CN101659219A - 汽车上坡状态下电机输出转矩控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车上坡状态下电机输出转矩控制方法，该控制方法包括以下步骤：检测车辆档位Rank和车速V；根据档位Rank和车速V判断车辆是否处于上坡下滑状态，并且如果车辆处于上坡下滑状态，则执行以下步骤：对车速V进行比例积分调节，得到使车辆不下滑的电机所需电流值I；控制电机运转在所需电流值I。通过该控制方法，使汽车在上坡时根据当时的车况控制电机输出转矩，抑制车辆在上坡过程中出现不希望发生的倒退下滑，从而增强车辆驾驶的安全性和舒适性。

Description

汽车上坡状态下电机输出转矩控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及汽车的电机输出转矩控制系统及控制方法，尤其涉及汽车在上坡状态下的电机输出转矩控制系统及控制方法。

背景技术

传统的燃油汽车采用发动机作为动力输出源，为了保证发动机不熄火，发动机运转的车速必须在怠速以上。当汽车处在斜坡路段上时，即使驾驶员不踩油门，发动机也会因为要运行在怠速以上而有一个向前的力矩，保证车辆不会倒退下滑。而电动汽车和混合动力汽车多是采用电机作为动力输出源，由CPU根据电流给定值，控制电机以响应转矩带动车轮，使汽车达到所要求的车速。电机本身不需要怠速来保证汽车运行，所以当驾驶员不踩加速踏板时，电机是没有力矩输出的。但是当汽车处在上坡路段上时，如果驾驶员松开加速踏板，由于电机没有力矩输出，车辆可能发生倒退下滑，这样则可能会产生严重后果，所以希望能够抑制车辆在上坡过程中不希望发生的倒退下滑。

发明内容

本发明的主要目的是为了解决上述问题，提出一种能够抑制车辆在上坡过程中出现不希望发生的倒退下滑情况的汽车上坡状态下电机输出转矩控制系统及控制方法。

为实现上述目的，本发明提供一种汽车上坡状态下电机输出转矩控制方法，包括以下步骤：

S1)检测车辆档位Rank和车速V；

S2)根据档位Rank和车速V判断车辆是否处于上坡下滑状态，并且如果车辆处于上坡下滑状态，则执行以下步骤：

S3)对车速V进行比例积分调节，得到使车辆不下滑的电机所需电流值I；

S4)控制电机运转在所需电流值I。

一种汽车上坡状态下电机输出转矩控制系统，该系统包括：

档位传感器，用于检测车辆的档位Rank；

车速传感器，用于检测车辆的车速V；以及

电机ECU，用于接收检测到的档位Rank和车速V，根据档位Rank和车速V判断车辆是否处于上坡下滑状态，若车辆处于上坡下滑状态，则对车速V进行比例积分调节，得到使车辆不下滑的电机所需电流值I，控制电机运转在所需电流值I。

本发明的有益效果在于：本发明根据档位传感器和车速传感器的输出判断出车辆处于上坡状态时，对车速V进行比例积分调节即PI调节，得到使车辆不下滑的电机所需电流值I，控制车速使其为0，从而可以抑制车辆在上坡时倒退下滑，增强车辆驾驶的安全性和舒适性。

附图说明

图1是表示根据本发明的一个实施方式的包含有汽车上坡状态下电机输出转矩控制系统的汽车的电气驱动系统简化结构图；

图2是根据本发明的汽车上坡状态下电机输出转矩控制方法的流程图；

图3是根据本发明的优选实施方式的汽车上坡状态下电机输出转矩控制方法的流程图；

图4是实现本发明优选实施方式的汽车上坡状态下电机输出转矩控制系统的结构图。

具体实施方式

现在参考附图对优选实施方式进行详细的描述。

如图1所示，表示作为本发明的一个实施方式的汽车的电气驱动系统简化结构图。实施方式中的汽车电气驱动系统100包括：电池组1、车速传感器2、刹车踏板11、档位传感器3、电容组4、电机电子控制单元(ECU)5、逆变器6、驱动隔离单元7、电机8、旋转变压器9。

其中，所述电池组1采用大功率的电池组，电压200V～330V，是整个电气驱动系统的能量源；所述刹车踏板11固定在与传统汽车相同的地方，用于向电机ECU 5传递刹车深度信号；所述车速传感器2与车速表相连，用于向电机ECU 5传递车速信号；所述档位传感器与汽车的换档执行机构相连，用于向电机ECU 5传递车辆的档位信号；所述电容组4正极与所述电池组1的正极母线相连接，负极与所述电池组1的负极母线相连接，用于吸收高频冲击电压，平滑直流电压波形；所述电机ECU 5用于计算PWM信号，通过驱动隔离单元送入逆变器6；所述逆变器6由三个IPM(智能功率模块，也可用IGBT，晶体管等功率器件)组成，IPM分为上下桥臂，所述三个IPM的上桥臂的输入端与电池组1的正极母线相连接，下桥臂与电池组1的负极母线相连接，各IPM之间的各个连接点分别与所述电机8的三相线圈(U相、V相、W相)相连接；所述电机8是永磁型同步电动机，作为汽车的动力输出源；所述旋转变压器9与所述电机8的转子相连接，用于检测所述电机8的转子的旋转角度位置，并传递给所述电机ECU 5。

本发明基于档位传感器输出的档位信号和车速传感器输出的车速信号来判断车辆是否处于上坡状态，若处于上坡状态则对车速V进行比例积分调节，得到使车辆不下滑的电机所需电流值I，然后控制电机8运转在所需电流值I，从而使电机8输出相应的转矩而抑止车辆倒退下滑。

如图2所示，为本发明的汽车上坡状态下电机输出转矩控制方法的流程图，包括以下步骤：

在步骤S1，档位传感器检测车辆档位Rank，车速传感器检测车辆的车速V。

在步骤S2，电机ECU根据档位Rank和车速V判断车辆是否处于上坡下滑状态。如果判断为车辆处于上坡下滑状态，则执行步骤3；若判断为车辆不处于上坡下滑状态，则按照现有技术中的控制方式控制电机输出相应转矩。

其中，根据档位Rank和车速V判断车辆是否处于上坡状态包括：接收档位传感器输出的档位信号以及车速传感器输出的车速信号，若档位Rank为前进档，但车速V为负，则判断出车辆处于上坡下滑状态。

在步骤S3，电机ECU对车速V进行比例积分调节，即PI调节，得到使车辆不下滑的电机所需电流值I。比例积分调节按如下公式进行比例积分调节：

$I=K_{\mathrm{pi}}V+\∫\frac{V}{\mathrm{\τ}}t$

其中速度V以m/s为单位；t为以s为单位的积分时间；K_pi为比例放大系数；τ为积分时间常数。

其中，比例积分调节的参数根据由于具体车型的质量，车轮大小，车辆变速比等的不同而有所不同，K_pi优选的范围是5000-10000，τ的优选范围是0.001s到0.005s。

如图3所示，优选地，步骤S1还利用刹车深度传感器检测刹车踏板被踩压深度所对应的刹车深度Brake，在步骤S3中，电机ECU再基于比例积分调节的结果，根据步骤S1得到的刹车深度Brake计算电机的所需电流I。

所需电流值I随着刹车深度Brake的增大而线性减小。一般情况下，当刹车深度增大到40％时，该刹车深度已经可以使得汽车制动停止，而不会倒退下滑，因而优选为当刹车深度为0时，所需电流值I等于对车速V进行比例积分调节得到的结果值，当刹车深度增大到40％时，所需电流值I为0。

在步骤S4，电机ECU通过控制电机运转在所需电流值I，从而控制电机输出相应转矩T。

实现以上控制方法的系统的结构如图3所示，包括档位传感器3、车速传感器2、电机ECU 5，优选的，还包括刹车深度传感器12。档位传感器3用于检测车辆的档位Rank；车速传感器2用于检测车辆的车速V；刹车深度传感器12用于检测刹车被踩压深度所对应的刹车深度Brake；电机ECU 5用于接收检测到的档位Rank、车速V和刹车深度Brake，根据档位Rank和车速V判断车辆是否处于上坡下滑状态，若车辆处于上坡下滑状态，则对车速V进行比例积分调节，即PI调节，得到使车辆不下滑的电机所需电流值I，优选的，再基于比例积分调节的结果，根据刹车深度Brake计算电机的所需电流I，从而控制电机输出相应转矩T。

其中电机ECU中优选包括判断单元51，用于根据档位Rank和车速V判断车辆是否处于上坡状态，如果判断为车辆处于上坡状态，则输出向PI调节单元发出开始调节信号；计算单元52，用于对车速V进行比例积分调节，得到使车辆不下滑的电机所需电流值I，优选的，该计算单元基于比例积分调节的结果，根据刹车深度Brake计算电机的所需电流I；电机控制单元53，用于控制电机的所需电流值I。

根据以上说明，采用电机作为动力输出源的汽车当挂着前进档处于坡上时，即使驾驶员完全松掉加速踏板，此时系统根据车速对电机输出转矩进行调节，直到车速为0，即抑止汽车下滑。

Claims (16)

1、一种汽车上坡状态下电机输出转矩控制方法，该控制方法包括以下步骤：

S1)检测车辆档位Rank和车速V；

S2)根据档位Rank和车速V判断车辆是否处于上坡下滑状态，并且如果车辆处于上坡下滑状态，则执行以下步骤：

S3)对车速V进行比例积分调节，得到使车辆不下滑的电机所需电流值I；

S4)控制电机运转在所需电流值I。

2、根据权利要求1所述的控制方法，其中步骤S2包括：

若档位Rank为前进档，且车速V为负，则判断出车辆处于上坡下滑状态。

3、根据权利要求1所述的控制方法，其中步骤S3中的比例积分调节按照如下公式进行：

$I=K_{\mathrm{pi}}V+\∫\frac{V}{\mathrm{\τ}}\mathrm{dt}$

其中速度V以m/s为单位；t为以s为单位的积分时间；K_pi为比例放大系数；τ为积分时间常数。

4、根据权利要求3所述的控制方法，其中所述比例积分调节公式中K_pi的优选范围是5000到10000，τ的优选范围是0.001s到0.005s。

5、根据权利要求1所述的控制方法，其中步骤S1还包括：检测刹车深度Brake；

步骤S3还包括：基于比例积分调节的结果，根据刹车深度Brake计算电机的所需电流I。

6、根据权利要求5所述的控制方法，其中所需电流值I随着刹车深度Brake的增大而线性减小。

7、根据权利要求6所述的控制方法，其中：

当刹车深度为0时，所需电流值I等于对车速V进行比例积分调节得到的结果值；

当刹车深度增大到40％时，所需电流值I等于0。

8、一种汽车上坡状态下电机输出转矩控制系统，该系统包括：

档位传感器(3)，用于检测车辆的档位Rank；

车速传感器(2)，用于检测车速V；以及

电机ECU(5)，用于接收检测到的档位Rank和车速V，根据档位Rank和车速V判断车辆是否处于上坡下滑状态，若车辆处于上坡下滑状态，则对车速V进行比例积分调节，得到使车辆不下滑的电机所需电流值I，控制电机运转在所需电流值I。

9、根据权利要求8所述的控制系统，该系统还包括：

刹车深度传感器(12)，用于检测刹车深度Brake；

电机ECU(5)还用于接收检测到的刹车深度Brake，并基于比例积分调节的结果，根据刹车深度Brake计算电机的所需电流I。

10、根据权利要求8所述的控制系统，其中所述电机ECU包括：

判断单元(51)，用于根据档位Rank和车速V判断车辆是否处于上坡下滑状态，并且如果判断为车辆处于上坡下滑状态，则输出向比例积分调节单元发出开始调节的信号；

计算单元(52)，用于对车速V进行比例积分调节，得到使车辆不下滑的电机所需电流值I；

电机控制单元(53)，用于控制电机运转在所需电流值I。

11、根据权利要求10所述的控制系统，该系统还包括：

刹车深度传感器(12)，用于检测刹车深度Brake；

所述计算单元(52)还用于接收检测到的刹车深度Brake，并基于比例积分调节的结果，根据刹车深度Brake计算电机的所需电流I。

12.根据权利要求10所述的控制系统，其中所述判断单元按如下步骤判断车辆是否处于上坡下滑状态：

若档位Rank为前进档，且车速V为负，则判断出车辆处于上坡下滑状态。

13.根据权利要求10所述的控制系统，其中所述计算单元按如下公式进行比例积分调节：

$I=K_{\mathrm{pi}}V+\∫\frac{V}{\mathrm{\τ}}t$

其中速度V以m/s为单位；t为以s为单位的积分时间；K_pi为比例放大系数；τ为积分时间常数。

14、根据权利要求13所述的控制系统，其中所述比例积分调节公式中K_pi的优选范围是5000到10000，τ的优选范围是0.001s到0.005s。

15、根据权利要求11所述的控制系统，其中所述计算单元按如下步骤基于比例积分调节的结果，根据刹车深度Brake计算电机的所需电流I：

所需电流值I随着刹车深度Brake的增大而线性减小。

16、根据权利要求15所述的控制系统，其中所述计算单元按如下步骤基于比例积分调节的结果，根据刹车深度Brake计算电机的所需电流I：

当刹车深度为0时，所需电流值I等于对车速V进行比例积分调节得到的结果值；

当刹车深度增大到40％时，所需电流值I等于0。

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