纯电动客车定速巡航控制方法研究

黄玉鹏, 张 刚, 杨传开, 陈振国, 李文皓

(1.中通客车股份有限公司, 山东 聊城 252000;2.山东省新能源客车安全与节能重点实验室, 山东 聊城 252000)

目前定速巡航控制方法已在传统汽车上广泛应用,但由于电动汽车的动力系统发生了改变,导致传统汽车的定速巡航控制方法难以直接应用于电动汽车。为解决此问题,本文介绍一种纯电动客车定速巡航控制方法,当客车满足定速巡航行驶条件时,按下巡航按钮,可以使车辆保持在固定的车速行驶,减少驾驶员踩动油门踏板的次数,极大减轻驾驶员的疲劳强度[1-4]。从而提升车辆驾驶的安全性、经济性以及操纵稳定性[5-11]。

1 方法介绍

本文提出的定速巡航控制方法,主要由加速踏板、制动踏板、电机控制器、定速巡航按钮、整车控制器等系统配合实现。加速踏板和制动踏板的作用是为整车控制器提供相应的模拟量电压输入信号。电机控制器的作用是将当前的电机转速值通过CAN线广播的形式发送给整车控制器。定速巡航按钮的作用是为整车控制器提供定速巡航硬线使能信号。整车控制器的作用,一是将读取的加速踏板和制动踏板输入的模拟量电压信号转化为加速踏板开度和制动踏板开度;二是通过车速计算方法将当前电机转速值转化成当前车速值;三是根据加速踏板开度值或制动踏板开度值、当前车速值、定速巡航使能信号实时判断整车是否进入定速巡航状态。

当车辆正常启动处于上高压状态下,驾驶员正常操作加速踏板,当车速达到40 km/h时,按下定速巡航按钮,整车控制器按照当前加速踏板开度,根据电机特性及内部控制逻辑,请求电机控制器输出相应的扭矩。

2 控制逻辑设计及验证

2.1 具体控制原理

纯电动客车用定速巡航控制方法的步骤为:当前车速计算、车辆行驶模式管理、巡航模式电机需求扭矩计算、整车控制器将计算的请求扭矩发送给电机控制器、驱动整车以固定车速行驶。

1) 当前车速计算。整车控制器通过接收电机控制器发出的电机转速信号n,根据车辆轮胎半径r、变速器速比ig,后桥总减速比io,计算当前车辆实际行驶速度V,计算公式见式(1)。

V=0.377·n·r/(ig·io)

(1)

2) 车辆行驶模式管理。当车辆速度大于40 km/h、制动踏板开度小于等于3%时,驾驶员按下巡航按钮,整车行驶则进入定速巡航模式。整车控制器将按下巡航按钮时的车速作为巡航车速Vx以及记录按下巡航按钮时的加速踏板开度Ap。定速巡航模式下,当驾驶员关闭巡航按钮或者制动踏板开度大于3%,或者当前油门开度大于进入巡航模式时的加速踏板开度Ap的持续时间超过1 s,整车退出定速巡航,进入正常驱动模式。

3) 巡航模式电机需求扭矩计算。

① 将巡航按钮按下时的油门踏板开度Ap作为虚拟踏板开度Ax,通过虚拟踏板开度Ax与当前电机转速查表获得电机需求扭矩Tq。

② 将巡航速度Vx减去10 km/h后的速度Vm作为调速的中间参数,当实际车速V>Vx时电机功率P等于0;当实际车速V≤Vx且>Vm时,电机功率P的计算公式见式(2);当实际车速V≤Vm时,电机功率P=Pr。

P=Pr·(Vx-V)/(Vx-Vm)

(2)

式中:Pr为电机额定功率。

通过电机功率P计算请求扭矩Tp:

Tp=9 550·P/n

(3)

式中:n为电机转速。

4) 请求扭矩发送。比较查表获得扭矩Tq与电机计算扭矩Tp的大小,取较小值作为巡航时的电机请求扭矩T,由整车控制器发送到电机控制器,驱动整车行驶。

整车控制器控制逻辑如图1所示。

图1 定速巡航控制流程图

2.2 方法验证

2.2.1 整车控制模型优化

为提高定速巡航状态下车辆驾驶的舒适性和安全性,根据该方法提供的控制逻辑,需要优化整车控制模型:将电机转速、踏板当前状态及巡航按钮逻辑增加到MATLAB模型中,通过采集电机转速信号、油门踏板开度信号、制动踏板开度信号、定速巡航按钮信号控制车辆行驶模式和巡航模式电机请求扭矩值。

2.2.2 定速巡航实现

在车速小于40 km/h情况下,驾驶员按下定速巡航按钮,然后松开加速踏板,此时整车控制器判定整车无法进入定速巡航状态;在车速大于等于40 km/h情况下,驾驶员按下定速巡航按钮,然后松开加速踏板,此时整车控制器判定整车进入定速巡航状态。车辆将定速巡航按钮按下时的速度和加速踏板开度作为定速巡航速度和虚拟踏板开度,整车控制器将虚拟踏板开度和电机转速进行查表获取电机需求扭矩,同时根据定速巡航车速和实际车速值确定电机功率值,进而计算出扭矩值。整车控制器通过对比查表扭矩值和电机功率计算扭矩值,取较小值作为定速巡航时的电机请求扭矩。

2.2.3 定速巡航方法验证

分别在8 m城市客车、10 m城市客车、12 m城市客车、9 m旅团客车等多种车型上进行实车应用验证。在验证过程中,及时采集并保存试验数据。

通过对采集到的12 m城市客车定速巡航行驶数据分析发现,当车速达到69 km/h后按下定速巡航按钮,然后松开踏板,定速巡航状态下的电机请求扭矩和车速如图2所示。此时整车电机请求扭矩在184～187 N·m之间浮动,整车保持69 km/h的车速,达到了预期效果。

图2 定速巡航状态数据

3 结束语

本文利用整车CAN网络采集数据和发出指令,整车及时响应、可靠性高,且只需要软件实现,成本低。反复用该控制方法进行试验,结果表明:此控制方法能及时准确判别进入定速巡航的条件,能通过控制电机需求扭矩有效地控制车速,整车驾驶性能得到进一步提升。