出扭矩；
(2)根据油门开度信号确定输出扭矩的大小，具体为：油门开度越大，输出扭矩需求越大；
(3)根据电机外特性信号来确定电机不同转速下输出的最大扭矩值；
进一步地，在步骤S4中，电机扭矩进行线性变化的公式如公式(1)所示：
L＝kn+b (1)
其中，k表示斜率，k<0，L表示电机扭矩，n表示电机转速，b表示截距；
进一步地，在步骤S4中，当电机转速进入限速控制区间时，电机扭矩为0；
进一步地，控制车速的具体原理为：通过调节电机扭矩来改变电机转速，从而控制车速。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：可避免速度超调和速度调整时间过长的问题发生，提高行车安全。
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是本发明实施例中一种燃料电池氢能汽车限速的控制方法的流程图；
图2是本发明实施例中PID控制原理的示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
本发明的实施例提供了一种燃料电池氢能汽车限速的控制方法。
请参考图1，图1是本发明实施例中一种燃料电池氢能汽车限速的控制方法的流程图，具体包括如下步骤：
S1、获取车辆的电机转速；
S2、设定速度控制区间，并将速度控制区间分为三段：常规控制区间、降扭控制区间和限速控制区间，判断电机转速所属速度控制区间；若电机转速处于常规控制区间，执行步骤S3；若电机转速处于降扭控制区间，执行步骤S4；若电机转速位于限速控制区间，执行步骤S5；
速度控制区间的范围为[0,Nmax]，其中，Nmax表示最高车速对应的电机转速；
常规控制区间的范围为[0,Nnormal]，降扭矩控制区间的范围为(Normal,Ndrop]，限速控制区间的范围为(Ndrop,Nmax]，其中，Nnormal为最高车速与预设车速的差值所对应的电机转速，Ndrop为最高车速对应的电机转速与预设电机转速的差值，Nmax表示最高车速对应的电机转速；
其中，最高车速是在车辆设计时根据市场需求来定义的，所述预设车速＝最高车速*10％；例如：最高车速为100kph，则预设车速＝100-100*10％＝90kph，Normal即为车速为90kph所对应的电机转速，所述预设电机转速值为100rpm。
S3、根据档位信号、油门开度信号和电机外特性信号控制电机扭矩，从而确定出电机输出扭矩值，驱动车辆行驶，直至电机转速进入降扭控制区间，执行步骤S4；
具体原理为：
(1)根据档位信号来确定是否需要输出扭矩，具体为：D/R档输出扭矩，N档不输出扭矩；
(2)根据油门开度信号确定输出扭矩的大小，具体为：油门开度越大，输出扭矩需求越大；
(3)根据电机外特性信号来确定电机不同转速下输出的最大扭矩值；
S4、对电机扭矩进行线性减少，直至电机转速进入限速控制区间，执行步骤S5，当电机转速进入限速控制区间时，电机扭矩减少为0；
电机扭矩进行线性变化的公式如公式(1)所示：
L＝kn+b (1)
其中，k表示斜率，k<0，L表示电机扭矩，n表示电机转速，b表示截距；
本实施例中，k＝-3.5，b＝525。
S5、采用PID控制方式对电机扭矩进行调节，使车速不超过最高车速。
控制车速的具体原理为：通过调节电机扭矩来改变电机转速，从而控制车速；其中，在电机功率一定的情况下，电机扭矩与电机转速成反比，如公式(2)所示：
Figure BDA0002706430330000041
其中，a为常数，P为电机功率，L为电机扭矩，n为电机转速；
车速与电机转速的计算公式为如公式(3)：
Figure BDA0002706430330000042
其中，V表示车速，n表示电机转速，r表示车轮半径，i0表示整车传动比。
请参考图2，图2是本发明实施例中PID控制原理的示意图，利用PID控制电机扭矩，控制器检测控制值与实际值的差值，通过比例、积分和微分三种调节方式的组合来使被控对象的输出与控制值达到一致，具体公式如公式(4)所示：
Figure BDA0002706430330000043
其中，u(t)表示PID控制参数输出差值，r(t)表示期望输出的电机扭矩值，y(t)表示实际输出的电机扭矩值，e(t)表示期望输出的电机扭矩值与实际输出的电机扭矩值的差值，t表示时间，Kp、Ki和Kd分别表示比例参数、积分参数和微分参数。
本发明的有益效果是：可避免速度超调和速度调整时间过长的问题发生，提高行车安全。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种燃料电池氢能汽车限速的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、获取车辆的电机转速；
S2、设定速度控制区间，并将速度控制区间分为三段：常规控制区间、降扭控制区间和限速控制区间，判断电机转速所属速度控制区间；若电机转速处于常规控制区间，执行步骤S3；若电机转速处于降扭控制区间，执行步骤S4；若电机转速位于限速控制区间，执行步骤S5；
S3、根据档位信号、油门开度信号和电机外特性信号控制电机扭矩，从而确定出电机输出扭矩值，驱动车辆行驶，直至电机转速进入降扭控制区间，执行步骤S4；
S4、对电机扭矩进行线性减少，直至电机转速进入限速控制区间，执行步骤S5；
S5、采用PID控制方式对电机扭矩进行调节，使车速不超过最高车速。
2.如权利要求1所述的一种燃料电池氢能汽车限速的控制方法，其特征在于：在步骤S2中，速度控制区间的范围为[0,Nmax]，其中，Nmax表示最高车速对应的电机转速。
3.如权利要求1所述的一种燃料电池氢能汽车限速的控制方法，其特征在于：在步骤S2中，常规控制区间的范围为[0,Nnormal]，降扭矩控制区间的范围为(Normal,Ndrop]，限速控制区间的范围为(Ndrop,Nmax]，其中，Nnormal为最高车速与预设车速的差值所对应的电机转速，Ndrop为最高车速对应的电机转速与预设电机转速的差值，Nmax表示最高车速对应的电机转速。
4.如权利要求3所述的一种燃料电池氢能汽车限速的控制方法，其特征在于：所述预设车速＝最高车速*10％，所述预设电机转速为100rpm。
5.如权利要求1所述的一种燃料电池氢能汽车限速的控制方法，其特征在于：在步骤S3中，根据档位信号、油门开度信号和电机外特性信号控制电机扭矩，驱动车辆行驶的具体原理为：
(1)根据档位信号来确定是否需要输出扭矩，具体为：D/R档输出扭矩，N档不输出扭矩；
(2)根据油门开度信号确定输出扭矩的大小，具体为：油门开度越大，输出扭矩需求越大；
(3)根据电机外特性信号来确定电机不同转速下输出的最大扭矩值。
6.如权利要求1所述的一种燃料电池氢能汽车限速的控制方法，其特征在于：在步骤S4中，电机扭矩进行线性变化的公式如公式(1)所示：
L＝kn+b (1)
其中，k表示斜率，k<0，L表示电机扭矩，n表示电机转速，b表示截距。
7.如权利要求1所述的一种燃料电池氢能汽车限速的控制方法，其特征在于：在步骤S4中，当电机转速进入限速控制区间时，电机扭矩为0。
8.如权利要求1所述的一种燃料电池氢能汽车限速的控制方法，其特征在于：控制车速的具体原理为：通过调节电机扭矩来改变电机转速，从而控制车速。
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Denomination of invention: A Speed Limiting Control Method for Fuel Cell Hydrogen Vehicles

Granted publication date: 20220805

Pledgee: Jinan Luneng Kaiyuan Group Co.,Ltd.

Pledgor: Grove Hydrogen Energy Technology Group Co.,Ltd.

Registration number: Y2024980009137

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