純電動(dòng)客車(chē)定速巡航控制方法研究

黃玉鵬, 張 剛, 楊傳開(kāi), 陳振國(guó), 李文皓

(1.中通客車(chē)股份有限公司, 山東 聊城 252000;2.山東省新能源客車(chē)安全與節(jié)能重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東 聊城 252000)

目前定速巡航控制方法已在傳統(tǒng)汽車(chē)上廣泛應(yīng)用,但由于電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)生了改變,導(dǎo)致傳統(tǒng)汽車(chē)的定速巡航控制方法難以直接應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)。為解決此問(wèn)題,本文介紹一種純電動(dòng)客車(chē)定速巡航控制方法,當(dāng)客車(chē)滿(mǎn)足定速巡航行駛條件時(shí),按下巡航按鈕,可以使車(chē)輛保持在固定的車(chē)速行駛,減少駕駛員踩動(dòng)油門(mén)踏板的次數(shù),極大減輕駕駛員的疲勞強(qiáng)度[1-4]。從而提升車(chē)輛駕駛的安全性、經(jīng)濟(jì)性以及操縱穩(wěn)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(dòng)踏板、電機(jī)控制器、定速巡航按鈕、整車(chē)控制器等系統(tǒng)配合實(shí)現(xiàn)。加速踏板和制動(dòng)踏板的作用是為整車(chē)控制器提供相應(yīng)的模擬量電壓輸入信號(hào)。電機(jī)控制器的作用是將當(dāng)前的電機(jī)轉(zhuǎn)速值通過(guò)CAN線(xiàn)廣播的形式發(fā)送給整車(chē)控制器。定速巡航按鈕的作用是為整車(chē)控制器提供定速巡航硬線(xiàn)使能信號(hào)。整車(chē)控制器的作用,一是將讀取的加速踏板和制動(dòng)踏板輸入的模擬量電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為加速踏板開(kāi)度和制動(dòng)踏板開(kāi)度;二是通過(guò)車(chē)速計(jì)算方法將當(dāng)前電機(jī)轉(zhuǎn)速值轉(zhuǎn)化成當(dāng)前車(chē)速值;三是根據(jù)加速踏板開(kāi)度值或制動(dòng)踏板開(kāi)度值、當(dāng)前車(chē)速值、定速巡航使能信號(hào)實(shí)時(shí)判斷整車(chē)是否進(jìn)入定速巡航狀態(tài)。

當(dāng)車(chē)輛正常啟動(dòng)處于上高壓狀態(tài)下,駕駛員正常操作加速踏板,當(dāng)車(chē)速達(dá)到40 km/h時(shí),按下定速巡航按鈕,整車(chē)控制器按照當(dāng)前加速踏板開(kāi)度,根據(jù)電機(jī)特性及內(nèi)部控制邏輯,請(qǐng)求電機(jī)控制器輸出相應(yīng)的扭矩。

2 控制邏輯設(shè)計(jì)及驗(yàn)證

2.1 具體控制原理

純電動(dòng)客車(chē)用定速巡航控制方法的步驟為:當(dāng)前車(chē)速計(jì)算、車(chē)輛行駛模式管理、巡航模式電機(jī)需求扭矩計(jì)算、整車(chē)控制器將計(jì)算的請(qǐng)求扭矩發(fā)送給電機(jī)控制器、驅(qū)動(dòng)整車(chē)以固定車(chē)速行駛。

1) 當(dāng)前車(chē)速計(jì)算。整車(chē)控制器通過(guò)接收電機(jī)控制器發(fā)出的電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)n,根據(jù)車(chē)輛輪胎半徑r、變速器速比ig,后橋總減速比io,計(jì)算當(dāng)前車(chē)輛實(shí)際行駛速度V,計(jì)算公式見(jiàn)式(1)。

V=0.377·n·r/(ig·io)

(1)

2) 車(chē)輛行駛模式管理。當(dāng)車(chē)輛速度大于40 km/h、制動(dòng)踏板開(kāi)度小于等于3%時(shí),駕駛員按下巡航按鈕,整車(chē)行駛則進(jìn)入定速巡航模式。整車(chē)控制器將按下巡航按鈕時(shí)的車(chē)速作為巡航車(chē)速Vx以及記錄按下巡航按鈕時(shí)的加速踏板開(kāi)度Ap。定速巡航模式下,當(dāng)駕駛員關(guān)閉巡航按鈕或者制動(dòng)踏板開(kāi)度大于3%,或者當(dāng)前油門(mén)開(kāi)度大于進(jìn)入巡航模式時(shí)的加速踏板開(kāi)度Ap的持續(xù)時(shí)間超過(guò)1 s,整車(chē)退出定速巡航,進(jìn)入正常驅(qū)動(dòng)模式。

3) 巡航模式電機(jī)需求扭矩計(jì)算。

① 將巡航按鈕按下時(shí)的油門(mén)踏板開(kāi)度Ap作為虛擬踏板開(kāi)度Ax,通過(guò)虛擬踏板開(kāi)度Ax與當(dāng)前電機(jī)轉(zhuǎn)速查表獲得電機(jī)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(diào)速的中間參數(shù),當(dāng)實(shí)際車(chē)速V>Vx時(shí)電機(jī)功率P等于0;當(dāng)實(shí)際車(chē)速V≤Vx且>Vm時(shí),電機(jī)功率P的計(jì)算公式見(jiàn)式(2);當(dāng)實(shí)際車(chē)速V≤Vm時(shí),電機(jī)功率P=Pr。

P=Pr·(Vx-V)/(Vx-Vm)

(2)

式中:Pr為電機(jī)額定功率。

通過(guò)電機(jī)功率P計(jì)算請(qǐng)求扭矩Tp:

Tp=9 550·P/n

(3)

式中:n為電機(jī)轉(zhuǎn)速。

4) 請(qǐng)求扭矩發(fā)送。比較查表獲得扭矩Tq與電機(jī)計(jì)算扭矩Tp的大小,取較小值作為巡航時(shí)的電機(jī)請(qǐng)求扭矩T,由整車(chē)控制器發(fā)送到電機(jī)控制器,驅(qū)動(dòng)整車(chē)行駛。

整車(chē)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(yàn)證

2.2.1 整車(chē)控制模型優(yōu)化

為提高定速巡航狀態(tài)下車(chē)輛駕駛的舒適性和安全性,根據(jù)該方法提供的控制邏輯,需要優(yōu)化整車(chē)控制模型:將電機(jī)轉(zhuǎn)速、踏板當(dāng)前狀態(tài)及巡航按鈕邏輯增加到MATLAB模型中,通過(guò)采集電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)、油門(mén)踏板開(kāi)度信號(hào)、制動(dòng)踏板開(kāi)度信號(hào)、定速巡航按鈕信號(hào)控制車(chē)輛行駛模式和巡航模式電機(jī)請(qǐng)求扭矩值。

2.2.2 定速巡航實(shí)現(xiàn)

在車(chē)速小于40 km/h情況下,駕駛員按下定速巡航按鈕,然后松開(kāi)加速踏板,此時(shí)整車(chē)控制器判定整車(chē)無(wú)法進(jìn)入定速巡航狀態(tài);在車(chē)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(kāi)加速踏板,此時(shí)整車(chē)控制器判定整車(chē)進(jìn)入定速巡航狀態(tài)。車(chē)輛將定速巡航按鈕按下時(shí)的速度和加速踏板開(kāi)度作為定速巡航速度和虛擬踏板開(kāi)度,整車(chē)控制器將虛擬踏板開(kāi)度和電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行查表獲取電機(jī)需求扭矩,同時(shí)根據(jù)定速巡航車(chē)速和實(shí)際車(chē)速值確定電機(jī)功率值,進(jìn)而計(jì)算出扭矩值。整車(chē)控制器通過(guò)對(duì)比查表扭矩值和電機(jī)功率計(jì)算扭矩值,取較小值作為定速巡航時(shí)的電機(jī)請(qǐng)求扭矩。

2.2.3 定速巡航方法驗(yàn)證

分別在8 m城市客車(chē)、10 m城市客車(chē)、12 m城市客車(chē)、9 m旅團(tuán)客車(chē)等多種車(chē)型上進(jìn)行實(shí)車(chē)應(yīng)用驗(yàn)證。在驗(yàn)證過(guò)程中,及時(shí)采集并保存試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

通過(guò)對(duì)采集到的12 m城市客車(chē)定速巡航行駛數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn),當(dāng)車(chē)速達(dá)到69 km/h后按下定速巡航按鈕,然后松開(kāi)踏板,定速巡航狀態(tài)下的電機(jī)請(qǐng)求扭矩和車(chē)速如圖2所示。此時(shí)整車(chē)電機(jī)請(qǐng)求扭矩在184～187 N·m之間浮動(dòng),整車(chē)保持69 km/h的車(chē)速,達(dá)到了預(yù)期效果。

圖2 定速巡航狀態(tài)數(shù)據(jù)

3 結(jié)束語(yǔ)

本文利用整車(chē)CAN網(wǎng)絡(luò)采集數(shù)據(jù)和發(fā)出指令,整車(chē)及時(shí)響應(yīng)、可靠性高,且只需要軟件實(shí)現(xiàn),成本低。反復(fù)用該控制方法進(jìn)行試驗(yàn),結(jié)果表明:此控制方法能及時(shí)準(zhǔn)確判別進(jìn)入定速巡航的條件,能通過(guò)控制電機(jī)需求扭矩有效地控制車(chē)速,整車(chē)駕駛性能得到進(jìn)一步提升。