一種電動汽車控制系統的製作方法

2023-05-28 02:12:11 2

專利名稱：一種電動汽車控制系統的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於電動汽車技術領域，尤其涉及一種電動汽車控制系統。
背景技術：
隨著電動汽車的不斷普及發展，用戶對汽車的性能的要求越來越高，尤其是在安 全性能方面。在電動汽車中，電機是非常重要的一個組成部分。目前大部分的電動汽車都採用 永磁同步電機，主要是因為永磁同步電機具有輸出轉矩大、調速範圍寬、動態響應快等優
點o目前的電動汽車用的牽引力控制系統一般是根據車輛運行過程中的滑移率對汽 車動力系統的輸出轉矩進行控制，使得車輛保持穩定運行狀態。是在傳統的內燃機汽車的 基礎上發展得到的。下面對電動汽車牽引力控制系統的原理做詳細說明汽車行駛過程中牽引力的產生來自於車輪與路面之間的粘著傳遞，汽車所受到的 最大牽引力又受到車輪與路面之間最大粘著係數的限制。而最大粘著係數則是由路面以及 汽車輪胎所決定的，一般來說，僅考慮路面狀態對粘著的影響。當車輪上所發揮的牽引力大於路面所能提供的最大粘著力時，車輪就會發生空轉 即所謂的滑移。此時，粘著摩擦將過渡到滑動摩擦，此時力的傳遞將急劇減小。對於電動汽 車來說，對其車輪進行受力分析，如圖1所示
dVFm-Fd = Mw-f-
dt車輛滑移率為y其中，Fm、Fd、Mw、Vw、V分別為電機提供的驅動力、路面提供的牽引力、車輪質量、車 輪線速度以及車速。車輛行駛過程中的牽引力則是由路面的黏著力提供，用黏著係數表示為
fU, =
N其中，N為車輛的載荷，黏著係數y是由車輪的滑移率\決定，其曲線圖如圖2所 示，該圖2為不同路況下，黏著係數i!和滑移率\的關係。從圖2中不難看出，隨著滑移 率從0增加，黏著係數逐漸上升，與此同時，側滑力逐漸下降，隨著黏著係數達到最大值，如 果滑移率進一步增加，側滑力與黏著力快速下降，此時汽車處於不不受控制狀態，使得安全 性大大降低。因此，需要把滑移率控制在圖示陰影部分，使得汽車具有良好的可靠性和安全特性的同時並具有良好的加速性能。現有技術中，為了控制滑移率，一般是通過減小電機的牽引轉矩Fm，使得車輪轉速 降低，進而減小輪胎與路面的滑移率，使車輛運行在穩定區域(即圖2中陰影區域)。傳統的牽引力控制系統的結構框圖如圖3所示，一般地，牽引力控制系統根據計 算得到的滑移率，與目標滑移率進行比較，將比較結果通過調節器處理得到參考轉矩，進而 控制電機運行，以保證汽車在各種路面均能安全行駛，但是以最保守的滑移率作為所有路 面的滑移率的控制目標，並未將駕駛員的需求考慮進去，使得電動汽車的安全性能會受到 極大的影響。因此，如何結合車輛的形式狀況和駕駛員的需求狀態得出最優滑移率來控制電機 的運行，提高電動汽車的安全性能，是電動汽車技術領域研究的方向之一。
實用新型內容本實用新型的目的在於提供一種電動汽車控制系統，旨在結合駕駛員的轉矩需求 選擇最優的滑移率來控制電機的運行，提高電動汽車的安全新能。本實用新型實施例是這樣實現的，一種電動汽車控制系統，包括設置在汽車的車 輪部位、用於獲取汽車車速信息的車輪傳感器，與所述車輪傳感器連接、根據所述傳感器的 車速信息獲取路況最大滑移率的辨識模塊；所述裝置還包括有一用於獲取駕駛員需求滑移率的駕駛員需求滑移率計算模塊， 以及一連接所述駕駛員需求滑移率計算模塊和所述辨識模塊、在所述辨識模塊的最大滑移 率和駕駛員需求滑移率計算模塊的駕駛員需求滑移率之間選擇一個作為最優滑移率的最 優滑移率決策模塊；所述裝置還包括有一電機控制器以及一與所述電機控制器連接的逆變器，所述電 機控制器連接所述最優滑移率決策模塊，根據所述最優滑移率決策模塊的計算結果控制所 述逆變器的運行。優選的，所述車速傳感器與所述辨識模塊之間設置一用於根據所述傳感器的車速 信息獲取汽車運行狀態的計算模塊，所述車速傳感器與所述辨識模塊通過所述計算模塊連接。優選的，所述電機控制器與所述電機逆變器之間還設置有一調節器，所述電機控 制器通過所述調節器得到佔空比輸出給所述電機逆變器。優選的，所述電機控制器為一電機電壓矢量轉矩直接控制結構。優選的，所述電機控制器內部設置有一用於對所述最優滑移率和所述最大滑移率 進行反饋對比處理的滯環比較器。本實用新型實施例通過將由車速信息得到的滑移率以及由駕駛員需求得到的滑 移率進行對比分析，獲取最優滑移率，根據最優滑移率得到輸出轉矩來控制電機的運行，在 充分保證車輛行駛穩定性和安全性的前提下，儘量滿足駕駛員的轉矩需求，能明顯提高電 動汽車的運動穩定性，進而提高電動汽車的安全性能。

圖1是現有技術中電動汽車驅動輪受力分析示意圖；圖2是現有技術中黏著係數與滑移率對應曲線圖；[0030]圖3是現有技術中牽引力控制系統的結構圖；圖4是本實用新型實施例提供的電動汽車控制系統的結構圖；圖5是本實用新型實施例提供的滑移率_黏著係數計算示意圖；圖6是本實用新型實施例提供的電機控制器的內部結構圖；圖7是本實用新型實施例提供的電機的定子磁鏈值以及磁鏈的角度及對應的區 間表；圖8是本實用新型實施例提供的電機逆變器內部電路控制圖；圖9是本實用新型實施例提供的電機逆變器產生的空間矢量圖；圖10是本實用新型實施例提供的磁鏈偏差-滑移率偏差與磁鏈角度對應區間表。
具體實施方式
為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，
以下結合附圖及實施 例，對本實用新型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 釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。本實用新型實施例通過將由車速信息得到的滑移率以及由駕駛員需求得到的滑 移率進行對比分析，獲取最優滑移率，根據最優滑移率得到輸出轉矩來控制電機的運行。圖4示出了本實用新型實施例提供的電動汽車控制系統的結構圖。其中，車速傳感器11設置於車輪部位，用於獲取汽車的車速信息，優選的，所述汽 車的車速信息包括汽車當前的車速、汽車的叢動輪速度和驅動輪速度。計算模塊12連接車速傳感器11，根據車速傳感器11的車速信息計算得到滑移率， 同時計算得到路面黏著係數的預估值。其中，計算模塊12是根據車速傳感器11獲取的車速 信息，結合車輪的半徑和轉動慣量進行計算得到汽車的滑移率以及當前路面黏著係數的。
換得到
請參閱圖5，圖5為計算模塊12的滑移率-黏著係數示意圖。 計算模塊12在計算滑移率時，通過以下公式
；I 二^^
K
f
入為滑移率，Vw為驅動輪速度、v￡為車速。
在具體實施過程中，可以通過從動輪速度對車身速度進行替代，因此上式可以變
V -V
A =
K t
其中，V為從動輪速度。
計算模塊12根據以下的公式計算獲得路面的黏著係數 F
自重；又有
A =u為黏著係數，Fd為車輛運行時路面提供的牽引摩擦力，N為車輛[0052] α =——a = —~
M
jΔ V為從動輪單位時間內速度變化量，ΔΤ為時間間隔，M為車輛質量；由以上幾個 公式不難看出，路面的黏著係數可以通過以下公式獲取
AV巧辨識模塊13連接計算模塊12，根據計算模塊12得到的路面黏著係數以及滑移率， 進一步得到
Γ s—hh-7"辨識模塊13根據該δ的值以及計算模塊12得到的滑移率λ的值判斷車輛是否 運行在穩定區域，同時根據系統存儲的黏著係數-滑移率曲線(請參閱圖2)，預測出路面的 最大滑移率。駕駛員需求滑移率計算模塊14獲取來自駕駛員的轉矩需求，譬如駕駛員腳踏板 的踏下位移，並根據駕駛員的駕駛需求進一步得到駕駛員的需求黏著係數，並根據系統存 儲的黏著係數-滑移率曲線(請參閱圖2)，得到駕駛員需求滑移率。在具體實施過程中，駕駛員需求滑移率計算模塊14將車輛轉矩需求轉換為駕駛 員轉矩需求對應的路面黏著係數，再通過當前黏著係數_滑移率曲線，進一步得到駕駛員 需求「等效轉矩」滑移率。其中，駕駛員需求滑移率計算模塊15通過以下公式獲取需求黏著係數
Tμ =
>μ d為駕駛員黏著係數，Td為駕駛員需求轉矩，N為車輛負荷。在獲取需求黏著係數後，根據黏著係數-滑移率獲取需求滑移率。請繼續參閱圖4，最優滑移率決策模塊15將駕駛員需求滑移率計算模塊14計算得 到的駕駛員需求滑移率和辨識模塊13得到的路況最大滑移率進行決策處理，最終得到最 優滑移率，優選的，此處的決策處理為取小操作，即在兩者中取最小者。在具體實施過程中，最優滑移率決策模塊15根據辨識模塊13得到的防止汽車滑 移的最大滑移率，同時結合駕駛員需求滑移率計算模塊14的「等效轉矩」滑移率，將上述最 大滑移率與「等效轉矩」滑移率進行綜合規劃確定最優滑移率。請繼續參閱圖4，電機控制器16連接最優滑移率決策模塊15，根據最優滑移率決 策模塊15確定的最優滑移率作為參考控制量，並以計算模塊12的滑移率作為反饋量，對輸 出到電機逆變器18的脈衝寬度調製(Pulse WidthModulation, PWM)佔空比進行控制。在具體實施過程中，所述電機控制器16與所述電機逆變器18之間還設置有一調 節器17，所述電機控制器通過所述調節器17得到PWM佔空比輸出給所述電機逆變器18。[0069]作為本實用新型的實施例，電機控制器16採用改進的電機電壓矢量轉矩直接控 制結構。在具體實施過程中，電機控制器16根據滑移率決策模塊15的最優滑移率作為參 考控制量，根據計算模塊12反饋的滑移率求取偏差；以及給定定子磁鏈與由逆變器18反饋 的電壓電流量觀測得到的定子磁鏈求取偏差；將滑移率偏差與定子磁鏈偏差以及定子磁鏈 角進行空間電壓矢量選擇，選擇合適的空間電壓矢量，並輸出給逆變器18，達到控制電動汽 車牽引電機轉矩的目的，直接實現控制車輛滑移率的目的。請參閱圖6，圖6為本實用新型實施例提供的內部設置有滯環比較器的電機控制 器，該電機控制器的輸入包括有電機的電壓、電流以及滑移率決策模塊15的最優滑移率、 以及計算模塊12的反饋滑移率。首先滑移率控制環通過最優滑移率和計算模塊12的反饋滑移率進行求差，經過 滯環比較器進行比較，若實際反饋值大於目標磁鏈，取0，反之取1(請參閱圖7至圖10)；磁鏈環中，磁鏈觀測器根據位置傳感器獲得永磁同步電機初始轉子位置，並根據 該初始轉子位置以及轉子永磁磁鏈進一步獲得初始磁鏈，在該初始磁鏈的基礎上，根據定 子的電壓、以及電流進行觀測，得到永磁同步電機的定子磁鏈值以及磁鏈的角度及對應的 區間(請參閱如7)，並求出觀測磁鏈與給定磁鏈的偏差，實際反饋值大於目標磁鏈，取0，反 之取1。電機控制器根據空間電壓矢量決策表以及上述兩組數據進行查表，獲取應該控制 導通的空間電壓矢量產生PWM，並輸出給電機逆變器，請參閱圖7至圖10。其中，圖7是本 實用新型實施例提供的電機的定子磁鏈值以及磁鏈的角度及對應的區間表，圖8是本實用 新型實施例提供的電機逆變器內部電路控制圖，圖9是本實用新型實施例提供的電機逆變 器產生的空間矢量圖；圖10是本實用新型實施例提供的磁鏈偏差一滑移率偏差與磁鏈角 度對應區間表。本實用新型實施例由於防滑控制的調節與外部轉矩指令具有同樣的響應時間，因 此能明顯提高電動汽車的運動穩定性，有效抑制車輛在加速、低附著係數路面的車輪打滑 的現象。本實用新型實施例通過將由車速信息得到的滑移率以及由駕駛員需求得到的滑 移率進行對比分析，獲取最優滑移率，根據最優滑移率得到輸出轉矩來控制電機的運行，在 充分保證車輛行駛穩定性和安全性的前提下，儘量滿足駕駛員的轉矩需求，能明顯提高電 動汽車的運動穩定性，進而提高電動汽車的安全性能。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本 實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型 的保護範圍之內。
權利要求一種電動汽車控制系統，其特徵在於，包括設置在汽車的車輪部位、用於獲取汽車車速信息的車輪傳感器，與所述車輪傳感器連接、根據所述傳感器的車速信息獲取路況最大滑移率的辨識模塊；所述裝置還包括有一用於獲取駕駛員需求滑移率的駕駛員需求滑移率計算模塊，以及一連接所述駕駛員需求滑移率計算模塊和所述辨識模塊、在所述辨識模塊的最大滑移率和駕駛員需求滑移率計算模塊的駕駛員需求滑移率之間選擇一個作為最優滑移率的最優滑移率決策模塊；所述裝置還包括有一電機控制器以及一與所述電機控制器連接的逆變器，所述電機控制器連接所述最優滑移率決策模塊，根據所述最優滑移率決策模塊的計算結果控制所述逆變器的運行。
2.如權利要求1所述的電動汽車控制系統，其特徵在於，所述車速傳感器與所述辨識 模塊之間設置一用於根據所述傳感器的車速信息獲取汽車運行狀態的計算模塊，所述車速 傳感器與所述辨識模塊通過所述計算模塊連接。
3.如權利要求1所述的電動汽車控制系統，其特徵在於，所述電機控制器與所述電機 逆變器之間還設置有一調節器，所述電機控制器通過所述調節器得到佔空比輸出給所述電 機逆變器。
4.如權利要求1所述的電動汽車控制系統，其特徵在於，所述電機控制器為一電機電 壓矢量轉矩直接控制結構。
5.如權利要求1所述的電動汽車控制系統，其特徵在於，所述電機控制器內部設置有 一用於對所述最優滑移率和所述最大滑移率進行反饋對比處理的滯環比較器。
專利摘要本實用新型適用於電動汽車技術領域，提供了一種電動汽車控制系統，本實用新型實施例的電動汽車控制系統根據設置在車輪位置的傳感器獲取車速信息，並通過計算模塊對車速信息進行處理得到包括滑移率的汽車運行狀態，由辨識模塊根據汽車運行狀態對路況進行辨識處理，得到路況最大滑移率；最優滑移率決策模塊根據所述辨識模塊獲得的最大滑移率，結合駕駛員需求滑移率計算模塊獲取的駕駛員需求滑移率進行綜合優化決策，最終獲取最優滑移率；電機控制器根據最優所述最優滑移率決策模塊得到的最優滑移率得到輸出轉矩來控制電機逆變器，進而控制電機的運行。本實用新型在充分保證車輛行駛穩定性和安全性的前提下，儘量滿足駕駛員的轉矩需求，能明顯提高電動汽車的運動穩定性，進而提高電動汽車的安全性能。
文檔編號B60L15/20GK201712486SQ20092026071
公開日2011年1月19日 申請日期2009年11月20日 優先權日2009年11月20日
發明者徐國卿, 胡浩 申請人:深圳先進技術研究院