專利名稱：一種基于整車控制策略的電動汽車驅(qū)動器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電動汽車，尤其涉及一種基于整車控制策略的電動汽車驅(qū)動器。
背景技術(shù)：
電動汽車的唯一能源為蓄電池，所以具有高效、節(jié)能和低噪音等特點(diǎn)，對于解決當(dāng)今傳統(tǒng)汽車所帶來的污染環(huán)境和能源短缺的問題具有非常重要的意義。電動汽車通過電動機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，在運(yùn)行中接近“零排放”。發(fā)展純電動汽車為解決城市環(huán)境污染提供了一條新的途徑。發(fā)展純電動汽車可以使城市干道的噪音得到有效的降低，達(dá)到國家噪音控制標(biāo)準(zhǔn)；發(fā)展純電動汽車更重要的意義在于節(jié)省燃油，減少排放，對保證國家未來的能源安全與經(jīng)濟(jì)安全具有重要的戰(zhàn)略意義。同時(shí)發(fā)展純電動汽車將對調(diào)整國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、提高重點(diǎn)領(lǐng)域的創(chuàng)新能力和市場競爭能力，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會協(xié)調(diào)發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響?，F(xiàn)代電動汽車的研究開發(fā)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它的理論基礎(chǔ)是將汽車技術(shù)、 電機(jī)技術(shù)、驅(qū)動技術(shù)、電力電子技術(shù)、能源存儲技術(shù)和現(xiàn)代控制理論有機(jī)地結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的集成優(yōu)化。電動汽車整車控制系統(tǒng)其關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)可歸納為三個(gè)主要部分驅(qū)動電機(jī)及其控制技術(shù)、整車控制技術(shù)和電池能量管理技術(shù)。整車控制從全局的角度出發(fā)協(xié)調(diào)和控制汽車各部件的工作狀態(tài)，從而達(dá)到整車性能設(shè)計(jì)目標(biāo)。整車控制器作為控制車內(nèi)電子、電氣的中心，是整車驅(qū)動控制策略基礎(chǔ)，對整車駕駛性能的提高、能量利用優(yōu)化有著重要影響。而整車驅(qū)動控制策略對車輛駕駛動力性有重大影響，是純電動汽車整車控制器技術(shù)研究的重要內(nèi)容。作為整車系統(tǒng)的驅(qū)動控制部分，要求電動汽車驅(qū)動器應(yīng)具有盡可能高的轉(zhuǎn)矩密度、良好的轉(zhuǎn)矩控制能力、高可靠性及在寬車速范圍內(nèi)的高效率；同時(shí)，電動汽車驅(qū)動器還應(yīng)保證在滿足車輛動力學(xué)性能的前提下，使動力蓄電池放電電流最小。電動汽車電機(jī)驅(qū)動功能的實(shí)現(xiàn)涉及電機(jī)、電力電子、微處理器、蓄電池、控制理論等多學(xué)科技術(shù)領(lǐng)域，是趕超世界汽車先進(jìn)水平的核心技術(shù)。目前，在國外，純電動汽車整車控制器主要用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的四輪驅(qū)動純電動汽車和輪轂電機(jī)純電動汽車中，其作用是協(xié)調(diào)2個(gè)或2個(gè)以上電機(jī)控制器同步工作。對于結(jié)構(gòu)簡單的單電機(jī)驅(qū)動的純電動汽車，通常由電機(jī)控制器實(shí)現(xiàn)扭矩控制和再生制動控制等功能， 沒有設(shè)計(jì)整車控制器。而在國內(nèi)，整車控制器與電機(jī)控制器往往是分開設(shè)計(jì)，通過CAN總線通訊來協(xié)調(diào)同步工作。如圖1，整個(gè)電動汽車驅(qū)動控制系統(tǒng)包括依次連接的充電接觸器模塊100、電機(jī)控制器200和整車控制器300 ；充電接觸器模塊100包括充電接觸器101、過流保險(xiǎn)絲102、二極管103和充電電阻104，二極管103和充電電阻104串聯(lián)再與充電接觸器101并聯(lián)后又與過流保險(xiǎn)絲102串聯(lián)；電機(jī)控制器200包括電容201、逆變單元202和電機(jī)控制單元203，電容201與逆變單元202并聯(lián)后再與電機(jī)控制單元203連接；[0010]整車控制器300包括加速踏板301、加速/轉(zhuǎn)矩曲線單元302、制動踏板303、制動 /電流曲線單元304和整車控制單元305，加速踏板301、加速/轉(zhuǎn)矩曲線單元302和整車控制單元305依次連接，制動踏板303、制動/電流曲線單元304和整車控制單元305依次連接。由于整個(gè)電動汽車驅(qū)動控制系統(tǒng)由三個(gè)獨(dú)立的控制單元組成，存在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝調(diào)試不便，而且整車控制器300與電機(jī)控制器200之間依靠CAN通訊連接，傳輸數(shù)據(jù)量大，可靠性和實(shí)時(shí)性差。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)和不足，提供一種基于整車控制策略的電動汽車驅(qū)動器。本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一、基于整車控制策略的電動汽車驅(qū)動器(簡稱驅(qū)動器)電動汽車驅(qū)動器包括充電接觸器、過流保險(xiǎn)絲、二極管、充電電阻、電容，逆變單元、油門踏板、剎車踏板、制動/電流曲線單元、加速/功率曲線單元、電機(jī)和整車控制單元和輸入輸出單元；二極管和充電電阻串聯(lián)再與充電接觸器連接又與過流保險(xiǎn)絲一端連接，保險(xiǎn)絲另一端分別與電容、逆變單元連接，實(shí)現(xiàn)電動汽車驅(qū)動器上電緩沖和隔離功能；加速踏板、加速/功率曲線單元和電機(jī)和整車控制單元依次連接，制動踏板、制動 /電流曲線單元和電機(jī)和整車控制單元依次連接，電機(jī)和整車控制單元分別與逆變單元、輸入輸出單元互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)整車驅(qū)動和控制功能。二、基于整車控制策略的電動汽車驅(qū)動器的控制方法(簡稱控制方法)本控制方法包括下列步驟①上電自檢測電機(jī)控制系統(tǒng)和相關(guān)標(biāo)定及配置參數(shù)；②利用CAN通訊檢測外部系統(tǒng)，如儀表控制器，電池管理系統(tǒng)，空調(diào)等；③與電池管理系統(tǒng)通訊或自行估算電池的實(shí)時(shí)SOC電量值，確定當(dāng)前狀態(tài)下電池能輸出的最大功率；④檢測電動汽車的檔位和鑰匙信號，確認(rèn)掛檔成功后吸合充電接觸器，進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)；⑤待加速踏板踩下或松開制動踏板時(shí)，驅(qū)動器驅(qū)動電機(jī)旋轉(zhuǎn)，按起步模式輸出轉(zhuǎn)矩，待電機(jī)達(dá)到一定轉(zhuǎn)速后轉(zhuǎn)入功率控制模式，按踏板位置與電機(jī)輸出功率對應(yīng)標(biāo)定曲線輸出；⑥如制動踏板踩下，控制電機(jī)磁場反向旋轉(zhuǎn)，進(jìn)入發(fā)電模式，電池充電電流大小根據(jù)踏板位置和汽車速度標(biāo)定給出；⑦實(shí)時(shí)監(jiān)測電池電壓，輸出電流，汽車速度相關(guān)信息，做出整車綜合控制決策；⑧實(shí)時(shí)CAN通訊，監(jiān)控電池管理系統(tǒng)，燈光儀表和空調(diào)相關(guān)設(shè)備，相互傳遞信息， 完成整車控制功能。本實(shí)用新型具有下列優(yōu)點(diǎn)和積極效果1、在驅(qū)動器內(nèi)集成了充電接觸器模塊、電機(jī)控制器和整車控制器，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，故障率低，重量輕，可靠性好；2、在汽車起步時(shí)采用轉(zhuǎn)矩控制模式，待汽車達(dá)到一定速度后，轉(zhuǎn)入功率控制模式， 符合人體感受曲線，同時(shí)也限制了電池的輸出功率，延長電池使用壽命；3、本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了豐富的外部控制接口，便于與各種電動車型配套使用，如純電動汽車、混合動力汽車、電動三輪車和電瓶車；4、本實(shí)用新型可適用于各種三相感應(yīng)電機(jī)，如直流無刷電動機(jī)，交流異步電動機(jī)和永磁同步電動機(jī)。

圖1是現(xiàn)有電動汽車驅(qū)動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方框圖； 圖2是本實(shí)用新型電動汽車驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)方框圖；圖3是車輛理想動力輸出特征曲線圖；圖4是本實(shí)用新型驅(qū)動器的應(yīng)用接線圖； 圖5是本實(shí)用新型驅(qū)動器軟件控制流程圖； 圖中1000—電動汽車驅(qū)動器； 100—充電接觸器模塊，101—充電接觸器，102-熔斷保險(xiǎn)絲，103-二極管，104-充電電阻；200--電機(jī)控制器，201—電容，202—逆變單元，203—電機(jī)控制單元300—整車控制器301—加速踏板，302—加速/轉(zhuǎn)矩曲線單元，303—制動踏板， 304—制動/電流曲線單元， 305—整車控制單元，306—加速/功率曲線單元， 307—電機(jī)和整車控制單元，308—輸入輸出單元；2000—電機(jī)。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例詳細(xì)說明一、電動汽車驅(qū)動器1、總體結(jié)構(gòu)如圖2，電動汽車驅(qū)動器包括充電接觸器101、過流保險(xiǎn)絲102、二極管103、充電電阻104、電容201，逆變單元202、油門踏板301、剎車踏板303、制動/電流曲線單元304、加速/功率曲線單元306、電機(jī)和整車控制單元307和輸入輸出單元308 ；二極管103和充電電阻104串聯(lián)再與充電接觸器101連接又與過流保險(xiǎn)絲102 — 端連接，保險(xiǎn)絲102另一端分別與電容201、逆變單元202連接，實(shí)現(xiàn)電動汽車驅(qū)動器1000 上電緩沖和隔離功能；加速踏板301、加速/功率曲線單元306和電機(jī)和整車控制單元307依次連接，制動踏板303、制動/電流曲線單元304和電機(jī)和整車控制單元307依次連接，電機(jī)和整車控制單元307分別與逆變單元202、輸入輸出單元308互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)整車驅(qū)動和控制功能。2、功能塊1)充電接觸器101充電接觸器101是一種常用產(chǎn)品。在汽車停止運(yùn)行的泊車狀態(tài)時(shí)，切斷動力電池與外部所有的高壓連接，節(jié)約能耗， 并防止人員觸電，在電機(jī)驅(qū)動之前，接通主電高壓回路。2)熔斷保險(xiǎn)絲102熔斷保險(xiǎn)絲102是一種常用產(chǎn)品。在驅(qū)動器發(fā)生短路故障時(shí)，熔斷保險(xiǎn)絲102避免動力電池故障放電而損壞。3 ) 二極管 103二極管103是一種常用產(chǎn)品。防止安裝驅(qū)動器時(shí)，電源正負(fù)極接錯(cuò)，燒毀驅(qū)動器。4)充電電阻104充電電阻104是一種常用產(chǎn)品。由于在驅(qū)動器內(nèi)部有大容量電解電容，在充電接觸器101閉合前先將充電接觸器 101兩端充到相等電壓，避免高壓上電瞬間的大電流沖擊，防止驅(qū)動器損壞。5)電容 201電容201是一種大容量電解電容。起平滑濾波作用，減小輸入直流電壓波動。6)逆變器 202逆變器202是一種電流轉(zhuǎn)換器。起功率變換作用，將輸入的直流電轉(zhuǎn)變成三相交流電輸出給驅(qū)動電機(jī)。7)加速踏板301通過腳踏方式調(diào)節(jié)踏板位置，來改變汽車速度。在汽車正常運(yùn)行時(shí)，根據(jù)踏板位置和標(biāo)定功率對應(yīng)的曲線，查詢電機(jī)的給定輸出功率。8)制動踏板303汽車減速或停車時(shí)使用，反映駕駛員的制動或停車意圖。9)制動電流/曲線單元304制動電流/曲線單元304是一種在汽車正常運(yùn)行時(shí)，根據(jù)電機(jī)速度、踏板位置和標(biāo)定制動電流對應(yīng)的三維表。其功能是查詢電機(jī)的制動電流，即在制動狀態(tài)時(shí)，電池的充電電流大小。10)加速/功率曲線單元306加速/功率曲線單元306是一種在汽車正常運(yùn)行時(shí)，根據(jù)加速踏板位置和標(biāo)定電機(jī)輸出功率對應(yīng)的二維曲線，由事前測試標(biāo)定得出，在實(shí)際使用中不斷根據(jù)踏板當(dāng)前位置查詢該曲線得出整車需求功率。其功能是查詢電機(jī)的給定輸出功率。11)電機(jī)和整車控制單元307[0087]電機(jī)和整車控制單元307是整個(gè)控制器的運(yùn)算處理核心，根據(jù)具體控制策略來驅(qū)動電機(jī)旋轉(zhuǎn)，或制動反饋電流，同時(shí)還要與外圍裝置和控制器相互通訊，進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)控和處理。其硬件配置由32位數(shù)字信號處理器TMS320F28035和相關(guān)外圍電路組成。12)輸入輸出單元308輸入輸出單元308是一種用于其它外部信號與電機(jī)和整車控制單元307的接口電路，如CAN通信、變速箱檔位和離合器信號，或者上位機(jī)監(jiān)控通訊等。二、電動汽車驅(qū)動器具體實(shí)現(xiàn)方式1、電動汽車驅(qū)動器實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)功能本實(shí)用新型的電動汽車驅(qū)動器由充電接觸器模塊、整車控制器和電機(jī)控制器三部分組合而成，主要能實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)功能1)驅(qū)動控制功能加速踏板和制動踏板是純電動汽車中最主要的輸入信號，駕駛員通過對這兩個(gè)踏板進(jìn)行操作，將駕駛員內(nèi)心的操作意圖傳遞給車輛，然后電動汽車的動力電機(jī)必須根據(jù)駕駛員的操作意圖輸出驅(qū)動力矩或是制動力矩。因此，驅(qū)動器要采集踏板信息、車輛狀態(tài)、道路及環(huán)境狀況，解析出駕駛員的操作意圖，并將其轉(zhuǎn)化為對動力電機(jī)的力矩輸出需求，驅(qū)動電機(jī)并閉環(huán)控制力矩輸出，以滿足駕駛工況要求。2)制動能量回饋控制純電動汽車以電機(jī)作為唯一的動力輸出源，電機(jī)除了有電動機(jī)的功能外，還具有發(fā)電機(jī)的功能當(dāng)駕駛員的意圖是驅(qū)動車輛前行時(shí)，電機(jī)就當(dāng)電動機(jī)使用；當(dāng)駕駛員的意圖是對車輛進(jìn)行減速，電機(jī)就可以當(dāng)發(fā)電機(jī)使用，利用電動汽車的制動能量發(fā)電，同時(shí)能量存儲在儲能裝置中，當(dāng)滿足一定條件時(shí)，將能量反充給動力電池組。在這個(gè)過程中，驅(qū)動器根據(jù)加速踏板和制動踏板的開度，以及當(dāng)前車速和動力電池的荷電狀態(tài)(State Of Charge, S0C)來判斷某一時(shí)刻是否進(jìn)行制動能量回收，如果可以，回收部分制動能量。計(jì)算公式如下制動力矩=制動功率/電機(jī)轉(zhuǎn)速=電機(jī)發(fā)電功率/電機(jī)發(fā)電效率/電機(jī)轉(zhuǎn)速3)整車能量優(yōu)化管理在純電動汽車中，動力電池是提供能量的唯一來源，電池除了給動力驅(qū)動系統(tǒng)供電以外，還需要給其他車載電控單元提供能量。因此為了獲得最大的車輛行駛里程，電動汽車驅(qū)動器將負(fù)責(zé)車輛的能量優(yōu)化管理，以獲得最佳的能量利用率，延長電動汽車的續(xù)駛里程。驅(qū)動器一方面在不同的電池荷電量的狀態(tài)下，會有不同的最大驅(qū)動功率的限制；另一方面，會通過監(jiān)測電池電流的變化，不斷的修正驅(qū)動力矩。4)故障診斷與處理連續(xù)監(jiān)視整車電氣設(shè)備和各控制系統(tǒng)，進(jìn)行故障診斷，存儲故障代碼，供維修和例行檢查時(shí)使用。根據(jù)故障內(nèi)容，及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)安全保護(hù)處理。對故障進(jìn)行分級處理，對于一些小故障，能夠維持車輛的最基本駕駛，保障車輛行駛到最近維修站進(jìn)行維修。對于重大故障，則可以斷開主接觸器，整車斷電停止工作以保證人車安全。5) CAN網(wǎng)絡(luò)管理和車輛狀態(tài)監(jiān)視驅(qū)動器作為信息控制中心，負(fù)責(zé)組織信息傳輸，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)控，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理，信息優(yōu)先權(quán)的動態(tài)分配，網(wǎng)絡(luò)故障診斷和處理等功能。驅(qū)動器通過傳感器和CAN總線，檢測車輛狀態(tài)及其各子系統(tǒng)狀態(tài)信息，驅(qū)動顯示儀表，將狀態(tài)信息和故障診斷信息經(jīng)過顯示儀表顯示出來。顯示內(nèi)容包括車速、里程、電機(jī)的轉(zhuǎn)速、溫度、電池的電量、電壓、電流和故障信肩、ο6)控制參數(shù)的在線標(biāo)定標(biāo)定是指根據(jù)整車性能要求，修改調(diào)整或者優(yōu)化控制器內(nèi)部參數(shù)的過程。由于純電動汽車采用基于CAN總線的分布式控制系統(tǒng)，整車驅(qū)動控制系統(tǒng)的性能依賴于預(yù)先存儲在電控單元內(nèi)部的各種參數(shù)(例如電機(jī)最大期望輸出轉(zhuǎn)矩參數(shù)，最大期望輸出功率參數(shù)等)，這些最優(yōu)參數(shù)需要與整車配合進(jìn)行大量的道路試驗(yàn)才能獲取。因此，基于CAN總線的在線標(biāo)定方法成為整車驅(qū)動控制系統(tǒng)開發(fā)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。2、電動汽車工作狀態(tài)從整個(gè)電動汽車運(yùn)行系統(tǒng)的角度將運(yùn)行工況設(shè)計(jì)為11種工作狀態(tài)。電動汽車驅(qū)動器采集鑰匙信號、故障信息、電機(jī)和電池狀態(tài)信息及汽車運(yùn)行狀況，判斷系統(tǒng)的運(yùn)行模式以及系統(tǒng)工況彼此之間的切換，每個(gè)狀態(tài)的具體含義如下1)停車狀態(tài)純電動汽車處于停車狀態(tài)，此時(shí)系統(tǒng)的充電接觸器斷電，系統(tǒng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)停止運(yùn)行。2)充電狀態(tài):當(dāng)純電動汽車在停車狀態(tài)下，插上充電插頭或者按下充電按鈕時(shí)，驅(qū)動器控制組合儀表顯示電池充電狀態(tài)，并對電池工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測；并強(qiáng)制斷開系統(tǒng)的主接觸器。3)自檢狀態(tài)在驅(qū)動器確認(rèn)拔掉充電插頭后，撥動汽車鑰匙到指定位置時(shí)，這時(shí)系統(tǒng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入上電自檢狀態(tài)，通過CAN總線查詢和管理外部控制單元。4)待機(jī)狀態(tài)在擋位開關(guān)掛入倒擋或前進(jìn)擋后，系統(tǒng)充電接觸器閉合，形成主供電回路，等待加速踏板或制動踏板動作信號。5)起步狀態(tài)起步模式是指車輛已經(jīng)啟動，檔位掛在驅(qū)動檔，加速踏板開度為零的運(yùn)行模式。 此時(shí)驅(qū)動器的轉(zhuǎn)矩指令為起車小轉(zhuǎn)矩。該轉(zhuǎn)矩事先整車標(biāo)定好，主要功能是如果在平直路面上行駛，可以使車輛保持一個(gè)恒定起車速度前行，如果在坡道上，則防止起車時(shí)車輛倒溜。在起步模式下車輛最終以恒定速度行駛，并且車速有一個(gè)最大值，若車速超過這個(gè)值， 則電機(jī)停止轉(zhuǎn)矩的輸出。6)運(yùn)行狀態(tài)正常運(yùn)行模式是指車輛處于驅(qū)動使能狀態(tài)下，整車動力系統(tǒng)能夠無故障運(yùn)行，保障車輛正常行駛。此時(shí)整車控制策略根據(jù)加速踏板開度、車速和其他傳感器，來確定發(fā)送給驅(qū)動器的轉(zhuǎn)矩指令，控制電機(jī)的輸出功率以實(shí)現(xiàn)動力性目標(biāo)。在正常驅(qū)動模式下有一個(gè)最大行駛車速。7)倒車狀態(tài)倒車狀態(tài)基本與運(yùn)行狀態(tài)相同，只是轉(zhuǎn)矩和速度的給定值均小于運(yùn)行狀態(tài)，這是考慮到倒車的安全性和低車速要求，具體比例由整車標(biāo)定后給出。8)回饋制動狀態(tài)由于電機(jī)既可以作電動機(jī)，又可以作發(fā)電機(jī)。電動汽車在保持傳統(tǒng)燃油汽車的制動系統(tǒng)的情況下，剎車時(shí)通過合理的載荷分配比例系數(shù)，電機(jī)輸出制動力矩，進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)，有效的吸收車輛剎車時(shí)的動量，產(chǎn)生的電能給動力電池充電，增加能量的利用率，故電動汽車具有制動能量回饋的狀態(tài)。9)緊急制動狀態(tài)緊急制動時(shí)，驅(qū)動器停止發(fā)電程序，進(jìn)入機(jī)械制動程序，驅(qū)動器停止回饋電流。10)跛行狀態(tài)驅(qū)動器檢測到非嚴(yán)重故障后報(bào)警(報(bào)警燈閃爍、通過CAN總線發(fā)送相關(guān)的報(bào)警信息，通知其他的節(jié)點(diǎn))，當(dāng)車輛還可以繼續(xù)行駛時(shí)不需要緊急停車，驅(qū)動器根據(jù)故障等級，對需求轉(zhuǎn)矩進(jìn)行限制，輸出轉(zhuǎn)矩維持車輛慢行到附近維修站。而且在電池能量不足的異常情況下，避免突然切斷電源停車，讓電動汽車跛行回家充電。11)重大故障狀態(tài)當(dāng)電動汽車驅(qū)動器檢測到嚴(yán)重故障時(shí)，輸出報(bào)警(緊急情況采用緊急呼叫指令通知其他節(jié)點(diǎn))，必要時(shí)切斷主回路電源，系統(tǒng)全面停車停機(jī)并提示報(bào)警信息。3、電動汽車整車控制策略根據(jù)駕駛員的操作和當(dāng)前的整車及部件工作的狀況，在能保證安全和動力性要求的前提下代替駕駛員選擇盡可能優(yōu)化的工作條件，合理的控制能量的流動輸出，以達(dá)到最佳經(jīng)濟(jì)性，實(shí)現(xiàn)整車動力系統(tǒng)控制的算法稱為驅(qū)動控制策略。由于純電動汽車的電驅(qū)動控制系統(tǒng)包括電機(jī)、功率轉(zhuǎn)換器、動力電池、蓄電池、離合器、變速器等，是一個(gè)集成電氣、電子、化學(xué)、機(jī)械系統(tǒng)的非線性動態(tài)系統(tǒng)，如何使這些部件協(xié)調(diào)、有效地工作，就是一個(gè)很棘手的問題。此外，不同的駕駛員不同的駕駛習(xí)慣和風(fēng)格， 從而對車輛有不同的需求，這些都給駕駛意圖的判斷和整車控制策略的設(shè)計(jì)增加了難度?？傊?qū)動控制策略是一個(gè)涉及到復(fù)雜問題決策和非線性時(shí)變控制系統(tǒng)的規(guī)劃問題，完成驅(qū)動控制策略的設(shè)計(jì)，對于保障整車駕駛的加速性和可靠性具有重大意義。本實(shí)用新型電動汽車整車控制策略如下1)加速轉(zhuǎn)矩控制策略加速控制策略直接影響整車駕駛的動力性和舒適性。加速踏板開度與加速函數(shù)關(guān)系形成不同的加速控制策略。汽車在運(yùn)動過程中，主要承受來自3個(gè)方面的阻力，即車輪的阻力Fr，汽車迎風(fēng)阻力Fd，爬坡阻力Fg，和汽車的驅(qū)動力！^構(gòu)成汽車的動力學(xué)平衡方程Fa=Fr+Fg+Fd其中Fa=M*a=M*dv/dt M汽車的重量Fr=M*g*u*cosau道路的摩擦阻力系數(shù)，g重力加速度常量Fd=Cd*A*VZCd風(fēng)阻系數(shù)，A汽車的迎風(fēng)面積，V車速Fg=M氺g氺sinaa 是坡度從車輛的角度來說，理想的動力輸出特性曲線應(yīng)是在全車速范圍內(nèi)可以保持恒功率輸出，輸出轉(zhuǎn)矩隨車速地上升呈雙曲線趨勢下降，如圖3。而電動機(jī)正好具有很逼近汽車
9理想運(yùn)行特性的轉(zhuǎn)矩一轉(zhuǎn)速輸出特性，即輸出恒功率特性。因此本實(shí)用新型采用了加速踏板位置與電機(jī)輸出功率的對應(yīng)曲線作為加速控制策略。從加速踏板采集的0-5V信號經(jīng)過標(biāo)定程序的轉(zhuǎn)換得到相對踏板位置的比率，對于電動汽車的加速特性就取決于以加速踏板信號為變量的電機(jī)輸出功率曲線函數(shù)的特性Y=f (Acc)，函數(shù)關(guān)系可以是線性的，也可以是曲線。線性函數(shù)關(guān)系處理比較簡單，但是在汽車的加速性上偏慢，復(fù)雜的函數(shù)關(guān)系在處理的過程中計(jì)算量過大，該曲線函數(shù)通過整車標(biāo)定測試和歸一化處理后得出。2)制動能量回饋控制制動能量回饋控制的原則是在最大程度提高能量回饋的同時(shí)，確保電制動與機(jī)械制動的協(xié)調(diào)控制，以保證汽車制動力的要求?？梢娂冸妱悠囋隍?qū)動輪上的制動力隨著制動踏板行程的增加而增長，在踏板行程小于20%時(shí)，僅電制動力作用，大于20%以后，機(jī)械制動與電制動共同作用，當(dāng)電制動力飽和后，便保持恒定輸出。當(dāng)制動踏板的行程達(dá)到約80% 時(shí)，進(jìn)入緊急制動時(shí)，電制動扭矩經(jīng)過低通濾波提前平滑下降直至為零。從電機(jī)動力特性的角度來看，電制動狀態(tài)下電機(jī)的扭矩特性與驅(qū)動狀態(tài)一致，方向相反。3)驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的功率限制策略該策略是為了保護(hù)能源系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)及整車安全運(yùn)行。在能源系統(tǒng)能量不足時(shí)，若整車控制器強(qiáng)制按照駕駛員期望轉(zhuǎn)矩，極易引起能源系統(tǒng)自保高壓斷電或損壞能源系統(tǒng)，造成事故，因此在這種情況下必須限制電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩。 驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的功率限制策略實(shí)時(shí)根據(jù)高壓子系統(tǒng)狀態(tài)，計(jì)算蓄電池功率、電機(jī)功率及高壓輔助系統(tǒng)消耗功率，上策是通過減少高壓輔助系統(tǒng)能量供給來最大可能滿足駕駛員動力需求，若仍然能量供需不平衡，下策就是限制電機(jī)功率需求。如果驅(qū)動電機(jī)過載，發(fā)熱量增加， 引起溫升過大，從而導(dǎo)致電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)自保而清除轉(zhuǎn)矩需求或燒毀電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，造成事故。因此驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的功率限制策略從過載倍數(shù)和過載時(shí)間兩個(gè)方面加以控制。過載倍數(shù)與加速踏板開度呈線性關(guān)系，當(dāng)加速踏板開度超過設(shè)定開度閾值，電機(jī)過載運(yùn)行，滿足駕駛員急加速需求。過載時(shí)間根據(jù)電機(jī)溫度特性確定，驅(qū)動器采集電機(jī)溫度，并根據(jù)設(shè)定的電機(jī)溫度過高閾值限制過載轉(zhuǎn)矩。在過載限制電機(jī)輸出功率下降過程中，為避免電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩有較大波動，電機(jī)功率呈線性函數(shù)下降。4)輔助驅(qū)動控制策略本項(xiàng)目車上開發(fā)的輔助驅(qū)動功能是為了模擬傳統(tǒng)轎車所具有的驅(qū)動功能，以確保駕駛感覺和習(xí)慣的一致性。如怠速爬行功能是模擬帶液力變矩器、自動變速器的傳統(tǒng)轎車在停車狀態(tài)下駕駛員釋放制動踏板、不踩加速踏板汽車也會緩慢向前爬行的過程。駐坡功能用于車輛坡道起步，在駕駛員松開制動踏板到踩下加速踏板的過程中提供駐坡轉(zhuǎn)矩，短時(shí)間內(nèi)防止車輛倒溜，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)起步。駐坡轉(zhuǎn)矩是怠速爬行轉(zhuǎn)矩在負(fù)車速段的延伸。駐坡功能運(yùn)行可標(biāo)定時(shí)間內(nèi)，若駕駛員沒有反倒溜動作，則取消駐坡轉(zhuǎn)矩。怠速爬行時(shí)，車輛行駛阻力矩與怠速爬行轉(zhuǎn)矩平衡點(diǎn)，即為車輛怠速爬行速度。跛行回家轉(zhuǎn)矩與SOC相關(guān)， 當(dāng)SOC很低時(shí)，能源系統(tǒng)能量不足，跛行回家功能激活，確保車輛能夠緩慢回家。5)高速弱磁控制策略永磁同步電機(jī)在基速以上調(diào)速采用了超前角弱磁調(diào)速控制方案，通過考察電機(jī)運(yùn)行過程中系統(tǒng)電機(jī)端電壓對變流器直流母線電壓的利用率來控制超前相位角的大小。該方案不僅解決了電流調(diào)節(jié)器高速時(shí)易飽和而導(dǎo)致不可控的問題，實(shí)現(xiàn)了電動汽車用永磁同步電機(jī)在高倍基速以上的穩(wěn)定運(yùn)行，而且降低了整個(gè)控制方案的電壓等級，從而降低了工業(yè)應(yīng)用成本。4、電動汽車驅(qū)動器軟件設(shè)計(jì)除了硬件的合理設(shè)計(jì)外，軟件及其可靠性的設(shè)計(jì)也占很重要的作用。軟件一旦失效，將很可能造成災(zāi)難性后果。電動汽車驅(qū)動器的可靠性直接影響到整個(gè)電控單元的可靠性和汽車行駛的安全性。合理的軟件設(shè)計(jì)能大大減少開發(fā)的時(shí)間，提高效率，并能提高控制器的電磁兼容性和可靠性。為了滿足擴(kuò)展和維護(hù)的需要，軟件采用了分層的模塊化體系結(jié)構(gòu)。整個(gè)軟件由一系列具有標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的軟件功能模塊構(gòu)成，所有軟件模塊分成兩個(gè)層次管理層、應(yīng)用層。管理層履行整車層次的控制管理、故障診斷和通信管理高層次決策，其算法不涉及任何硬件操作，與硬件無關(guān)。管理層的決策結(jié)果輸出到數(shù)據(jù)池由應(yīng)用層模塊取出執(zhí)行，或者直接調(diào)用應(yīng)用層模塊來執(zhí)行。管理層主要包括工況判斷、各工況下的控制量計(jì)算、故障診斷、網(wǎng)絡(luò)通訊管理模塊。應(yīng)用層由算法庫和操作庫構(gòu)成。算法庫包括一組底層算法模塊。操作庫包括一組中斷服務(wù)程序和一些涉及I/O操作的處理模塊，它們是系統(tǒng)功能的最終執(zhí)行者，通過調(diào)用底層算法模塊和硬件接口模塊，執(zhí)行管理層的所有決策結(jié)果。其中最主要的是電機(jī)驅(qū)動與控制模塊，其它任務(wù)還包括儀表驅(qū)動模塊、車速測量模塊、繼電器驅(qū)動模塊以及指示燈閃爍模塊等。如圖5，本實(shí)用新型驅(qū)動器軟件控制流程包括下列步驟；第1、上電自檢測驅(qū)動器各模塊功能A ；第2、CAN通訊查詢整車配置參數(shù)和功能B ；第3、如有電池管理系統(tǒng)，實(shí)時(shí)查詢電池SOC值，如沒有，驅(qū)動器根據(jù)簡易算法估算電池SOC值，決定電池最大輸出功率C ；第4、如有檔位信號和點(diǎn)火鑰匙信號，進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)D ；第5、當(dāng)加速踏板踏下，進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)模式E ；第6、根據(jù)踏板位置得出電機(jī)給定輸出功率F ；第7、當(dāng)制動踏板踏下，進(jìn)入制動狀態(tài)模式G ；第8、根據(jù)踏板位置得出電機(jī)給定反饋電流H ；第9、驅(qū)動器控制電機(jī)，閉環(huán)按給定值輸出I ；第10、監(jiān)測電池電壓，輸出電流，汽車速度相關(guān)信息，做出整車綜合控制決策J ；第11、與外部控制器CAN通訊，傳遞整車控制決策信息K ；第12、CAN通訊檢測外部控制器狀態(tài)，檢測驅(qū)動器的硬件狀態(tài)，給出錯(cuò)誤處理措施和信息L ；返回第3步驟循環(huán)執(zhí)行各相關(guān)步驟，實(shí)現(xiàn)整車和電機(jī)控制功能。
權(quán)利要求1.一種基于整車控制策略的電動汽車驅(qū)動器，其特征在于電動汽車驅(qū)動器包括充電接觸器(101)、過流保險(xiǎn)絲(102)、二極管(103)、充電電阻 (104)、電容(201)，逆變單元(202)、油門踏板(301)、剎車踏板(303)、制動/電流曲線單元 (304)、加速/功率曲線單元(306)、電機(jī)和整車控制單元(307)和輸入輸出單元(308)；二極管(103)和充電電阻(104)串聯(lián)再與充電接觸器(101)連接又與過流保險(xiǎn)絲(102) 一端連接，保險(xiǎn)絲(102)另一端分別與電容(201)、逆變單元(202)連接；加速踏板(301)、加速/功率曲線單元(306)和電機(jī)和整車控制單元(307)依次連接， 制動踏板(303)、制動/電流曲線單元(304)和電機(jī)和整車控制單元(307)依次連接，電機(jī)和整車控制單元(307)分別與逆變單元(202)、輸入輸出單元(308)互聯(lián)。
2.按權(quán)利要求1所述的電動汽車驅(qū)動器，其特征在于電機(jī)和整車控制單元(307)其硬件配置由32位數(shù)字信號處理器TMS320F28035和相關(guān)外圍電路組成。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于整車控制策略的電動汽車驅(qū)動器。電動汽車驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)是二極管和充電電阻串聯(lián)再與充電接觸器連接又與過流保險(xiǎn)絲一端連接，保險(xiǎn)絲另一端分別與電容、逆變單元連接，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動器上電緩沖和隔離功能；加速踏板、加速/功率曲線單元和電機(jī)和整車控制單元依次連接，制動踏板、制動/電流曲線單元和電機(jī)和整車控制單元依次連接，電機(jī)和整車控制單元分別與逆變單元、輸入輸出單元互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)整車驅(qū)動和控制功能。本實(shí)用新型在汽車起步時(shí)采用轉(zhuǎn)矩控制模式，待汽車達(dá)到一定速度后，轉(zhuǎn)入功率控制模式，符合人體感受曲線；結(jié)構(gòu)緊湊，故障率低，重量輕，可靠性好。
文檔編號B60R16/02GK202200923SQ201120247749
公開日2012年4月25日 申請日期2011年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月13日
發(fā)明者張昌青, 王和平, 阮浩 申請人:武漢市菱電汽車電子有限責(zé)任公司