CN112590765A - 一种混合动力汽车的速度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合动力汽车的速度控制方法，所述方法包括：信号转换模块根据目标速度，将目标速度档位分为5档，采用功率分配策略确定直流供电电源的输出功率，第一速度控制器采用自动快速调节策略得到第一控制信号，第二速度控制器根据速度偏差信号得到第二控制信号，电流控制器采用矢量控制策略得到第三控制信号，第二比较器将第一控制信号与第三控制信号之和形成速度指令信号，PWM生成器根据速度指令信号得到占空比可调的PWM波，PWM波驱动逆变器将供电直流电源输入的直流电转换成幅值频率可调的交流电。该方法可以实现混合动力汽车的速度控制，实现驱动混合动力汽车快速按目标速度行驶具有响应速度快能耗低的优势。

Description

一种混合动力汽车的速度控制方法

技术领域

本发明涉及混合动力汽车速度控制技术领域，具体涉及一种混合动力汽车的速度控制方法。

背景技术

目前，全球能源与环境问题日渐突出，世界各国都在积极寻求解决方案，特别是在新能源汽车领域。以氢为主要能源的氢燃料电池-锂电池混合动力汽车作为一种零排放、零污染的交通运输工具，正在给世界汽车行业带来一次重要革新。与传统内燃机汽车不同的是频繁调节直流电源的输出功率会严重影响车载氢燃料电池和锂电池的使用寿命，且由于传统控制系统的不足，控制响应速度慢，系统能量损耗大等一系列问题正在很大程度上制约着混合动力汽车发展。

中国专利文献“201511003962.3”提出了一种可变直流母线电压和可变开关频率的汽车调速方法，通过实时控制直流母线电压以及调速系统中逆变器的开关频率，可有效降低汽车低速行驶时的能量损耗，使系统总损耗降低20％～30％。中国专利文献“201910912197.9”提出了一种避开混合动力汽车调速电机低效率区的控制方法，自动检测汽车充电时的转速下限和行驶时的转速上限，从而提高调速电机的效率，降低热功率。但是以上专利不能在汽车全速范围内降低系统的能量损耗，也无法显著提高调速系统的快速性。

考虑到以上问题，提出一种混合动力汽车的速度控制方法。

发明内容

发明要解决的技术问题是：针对现有技术存在的技术问题，提供一种混合动力汽车的速度控制方法，克服直流供电电源输出功率频繁变化的缺点，解决混合动力汽车速度控制系统能耗高的问题，提高整个混合动力汽车速度控制系统的响应速度，降低系统的能耗。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

本发明实施提供了一种混合动力汽车的速度控制方法，其特征在于，该方法由速度控制系统来实现，速度控制系统包括信号转换模块、第一速度控制器、第二速度控制器、电流控制器、电流检测装置、测速装置、第一比较器、第二比较器、PWM生成器和逆变器；

该方法步骤如下：

(1)信号转换模块采集油门踏板大小和制动踏板的位移信号，电流检测装置检测电机的电流信号，测速装置检测速度反馈信号；

(2)信号转换模块根据油门踏板大小和制动踏板的位移信号，确定混合动力汽车的目标速度和目标加速度；

(3)信号转换模块根据目标速度，采用功率分配策略确定直流供电电源的输出功率；

(4)第一比较器根据目标速度与速度反馈信号，得到速度偏差信号；

(5)第一速度控制器根据目标加速度和速度偏差信号，采用自动快速调节策略得到第一控制信号；

(6)第二速度控制器根据速度偏差信号得到第二控制信号，电流控制器根据第二控制信号和电机负载电流信号，得到第三控制信号；

(7)第二比较器将第一控制信号与第三控制信号之和形成速度指令信号，作为PWM生成器的输入信号，PWM生成器采用脉宽调制技术，得到占空比可调的PWM波，速度指令信号越大，PWM的占空比就越大；

(8)所述直流供电电源以所述确定的输出功率输出直流电，在PWM波作用下，逆变器将所述直流供电电源输出的直流电转换成幅值和频率可调的交流电，驱动电机，混合动力汽车按目标速度行驶。

进一步，所述的功率分配策略是：

信号转换模块根据目标速度从速度档位中确定目标速度档位，其中速度档位分为4档，1档速度范围为小于第一速度阀值，2档速度范围为大于等于第一速度阀值小于第二速度阀值，3档速度范围为大于等于第二速度阀值小于第三速度阀值，4档速度范围为大于等于第三速度阀值小于第四速度阀值，第一速度阀值<第二速度阀值<第三速度阀值<第四速度阀值，第四速度阀值为最高车速；

依据目标速度档位确定直流供电电源的输出功率；设置4个功率阀值，分别为第一功率阀值、第二功率阀值、第三功率阀值、第四功率阀值，其中第一功率阀值<第二功率阀值<第三功率阀值<第四功率阀值；

当目标速度在1档速度范围时，直流供电电源的输出功率为第一功率阀值；

当目标速度在2档速度范围时，直流供电电源的输出功率为第二功率阀值；

当目标速度在3档速度范围时，直流供电电源的输出功率为第三功率阀值；

当目标速度在4档速度范围时，直流供电电源的输出功率为第四功率阀值。

进一步：所述自动快速调节策略是：第一速度控制器根据速度偏差信号和目标加速度，实现自动快速调节，具体如下：

当速度偏差信号大于0，目标加速度达到最大值时，第一控制信号为正阀值；

当速度偏差信号大于0，目标加速度未达到最大值时，第一控制信号为正，其值与速度偏差信号成正比；

当速度偏差信号等于0时，第一控制信号为0；

当速度偏差信号小于0，目标加速度达到最小负值时，第一控制信号为负阀值；

当速度偏差信号小于0，目标加速度未达到最小负值时，第一控制信号为负，其值与速度偏差信号成正比。

本发明针对直流供电电源输出功率频繁变化，速度控制系统能耗高和响应慢的问题，发明一种混合动力汽车的速度控制方法，主要有以下的优点：

(1)将混合动力汽车的目标速度划分为4个目标速度档位，根据目标速度档位确定直流供电电源的输出功率，共有4个功率阀值，每个目标速度档位对应于一个功率阀值，避免直流供电电源输出功率的频繁变化，使PWM波的占空比达到最佳，使混合动力汽车的能源利用率达到最优化，减少了系统的能耗。

(2)提出自动快速调节策略，第一速度控制器采用比例调节，直接根据速度偏差信号和目标加速度，实现对混合动力汽车速度控制系统的自动快速调节，提高混合动力汽车速度控制系统的响应速度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的混合动力汽车速度控制系统的结构示意图。

附图说明：1.信号转换模块；2.第二速度控制器；3.电流控制器；4.第一速度控制器；5.PWM生成器；6.直流供电电源；7.逆变器；8.电流检测装置；9.电机；10.传动装置；11.测速装置；12.第一比较器；13.第二比较器；14.混合动力汽车轮毂。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明，但不限定本发明。

本发明提出的混合动力汽车用高效快速的速度控制方法，能克服直流供电电源输出功率频繁变化的缺点，解决混合动力汽车速度控制系统能耗高的问题，提高整个混合动力汽车速度控制系统的响应速度，降低系统的能耗。

本发明提供的混合动力汽车用高效快速的速度控制方法，可由混合动力汽车速度控制系统实现，该装置的结构如图1所示：包括信号转换模块1、第二速度控制器2、电流控制器3、第一速度控制器4、PWM生成器5、直流供电电源6、逆变器7、电流检测装置8、电机9、传动装置10、测速装置11、第一比较器12、第二比较器13和混合动力汽车轮毂14。

所述信号转换模块1根据油门踏板大小A0和制动踏板的位移信号D0，确定混合动力汽车的目标速度V1和目标加速度A1，同时信号转换模块1根据目标速度V1，采用功率分配策略生成目标功率信号P1确定直流供电电源的输出功率P2；

所述第一比较器12根据目标速度V1和测速装置11送入的速度反馈信号Vf得到速度偏差信号ΔV，采用自动快速调节策略输出第一控制信号Vk1，实现混合动力汽车速度控制系统的自动快速调节；

所述第二速度控制器2根据速度偏差信号ΔV，采用自整定模糊控制法，输出第二控制信号Vk2，该方法具备实时调节参数的功能，可实现对速度偏差信号ΔV的自适应控制，即Vk2＝f(ΔV)；

所述电流控制器3根据第二控制信号Vk2和电机的电流信号，采用矢量控制策略得到第三控制信号Vk3；

第二比较器13将所述第一控制信号Vk1与第三控制信号Vk3之和形成速度指令信号Vk，作为PWM生成器的输入信号，PWM生成器采用脉宽调制技术，得到占空比可调的PWM波，直流供电电源6以确定的输出功率P2输出直流电，在PWM波作用下，逆变器7将直流供电电源6输出的直流电转换成幅值和频率可调的交流电，驱动混合动力汽车按目标速度行驶，提高整个混合动力汽车速度控制系统的响应速度，降低系统的能耗。

该方法具体如下：

进一步，采集油门踏板大小A0和制动踏板的位移信号D0，电流检测装置8检测电机的电流信号，速度反馈信号Vf；

进一步，所述信号转换模块1根据油门踏板大小A0和制动踏板的位移信号D0，确定混合动力汽车的目标速度V1和目标加速度A1；

进一步，所述信号转换模块1根据目标速度V1，采用功率分配策略确定直流供电电源6的输出功率，所述功率分配策略是：

信号转换模块根据目标速度V1从速度档位中确定目标速度档位，将目标速度档位分为4档，1档速度范围为小于第一速度阀值，2档速度范围为大于等于第一速度阀值小于第二速度阀值，3档速度范围为大于等于第二速度阀值小于第三速度阀值，4档速度范围为大于等于第三速度阀值小于第四速度阀值，其中第一速度阀值<第二速度阀值<第三速度阀值<第四速度阀值，第四速度阀值为最高车速；

依据目标速度档位确定直流供电电源6的输出功率；设置4个功率阀值，分别为第一功率阀值、第二功率阀值、第三功率阀值、第四功率阀值，其中第一功率阀值<第二功率阀值<第三功率阀值<第四功率阀值；

当目标速度在1档速度范围时，直流供电电源的输出功率为第一功率阀值；

当目标速度在2档速度范围时，直流供电电源的输出功率为第二功率阀值；

当目标速度在3档速度范围时，直流供电电源的输出功率为第三功率阀值；

当目标速度在4档速度范围时，直流供电电源的输出功率为第四功率阀值。

进一步，根据目标速度V1与速度反馈信号Vf，得到速度偏差信号ΔV；

进一步，所述第一速度控制器根据目标加速度A1和速度偏差信号ΔV，采用自动快速调节策略得到第一控制信号Vk1，所述的自动快速调节策略是：

当速度偏差信号ΔV大于0时，目标加速度A1达到最大值时，第一控制信号Vk1为正阀值；

当速度偏差信号ΔV大于0时，目标加速度A1未达到最大值时，第一控制信号Vk1为正，其值与速度偏差信号ΔV成正比，即Vk1＝k1×ΔV，k1为比例系数，可调；

当速度偏差信号ΔV小于0，目标加速度A1达到最小负值时，第一控制信号Vk1为负阀值；

当速度偏差信号ΔV小于0，目标加速度A1未达到最小负值时，第一控制信号Vk1为负，其值与速度偏差信号ΔV成正比，即Vk1＝k2×ΔV，k2为比例系数，可调；

当速度偏差信号ΔV等于0时，第一控制信号Vk1为0。

进一步，所述第二速度控制器2根据速度偏差信号ΔV得到第二控制信号Vk2，其值与速度偏差信号ΔV成正比，即Vk2＝k3×ΔV，k3为比例系数，可调；

进一步，所述电流控制器3根据第二控制信号Vk2和电机的电流信号，采用矢量控制策略得到第三控制信号Vk3；所述的矢量控制策略是：

所述电流控制器3将电流互感器送入的三相电机定子电流变换成两相旋转电流，即励磁电流分量i_d和转矩电流分量i_q，第二速度控制器2输出的第二控制信号Vk2作为电流控制器3的输入信号；

当速度偏差信号ΔV小于0时，转矩电流分量i_q减小的幅值Δi_q与第二控制信号Vk2成比例，即Δi_q＝k4×Vk2，k4为比例系数，可调，在励磁电流i_d和减小后的转矩电流i_q*的作用下(i_q*＝i_q-Δi_q)，电流控制器3输出第三控制信号Vk3，Vk3＝f(i_d,i_q*)，表示Vk3与i_d和i_q*成正比关系，由实际系统确定

当速度偏差信号ΔV为0时，转矩电流分量i_q不变，在励磁电流i_d和转矩电流i_q的作用下，电流控制器输出第三控制信号Vk3，Vk3＝f(i_d,i_q)，表示Vk3与i_d和i_q成正比关系，由实际系统确定；

当速度偏差信号ΔV大于0时，转矩电流分量i_q增加的幅值Δi_q与第二控制信号Vk2成比例，即Δi_q＝k5×Vk2，k4为比例系数，可调；

在励磁电流i_d和增加后转矩电流i_q*的作用下(i_q*＝i_q+Δi_q)，电流控制器3输出第三控制信号Vk3，Vk3＝f(i_d,i_q*)。

进一步，第一控制信号Vk1与第三控制信号Vk3之和形成速度指令信号Vk，即Vk＝Vk1+Vk3，速度指令信号Vk作为PWM生成器5的输入信号，PWM生成器5采用脉宽调制技术，得到占空比可调的PWM波；

进一步，在PWM波作用下，逆变器7将直流供电电源6输入的直流电转换成幅值和频率可调的交流电，驱动混合动力汽车按目标速度行驶，速度指令信号Vk越大，PWM的占空比就越大。

以上对本发明所提供的一种混合动力汽车的速度控制方法进行了详细介绍，以上实施说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种混合动力汽车的速度控制方法，其特征在于，该方法由速度控制系统来实现，速度控制系统包括信号转换模块、第一速度控制器、第二速度控制器、电流控制器、电流检测装置、测速装置、第一比较器、第二比较器、PWM生成器和逆变器；

该方法步骤如下：

(1)信号转换模块采集油门踏板大小和制动踏板的位移信号，电流检测装置检测电机的电流信号，测速装置检测速度反馈信号；

(2)信号转换模块根据油门踏板大小和制动踏板的位移信号，确定混合动力汽车的目标速度和目标加速度；

(3)信号转换模块根据目标速度，采用功率分配策略确定直流供电电源的输出功率；

(4)第一比较器根据目标速度与速度反馈信号，得到速度偏差信号；

(5)第一速度控制器根据目标加速度和速度偏差信号，采用自动快速调节策略得到第一控制信号；

(6)第二速度控制器根据速度偏差信号得到第二控制信号，电流控制器根据第二控制信号和电机负载电流信号，得到第三控制信号；

(7)第二比较器将第一控制信号与第三控制信号之和形成速度指令信号，作为PWM生成器的输入信号，PWM生成器采用脉宽调制技术，得到占空比可调的PWM波，速度指令信号越大，PWM的占空比就越大；

(8)所述直流供电电源以所述确定的输出功率输出直流电，在PWM波作用下，逆变器将所述直流供电电源输出的直流电转换成幅值和频率可调的交流电，驱动电机，混合动力汽车按目标速度行驶。

2.根据权利要求1所述一种混合动力汽车的速度控制方法，其特征在于，所述的功率分配策略是：

信号转换模块根据目标速度从速度档位中确定目标速度档位，其中速度档位分为4档，1档速度范围为小于第一速度阀值，2档速度范围为大于等于第一速度阀值小于第二速度阀值，3档速度范围为大于等于第二速度阀值小于第三速度阀值，4档速度范围为大于等于第三速度阀值小于第四速度阀值，第一速度阀值<第二速度阀值<第三速度阀值<第四速度阀值，第四速度阀值为最高车速；

依据目标速度档位确定直流供电电源的输出功率；设置4个功率阀值，分别为第一功率阀值、第二功率阀值、第三功率阀值、第四功率阀值，其中第一功率阀值<第二功率阀值<第三功率阀值<第四功率阀值；

当目标速度在1档速度范围时，直流供电电源的输出功率为第一功率阀值；

当目标速度在2档速度范围时，直流供电电源的输出功率为第二功率阀值；

当目标速度在3档速度范围时，直流供电电源的输出功率为第三功率阀值；

当目标速度在4档速度范围时，直流供电电源的输出功率为第四功率阀值。

3.根据权利要求1所述一种混合动力汽车的速度控制方法，其特征在于：所述自动快速调节策略是：第一速度控制器根据速度偏差信号和目标加速度，实现自动快速调节，具体如下：

当速度偏差信号大于0，目标加速度达到最大值时，第一控制信号为正阀值；

当速度偏差信号大于0，目标加速度未达到最大值时，第一控制信号为正，其值与速度偏差信号成正比；

当速度偏差信号等于0时，第一控制信号为0；

当速度偏差信号小于0，目标加速度达到最小负值时，第一控制信号为负阀值；

当速度偏差信号小于0，目标加速度未达到最小负值时，第一控制信号为负，其值与速度偏差信号成正比。

4.根据权利要求1至3任一项所述一种混合动力汽车的速度控制方法，其特征在于：该方法可实现混合动力汽车电机调速，避免直流供电电源输出功率的频繁变化，使PWM波的占空比达到最佳，提高混合动力汽车的能源利用率。

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