一种基于电动汽车减速器的电驱动控制系统及其控制方法

摘要

本发明公开了一种基于电动汽车减速器的电驱动控制系统及其控制方法，包括ESC控制模块、VCU控制模块、电机控制模块；ESC控制模块用于ESC功能的开启或关闭，接收来自整车VCU的扭矩指令；VCU控制模块向电机控制模块通过CAN总线发送来自整车的扭矩指令；电机控制模块接收来自VCU的扭矩指令，采集电机转速计算转速变化率，输出实际扭矩。本发明不需要增加硬件成本，控制简单易实现，综合考虑整车的驾驶性能、扭矩响应速度、驱动轴的承受能力、减速器的性能等，对于对开路面爬坡测试、连续高速过减速带及低附路面工况下，通过控制扭矩能够快速准确地实现对电驱动系统减速器的保护，保证减速器的性能与整车驾驶性能之间的平衡。

说明书

技术领域

本发明属于电动汽车电驱动系统控制技术领域，涉及一种基于电动汽车减速器的电驱动控制系统及其控制方法。

背景技术

减速器作为新能源电动汽车的核心零部件之一，其性能直接影响整车的驾驶性能，随着电驱动系统集成化的发展，对整车的动力性能、驾驶性提出了更高的要求，特别地，当车辆连续高速过减速带、对开路面或者低附路面等极限工况下行驶时，进入打滑，其落地实际扭矩大小直接影响电机轴的性能，若实际扭矩过大，可能对驱动轴造成损坏，进而对减速器的寿命产生影响。因此，对电动汽车电驱动系统减速器的控制和保护至关重要。

目前相关技术中整车控制器根据当前滑移率和目标滑移率的差值，判断车辆是否处于打滑状态，通过PID控制方法计算出驱动扭矩的变化量，来控制防滑输出扭矩，使车轮的滑移率在最佳滑移率附近，保证整车的稳定性和驾驶性能。近年来，随着ESC(英文：Electronic stability control，中文：电子稳定控制系统)、TCS(英文：Traction controlsystem，中文：牵引控制系统)和VDC(英文：Vehicle dynamic control，中文：动力学调整系统)等功能的发展，在快速转弯或变道等工况整车打滑时，通过ESC控制功能来控制实际执行扭矩，来补偿车辆车身的稳定性，提升驾驶体验感。相关技术中整车控制器仅仅利用滑移率的差值来判断打滑的进入和退出，控制电机执行扭矩是远远不够的，针对对开、侧滑和低附等路面、高速过减速带等特殊工况下，同时考虑减速器的承受能力时，对电驱动系统电机输出扭矩的限制和响应速度则要求更为严格。在车辆连续高速过减速带、对开坡道、侧滑和低附路面等极限工况下，单纯依靠基于滑移率来控制驱动输出扭矩的控制算法，扭矩响应速度和大小受PID控制参数影响，无法平衡驱动轴的承受能力，影响减速器的性能，不能保证整车良好的驾驶感。

发明内容

本发明目的是：提供一种不需要增加硬件成本，控制简单易实现的基于电动汽车减速器的电驱动控制系统及其控制方法。

本发明的技术方案是：

第一方面，一种基于电动汽车减速器的电驱动控制系统，包括：ESC控制模块、VCU控制模块、电机控制模块；

所述ESC控制模块用于ESC功能的开启或关闭，接收来自整车VCU的扭矩指令；

所述VCU控制模块用于向所述电机控制模块通过CAN总线发送来自整车VCU的扭矩指令；

所述电机控制模块用于接收来自VCU的扭矩指令，采集电机转速计算转速变化率，输出实际扭矩。

其进一步的技术方案是：所述电机控制模块包括电池组、三相桥式逆变电路、电机部分、控制器部分；

所述电池组向所述三相桥式逆变电路提供直流电，经过所述三相桥式逆变电路的逆变后输出三相电流，所述控制器部分根据电机转速和扭矩指令进行最大扭矩/电流比控制，D轴和Q轴电流环实现电流闭环控制，坐标变换实现三相坐标系到两相静止坐标系，再到两相旋转坐标系的变化，SVPWM控制算法将电压信号转化为PWM信号控制功率器件的开关来驱动所述电机部分。

第二方面，一种基于电动汽车减速器的电驱动控制系统的控制方法，应用于如第一方面所述的基于电动汽车减速器的电驱动控制系统中，所述控制方法包括：

步骤1，根据ESC控制模块的TCS标志位或VDC标志位判断打滑的进入或退出情况；

步骤2，根据打滑的退出，控制限扭标志位的状态；

步骤3，根据打滑的进入，控制电机输出扭矩。

其进一步的技术方案是：所述步骤1包括：

步骤11，若TCS标志位和VDC标志位均无效，则判定打滑标志位有效，进入打滑工况；

步骤12，若TCS标志位或VDC标志位中任意一个有效，则设定定时器T和定时器限值T1；

步骤13，若定时器T大于或等于定时器限值T1，则判定打滑标志位无效，退出打滑工况，定时器T停止计数；

步骤14，若定时器T小于定时器限值T1，则打滑标志位维持上一时刻的状态；

其中，定时器限值T1根据整车测试标定得到。

其进一步的技术方案是：所述步骤2包括：

步骤21，当打滑退出时，若电机转速小于转速门限阈值Spd_1，且实际扭矩大于扭矩门限阈值Trq_1，则设定时器T的定时器限值为T2，继续执行步骤22或步骤23；

步骤22，若定时器T大于或等于定时器限值T2，则限扭标志位为有效，定时器T停止计数；

步骤23，若定时器T小于定时器限值T2，则限扭标志位维持上一时刻的状态；

步骤24，当打滑退出时，若电机转速变化率大于第一阈值V1，且VCU的扭矩指令Trq_Cmd大于扭矩门限阈值Trq_2，则限扭标志位为有效；否则限扭标志位为无效；

其中，电机转速变化率根据采样周期内电机转速的差值计算得到，定时器限值T2、转速门限阈值Spd_1、扭矩门限阈值Trq_1、扭矩门限阈值Trq_2、电机转速变化率的第一阈值V1均根据整车测试标定得到，Trq_1>Trq_2>0。

其进一步的技术方案是：所述步骤3包括：

步骤31，当进入打滑时，若电机转速变化率大于第二阈值V2，则输出扭矩Trp_Out为VCU所发的扭矩指令Trq_Cmd的线性比例k倍，0＜k＜1；

步骤32，当进入打滑时，若电机转速变化率小于或等于第二阈值V2，则在扭矩标志位有效时执行步骤33至步骤34，在扭矩标志位无效时执行步骤35；

步骤33，计算扭矩的计算方式为：

步骤34，若计算扭矩和扭矩指令的差值的绝对值|Trq_Cal–Trq_Cmd|大于扭矩门限阈值Trq_3，则输出扭矩Trq_Out等于计算扭矩Trq_Cal；否则输出扭矩Trq_Out等于扭矩指令Trq_Cmd；

步骤35，输出扭矩Trq_Out等于扭矩指令Trq_Cmd；

其中，电机转速变化率根据采样周期内电机转速的差值计算得到，扭矩门限阈值Trq_3、电机转速变化率的第二阈值V2、第三阈值V3均根据整车测试标定得到，Trq_1>Trq_2>Trq_3>0，V2>V1>V3>0。

本发明的优点是：

通过包含ESC控制模块、VCU控制模块、电机控制模块的电驱动控制系统，不需要增加硬件成本，根据打滑的退出控制限扭标志位的状态，根据打滑的进入控制电机输出扭矩，控制简单易实现,并且综合考虑整车的驾驶性能、扭矩响应速度、驱动轴的承受能力、减速器的性能等参数，对于对开路面爬坡测试、高速连续过减速带及低附路面工况下，通过控制扭矩能够快速准确地实现对电驱动系统减速器的保护，保证减速器性能与整车驾驶性能之间的平衡，实际应用效果好。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1是本申请提供的一种基于电动汽车减速器的电驱动控制系统的结构框图；

图2是本申请提供的一种电驱动控制系统打滑进入退出的判断流程图；

图3是本申请提供的一种电驱动控制系统的限扭标志位的控制流程图；

图4是本申请提供的一种电驱动控制系统的输出扭矩的控制流程图。

具体实施方式

实施例：本申请提供了一种基于电动汽车减速器的电驱动控制系统及其控制方法，基于ESC功能控制策略，综合考虑扭矩响应速度、驱动轴的承受能力、减速器的性能和整车的驾驶平稳性，通过降低VCU(英文：Vehicle control unit，中文：整车控制器)发送给ESC的扭矩控制执行指令，来减小VCU所发扭矩指令，进而减小电机实际扭矩，并特别针对车辆在对开路面爬坡、低速大扭矩测试工况下，可以选择性地降低电机输出扭矩，简单易于实现，考虑全面，实际应用效果好。

如图1所示，基于电动汽车减速器的电驱动控制系统包括：ESC控制模块、VCU控制模块、电机控制模块；ESC控制模块用于ESC功能的开启或关闭，接收来自整车VCU的扭矩指令；VCU控制模块用于向电机控制模块通过CAN(英文：Controller Area Network，中文：控制器局域网络)总线发送来自整车VCU的扭矩指令；电机控制模块用于接收来自VCU的扭矩指令，采集电机转速计算转速变化率，输出实际扭矩。

VCU控制模块和电机控制模块构成主控模块。

可选的，电机控制模块包括电池组、三相桥式逆变电路、电机部分、控制器部分；电池组向三相桥式逆变电路提供直流电，经过三相桥式逆变电路的逆变后输出三相电流，控制器部分(扭矩控制器)根据电机转速和扭矩指令进行最大扭矩/电流比控制，D轴和Q轴电流环实现电流闭环控制，坐标变换实现三相坐标系到两相静止坐标系，再到两相旋转坐标系的变化，SVPWM控制算法将电压信号转化为PWM(英文：Pulse width modulation，中文：脉冲宽度调制)信号控制功率器件的开关来驱动电机部分(永磁同步电机)。

本申请还提供了一种基于电动汽车减速器的电驱动控制系统的控制方法，应用于如图1所示的基于电动汽车减速器的电驱动控制系统中，结合参考图2至图4，该控制方法包括以下步骤。

步骤1，根据ESC控制模块的TCS标志位(车辆正滑使能)或VDC标志位(车辆侧滑使能)判断打滑的进入或退出情况。

根据ESC的使能状态，判断打滑进入或打滑退出，可选的，结合参考图2，步骤1包括：

步骤11，若TCS标志位和VDC标志位均无效，则判定打滑标志位有效，进入打滑工况；

步骤12，若TCS标志位或VDC标志位中任意一个有效，则设定定时器T和定时器限值T1；

步骤13，若定时器T大于或等于定时器限值T1，则判定打滑标志位无效，退出打滑工况，定时器T停止计数；

步骤14，若定时器T小于定时器限值T1，则打滑标志位维持上一时刻的状态；

其中，定时器限值T1根据整车测试标定得到。

其中，步骤11和步骤12为并列的步骤。

步骤2，根据打滑的退出，控制限扭标志位的状态。

当打滑退出时，针对对开路面坡道测试工况下，根据电机转速和实际扭矩，判断限扭标志位为有效或无效；对于连续高速过减速带工况下，根据转速变化率和扭矩指令来判断限扭标志位为有效或无效。可选的，结合参考图3，步骤2包括：

步骤21，当打滑退出时，若电机转速小于转速门限阈值Spd_1，且实际扭矩大于扭矩门限阈值Trq_1，则设定时器T的定时器限值为T2，继续执行步骤22或步骤23；

步骤22，若定时器T大于或等于定时器限值T2，则限扭标志位为有效，定时器T停止计数；

步骤23，若定时器T小于定时器限值T2，则限扭标志位维持上一时刻的状态；

步骤24，当打滑退出时，若电机转速变化率大于第一阈值V1，且VCU的扭矩指令Trq_Cmd大于扭矩门限阈值Trq_2，则限扭标志位为有效；否则限扭标志位为无效；

其中，电机转速变化率根据采样周期内电机转速的差值计算得到，定时器限值T2、转速门限阈值Spd_1、扭矩门限阈值Trq_1、扭矩门限阈值Trq_2、电机转速变化率的第一阈值V1均根据整车测试标定得到，Trq_1>Trq_2>0。

其中，步骤21和步骤24是并列的步骤，步骤22和步骤23是步骤21下并列的两个分支。

步骤3，根据打滑的进入，控制电机输出扭矩。

当打滑进入，即打滑标志位有效时，根据电机转速的变化率，结合限扭标志位是否有效，限制输出扭矩，实现对电驱动系统减速器的保护。可选的，结合参考图4，步骤3包括：

步骤31，当进入打滑时，若电机转速变化率大于第二阈值V2，则输出扭矩Trp_Out为VCU所发的扭矩指令Trq_Cmd的线性比例k倍，0＜k＜1；

步骤32，当进入打滑时，若电机转速变化率小于或等于第二阈值V2，则在扭矩标志位有效时执行步骤33至步骤34，在扭矩标志位无效时执行步骤35；

步骤33，计算扭矩的计算方式为：

步骤34，若计算扭矩和扭矩指令的差值的绝对值|Trq_Cal–Trq_Cmd|大于扭矩门限阈值Trq_3，则输出扭矩Trq_Out等于计算扭矩Trq_Cal；否则输出扭矩Trq_Out等于扭矩指令Trq_Cmd；

步骤35，输出扭矩Trq_Out等于扭矩指令Trq_Cmd；

其中，电机转速变化率根据采样周期内电机转速的差值计算得到，扭矩门限阈值Trq_3、电机转速变化率的第二阈值V2、第三阈值V3均根据整车测试标定得到，Trq_1>Trq_2>Trq_3>0，V2＞V1＞V3＞0。

其中，步骤31和步骤32是并列的步骤，步骤33至步骤34与步骤35是步骤32下并列的两个分支。

综上所述，本申请提供的基于电动汽车减速器的电驱动控制系统及其控制方法，通过包含ESC控制模块、VCU控制模块、电机控制模块的电驱动控制系统，不需要增加硬件成本，根据打滑的退出控制限扭标志位的状态，根据打滑的进入控制电机输出扭矩，控制简单易实现；并且综合考虑整车的驾驶性能、扭矩响应速度、驱动轴的承受能力、减速器的性能等参数，对于对开路面爬坡测试、高速连续过减速带及低附路面工况下，通过控制扭矩能够快速准确地实现对电驱动系统减速器的保护，保证减速器性能与整车驾驶性能之间的平衡，实际应用效果好。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含所指示的技术特征的数量。由此，限定的“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或者两个以上。

上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。