一种纯电动汽车弹射起步控制方法及控制系统与流程

1.本发明涉及纯电动汽车控制领域，更具体地，涉及一种纯电动汽车弹射起步控制方法及控制系统。


背景技术：

2.弹射起步实现原理是利用变速箱将发动机转速调节到最大扭矩的输出状态，从而实现在起跑的瞬间发动机就开始以最大扭矩输出，实现最佳加速度的一种加速技术。电动车与燃油车实现方法类似，扭矩输出由发动机变化为驱动电机。
3.现有的弹射起步的控制方法主要有两种，第一种的的实现步骤为：
4.1、关闭esp稳定系统(如需手动关闭)；
5.2、刹车踩死，达到预设行程；
6.3、油门踩死，达到预设行程；
7.4、待转速攀升至最佳起步转速的瞬间猛抬刹车。
8.该种控制方法描述了弹射起步功能的实现过程，但并未为电机堵转过程及控制方法做更详细的说明。
9.第二种弹射起步实现为，一旦电机控制器判断出永磁同步电机处于堵转工况，则采用虚拟的电机位置信号作为电机控制器的输入，以使电机控制器向永磁同步电机输出正弦电流；直至电机控制器判断出永磁同步电机不再为堵转工况，则放弃以虚拟的电机位置信号作为电机控制器的输入。
10.该种方式实现了电机堵转时扭矩的正常输出，且一定程度上降低了电机的发热，但是与弹射起步功能未完全匹配，需要更长的检测时间，增加了发热，且该方法本身并未是完全为降低发热而设计，对堵转温升的控制还有提升空间。


技术实现要素：

11.本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种纯电动汽车弹射起步控制方法及控制系统。
12.根据本发明的第一方面，提供了一种纯电动汽车弹射起步控制方法，包括：
13.当纯电动汽车处于弹射起步模式时，通过减小电机本体及电机控制器的载波频率，以抑制电机控制器的损耗发热量；和/或，
14.当纯电动汽车处于弹射起步模式时，驱动电机转子旋转特定角度，以减小电机堵转相电流；和/或，
15.当纯电动汽车处于弹射起步模式时，增大流经电机控制器与电机本体的冷却液流量，并降低冷却液温度，以增强电机本体及电机控制器的散热。
16.在上述技术方案的基础上，本发明还可以作出如下改进。
17.可选的，通过如下方式判断纯电动汽车是否处于弹射起步模式：
18.获取纯电动汽车的弹射起步状态位；
19.根据纯电动汽车的弹射起步状态位，判断纯电动汽车是否处于弹射起步模式。
20.可选的，所述当纯电动汽车处于弹射起步模式时，通过减小电机本体及电机控制器的载波频率，以抑制电机控制器的损耗发热量，包括：
21.当纯电动汽车处于弹射起步模式时，根据纯电动汽车的当前车速，在载波频率表中查找与当前车速对应的第一载波频率，其中，所述载波频率表中存储有车速与载波频率之间的对应关系；
22.将所述第一载波频率减去设定频率得到的第二载波频率作为减小后的载波频率，其中，所述设定频率与纯电动汽车的当前车速相关。
23.可选的，所述载波频率表中存储有车速范围与载波频率之间的对应关系；
24.所述根据纯电动汽车的当前车速，在载波频率表中查找与当前车速对应的第一载波频率，包括：
25.获取纯电动汽车的当前车速落入的车速范围；
26.基于车速范围在载波频率表中查找对应的第一载波频率。
27.可选的，所述当纯电动汽车处于弹射起步模式时，驱动电机转子旋转特定角度，以减小电机堵转相电流，包括：
28.在电机定子绕组上确定最小温升的堵转测试点位置；
29.基于电机零位和所述最小温升的堵转测试点位置，确定需要驱动电机转子旋转的特定角度，并在弹射起步模式下驱动电机转子旋转到特定位置。
30.可选的，所述在电机定子绕组上确定最小温升的堵转测试点位置，包括：
31.沿电机定子绕组圆周方向上均匀选取n个堵转测试点位置，并测试每一个堵转测试点位置处的温升，确定出最小温升的堵转测试点位置。
32.可选的，所述当纯电动汽车处于弹射起步模式时，增大流经电机控制器与电机本体的冷却液流量，并降低冷却液温度，以增强电机本体及电机控制器的散热，包括：
33.当纯电动汽车处于弹射起步模式时，整车控制器vcu输出占空比增大的pwm波控制信号，驱动水泵和冷却风扇运转，以增大水泵和冷却风扇的转速，进而增大流经电机控制器与电机本体的冷却液流量，并降低冷却液温度。
34.根据本发明的第二方面，提供一种纯电动汽车弹射起步控制系统，包括：第一控制模块，用于当纯电动汽车处于弹射起步模式时，通过减小电机本体及电机控制器的载波频率，以抑制电机控制器的损耗发热量；
35.第二控制模块，用于当纯电动汽车处于弹射起步模式时，驱动电机转子旋转特定角度，以减小电机堵转相电流；
36.第三控制模块，用于当纯电动汽车处于弹射起步模式时，增大流经电机控制器与电机本体的冷却液流量，并降低冷却液温度，以增强电机本体及电机控制器的散热。
37.根据本发明的第三方面，提供了一种电子设备，包括存储器、处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机管理类程序时实现纯电动汽车弹射起步控制方法的步骤。
38.根据本发明的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机管理类程序，所述计算机管理类程序被处理器执行时实现纯电动汽车弹射起步控制方法的步骤。
39.本发明提供的一种纯电动汽车弹射起步控制方法及控制系统，从抑制发热和增强
散热两个方向入手，旨在降低纯电动汽车弹射起步扭矩保持阶段的电机堵转损坏风险。
附图说明
40.图1为本发明提供的一种纯电动汽车弹射起步控制方法流程图；
41.图2为驱动定子转动的角度的示意图；
42.图3为纯电动汽车弹射起步的实现过程示意图；
43.图4为纯电动汽车弹射起步控制流程示意图；
44.图5为本发明提供的一种纯电动汽车弹射起步控制系统结构示意图；
45.图6为本发明提供的一种可能的电子设备的硬件结构示意图；
46.图7为本发明提供的一种可能的计算机可读存储介质的硬件结构示意图。
具体实施方式
47.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
48.纯电动汽车的电机正常转动时，定子绕组形成的旋转磁场拖动转子旋转，而转子中感应电流所产生的磁场也在定子绕组感应出反电势，也就是感抗，起到阻止电机定子电流增加的作用。
49.而弹射起步扭矩保持阶段为电机堵转状态，此时电机处于静止状态，反电动势为零，电机的定子绕组则等效成母线电压作用下的电感元件，只有其自身的电阻和电感。高压电压全部加载到定子绕组上，因而电流异常大。此时定子会快速发热，导致电机退磁甚至烧毁绕组。
50.因此本发明提供的方法从抑制发热和增强散热两个方向入手，旨在降低弹射起步扭矩保持阶段的电机堵转损坏风险。
51.图1为本发明提供的一种纯电动汽车弹射起步控制方法流程图，如图1所示，该弹射起步控制方法主要包括：
52.a、当纯电动汽车处于弹射起步模式时，通过减小电机本体及电机控制器的载波频率，以抑制电机控制器的损耗发热量。
53.可理解的是，对于纯电动汽车的电机控制器，其中的igbt损耗主要来自于开关损耗与通态损耗。堵转过程中，相电流异常增大，载波频率越大，则损耗也会相应增大，发热随之增加。
54.其中，igbt的开关损耗的计算公式为：
[0055][0056]
式中：
[0057]
f—igbt开关频率(hz)；
[0058]
e_(on_igbt)—(inom,vmon)测试状态下的igbt开通损耗(w)；
[0059]
e_(off_igbt)—(inom,vmon)测试状态下igbt关断损耗(w)；
[0060]
iac—mcu实际输出电流(a)；
[0061]
vdc—mcu实际母线电压(v)；
[0081]
比如，当前转速为300rpm时，则通过载波频率查表可得到其对应的载波频率为n1hz，那么此时以n1hz的载波频率控制电机本体和电机控制器运转。
[0082]
若弹射起步状态为enable(电动汽车为弹射起步模式)，则进行弹射起步模式的载波频率查表，其中，弹射起步模式的载波频率表为在传统的载波表的基础上修订得到。对于同一个车速范围内，在弹射起步模式的载波频率表中对应的载波频率(称为第二载波频率)相比在传统的载波频率表中对应的载波频率(称为第一载波频率)要低。
[0083]
在具体实现过程中，可根据传统的载波频率表先更新弹射起步模式的载波频率表，可参见表2，其中，n1小于n1。
[0084]
表2弹射起步模式下的载波频率表
[0085]
电机转速0～500～2000～5000～8000～12000～16000非弹射 n1 n2 n3 n4 n5 n6 弹射 n1 n2 n3 n4 n5 n6 [0086]
然后根据电动汽车当前车速，在弹射起步模式的载波频率表中查找对应的载波频率。
[0087]
或者，另外一种方式是，当电动汽车处于弹射起步模式时，根据车辆当前车速，在传统的载波频率表中查找对应的第一载波频率，然后在第一载波频率的基础上减去设定频率得到第二载波频率，那么第二载波频率就比第一载波频率小。其中，在第一载波频率的基础上减去的设定频率在不同的车速范围内可不同，具体实现时，可根据车速范围进行对应设置。
[0088]
其中，比如，当电动汽车处于弹射起步模式时，当车辆的当前转速为0rpm时，通过传统的载波频率表查找到对应的载波频率为n1 hz，然后在n1 hz的基础上减小2khz，减小后的载波频率为n1 hz。也可以直接根据更新后的弹射起步模式的载波频率表，查找转速0rpm对应的载波频率n1 hz。
[0089]
采用何种形式，得到减小后的载波频率，本发明实施例不作特别限定。采用上述方法可减小电机堵转状态下，电机本体和电机控制器运转的载波频率，以抑制电机本体和电机控制器的发热。
[0090]
b、当纯电动汽车处于弹射起步模式时，驱动电机转子旋转特定角度，以减小电机堵转相电流。
[0091]
可以理解的是，除了上述步骤a中通过减小电机堵转状态下，电机本体和电机控制器运转的载波频率，以抑制电机本体和电机控制器的发热的方式，还可以当纯电动汽车处于弹射起步模式时，驱动电机转子旋转特定角度，以减小电机堵转相电流的方式减小电流发热。
[0092]
其中，若电机采用星型连接，在正常工作时，三相电流矢量相位之间互差120度，且转子旋转时三相电流为正弦交流电流，ia ib ic＝0。
[0093]
但当电机堵转时，转子固定在某个位置，转子磁场位置也被固定，则定子电流矢量也相应固定在对应方向。此时转子磁场对各相磁路产生不均衡影响，使得三相电流变成直流电流，且三相直流电流稳态幅值不相等。
[0094]
其中，当电机处于堵转状态时，电机的三相铜耗表达式为：
[0095]
pu＝(icosθ)2*r；
[0096][0097][0098]
其中，pu为第一相铜耗，pv为第二相铜耗，pw为第三相铜耗，θ为堵转位置角，i为电流，r为电阻。电机堵转时，各相定子绕组的铜耗与定子电流空间矢量位置呈正弦关系。根据实测，不同位置θ时，由于三相的直流电流幅值差异很大，各相发热量差异也很大，往往发热最严重的那相绕组最先烧毁。因此，如果能够预先让转子转动到特定位置，避开堵转恶劣位置，从而减小单相上的堵转相电流，则可以提高堵转可靠性。
[0099]
基于此，本发明实施例识别到进入到电动汽车处于弹射起步模式后，驱动转子旋转特定角度，减小堵转相电流。
[0100]
作为实施例，所述当纯电动汽车处于弹射起步模式时，驱动电机转子旋转特定角度，以减小电机堵转相电流，包括：在电机定子绕组上确定最小温升的堵转测试点位置；基于电机零位和所述最小温升的堵转测试点位置，确定需要驱动电机转子旋转的特定角度，并在弹射起步模式下驱动电机转子旋转到特定位置。
[0101]
其中，所述在电机定子绕组上确定最小温升的堵转测试点位置，包括：沿电机定子绕组圆周方向上均匀选取n个堵转测试点位置，并测试每一个堵转测试点位置处的温升，确定出最小温升的堵转测试点位置。
[0102]
可以理解的是，在常规方案中，电机堵转为非预期的状态，因此无法预知电机堵转位置θ，也就无法控制绕组的实际发热。
[0103]
在本发明实施例中，增加对弹射起步状态位的判断，因此电机堵转为预期的状态。在电机定子绕组上确定最小温升的堵转测试点位置的实现方法为事先在台架标定不同电机堵转位置θ下，测量三相电流幅值大小和对应的温升，例如沿电机的定子绕组圆周方向均匀选取n个堵转测试点，即每隔360/n机械角度选取一个测试点，测量每一个测试点对应的温升，最小温升对应的测试点位置为最优堵转位置θ，各个测试点对应的温升可见表3所示。
[0104]
表3不同堵转位置点对应的温升
[0105][0106]
假设cn＜c1＜b2，则由表3可知，在堵转位置点n这个位置，对应的温升最小，因此，堵转位置点n为最优堵转位置点。
[0107]
随后将得到的最优堵转位置θ写入堵转控制逻辑，若弹射起步状态位为disable，不对电机控制产生影响；若弹射起步状态为enable，则控制转子转动一定角度，使其在起步前运动到最优堵转位置θ，且由于转动角度很小，对用户体验基本没有影响。
[0108]
其中，控制电机转子转动多大角度，为基于电机零位和最小温升的堵转测试点位置来确定，可参见图2，其中，电机零位和最优堵转位置之间的夹角即为需要驱动定子转动的角度。当确定了需要驱动电机转子旋转的特定角度，在弹射起步模式下驱动电机转子旋
转到特定位置。
[0109]
上述步骤b当识别到电动汽车进入弹射起步模式后，驱动转子旋转特定角度，减小堵转相电流，进而抑制电机产生更多的热量。
[0110]
c、当纯电动汽车处于弹射起步模式时，增大流经电机控制器与电机本体的冷却液流量，并降低冷却液温度，以增强电机本体及电机控制器的散热。
[0111]
可理解的是，步骤a和步骤b为从抑制发热的方向来减小电机处于堵转状态时的发热，除减小发热外，增强散热也是提高可靠性的有效手段。本步骤从增强散热的方向，降低弹射起步扭矩保持阶段的电机堵转损坏风险。
[0112]
增强散热的措施主要是当识别到电动汽车进入弹射起步模式后，主动增大流经电机控制器与电机本体的冷却液流量，并降低冷却液温度。其中，冷却液流经电机控制器与电机绕组，能够使其快速散热。若能够快速在堵转时降低冷却液温度并提高流量，则能够带走更多热量，避免过热。
[0113]
作为实施例，所述当纯电动汽车处于弹射起步模式时，增大流经电机控制器与电机本体的冷却液流量，并降低冷却液温度，以增强电机本体及电机控制器的散热，包括：当纯电动汽车处于弹射起步模式时，整车控制器vcu输出占空比增大的pwm波控制信号，驱动水泵和冷却风扇运转，以增大水泵和冷却风扇的转速，进而增大流经电机控制器与电机本体的冷却液流量，并降低冷却液温度。
[0114]
可理解的是，在常规方案中，vcu会根据电机控制器及电机绕组温度实时调节水泵与冷却风扇的转速。其中水泵转速越大，冷却液流量越大；冷却风扇转速越大，冷却液温度越低。若利用常规方案进行散热控制，则冷却液大小与温度是一个渐变的过程。即随着堵转温度上升，冷却液流量逐渐增大，冷却液温度逐渐减低。因此在规定堵转时间内，存在着温度采样、温度处理、信号传递、逻辑处理、指令发送、水泵与风扇执行的一连串动作，降低了散热的效率。
[0115]
在本发明实施例中，增加对弹射起步状态位的判断。实现方法为在常规散热逻辑中，增加判断条件：若弹射起步状态位为disable，依然进行常规的水泵及风扇控制；若弹射起步状态为enable，则vcu输出100％pwm波控制信号，水泵及风扇按最大能力工作。即在用户准备弹射起步时，预先进行了最大散热能力的准备，省去了温度采样、温度处理、信号传递的时间，提高了散热效率。
[0116]
需要说明的是，上述步骤a、b和c的抑制发热方式和增强发热方式均是在电动汽车处于弹射起步模式下进行的，因此，在实际实现过程中，设置一个状态位来标记当前汽车是否处于弹射起步模式。具体的，可参见图3，电动汽车的弹射起步流程如下：
[0117]
1、满足弹射起步前置条件：车辆驾驶偏好选择sport模式、挡位置为d档；
[0118]
2、hmi打开弹射起步功能：车辆hmi开发“弹射起步模式”按钮，当驾驶员主动点击后，应当将弹射起步enable状态位通知到vcu、电机控制器等(另：也可通过油门&刹车的组合来打开弹射起步功能)；
[0119]
3、深踩刹车踏板：深踩刹车踏板需大于固定行程(开发阶段标定)才认为满足条件；
[0120]
4、深踩油门踏板，弹射起步模式激活：深踩油门踏板需大于固定行程(开发阶段标定)才认为满足条件。此时弹射起步模式激活，电机固定不动但扭矩已预加载，即进入堵转
状态；
[0121]
5、释放刹车踏板：弹射起步模式激活后，需要释放刹车踏板，释放刹车踏板需小于固定行程(开发阶段标定)才认为满足条件；
[0122]
6、判断从激活弹射起步至释放刹车时间：当激活弹射起步后，hmi将提示“请与n秒内完全释放刹车踏板”。当驾驶员释放踏板时，vcu计算激活至释放的间隔时间。若大于n秒(开发阶段标定)，则弹射起步失败，vcu请求电机控制器输出0nm，弹射起步状态位设置为disable；若小于n秒，则弹射起步成功，车辆加速前进，将弹射起步状态位设置为enable；
[0123]
7、判断弹射起步退出条件：根据车速、油门踏板、加速时间等设置退出逻辑，若满足预设条件，则退出弹射起步模式，弹射起步状态位重置为disable，整个流程结束。
[0124]
通过上述步骤1～7设置了电动汽车的弹射起步状态位，当电动汽车启动时，通过查看弹射起步状态位就能够判断是否处于弹射起步模式。本发明实施例的抑制发热与增强散热的措施，在“hmi打开弹射起步功能”步骤生效，以下将具体描述作用原理如图4所示。
[0125]
hmi打开弹射起步，设置弹射起步状态位＝enable；hmi关闭弹射起步，设置弹射起步状态位＝disable。在电动汽车起步时，通过弹射起步状态位判断电动汽车是否处于弹射起步模式，当电动汽车处于弹射起步模式时，可通过降低电机本体和电机控制器运转的载波频率和/或控制定子旋转一定的角度等方式抑制电机和电机控制器的发热；以及通过增强水泵及风扇的工作能力，来增强流经电机控制器的冷却液流量，并降低冷却液温度的方式，来增强散热能力。
[0126]
图5为本发明实施例提供的一种纯电动汽车弹射起步控制系统结构图，如图5所示，一种纯电动汽车弹射起步控制系统，包括第一控制模块51、第二控制模块52和第三控制模块53，其中：
[0127]
第一控制模块51，用于当纯电动汽车处于弹射起步模式时，通过减小电机本体及电机控制器的载波频率，以抑制电机控制器的损耗发热量；第二控制模块52，用于当纯电动汽车处于弹射起步模式时，驱动电机转子旋转特定角度，以减小电机堵转相电流；第三控制模块53，用于当纯电动汽车处于弹射起步模式时，增大流经电机控制器与电机本体的冷却液流量，并降低冷却液温度，以增强电机本体及电机控制器的散热。
[0128]
可以理解的是，本发明提供的一种纯电动汽车弹射起步控制系统与前述各实施例提供的纯电动汽车弹射起步控制方法相对应，纯电动汽车弹射起步控制系统的相关技术特征可参考纯电动汽车弹射起步控制方法的相关技术特征，在此不再赘述。
[0129]
请参阅图6，图6为本发明实施例提供的电子设备的实施例示意图。如图6所示，本发明实施例提了一种电子设备600，包括存储器610、处理器620及存储在存储器610上并可在处理器620上运行的计算机程序611，处理器620执行计算机程序611时实现以下步骤：当纯电动汽车处于弹射起步模式时，通过减小电机本体及电机控制器的载波频率，以抑制电机控制器的损耗发热量；和/或当纯电动汽车处于弹射起步模式时，驱动电机转子旋转特定角度，以减小电机堵转相电流；和/或当纯电动汽车处于弹射起步模式时，增大流经电机控制器与电机本体的冷却液流量，并降低冷却液温度，以增强电机本体及电机控制器的散热。
[0130]
请参阅图7，图7为本发明提供的一种计算机可读存储介质的实施例示意图。如图7所示，本实施例提供了一种计算机可读存储介质700，其上存储有计算机程序711，该计算机程序711被处理器执行时实现如下步骤：当纯电动汽车处于弹射起步模式时，通过减小电机
本体及电机控制器的载波频率，以抑制电机控制器的损耗发热量；和/或当纯电动汽车处于弹射起步模式时，驱动电机转子旋转特定角度，以减小电机堵转相电流；和/或当纯电动汽车处于弹射起步模式时，增大流经电机控制器与电机本体的冷却液流量，并降低冷却液温度，以增强电机本体及电机控制器的散热。
[0131]
本发明实施例提供的一种纯电动汽车弹射起步控制方法及控制系统，具有以下技术效果：
[0132]
(1)相比现有方案，本发明对电动汽车弹射起步流程进行了详细的描述，明确了弹射起步功能开发过程的难点。
[0133]
(2)对于弹射起步功能，首要解决电机堵转的时间内，温升能够满足设计要求，不会烧毁或损坏电机。因此，本发明从两个角度(抑制发热和增强散热)进行现有方案的优化，优化方案是在常规方案基础上进行逻辑算法开发，具有开发规模可控、成本较低、且可靠性高的效果。
[0134]
需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
[0135]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0136]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0137]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0138]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0139]
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0140]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。