專利名稱：一種電動汽車的運(yùn)動控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電動汽車上牽引電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制領(lǐng)域，更具體的說，改進(jìn)涉及的 是一種電動汽車的運(yùn)動控制器。
背景技術(shù)：
車輛的運(yùn)動控制，具體指的是，根據(jù)車輛在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的滑移率對車輛動力 系統(tǒng)的輸出轉(zhuǎn)矩實(shí)施的控制，目的是使車輛能夠運(yùn)行在平穩(wěn)的狀態(tài)下。由于如今的電動汽車牽引力控制系統(tǒng)在以往的內(nèi)燃機(jī)汽車的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，包 括牽引力控制器和電機(jī)控制器，所述牽引力控制器用于檢測驅(qū)動輪和從動輪的速度并計(jì)算 出汽車的滑移率，所述電機(jī)控制器用于根據(jù)滑移率調(diào)節(jié)牽引電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。但是，所述牽引力控制器只適合以往的內(nèi)燃機(jī)汽車，并不適合電動汽車，電動汽車 具有過渡時間短、響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，所述牽引力控制器使得電動汽車在運(yùn)行中存在一定 的安全隱患。因此，現(xiàn)有技術(shù)尚有待改進(jìn)和發(fā)展。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是，在于提供一種電動汽車的運(yùn)動控制器，可適合牽引電機(jī)動 態(tài)響應(yīng)快、過渡時間短的特點(diǎn)，降低電動汽車在運(yùn)行中的安全隱患。本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下一種電動汽車的運(yùn)動控制器，設(shè)置在一嵌入式微控制器和與其相連接的擴(kuò)展存儲 設(shè)備和外圍電路中，用于對電動汽車的牽引電機(jī)實(shí)施脈寬調(diào)制信號的控制；其中，所述運(yùn)動 控制器包括在電路上順序相連的一滑移決策模塊、一運(yùn)動控制模塊和一電機(jī)電流閉環(huán)控制 模塊，其中所述滑移率決策模塊，用于計(jì)算車輛滑移率和路面黏著系數(shù)，實(shí)時估計(jì)路面狀況， 向所述運(yùn)動控制模塊提供最大滑移率和反饋滑移率信號；所述運(yùn)動控制模塊，用于將所述最大滑移率和反饋滑移率信號的差值作為參考控 制量，對所述牽引電機(jī)的轉(zhuǎn)矩需求電流進(jìn)行修正，合成調(diào)節(jié)電流指令給所述電機(jī)電流閉環(huán) 控制模塊；所述電機(jī)電流閉環(huán)控制模塊，用于將所述調(diào)節(jié)電流指令與所述牽引電機(jī)的反饋電 流相比較，生成脈寬調(diào)制信號供逆變器實(shí)時控制所述牽引電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出。所述的運(yùn)動控制器，其中，所述滑移率決策模塊包括一滑移率計(jì)算單元和一黏著 系數(shù)計(jì)算單元，其中所述滑移率計(jì)算單元，用于根據(jù)轉(zhuǎn)速傳感器接口實(shí)時接收的驅(qū)動輪速度信號和從 動輪速度信號獲得所述車輛滑移率；所述黏著系數(shù)計(jì)算單元，用于根據(jù)所述電動汽車的從動輪在單位時間內(nèi)的速度變 化量獲得所述路面黏著系數(shù)。[0015]所述的運(yùn)動控制器，其中，所述運(yùn)動控制模塊包括一控制器局部網(wǎng)接口和一 RS-485串行通訊接口，用于實(shí)時接收來自車輛操作裝置的操作控制指令。所述的運(yùn)動控制器，其中，所述運(yùn)動控制模塊還包括一模擬信號接口，用于作為所 述操作控制指令的備份接口。所述的運(yùn)動控制器，其中，所述電機(jī)電流閉環(huán)控制模塊包括一逆變器開關(guān)信號發(fā) 生器，用于控制所述逆變器中各繞組的通斷，以實(shí)現(xiàn)對所述牽引電機(jī)的弱磁控制。所述的運(yùn)動控制器，其中，所述逆變器開關(guān)信號發(fā)生器包括一霍爾位置傳感器、一 電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算單元和一換相控制單元，其中所述霍爾位置傳感器，信號連接在所述牽引電機(jī)上，用于檢測電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信 號；所述電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算單元，用于生成所述牽引電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號；所述換相控制單元，用于根據(jù)所述位置信號和所述轉(zhuǎn)速信號，控制所述逆變器開 關(guān)信號發(fā)生器中的各開關(guān)功率管工作。所述的運(yùn)動控制器，其中，所述電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算單元信號通過傳感器接口信號連接 所述運(yùn)動控制模塊，用于根據(jù)所述轉(zhuǎn)速信號對所述牽引電機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行限幅控制。本實(shí)用新型所提供的一種電動汽車的運(yùn)動控制器，由于采用了滑移率決策模塊、 運(yùn)動控制模塊和電流閉環(huán)控制模塊相結(jié)合的技術(shù)手段，取消了原有的牽引力控制器，直接 將車輛操作控制裝置與控制牽引電機(jī)的逆變器連接起來，簡化了控制過程，滿足了牽引電 機(jī)動態(tài)響應(yīng)快、過渡時間短的特點(diǎn)，降低了電動汽車在運(yùn)行中的安全隱患。

圖1為本實(shí)用新型中運(yùn)動控制器的模塊化電路原理方框圖；圖2為本實(shí)用新型中滑移率決策模塊的工作流程框圖；圖3為本實(shí)用新型中滑移率_黏著系數(shù)曲線示意圖；圖4為本實(shí)用新型中運(yùn)動控制模塊控制原理方框圖；圖5為本實(shí)用新型中無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩電流比_轉(zhuǎn)速特性曲線示意圖；圖6為本實(shí)用新型中電機(jī)電流閉環(huán)控制模塊的電路原理方框圖。
具體實(shí)施方式
以下將結(jié)合附圖，對本實(shí)用新型的裝置具體實(shí)施方式
和實(shí)施例加以詳細(xì)說明。本實(shí)用新型一種電動汽車的運(yùn)動控制器，將電動汽車牽引電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制與車輛 的動力學(xué)控制功能相結(jié)合，并集成在一嵌入式微控制器和與其相連接的擴(kuò)展存儲設(shè)備和外 圍電路中，其具體實(shí)施方式
之一，如附圖1所示，在電路上所述運(yùn)動控制器包括依次電信號 連接的一滑移率決策模塊110、一運(yùn)動控制模塊120和一電機(jī)電流閉環(huán)控制模塊130，其中 所述滑移率決策模塊110的主要功能是計(jì)算所述電動汽車在運(yùn)行狀態(tài)下的參數(shù)，例如車輛 滑移率、路面黏著系數(shù)等，對路面的狀況進(jìn)行實(shí)時估計(jì)，向所述運(yùn)動控制模塊120提供最大 滑移率和反饋滑移率作為參考控制量；所述運(yùn)動控制模塊120的任務(wù)包括，根據(jù)所述滑移 率決策模塊110提供的最大滑移率和反饋滑移率信號的差值，確定對駕駛員控制所述牽引 電機(jī)的轉(zhuǎn)矩需求進(jìn)行修正的電流偏移量，并與駕駛員的轉(zhuǎn)矩需求電機(jī)電流合成為所述電機(jī)
4電流閉環(huán)控制模塊130的調(diào)節(jié)電流指令；所述電機(jī)電流閉環(huán)控制模塊130用于將所述調(diào)節(jié) 電流指令與所述牽引電機(jī)的反饋電流進(jìn)行比較后經(jīng)過電流調(diào)節(jié)器，生成PWM(Pulse Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制)信號提供給逆變器140實(shí)時控制所述牽引電機(jī)150的轉(zhuǎn)矩輸
出ο進(jìn)一步地，所述滑移率決策模塊110的主要功能是，負(fù)責(zé)計(jì)算所述電動汽車在運(yùn) 行狀態(tài)下的參數(shù)，通過轉(zhuǎn)速傳感器接口 101實(shí)時檢測所述電動汽車驅(qū)動輪和從動輪的轉(zhuǎn)速 反饋，計(jì)算所述車輛滑移率以及路面黏著系數(shù)；并對路面的狀況進(jìn)行實(shí)時估計(jì)，確定最大滑 移率和和反饋滑移率。如附圖2所示，所述滑移率決策模塊110包括一滑移率計(jì)算單元211和一黏著系 數(shù)計(jì)算單元212，所述滑移率計(jì)算單元211，用于根據(jù)轉(zhuǎn)速傳感器接口 101實(shí)時接收的驅(qū)動 輪速度信號和從動輪速度信號獲得所述車輛滑移率；所述黏著系數(shù)計(jì)算單元212，用于根 據(jù)所述電動汽車的從動輪在單位時間內(nèi)的速度變化量獲得所述路面黏著系數(shù)。具體的，對于所述滑移率計(jì)算單元211，可先計(jì)算出所述驅(qū)動輪速度與所述電動汽 車車身速度的差值，該差值再除以所述驅(qū)動輪速度就等于所述車輛滑移率；可是，因車身速 度傳感器難于安裝且成本較高，故可用所述從動輪速度替代所述車身速度；由此，所述車輛 滑移率等于所述驅(qū)動輪和從動輪的速度差值與所述驅(qū)動輪速度之間的比值。具體的，對于所述黏著系數(shù)計(jì)算單元212，可通過計(jì)算車輛在運(yùn)行時由路面提供 的牽引摩擦力除以車輛自重得出所述路面黏著系數(shù)；由于車輛的自重等于車輛的質(zhì)量乘以 車輛的加速度，而車輛的加速度還等于單位時間內(nèi)所述從動輪速度變化量除以單位時間間 隔，故所述路面黏著系數(shù)就等于單位時間內(nèi)所述從動輪速度變化量除以單位時間間隔和車 輛加速度之乘積。可事先將計(jì)算出的車輛滑移率以及對應(yīng)的路面黏著系數(shù)繪制成各種路面情況下 的滑移率_黏著系數(shù)曲線表213，并固化到所述滑移率決策模塊110的數(shù)據(jù)庫中，所述滑移 率決策模塊110就可以根據(jù)路面狀況通過查表213操作給出車輛的最大滑移率。如附圖3所示，陰影部分的區(qū)域即為最優(yōu)滑移率或近似最大滑移率的牽引力控制 區(qū)域，即牽引力曲線與側(cè)滑力曲線相交點(diǎn)附近的區(qū)域；該陰影部分右邊的區(qū)域表示車輛不 穩(wěn)定工作的區(qū)域，而左邊的區(qū)域則表示車輛穩(wěn)定工作的區(qū)域；所述滑移率決策模塊110的 控制目標(biāo)就是將所述電動車輛控制在車輛穩(wěn)定工作的區(qū)域，并盡可能工作在陰影部分的最 優(yōu)滑移率區(qū)域。進(jìn)一步地，所述運(yùn)動控制模塊120通過獲取所述滑移率決策模塊110給定的最大 滑移率，得到最大滑移電流指令；將所述最大滑移率與所述滑移率決策模塊110中通過檢 測計(jì)算得到的車輛滑移率進(jìn)行求差，其差值作為調(diào)節(jié)量，對駕駛員的需求指令進(jìn)行調(diào)節(jié)和 校正，該調(diào)節(jié)量是一個累加的過程；駕駛員的需求指令時通過駕駛員操控車輛操作裝置發(fā) 出的，例如駕駛員操控車輛上腳踏板的行程信號。具體的，如附圖1所示，所述運(yùn)動控制模塊120包括一 CAN(CAN-C0NTR0LLERAREA NETWORK)控制器局部網(wǎng)接口 102和一 RS-485串行通訊接口 103，用于實(shí)時接收來自車輛操 作裝置發(fā)出的操作控制指令；以及所述運(yùn)動控制模塊120還包括一模擬信號接口 104，用于 作為所述操作控制指令的備份接口。具體的，如附圖4所示，還是以車輛上的腳踏板為例，根據(jù)接收來自駕駛員操控所述腳踏板的行程得到駕駛員的需求指令；根據(jù)腳踏板行程-電機(jī)轉(zhuǎn)矩特性曲線得到駕駛員 的轉(zhuǎn)矩需求；根據(jù)附圖5所示的電機(jī)轉(zhuǎn)矩-電流-轉(zhuǎn)速特性曲線得到駕駛員的電流需求；將 所述最大滑移率與所述滑移率決策模塊110中通過檢測計(jì)算得到的車輛滑移率的差值作 為調(diào)節(jié)控制量，對駕駛員的電流需求進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)的規(guī)則如下若滑移率給定>滑移率反饋，則電流偏移量=0 ；若滑移率給定<滑移率反饋，則電流偏移量(k)=電流偏移量(k-l) + A偏移量；可見，當(dāng)給定的滑移率小于反饋的滑移率時，調(diào)節(jié)電流指令的偏移量為上一次的 電流偏移量加上本次偏移量的增量，明顯是一個逐漸累加的過程，由此，可保證當(dāng)車輛發(fā)生 滑移時，該累加過程能以最快的速度將電機(jī)電流調(diào)節(jié)到合適范圍，從而，使滑移率降到最大 滑移率以下，重新回到車輛的穩(wěn)定狀態(tài)。進(jìn)一步地，所述電機(jī)電流閉環(huán)控制模塊130包括一逆變器開關(guān)信號發(fā)生器600，用 于控制所述逆變器140中各繞組的通斷，以實(shí)現(xiàn)對所述牽引電機(jī)150的弱磁控制；所述電機(jī) 電流閉環(huán)控制模塊130的輸入量包括電流閉環(huán)控制的指令值、三相電流反饋值、電機(jī)轉(zhuǎn)速 信號、電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器信號等，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)電流的控制。具體的，如附圖6所示，所述逆變器開關(guān)信號發(fā)生器600包括一霍爾位置傳感器 601、一電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算單元602和一換相控制單元603 ；其中，所述霍爾位置傳感器601，信號 連接在所述牽引電機(jī)150上，用于檢測電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信號；所述電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算單元602， 用于生成所述牽引電機(jī)150的轉(zhuǎn)速信號；所述換相控制單元603，用于根據(jù)所述位置信號和 所述轉(zhuǎn)速信號，控制所述逆變器開關(guān)信號發(fā)生器600中的各開關(guān)功率管工作。同時，所述電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算單元602的信號通過傳感器接口 105信號連接所述運(yùn)動 控制模塊120，用于根據(jù)所述轉(zhuǎn)速信號對所述牽引電機(jī)150的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行限幅控制；以及對電 機(jī)轉(zhuǎn)矩-電流特性曲線進(jìn)行控制。本實(shí)用新型一種電動汽車的運(yùn)動控制器的基本原理是(1)運(yùn)動控制器采集汽車驅(qū)動輪和從動輪的轉(zhuǎn)速，計(jì)算得到車輛的滑移率；根據(jù) 加速度推算車輛的粘著力，進(jìn)一步估計(jì)車輛行駛過程中路面的滑移率-粘著系數(shù)曲線，得 到該路面的最大牽引力以及對應(yīng)的最優(yōu)滑移率；(2)根據(jù)駕駛員的腳踏板行程給定，經(jīng)過查表變換后得到駕駛員轉(zhuǎn)矩需求以及對 應(yīng)的駕駛員需求電流指令；(3)對當(dāng)前路面的最優(yōu)滑移率、反饋滑移率進(jìn)行比較，通過滑移率調(diào)節(jié)模塊得到表 征電機(jī)轉(zhuǎn)矩的電流指令的偏移量，該偏移量根據(jù)下述原理確定若當(dāng)前車輛滑移率反饋量小于最優(yōu)滑移率給定量時，表明當(dāng)前駕駛員指令沒有超 出車輛穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)，電流指令的偏移量可取為零；若當(dāng)前車輛滑移率反饋量大于最優(yōu)滑移率給定量時，表明當(dāng)前駕駛員指令已超出 車輛穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)，需要修正如減小，電流指令的偏移量可取為正，并通過積分算法，使得車 輛滑移率下降并最終達(dá)到最優(yōu)滑移率；(4)電流指令的偏移量對電機(jī)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)的原理是當(dāng)電流指令的偏移量為零時，表明駕駛員需求電流指令屬于正常，沒有超出車輛 穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域；[0056]當(dāng)電流指令的偏移量為非零時，表明駕駛員需求電流指令導(dǎo)致超出車輛穩(wěn)定運(yùn)行 區(qū)域，需要修正即減小駕駛員需求電流指令，修正后駕駛員需求電流指令=當(dāng)前駕駛員需 求電流指令_電流指令的偏移量；(5)將修正后駕駛員需求電流指令作為無刷直流電機(jī)的PWM逆變器控制模塊即電 機(jī)電流閉環(huán)控制模塊130的給定量，進(jìn)行閉環(huán)控制，生成逆變器的PWM控制脈沖寬度，結(jié)合 換相開關(guān)信號控制，最終實(shí)現(xiàn)電動汽車的運(yùn)動控制與驅(qū)動。與以往的牽引力控制系統(tǒng)+電機(jī)控制器組合的運(yùn)動控制相比，本實(shí)用新型的運(yùn)動 控制器直接根據(jù)車輛運(yùn)行狀態(tài)或滑移率，參與對電機(jī)電流的調(diào)節(jié)與控制，滿足了駕駛員需 求的最優(yōu)滑移率控制，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能。應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換， 而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本實(shí)用新型所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求一種電動汽車的運(yùn)動控制器，設(shè)置在一嵌入式微控制器和與其相連接的擴(kuò)展存儲設(shè)備和外圍電路中，用于對電動汽車的牽引電機(jī)實(shí)施脈寬調(diào)制信號的控制；其特征在于，所述運(yùn)動控制器包括在電路上順序相連的一滑移決策模塊、一運(yùn)動控制模塊和一電機(jī)電流閉環(huán)控制模塊，其中所述滑移率決策模塊，用于計(jì)算車輛滑移率和路面黏著系數(shù)，實(shí)時估計(jì)路面狀況，向所述運(yùn)動控制模塊提供最大滑移率和反饋滑移率信號；所述運(yùn)動控制模塊，用于將所述最大滑移率和反饋滑移率信號的差值作為參考控制量，對所述牽引電機(jī)的轉(zhuǎn)矩需求電流進(jìn)行修正，合成調(diào)節(jié)電流指令給所述電機(jī)電流閉環(huán)控制模塊；所述電機(jī)電流閉環(huán)控制模塊，用于將所述調(diào)節(jié)電流指令與所述牽引電機(jī)的反饋電流相比較，生成脈寬調(diào)制信號供逆變器實(shí)時控制所述牽引電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的運(yùn)動控制器，其特征在于，所述滑移率決策模塊包括一滑移 率計(jì)算單元和一黏著系數(shù)計(jì)算單元，其中所述滑移率計(jì)算單元，用于根據(jù)轉(zhuǎn)速傳感器接口實(shí)時接收的驅(qū)動輪速度信號和從動輪 速度信號獲得所述車輛滑移率；所述黏著系數(shù)計(jì)算單元，用于根據(jù)所述電動汽車的從動輪在單位時間內(nèi)的速度變化量 獲得所述路面黏著系數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的運(yùn)動控制器，其特征在于，所述運(yùn)動控制模塊包括一控制器 局部網(wǎng)接口和一 RS-485串行通訊接口，用于實(shí)時接收來自車輛操作裝置的操作控制指令。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的運(yùn)動控制器，其特征在于，所述運(yùn)動控制模塊還包括一模擬 信號接口，用于作為所述操作控制指令的備份接口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的運(yùn)動控制器，其特征在于，所述電機(jī)電流閉環(huán)控制模塊包括 一逆變器開關(guān)信號發(fā)生器，用于控制所述逆變器中各繞組的通斷，以實(shí)現(xiàn)對所述牽引電機(jī) 的弱磁控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的運(yùn)動控制器，其特征在于，所述逆變器開關(guān)信號發(fā)生器包括 一霍爾位置傳感器、一電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算單元和一換相控制單元，其中所述霍爾位置傳感器，信號連接在所述牽引電機(jī)上，用于檢測電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信號；所述電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算單元，用于生成所述牽引電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號；所述換相控制單元，用于根據(jù)所述位置信號和所述轉(zhuǎn)速信號，控制所述逆變器開關(guān)信 號發(fā)生器中的各開關(guān)功率管工作。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的運(yùn)動控制器，其特征在于，所述電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算單元信號通過 傳感器接口信號連接所述運(yùn)動控制模塊，用于根據(jù)所述轉(zhuǎn)速信號對所述牽引電機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn) 行限幅控制。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種電動汽車的運(yùn)動控制器，包括在電路上順序相連的滑移決策模塊、運(yùn)動控制模塊和電機(jī)電流閉環(huán)控制模塊；滑移率決策模塊計(jì)算車輛滑移率和路面黏著系數(shù)；運(yùn)動控制模塊將最大滑移率和反饋滑移率的差值作為參考控制量，修正牽引電機(jī)的轉(zhuǎn)矩需求電流；電機(jī)電流閉環(huán)控制模塊將調(diào)節(jié)電流指令與牽引電機(jī)的反饋電流相比較，生成脈寬調(diào)制信號控制牽引電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出。由于采用了滑移率決策模塊、運(yùn)動控制模塊和電流閉環(huán)控制模塊相結(jié)合的技術(shù)手段，取消了原有的牽引力控制器，直接將車輛操作控制裝置與控制牽引電機(jī)的逆變器連接起來，簡化了控制過程，滿足了電機(jī)動態(tài)響應(yīng)快、過渡時間短的特點(diǎn)，降低了電動汽車在運(yùn)行中的安全隱患。
文檔編號B60L15/28GK201646432SQ20092026084
公開日2010年11月24日 申請日期2009年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月24日
發(fā)明者徐國卿, 胡浩 申請人:深圳先進(jìn)技術(shù)研究院