一种电动汽车最高车速控制方法及整车控制器与流程

本发明涉及电动汽车整车控制领域，特别涉及一种电动汽车最高车速控制方法及整车控制器。

背景技术：

电动汽车的研究是在环境保护问题及能源问题日益受到关注的情况下兴起的，为了应对环境和能源危机，电动汽车的研发和大规模使用成为必然趋势，在电动汽车性能提高并逐步迈向产业化的过程中，提高整车行驶安全性能和驾驶平顺性是电动汽车研究的重要课题。

电动汽车由于使用电机驱动,电机特性与传统发动机特性截然不同,因此在车辆起动、加减速、最高车速等各工况的控制就要采用独特的控制算法及策略来实现车辆的各种功能。目前常见的电动汽车的驱动系统大都采用驱动电机与减速箱直接相连，减速箱与车轮转轴上的差速器通过传动轴相连接，并能将驱动电机产生的动能传递到差速器上，从而带动驱动轮随驱动电机一起转动。

由于电机具有无级变速的功能，电动汽车省去了传统汽车的变速箱或自动变速箱，使得驱动结构变的更加简单，但是电动汽车驱动电机独特的外特性，当电机转速超过最高转速限值时，整车控制器出于保护电机安全的需要必须立即解除电机负载，电机转速降低后若整车控制器判断驾驶员仍有加速意图又必须再施加电机负载，往复地解除和施加电机负载会发生车辆抖动，从而导致车辆平顺性能降低，不利于电动汽车安全行驶，驾驶者必须采取降低车速行驶才能保证车辆在相对高速区域内平顺行驶。

技术实现要素：

根据本发明实施例提供的技术方案解决的技术问题是如何保证车辆在相对高速区域内平顺行驶。

根据本发明实施例提供的一种电动汽车最高车速控制方法，包括：

电动汽车行驶期间，整车控制器对电动汽车的当前车速进行检测；

当检测到电动汽车的当前车速处于次高速范围时，整车控制器根据所述驾驶员驾驶意图，按照电机修正外特性模式，确定电机目标扭矩；

当检测到电动汽车的当前车速处于最高速范围时，整车控制器根据所述驾驶员驾驶意图，按照最高车速闭环控制模式，确定电机目标扭矩。

优选地，所述电机修正外特性模式在指在电动汽车的当前车速处于次高速范围时电机扭矩小于电机正常外特性模式的电机扭矩的工作模式。

优选地，所述当检测到电动汽车的当前车速处于次高速范围时，整车控制器根据所述驾驶员驾驶意图，按照电机修正外特性模式，确定电机目标扭矩的步骤包括：

当驾驶员驾驶意图为加速时，获取加速踏板开度数据，并确定电机修正外特性模式下当前车速对应的电机扭矩；

利用所述加速踏板开度数据和电机扭矩，计算电机目标扭矩。

优选地，还包括：

当检测到电动汽车的当前车速处于次高速范围，且驾驶员驾驶意图为制动时，确定当前车速对应的车辆制动能量回收发电扭矩，并利用所述车辆制动能量回收发电扭矩，计算电机发电扭矩。

优选地，所述最高车速闭环控制模式是指在电动汽车的当前车速处于最高速范围时将当前车速作为反馈量，并利用所述反馈量计算电机目标扭矩的工作模式。

优选地，所述当检测到电动汽车的当前车速处于最高速范围时，整车控制器根据所述驾驶员驾驶意图，按照最高车速闭环控制模式，确定电机目标扭矩的步骤包括：

当驾驶员驾驶意图为加速时，获取预先设定的目标车速；

将反馈的当前车速与所述目标车速相减，得到所述当前车速与目标车速之间的车速偏差；

按照所述速度偏差，计算电机目标扭矩。

优选地，当检测到电动汽车的车速处于最高速范围，且驾驶员驾驶意图为制动时，不进行车辆制动能量回收处理。

根据本发明实施例提供的存储介质，其存储用于实现上述电动汽车最高车速控制方法的程序。

根据本发明实施例提供的整车控制器，包括：

车速检测模块，用于在电动汽车行驶期间，对电动汽车的当前车速进行检测；

车速控制模块，用于当检测到电动汽车的当前车速处于次高速范围时，整车控制器根据所述当前车速和驾驶员驾驶意图，按照电机修正外特性模式，确定电机目标扭矩，并当检测到电动汽车的车速处于最高速范围时，整车控制器根据所述当前车速和驾驶员驾驶意图，按照最高车速闭环控制模式，确定电机目标扭矩。

优选地，所述电机修正外特性模式在指在电动汽车的当前车速处于次高速范围时电机扭矩小于电机正常外特性模式的电机扭矩的工作模式。

优选地，所述最高车速闭环控制模式在电动汽车的当前车速处于最高速范围时将当前车速作为反馈量，并计算电机目标扭矩的工作模式。

本发明实施例提供的技术方案具有如下有益效果：

本发明实施例的整车控制器的最高车速闭环控制模式能够有效避免电动汽车在相对高速行驶时给车辆带来的抖动冲击，能够保证车辆平顺行驶。

附图说明

图1是本发明实施例提供的电动汽车最高车速控制方法框图；

图2是本发明实施例提供的整车控制器结构框图；

图3是本发明实施例提供的电动汽车最高车速闭环控制功能系统结构示意图；

图4是本发明实施例提供的电动汽车车速计算功能控制流程图；

图5是本发明实施例提供的电机目标扭矩计算功能控制流程图；

图6是本发明实施例提供的电机外特性图；

图7是本发明实施例提供的能量回收发电扭矩曲线图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1是本发明实施例提供的电动汽车最高车速控制方法框图，如图1所示，步骤包括：

步骤S101：电动汽车行驶期间，整车控制器对电动汽车的当前车速进行检测。

整车控制器通过CAN总线实时采集当前电机转速，并根据传动系统减速比和车轮尺寸将其转化为当前车速，从而检测当前车速处于次高速范围还是处于最高速范围。

步骤S102：根据电动汽车的当前车速和驾驶员的驾驶意图，确定电机目标扭矩。

其中，当检测到电动汽车的当前车速处于次高速范围时，整车控制器根据所述驾驶员驾驶意图，按照电机修正外特性模式，确定电机目标扭矩。具体地说，所述电机修正外特性模式在指在电动汽车的当前车速处于次高速范围时电机扭矩小于电机正常外特性模式的电机扭矩的工作模式。当检测到电动汽车的当前车速处于次高速范围，且驾驶员驾驶意图为加速时，获取加速踏板开度数据，并确定电机修正外特性模式下当前车速对应的电机扭矩，并利用所述加速踏板开度数据和电机扭矩，计算电机目标扭矩。当检测到电动汽车的当前车速处于次高速范围，且驾驶员驾驶意图为制动时，确定当前车速对应的车辆制动能量回收发电扭矩，并利用所述车辆制动能量回收发电扭矩，计算电机发电扭矩。

其中，当检测到电动汽车的当前车速处于最高速范围时，整车控制器根据所述驾驶员驾驶意图，按照最高车速闭环控制模式，确定电机目标扭矩。具体地说，所述最高车速闭环控制模式是指在电动汽车的当前车速处于最高速范围时将当前车速作为反馈量，并利用所述反馈量计算电机目标扭矩的工作模式。当检测到电动汽车的当前车速处于最高速范围，且驾驶员驾驶意图为加速时，获取预先设定的目标车速，将反馈的当前车速与所述目标车速相减，得到所述当前车速与目标车速之间的车速偏差，并按照所述速度偏差，计算电机目标扭矩。当检测到电动汽车的车速处于最高速范围，且驾驶员驾驶意图为制动时，不进行车辆制动能量回收处理。

其中，驾驶员加速意图解析功能的控制流程如下：首先，整车控制器实时采集加速踏板信号；其次，定义一个长度为N的加速踏板信号滑动循环队列，按照ΔT/N，定时更新加速踏板信号采样值，每读到一个新的加速踏板信号采样值，遵循“先进先出”的原则写入加速踏板滑动循环环形队列的尾部，并对整个队列中的数据进行平均值计算。最后，根据滤波后加速踏板信号均值，正确解析驾驶员驾驶意图是否为加速。同样地，驾驶员制动意图解析功能的控制流程如下：首先，整车控制器实时采集制动踏板信号；其次，定义一个长度为N的制动踏板信号滑动循环队列，按照ΔT/N，定时更新制动踏板信号采样值，每读到一个新的制动踏板信号采样值，遵循“先进先出”的原则写入制动踏板滑动循环环形队列的尾部，并对整个队列中的数据进行平均值计算。最后，根据滤波后制动踏板信号均值，正确解析驾驶员驾驶意图是否为制动。

本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，包括步骤S101至步骤S104。其中，所述的存储介质可以为ROM/RAM、磁碟、光盘等。

图2是本发明实施例提供的整车控制器结构框图，如图2所示，包括：

车速检测模块10，用于在电动汽车行驶期间，对电动汽车的当前车速进行检测。车速检测模块10采集当前电机转速，并利用采集的当前电机转速，确定当前车速，检测当前车速处于次高速范围还是处于最高速范围。

车速控制模块20，用于当检测到电动汽车的当前车速处于次高速范围时，整车控制器根据所述当前车速和驾驶员驾驶意图，按照电机修正外特性模式，确定电机目标扭矩，并当检测到电动汽车的车速处于最高速范围时，整车控制器根据所述当前车速和驾驶员驾驶意图，按照最高车速闭环控制模式，确定电机目标扭矩。

其中，所述电机修正外特性模式在指在电动汽车的当前车速处于次高速范围时电机扭矩小于电机正常外特性模式的电机扭矩的工作模式。

其中，所述最高车速闭环控制模式在电动汽车的当前车速处于最高速范围时将当前车速作为反馈量，并计算电机目标扭矩的工作模式。

为更清晰说明本发明的系统架构及控制逻辑，下面结合附图说明本发明的系统设计及控制逻辑。

图3是本发明实施例提供的电动汽车最高车速闭环控制功能系统结构示意图，如图3所示，电动汽车最高车速闭环控制功能的系统结构包括整车控制器(即整车控制单元)、加速踏板、制动踏板、档位操纵系统、驱动电机及电机控制器、动力电池及电池管理系统、减速器和整车网络通信系统等。

整车控制器的功能包括3部分：

(1)实时采集及滤波处理加速踏板、制动踏板信号和档位信号，正确解析驾驶员驾驶意图；

(2)通过CAN总线实时接收和滤波电机转速信息，并将其转换为车速信号，为速度反馈为目标的控制模式提供判断依据；

(3)在车速不同的工况下，整车控制器根据驾驶员意图采取的计算方法实时调节电机目标扭矩驱动车辆行驶。

本发明实施例针对电动汽车最高车速行驶稳定性问题，提供了一种在电动汽车最高车速行驶过程中，利用加速踏板和制动踏板开度对电动汽车最高车速控制方法。假设次高速范围为110—115km/h，最高速范围115—120km/h。

首先，整车控制器实时采集加速踏板和制动踏板信号，解析驾驶员当前驾驶意图。

其次，整车控制器通过CAN总线实时采集电机当前转速，并根据传动系统减速比和车轮尺寸将其转化为车速，将车速划分为三个阶段：低于基准高速阈值(例如110km/h)、次高速范围(例如110—115km/h)和最高速范围(例如115—120km/h)。

最后，当车速低于设定值110km/h且加速踏板开度大于0时，整车控制器不启动最高车速闭环控制功能，根据当前车速和驾驶员意图，整车控制器在此工况下进入正常电机外特性模式(即电机正常外特性模式)，实时计算电机目标扭矩；当车速处于设定值110—115km/h且加速踏板开度大于0时，整车控制器启动最高车速闭环控制功能，根据当前车速和驾驶员意图，整车控制器在此工况下进入修正电机外特性模式(即电机修正外特性模式)实时计算电机目标扭矩，为车辆速度进一步提高提前进入电机负载预处理工况；当车速处于设定值115—120km/h且加速踏板开度大于0时，整车控制器启动最高车速闭环控制功能，根据当前车速和驾驶员意图，以速度反馈为目标的控制模式，通过PID实时调节驱动电机目标扭矩，使车辆维持在最高车速稳定行驶状态，直至车速低于设定值110km/h时，整车控制器退出最高车速闭合控制工作模式，进入整车正常行驶模式，最高车速闭环控制工作模式失效并退出。

其中，驾驶员驾驶意图解析功能的控制流程如下：首先，整车控制器实时采集加速踏板和制动踏板信号；其次，定义两个长度为N的滑动循环队列，定时(ΔT/N)更新加速踏板信号和制动踏板信号采样值，每读到一个新采样值遵循“先进先出”的原则写入滑动循环环形队列尾部，并对整个滑动循环队列中的数据计算平均值。最后，根据滤波后加速踏板信号和制动踏板信号均值，正确解析驾驶员驾驶意图。

由此可见，整车控制器的最高车速闭环控制工作模式能够有效避免电动车在最高车速行驶时给车辆带来的抖动冲击，如果电动车没有最高车速闭环控制工作模式，当电机转速超过最高转速限值时，整车控制器出于保护电机安全的需要必须立即解除电机负载，电机转速降低后若整车控制器判断驾驶员仍有加速意图又必须再施加电机负载，如此往复地解除和施加电机负载会发生严重车辆抖动从而导致舒适性大大降低，驾驶者必须采取降低车速行驶才能保证车辆在相对高速区域内平顺行驶。

图4是本发明实施例提供的电动汽车车速计算功能控制流程图，如图4所示，步骤包括：

步骤S201：整车控制器通过CAN总线实时接收电机转速信息。

步骤S202：根据专用减速器主减速比、车轮尺寸型号将电机转速信息转换为车速信号。

由于电机与固定减速比的专用减速器之间采用花键直接硬性连接，所以电机转速与车速存在固定比例关系。

步骤S203：采用平均值方法对车速进行滤波。

首先，整车控制器定义一个长度为N的车速滑动循环队列，定时(ΔT/N)更新车速数据，每读到一个新的车速数据，遵循“先进先出”的原则写入车速滑动循环队列的尾部，并对整个队列中的数据进行平均值计算，得到滤波后的车速数据。

图5是本发明实施例提供的电机目标扭矩计算功能控制流程图，图6是本发明实施例提供的电机外特性图，图7是本发明实施例提供的能量回收发电扭矩曲线图，本实施例将车速划分为三个阶段：低于110km/h、110—115km/h和115—120km/h，为进行速度反馈为目标的控制模式提供判断依据，如图4、图5和图6所示，在车速不同的工况下，整车控制器根据驾驶员意图采取的计算方法实时调节电机目标扭矩驱动车辆平直路面上行驶。

(1)车速低于设定值110km/h。

在车速低于设定值110km/h的情况下，整车控制器不启动最高车速闭环控制功能，电动汽车完全按照驾驶员加速或减速意图，驱动车辆行驶。

整车控制器根据当前电机转速、加速踏板开度α、制动踏板开关状态Bsw和电机正常外特性(如图6所示的a-b-c曲线)模式，实时计算电机目标扭矩。

当加速踏板开度α>0且制动踏板开关状态Bsw＝0时，车辆加速，此时电机驱动扭矩(即电机目标扭矩)Tdrive的计算公式为：

Tdrive＝Td-abc(n)*α

其中，Td-abc(n)为电机正常外特性(a-b-c曲线)模式电机扭矩拟合函数。

当加速踏板开度α＝0或制动踏板开关状态Bsw＝1时，车辆减速并进行能量回收，此时电机发电扭矩Tgeneration的计算公式为：

Tgeneration＝Tb(n)*Bsw

其中，Tb(n)为车辆制动能量回收发电扭矩曲线，如图7所示。

(2)车速处于设定值110—115km/h。

当车速处于设定值110—115km/h时，整车控制器启动最高车速闭环控制功能，通过参考电机修正外特性(如图6所示的a-b-d曲线)，弱化驾驶员加速或加速意图。

根据当前车速和驾驶员意图，整车控制器在此工况下进入电机修正外特性模式，实时计算电机目标扭矩，降低电机扭矩的瞬态波动范围，从而为车速进一步提高提前进入电机负载预处理工况，降低电机扭矩波动范围。

当加速踏板开度α>0且制动踏板开关状态Bsw＝0时，车辆加速，此时电机驱动扭矩(即电机目标扭矩)Tdrive的计算公式为：

Tdrive＝Td-abd(n)*α

其中，Td-abd(n)为电机修正外特性模式电机扭矩拟合函数。

当加速踏板开度α＝0或制动踏板开关状态Bsw＝1时，车辆减速，进行能量回收，此时电机发电扭矩Tgeneration的计算公式为：

Tgeneration＝Tb(n)*Bsw*C

其中，C值取值范围：0<C<0.5，Tb(n)为车辆制动能量回收发电扭矩曲线，如图7所示。

如图6所示，在电机转速较低使车速低于设定值110km/h时(a-b段曲线)，电机修正外特性与电机正常外特性在同一电机转速(或同一车速)上对应的电机扭矩相同；在电机转速升高使车速处于次高速范围时，为避免电机超速，保护电机安全，本发明实施例不再采用电机正常外特性(即b-c段曲线)，而采用电机扭矩相对更小的电机修正外特性(即b-d段曲线)，从而在车速进一步提高时降低电机扭矩波动范围，保证车辆在相对高速区域(例如110km/h以上)内平顺行驶。

(3)车速处于设定值115—120km/h

当车速处于设定值115—120km/h且加速踏板开度大于0时，整车控制器启动最高车速闭环控制功能，根据当前车速和驾驶员意图，以速度反馈为目标的控制模式，通过PID实时调节驱动电机目标扭矩，使车辆维持在最高车速(115-120km/h)稳定行驶状态。

当加速踏板开度α>0且制动踏板开关状态Bsw＝0时，车辆加速，此时电机驱动扭矩Tdrive的计算公式为：

$Tdrive=P*e\left(t\right)+I*{\&Integral;}_0^{T}e\left(t\right)*dt$

其中，e(t)为当前时刻实际车速与目标车速(假设为120km/h，即以120km/h为目标车速进行PID调节电机目标扭矩)偏差(即车速偏差)；dt为PID软件模块运行周期；T为本实施例程序运行周期；P为比例系数，可选范围为[5,10]，优选7；I为积分系数，可选范围为[0,1]，优选0.7。

当加速踏板开度α＝0或制动踏板开关状态Bsw＝1时，车辆减速进行能量回收时，电机发电扭矩Tgeneration计算公式为：

Tgeneration＝0

综上所述，本发明实施例具有以下技术效果：

1、本发明实施例在电动汽车当前车速处于次高速范围时，通过降低电机扭矩，弱化加速或加速意图，提前进入电机负载预处理工况，并能够在电动汽车车速进一步提升至最高速范围时，降低电机目标扭矩的波动范围，保证电动汽车平稳行驶；

2、本发明实施例在电动汽车当前车速处于最高速范围且电动汽车加速时，利用反馈的当前车速与设定的目标车速，对电机目标扭矩进行PID调节，即通过设定的目标车速调节电机目标扭矩，使电动汽车的车速维持在最高速范围内稳定行驶。

尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。