純電動客車定速巡航控制方法研究

黃玉鵬, 張 剛, 楊傳開, 陳振國, 李文皓

(1.中通客車股份有限公司, 山東 聊城 252000;2.山東省新能源客車安全與節能重點實驗室, 山東 聊城 252000)

目前定速巡航控制方法已在傳統汽車上廣泛應用,但由于電動汽車的動力系統發生了改變,導致傳統汽車的定速巡航控制方法難以直接應用于電動汽車。為解決此問題,本文介紹一種純電動客車定速巡航控制方法,當客車滿足定速巡航行駛條件時,按下巡航按鈕,可以使車輛保持在固定的車速行駛,減少駕駛員踩動油門踏板的次數,極大減輕駕駛員的疲勞強度[1-4]。從而提升車輛駕駛的安全性、經濟性以及操縱穩定性[5-11]。

1 方法介紹

本文提出的定速巡航控制方法,主要由加速踏板、制動踏板、電機控制器、定速巡航按鈕、整車控制器等系統配合實現。加速踏板和制動踏板的作用是為整車控制器提供相應的模擬量電壓輸入信號。電機控制器的作用是將當前的電機轉速值通過CAN線廣播的形式發送給整車控制器。定速巡航按鈕的作用是為整車控制器提供定速巡航硬線使能信號。整車控制器的作用,一是將讀取的加速踏板和制動踏板輸入的模擬量電壓信號轉化為加速踏板開度和制動踏板開度;二是通過車速計算方法將當前電機轉速值轉化成當前車速值;三是根據加速踏板開度值或制動踏板開度值、當前車速值、定速巡航使能信號實時判斷整車是否進入定速巡航狀態。

當車輛正常啟動處于上高壓狀態下,駕駛員正常操作加速踏板,當車速達到40 km/h時,按下定速巡航按鈕,整車控制器按照當前加速踏板開度,根據電機特性及內部控制邏輯,請求電機控制器輸出相應的扭矩。

2 控制邏輯設計及驗證

2.1 具體控制原理

純電動客車用定速巡航控制方法的步驟為:當前車速計算、車輛行駛模式管理、巡航模式電機需求扭矩計算、整車控制器將計算的請求扭矩發送給電機控制器、驅動整車以固定車速行駛。

1) 當前車速計算。整車控制器通過接收電機控制器發出的電機轉速信號n,根據車輛輪胎半徑r、變速器速比ig,后橋總減速比io,計算當前車輛實際行駛速度V,計算公式見式(1)。

V=0.377·n·r/(ig·io)

(1)

2) 車輛行駛模式管理。當車輛速度大于40 km/h、制動踏板開度小于等于3%時,駕駛員按下巡航按鈕,整車行駛則進入定速巡航模式。整車控制器將按下巡航按鈕時的車速作為巡航車速Vx以及記錄按下巡航按鈕時的加速踏板開度Ap。定速巡航模式下,當駕駛員關閉巡航按鈕或者制動踏板開度大于3%,或者當前油門開度大于進入巡航模式時的加速踏板開度Ap的持續時間超過1 s,整車退出定速巡航,進入正常驅動模式。

3) 巡航模式電機需求扭矩計算。

① 將巡航按鈕按下時的油門踏板開度Ap作為虛擬踏板開度Ax,通過虛擬踏板開度Ax與當前電機轉速查表獲得電機需求扭矩Tq。

② 將巡航速度Vx減去10 km/h后的速度Vm作為調速的中間參數,當實際車速V>Vx時電機功率P等于0;當實際車速V≤Vx且>Vm時,電機功率P的計算公式見式(2);當實際車速V≤Vm時,電機功率P=Pr。

P=Pr·(Vx-V)/(Vx-Vm)

(2)

式中:Pr為電機額定功率。

通過電機功率P計算請求扭矩Tp:

Tp=9 550·P/n

(3)

式中:n為電機轉速。

4) 請求扭矩發送。比較查表獲得扭矩Tq與電機計算扭矩Tp的大小,取較小值作為巡航時的電機請求扭矩T,由整車控制器發送到電機控制器,驅動整車行駛。

整車控制器控制邏輯如圖1所示。

圖1 定速巡航控制流程圖

2.2 方法驗證

2.2.1 整車控制模型優化

為提高定速巡航狀態下車輛駕駛的舒適性和安全性,根據該方法提供的控制邏輯,需要優化整車控制模型:將電機轉速、踏板當前狀態及巡航按鈕邏輯增加到MATLAB模型中,通過采集電機轉速信號、油門踏板開度信號、制動踏板開度信號、定速巡航按鈕信號控制車輛行駛模式和巡航模式電機請求扭矩值。

2.2.2 定速巡航實現

在車速小于40 km/h情況下,駕駛員按下定速巡航按鈕,然后松開加速踏板,此時整車控制器判定整車無法進入定速巡航狀態;在車速大于等于40 km/h情況下,駕駛員按下定速巡航按鈕,然后松開加速踏板,此時整車控制器判定整車進入定速巡航狀態。車輛將定速巡航按鈕按下時的速度和加速踏板開度作為定速巡航速度和虛擬踏板開度,整車控制器將虛擬踏板開度和電機轉速進行查表獲取電機需求扭矩,同時根據定速巡航車速和實際車速值確定電機功率值,進而計算出扭矩值。整車控制器通過對比查表扭矩值和電機功率計算扭矩值,取較小值作為定速巡航時的電機請求扭矩。

2.2.3 定速巡航方法驗證

分別在8 m城市客車、10 m城市客車、12 m城市客車、9 m旅團客車等多種車型上進行實車應用驗證。在驗證過程中,及時采集并保存試驗數據。

通過對采集到的12 m城市客車定速巡航行駛數據分析發現,當車速達到69 km/h后按下定速巡航按鈕,然后松開踏板,定速巡航狀態下的電機請求扭矩和車速如圖2所示。此時整車電機請求扭矩在184～187 N·m之間浮動,整車保持69 km/h的車速,達到了預期效果。

圖2 定速巡航狀態數據

3 結束語

本文利用整車CAN網絡采集數據和發出指令,整車及時響應、可靠性高,且只需要軟件實現,成本低。反復用該控制方法進行試驗,結果表明:此控制方法能及時準確判別進入定速巡航的條件,能通過控制電機需求扭矩有效地控制車速,整車駕駛性能得到進一步提升。