電動汽車車速控制系統及方法
2023-10-29 12:33:52 1
專利名稱：電動汽車車速控制系統及方法
技術領域：
本發明涉及電動汽車控制領域，更具體地說，涉及一種電動汽車車速控制系統及方法。
背景技術：
隨著經濟的發展，汽車已經成為人類生活中必不可少的工具之一，汽車工業已經成為現代經濟的支柱產業之一。隨著全球汽車產量和保有量的不斷增長，使用內燃機作為驅動動力的汽車帶來了嚴重的環境汙染和越來越緊迫的全球石油資源危機等問題，這也致使世界各國不得不尋求排放低、使用新能源的新型交通工具。電動汽車具有汙染小、噪音小、節約能源，結構、控制和維護簡單等特點，是解決環境問題和能源問題的一個有效途徑。汽車巡航控制系統發展至今已有四十多年的歷史，通過該控制系統，無需調整踩油門踏板就可使車輛自動以固定的速度行駛，可減輕駕駛員的疲勞，同時減少了不必要的車速變化，從而可以節省燃料。汽車巡航控制系統經歷了機械控制系統、電晶體控制系統、模擬集成電路控制系統和微機控制系統等幾個過程，這些理論方面的研究主要是針對傳統燃油車。如圖1所示，是傳統燃油汽車的動力系統示意圖，其主要包括燃油發動機，該動力系統通過控制節氣門開度決定發動機輸出轉矩大小，相應地，定速巡航功能的實現主要集中在如何調節節氣門開度上。如圖2所示，是現有電動汽車驅動電機系統及外圍設備的典型結構框圖，其通過電機控制器輸出控制信號，從而調整電子電力逆變器向電機的輸出。由於電動汽車的發展目前還處於起步階段，針對電動汽車的定速巡航控制技術還存在諸多問題
發明內容
本發明要解決的技術問題在於，針對上述電動汽車缺少定速行駛功能的問題，提供一種電動汽車車速控制系統及方法。本發明解決上述技術問題採用的技術方案是，提供一種電動汽車車速控制系統，包括電機控制器和整車控制器，其中整車控制器包括第二通信單元和指令採集單元，所述電機控制器包括第一通信單元以及功率驅動單元；所述指令採集單元用於採集定速巡航指令以及設定車速；所述第二通信單元將所述定速巡航指令及設定車速發送到第一通信單元；所述功率驅動單元用於在第一通信單元接收到定速巡航指令及設定車速時進入轉速模式；在轉速模式下，所述功率驅動單元調整其輸出頻率為與所述設定車速對應的頻率，並調整輸出轉矩使其輸出轉矩與負載轉矩匹配。在本發明所述的電動汽車車速控制系統中，所述電機控制器還包括轉矩報警單元，用於判斷所述負載轉矩是否大於電機轉矩上限，並在所述負載轉矩大於電機轉矩上限時，使所述功率驅動單元調整其輸出頻率，所述調整後的輸出頻率與電機轉矩上限對應。在本發明所述的電動汽車車速控制系統中，所述指令採集單元還用於採集定速取消指令，並將該定速取消指令通過第二通信單元發送到所述電機控制器的第一通信單元，所述功率驅動單元在第一通信單元接收到定速取消指令時切換為轉矩模式；在轉矩模式下，所述功率驅動單元根據轉矩指令控制電機輸出轉矩。在本發明所述的電動汽車車速控制系統中，所述電機控制器還包括存儲單元，用於存儲車速，該存儲的車速在所述指令採集單元採集到恢復巡航指令時作為設定車速發送給電機控制器。 在本發明所述的電動汽車車速控制系統中，所述整車控制器的第二通信單元與電機控制器的第一通信單元之間通過控制器區域網路通信。本發明還提供一種電動汽車車速控制方法，包括以下步驟:步驟(a)，整車控制器在採集到定速巡航指令時讀取設定車速並將所述設定車速發送到電機控制器；步驟(b)，電機控制器將工作狀態切換為轉速模式；在轉速模式下，該電機控制器調整其輸出頻率為與所述設定車速對應的頻率，並調整輸出轉矩使其輸出轉矩與負載轉矩匹配。在本發明所述的電動汽車車速控制方法中，在轉速模式下，所述電機控制器在所述負載轉矩大於電機轉矩上限時調整其輸出頻率，所述調整後的輸出頻率與電機轉矩上限對應。在本發明所述的電動汽車車速控制方法中，所述步驟(b)之後包括:步驟(Cl)，所述整車控制器在檢測到取消定速指令時將該取消指令發送到電機控制器；步驟(c2)，所述電機控制器切換為轉矩模式，在轉矩模式下，所述電機控制器根據轉矩指令控制電機輸出轉矩。在本發明所述的電動汽車車速控制方法中，所述步驟(b)包括:所述電機控制器存儲當前車速。在本發明所述的電動汽車車速控制方法中，所述步驟(b)之後包括:所述整車控制器在採集到恢復巡航指令時讀取將存儲的車速作為設定車速，並執行步驟(b)。本發明的電動汽車車速控制系統及方法，通過調整輸出頻率與設定車速對應，實現了電動汽車的定速運行，提高了電動汽車行駛的穩定性、安全性和舒適性。本發明可使電動汽車無論是在上坡、下坡、平路上行駛，或是在風速變化的情況下行駛，只要在驅動電動機功率允許的範圍內，速度都可保持不變。在郊外或者高速公路上行駛時，這種優越性更為顯著。另外，當電動汽車以定速行駛時，駕駛員只要掌握好方向盤，不用踩油門踏板就能使車輛以恆定的速度穩定運行，這減輕了司機的勞動強度，可使駕駛員精力集中以確保行車安全。並且，本發明還可使電動汽車減少磨損，延長壽命，並增加動力蓄電池的續航裡程，從而減少電動汽車運行成本。
圖1是現有燃油汽車電子巡航控制系統的原理圖。圖2是現有電動汽車驅動電機系統及外圍設備典型結構框圖。
圖3是本發明電動汽車車速控制系統第一實施例的示意圖。圖4是本發明電動汽車車速控制系統第二實施例的示意圖。圖5是本發明電動汽車車速控制方法第一實施例的流程圖。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。如圖3所示，是本發明電動汽車車速控制系統實施例的示意圖。在本實施例中，車速控制系統包括電機控制器32和整車控制器31，其中整車控制器包括第二通信單元312和指令採集單元311，電機控制器32包括第一通信單元322以及功率驅動單元323。上述的整車控制器31和電機控制器32可分別由一個晶片及外圍電路構成，第二通信單元312、指令採集單元311、第一通信單元322以及功率驅動單元323則可由硬體配合軟體實現。電機控制器32的功率驅動單元323直接向逆變器33輸出電機控制信號。指令採集單元311用於採集定速巡航指令以及設定車速。具體地，該指令採集單元311可從電動汽車的操作按鈕或面板、油門踏板、剎車踏板等採集指令，例如定速巡航指令、恢復巡航指令、剎車指令、加速指令等。第二通信單元312用於將指令採集單元311採集的定速巡航指令及設定車速發送到電機控制器32的第一通信單元322。特別地，第一通信單元322和第二通信單元312之間的信息交互可由控制器區域網路(Controller Area Network,CAN)來實現。該控制器區域網路還可實現電動汽車內部的其他部分之間的信息交互，例如電池管理器和儀表控制器
坐寸ο具體地，第二通信單元312可通過表I的報文發送定速巡航指令以及設定車速到電機控制器32。功率驅動單元323用於在第一通信單元322接收的定速巡航指令及設定車速時進入轉速模式。在轉速模式下，該功率驅動單元32調整其輸出頻率為與設定車速對應的頻率，並調整輸出轉矩使該輸出轉矩與負載轉矩匹配。如圖4所示，是本發明電動汽車車速控制系統第二實施例的示意圖。該實施例中，車速控制系統包括電機控制器42和整車控制器41，其中整車控制器包括第二通信單元412和指令採集單元411，電機控制器42包括存儲單元421、第一通信單元422、功率驅動單元423以及轉矩報警單元424。上述的整車控制器31和電機控制器32可分別由一個晶片及外圍電路構成，第二通信單元312、指令採集單元311、第一通信單元322以及功率驅動單元323。上述轉矩報警單元424用於判斷在功率驅動單元423以轉速模式運行時，負載轉矩是否大於電機轉矩上限，並在負載轉矩大於電機轉矩上限時，使功率驅動單元423調整其輸出頻率，該調整後的輸出頻率與電機轉矩上限對應。在本實施例中，指令採集單元411除了採集定速巡航指令外，還用於採集定速取消指令(例如來自剎車踏板或定速取消按鍵)及油門踏板指令，並將該定速取消指令及油門踏板指令通過第二通信單元412發送到電機控制器42的第一通信單元422 ;相應地，功率驅動單元423除了以轉速模式工作外，還可以轉矩模式工作。在第一信號通信單元422接收到定速取消指令和油門踏板指令時，功率驅動單元423根據定速取消指令將轉速模式切換為轉矩模式。在轉矩模式下，功率驅動單元423根據轉矩指令(例如來自指令採集單元411採集的油門踏板指令)控制電機輸出轉矩。存儲單元421用於存儲車速。該存儲單元421可採用EEPROM(ElectricalIyErasableProgrammable Read-Only Memory),該EEPROM在掉電後數據不會丟失，從而存儲的車速在下一次上電時仍然有效，無需每次重複設定巡航速度，從而使電動汽車的定速巡航功能更加智能化和人性化。上述的指令採集單元411還可採集恢復巡航指令，並將該恢復巡航指令通過第二通信單元412發送到電機控制器42，功率驅動單元423讀取存儲單元421中存儲的車速，並以此車速對應的頻率作為輸出頻率，控制電機轉動。在上述實施例中，逆變器主要由高頻開關器件絕緣柵雙極電晶體-1GBT組成，功率驅動單元通過發送6路驅動信號分別控制每個IGBT的開關通斷時間以及開關通斷順序實現不同的佔空比輸出，從而調節電機U、V、W三相電流的大小和相序，最終實現對電動汽車的行駛速度控制。整車控制器在轉矩模式和轉速模式下，分別通過第二通信單元向電機控制器發送轉矩指令(例如油門踏板指令)和頻率指令(例如設定車速)。電機控制器接收到轉矩指令和頻率指令後，其功率驅動單元通過基於轉子磁場定向的矢量控制算法對輸出電流進行坐標變換和分解，從而計算出6路IGBT的通斷時間和通斷順序。特別地，在上述實施例中，第二通信單元可通過表I的報文發送定速巡航指令以
及設定車速到電機控制器。
權利要求
1.一種電動汽車車速控制系統，其特徵在於:包括電機控制器和整車控制器，其中整車控制器包括第二通信單元和指令採集單元，所述電機控制器包括第一通信單元以及功率驅動單元；所述指令採集單元用於採集定速巡航指令以及設定車速；所述第二通信單元將所述定速巡航指令及設定車速發送到第一通信單元；所述功率驅動單元用於在第一通信單元接收到定速巡航指令及設定車速時進入轉速模式；在轉速模式下，所述功率驅動單元調整其輸出頻率為與所述設定車速對應的頻率，並調整輸出轉矩使其輸出轉矩與負載轉矩匹配。
2.根據權利要求1所述的電動汽車車速控制系統，其特徵在於:所述電機控制器還包括轉矩報警單元，用於判斷所述負載轉矩是否大於電機轉矩上限，並在所述負載轉矩大於電機轉矩上限時，使所述功率驅動單元調整其輸出頻率，所述調整後的輸出頻率與電機轉矩上限對應。
3.根據權利要求1所述的電動汽車車速控制系統，其特徵在於:所述指令採集單元還用於採集定速取消指令，並將該定速取消指令通過第二通信單元發送到所述電機控制器的第一通信單元；所述功率驅動單元在第一通信單元接收到定速取消指令時切換為轉矩模式；在轉矩模式下，所述功率驅動單元根據轉矩指令控制電機輸出轉矩。
4.根據權利要求1所述的電動汽車車速控制系統，其特徵在於:所述電機控制器還包括存儲單元，用於存儲車速，該存儲的車速在所述指令採集單元採集到恢復巡航指令時作為設定車速發送給電機控制器。
5.根據權利要求1所述的電動汽車車速控制系統，其特徵在於:所述整車控制器的第二通信單元與電機控制器的第一通信單元之間通過控制器區域網路通信。
6.一種電動汽車車速控制方法，其特徵在於:包括以下步驟: 步驟(a)，整車控制器在採集到定速巡航指令時讀取設定車速並將所述設定車速發送到電機控制器； 步驟(b)，電機控制器將工作狀態切換為轉速模式；在轉速模式下，該電機控制器調整其輸出頻率為與所述設定車速對應的頻率，並調整輸出轉矩使其輸出轉矩與負載轉矩匹配。
7.根據權利要求6所述的電動汽車車速控制方法，其特徵在於:在轉速模式下，所述電機控制器在所述負載轉矩大於電機轉矩上限時調整其輸出頻率，所述調整後的輸出頻率與電機轉矩上限對應。
8.根據權利要求6所述的電動汽車車速控制方法，其特徵在於:所述步驟(b)之後包括: 步驟(Cl)，所述整車控制器在檢測到取消定速指令時將該取消指令發送到電機控制器； 步驟(c2)，所述電機控制器切換為轉矩模式，在轉矩模式下，所述電機控制器根據轉矩指令控制電機輸出轉矩。
9.根據權利要求6所述的電動汽車車速控制方法，其特徵在於:所述步驟(b)包括:所述電機控制器存儲當前車速。
10.根據權利要求9所述的電動汽車車速控制方法，其特徵在於:所述步驟(b)之後包括:所述整車控制器在採集到恢復巡航指令時讀取將存儲的車速作為設定車速，並執行步驟(b)。
全文摘要
本發明提供了一種電動汽車車速控制系統，包括電機控制器和整車控制器，其中整車控制器包括第二通信單元和指令採集單元，電機控制器包括第一通信單元以及功率驅動單元；所述指令採集單元用於採集定速巡航指令以及設定車速；所述第二通信單元將所述定速巡航指令及設定車速發送到第一通信單元；所述功率驅動單元用於在第一通信單元接收的定速巡航指令及設定車速時進入轉速模式；在轉速模式下，所述功率驅動單元調整其輸出頻率為與所述設定車速對應的頻率，並調整輸出轉矩使其輸出轉矩與負載轉矩匹配。本發明還提供一種對應的方法。本發明通過調整輸出頻率與設定車速對應，實現了電動汽車的定速運行，提高了電動汽車行駛的穩定性、安全性和舒適性。
文檔編號B60L15/20GK103182953SQ20111044791
公開日2013年7月3日 申請日期2011年12月28日 優先權日2011年12月28日
發明者沈俊偉 申請人:蘇州匯川技術有限公司, 深圳市匯川技術股份有限公司