速度闭环控制系统、方法及电动汽车与流程

本发明涉及车辆技术领域，特别涉及一种速度闭环控制系统、方法及车辆。

背景技术：

目前，车辆的蠕行系统、巡航控制系统等多个速度闭环应用系统均作为一个单独的子系统来开发，各个子系统单独计算目标扭矩后传送给mcu(motorcontrolunit，电机控制单元)，以对车辆进行整车控制。

然而，相关技术中需要多名开发人员维护上述的各个应用的子系统，导致维护成本较高，且各个应用子系统之间虽然存在功能重复的单元，不能够得到高效地复用，浪费资源，成本较高的同时，结构存在冗余，有待改进。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种电动汽车的速度闭环控制系统，该系统可以减少结构冗余，降低维护成本，提高车辆的实用性，简单易实现。

本发明的另一个目的在于提出一种电动汽车的速度闭环控制方法。

本发明的再一个目的在于提出一种电动汽车。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种电动汽车的速度闭环控制系统，包括：第一控制组件，用于识别车辆所处的当前工况，并生成车辆的目标车速和目标加速度；第二控制组件，用于获取所述电动汽车的当前车速和当前加速度，并根据所述当前工况、所述目标车速、所述目标加速度、所述当前车速和所述当前加速度得到目标扭矩，并将所述目标扭矩发送至电机控制器，以使所述电动汽车的电机根据所述目标扭矩进行输出。

本发明实施例的电动汽车的速度闭环控制系统，第一控制组件计算目标加速度和目标车速，第二控制组件根据上层控制器输出的目标车速、目标加速度以及车辆反馈回来的实际加速度、实际车速形成一个闭环系统，以计算目标扭矩并传送给电机控制器，从而将多个速度闭环系统整合以实现车辆的分层控制，减少结构冗余，降低维护成本，提高车辆的实用性，简单易实现。

另外，根据本发明上述实施例的电动汽车的速度闭环控制系统还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第一控制组件包括：工况选择模块，用于根据输入信号确定所述当前工况，其中，所述当前工况包括蠕行工况和巡航工况；蠕行模块，用于根据所述当前车速和所述当前挡位确定蠕行目标车速和蠕行目标加速度；巡航模块，用于根据所述当前车速、当前距离和当前触发信号确定巡航目标车速和巡航目标加速度。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第二控制组件包括：扭矩获取模块，用于获取所述电动汽车的整车纵向行驶基础扭矩；扭矩补偿模块，用于根据所述当前车速、所述目标车速、所述当前加速度和所述目标加速度生成比例积分微分pid扭矩；扭矩斜率限制模块，用于对所述整车纵向行驶基础扭矩和所述比例积分微分pid扭矩之和进行斜率限制，以输出所述目标扭矩。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第二控制组件还包括：扭矩滤波模块，用于对所述目标扭矩进行滤波处理。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述扭矩斜率限制模块的限制公式为：

out(k)＝max(min(in(k)-out(k-1)，gradlimitmaxval),gradlimitminval)+out(k-1)，

其中，in(k)为输入值，gradlimitmaxval与gradlimitminval分别为斜率限制上限值和斜率限制下限值，out(k-1)为前回输出值，out(k)为输出值。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述扭矩滤波模块的滤波公式为：

out(k)＝out(k-1)+(in(k)-out(k-1))*ratio，

其中，ratio表示滤波参数，in(k)为输入值，out(k-1)为前回输出值。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述扭矩获取模块包括：第一扭矩模块，用于在所述电动汽车满足第一预设条件时，将预设扭矩值作为所述整车纵向行驶基础扭矩；第二扭矩模块，用于在所述电动汽车满足第二预设条件时，根据map查找表获取所述整车纵向行驶基础扭矩；第三扭矩模块，用于在所述电动汽车满足第三预设条件时，通过车辆纵向动力学公式获取所述整车纵向行驶基础扭矩。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种电动汽车的速度闭环控制方法，其特征在于，采用上述的系统，其中，方法包括以下步骤：识别车辆所处的当前工况，并生成车辆的目标车速和目标加速度；获取所述电动汽车的当前车速和当前加速度，并根据所述当前工况、所述目标车速、所述目标加速度、所述当前车速和所述当前加速度得到目标扭矩；将所述目标扭矩发送至电机控制器，以使所述电动汽车的电机根据所述目标扭矩进行输出。

本发明实施例的电动汽车的速度闭环控制方法，首先计算目标加速度和目标车速，其次根据上层控制器计算的目标车速、目标加速度以及车辆反馈回来的实际加速度、实际车速形成一个闭环系统，以计算目标扭矩并传送给电机控制器，从而将多个速度闭环系统整合以实现车辆的分层控制，减少结构冗余，降低维护成本，提高车辆的实用性，简单易实现。

另外，根据本发明上述实施例的电动汽车的速度闭环控制方法还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述识别车辆所处的当前工况，并生成车辆的目标车速和目标加速度，包括：根据输入信号确定所述当前工况，其中，所述当前工况包括蠕行工况和巡航工况；在所述当前工况为所述蠕行工况时，根据所述当前车速和所述当前挡位确定蠕行目标车速和蠕行目标加速度；在所述当前工况为所述巡航工况时，根据所述当前车速、当前距离和当前触发信号确定巡航目标车速和巡航目标加速度。

为达到上述目的，本发明再一方面实施例提出了一种电动汽车，其包括上述的电动汽车的速度闭环控制系统。该电动汽车的第一控制组件计算目标加速度和目标车速，第二控制组件根据上层控制器输出的目标车速、目标加速度以及车辆反馈回来的实际加速度、实际车速形成一个闭环系统，以计算目标扭矩并传送给电机控制器，从而将多个速度闭环系统整合以实现车辆的分层控制，减少结构冗余，降低维护成本，提高车辆的实用性，简单易实现。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的电动汽车的速度闭环控制系统的结构示意图；

图2为根据本发明一个实施例的电动汽车的速度闭环控制系统的原理示意图；

图3为根据本发明一个实施例的工况选择示意图；

图4为根据本发明一个实施例的定速巡航上层控制示意图；

图5为根据本发明一个实施例的pid扭矩示意图；以及

图6为根据本发明一个实施例的基于map查找表的扭矩值的原理示意图；

图7为根据本发明一个实施例的基于车辆纵向动力学计算的扭矩值的原理示意图；

图8为根据本发明实施例的电动汽车的速度闭环控制方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的速度闭环控制系统、方法及车辆，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的电动汽车的速度闭环控制系统。

图1是本发明实施例的电动汽车的速度闭环控制系统的结构示意图。

如图1所示，该电动汽车的速度闭环控制系统10包括：第一控制组件100和第二控制组件200。

其中，第一控制组件100用于识别车辆所处的当前工况，并生成车辆的目标车速和目标加速度。第二控制组件200用于获取电动汽车的当前车速和当前加速度，并根据当前工况、目标车速、目标加速度、当前车速和当前加速度得到目标扭矩，并将目标扭矩发送至电机控制器，以使电动汽车的电机根据目标扭矩进行输出。本发明实施例的控制系统10可以将多个速度闭环系统整合以实现车辆的分层控制，减少结构冗余，降低维护成本，提高车辆的实用性，简单易实现。

具体地，当前电动汽车中存在多个速度闭环应用系统，比如蠕行控制系统、巡航控制系统(定速巡航和自适应巡航)等，因此本发明实施例的控制系统10基于分层控制的速度闭环控制将上述的多个速度闭环系统整合实现在一起，从而第一控制组件100可以理解为上层控制器，用于处理输入信号、进行模式切换、故障处理，并计算目标加速度、目标车速，而第二控制组件200可以理解为下层控制器，根据上层控制器输出的目标车速、目标加速度以及车辆反馈回来的实际加速度、实际车速形成一个闭环系统来计算目标扭矩并传送给mcu。

也就是说，如图2所示，在本发明实施例的控制系统10是由上层控制器和下层控制器这两个控制器组成，上层控制器和下层控制器功能划分清晰，接口明确，使得系统实现高内聚性和低耦合性。

需要说明的是，本发明的以下部分将对如何进行速度闭环控制进行详细介绍。虽然以下实施例以蠕行工况和巡航工况为例，但是本领域技术人员应当理解的是，对于任何工况都可以通过以下类似的方式进行配置，蠕行工况和巡航工况仅是示意性的。本发明并不仅限于这两种工况。

进一步地，在本发明的一个实施例中，第一控制组件100包括：工况选择模块101、蠕行模块102和巡航模块103。

其中，工况选择模块101用于根据输入信号确定当前工况，其中，当前工况包括蠕行工况和巡航工况。蠕行模块102用于根据当前车速和当前挡位确定蠕行目标车速和蠕行目标加速度。巡航模块103用于根据当前车速、当前距离和当前触发信号确定巡航目标车速和巡航目标加速度。

具体地，上层控制器的主要功能是将外部传感器信号、驾驶员意图等转化为目标车速和目标加速度。其中，工况选择模块101根据外部输入信号来确定当前车辆处于何种工况，工况包括蠕行工况、巡航工况；蠕行模块102根据实际车速、档位等信号来确定蠕行目标车速和蠕行目标加速度；巡航模块103(定速巡航、自适应巡航)根据实际车速、与前车的实际距离(仅自适应巡航需要该信号)、加速踏板、制动踏板、巡航按键等信号来确定巡航目标车速和巡航目标加速度。

另外，本发明实施例的第一控制组件100还可以包括nedc(neweuropedrivingcycle，新欧洲汽车法规循环工况)减速跟线模块104。nedc减速跟线模块104与工况选择模块101相连，以实现减速跟线功能。

举例而言，如图3所示，工况选择模块101根据蠕行开关、巡航开关、加速踏板、制动踏板、档位等信号来判断当前车辆进入何种工况。需要说明的是，工况包括但不限于蠕行工况、巡航工况，如还包括nedc减速工况。如图4所示，巡航模块103根据工况选择模块101的工况选择输出值、巡航按键、实际车速、制动踏板、加速踏板等信号来进行驾驶员巡航操作意图的解析和巡航状态管理，从而计算出巡航目标车速和目标加速度。

另外，在本发明的一个实施例中，如图2所示，第二控制组件包括200：扭矩获取模块201、扭矩补偿模块202和扭矩斜率限制模块203。

其中，扭矩获取模块201用于获取电动汽车的整车纵向行驶基础扭矩。扭矩补偿模块202用于根据当前车速、目标车速、当前加速度和目标加速度生成比例积分微分pid扭矩。扭矩斜率限制模块203用于对整车纵向行驶基础扭矩和比例积分微分pid扭矩之和进行斜率限制，以输出目标扭矩。

具体地，下层控制器的主要功能是将上层控制器输出的目标车速和目标加速度转换成目标扭矩并输出给电机控制器。其中，扭矩获取模块201使用一个车辆纵向行驶的扭矩作为基础扭矩提供给控制器，使得车辆进行基本的纵向行驶；扭矩补偿模块202将pid扭矩作为对整车纵向行驶基础扭矩的一种补偿扭矩，减小车辆在行驶过程中不同外界环境对车辆的影响，从而达到对车速的稳定性和准确性控制；扭矩斜率限制模块203对整车纵向行驶基础扭矩和pid扭矩之和进行斜率限制，防止扭矩变化过快，给驾驶员带来不适的冲击感受。

其中，在本发明的一个实施例中，扭矩斜率限制模块的限制公式为：

out(k)＝max(min(in(k)-out(k-1)，gradlimitmaxval),gradlimitminval)+out(k-1)，

其中，in(k)为输入值，gradlimitmaxval与gradlimitminval分别为斜率限制上限值和斜率限制下限值，out(k-1)为前回输出值，out(k)为输出值。

可以理解的是，如图5所示，本发明实施例中，扭矩补偿模块202支持但不限于下述两种方式的pid偏差值输入：

(1)使用目标车速(v_target)和实际车速(v_veh)的差值作为pid的偏差值进行控制；

(2)使用目标加速度(a_target)和实际加速度(a_veh)的差值作为pid的偏差值进行控制。

进而，本发明实施例的扭矩斜率限制模块203的处理算法可以如下式：

out(k)＝max(min(in(k)-out(k-1),gradlimitmaxval),gradlimitminval)+out(k-1)

其中，in(k)表示输入值，gradlimitmaxval和gradlimitminval表示斜率限制上限值和下限值，out(k-1)表示前回输出值，out(k)表示输出值。

进一步地，在本发明的一个实施例中，第二控制组件200还包括：扭矩滤波模块204。其中，扭矩滤波模块204用于对目标扭矩进行滤波处理。

具体地，扭矩滤波模块204对扭矩斜率限制模块输出的扭矩进行滤波处理，使得扭矩更加平滑。

进一步地，在本发明的一个实施例中，扭矩滤波模块的滤波公式为：

out(k)＝out(k-1)+(in(k)-out(k-1))*ratio，

其中，ratio表示滤波参数，in(k)为输入值，，out(k-1)为前回输出值。

也就是说，扭矩滤波模块204的处理算法可以如下式：

out(k)＝out(k-1)+(in(k)-out(k-1))*ratio

其中，in(k)表示输入值，ratio表示滤波参数，out(k-1)表示前回输出值，out(k)表示输出值。

进一步地，在本发明的一个实施例中，扭矩获取模块201包括：第一扭矩模块、第二扭矩模块和第三扭矩模块。

其中，第一扭矩模块用于在电动汽车满足第一预设条件时，将预设扭矩值作为整车纵向行驶基础扭矩。第二扭矩模块用于在电动汽车满足第二预设条件时，根据map查找表获取整车纵向行驶基础扭矩。第三扭矩模块用于在电动汽车满足第三预设条件时，通过车辆纵向动力学公式获取整车纵向行驶基础扭矩。

也就是说，本发明实施例的整车纵向行驶基础扭矩包括但不限于下述三种方式：

(1)基于固定的扭矩值：

对于某些应用场合，使用一个固定扭矩值作为整车纵向行驶基础扭矩。

(2)基于map查找表的扭矩值：

对于某些应用场合，使用map查找表的扭矩值作为整车纵向行驶基础扭矩。比如使用实际车速/加速度值、目标车速/加速度与实际车速/加速度的差值来查找二维map表，得到整车纵向行驶基础扭矩，如图6所示。

(3)基于车辆纵向动力学计算的扭矩值：

对于某些应用场合，使用车辆纵向动力学公式计算出的扭矩值作为整车纵向行驶基础扭矩。车辆纵向动力学扭矩包括空气阻力扭矩、滚动阻力扭矩、加速阻力扭矩、坡度阻力扭矩，如图7所示。本专利所述车辆纵向动力学计算扭矩值可选择使用上述四种扭矩中的全部或者部分扭矩，根据工况以及状态来确定使用哪些阻力扭矩。

综上，本发明实施例将整车控制器中所有的速度闭环应用系统整合在一起，并将系统分为上层控制器和下层控制器来实现，使得本系统的内聚性更高和耦合性更低，同时降低开发和维护的成本，同时本系统具有较好的灵活性，能根据不同的应用系统进行功能裁剪。

根据本发明实施例的电动汽车的速度闭环控制系统，第一控制组件计算目标加速度和目标车速，第二控制组件根据上层控制器输出的目标车速、目标加速度以及车辆反馈回来的实际加速度、实际车速形成一个闭环系统，以计算目标扭矩并传送给电机控制器，从而将多个速度闭环系统整合以实现车辆的分层控制，不但能准确控制车速并使车辆稳定地保持目标车速，而且有效减少结构冗余，降低维护成本，提高车辆的实用性，简单易实现。

其次参照附图描述根据本发明实施例提出的电动汽车的速度闭环控制方法。

图8是本发明实施例的电动汽车的速度闭环控制方法的流程图。

如图8所示，采用上述的电动汽车的速度闭环控制系统，该电动汽车的速度闭环控制方法包括以下步骤：

在步骤s801中，识别车辆所处的当前工况，并生成车辆的目标车速和目标加速度。

其中，在本发明的一个实施例中，识别车辆所处的当前工况，并生成车辆的目标车速和目标加速度，包括：根据输入信号确定当前工况，其中，当前工况包括蠕行工况和巡航工况；在当前工况为蠕行工况时，根据当前车速和当前挡位确定蠕行目标车速和蠕行目标加速度；在当前工况为巡航工况时，根据当前车速、当前距离和当前触发信号确定巡航目标车速和巡航目标加速度。

在步骤s802中，获取电动汽车的当前车速和当前加速度，并根据当前工况、目标车速、目标加速度、当前车速和当前加速度得到目标扭矩。

在步骤s803中，将目标扭矩发送至电机控制器，以使电动汽车的电机根据目标扭矩进行输出。

需要说明的是，前述对电动汽车的速度闭环控制系统实施例的解释说明也适用于该实施例的电动汽车的速度闭环控制方法，此处不再赘述。

根据本发明实施例的电动汽车的速度闭环控制方法，首先计算目标加速度和目标车速，其次根据上层控制器输出的目标车速、目标加速度以及车辆反馈回来的实际加速度、实际车速形成一个闭环系统，以计算目标扭矩并传送给电机控制器，从而将多个速度闭环系统整合以实现车辆的分层控制，不但能准确控制车速并使车辆稳定地保持目标车速，而且有效减少结构冗余，降低维护成本，提高车辆的实用性，简单易实现。

此外，本发明的实施例还提出一种电动汽车，该电动汽车包括上述的电动汽车的速度闭环控制系统。该电动汽车的第一控制组件计算目标加速度和目标车速，第二控制组件根据上层控制器输出的目标车速、目标加速度以及车辆反馈回来的实际加速度、实际车速形成一个闭环系统，以计算目标扭矩并传送给电机控制器，从而将多个速度闭环系统整合以实现车辆的分层控制，不但能准确控制车速并使车辆稳定地保持目标车速，而且有效减少结构冗余，降低维护成本，提高车辆的实用性，简单易实现。

此外，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者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。