專利名稱：一種純電動(dòng)車輛防電機(jī)堵轉(zhuǎn)的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電動(dòng)車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力輸出控制裝置。本發(fā)明涉及離合器控制方法等。
現(xiàn)有技術(shù)傳統(tǒng)靠發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車，在爬坡時(shí)或者遇到其他輸出力矩不足的情況下會(huì)出現(xiàn) 倒拖發(fā)動(dòng)機(jī)的現(xiàn)象，發(fā)動(dòng)機(jī)在這種情況下就會(huì)熄火，車輛靜止不動(dòng)，駕駛員可以重新起動(dòng)并 選擇合適的檔位完成動(dòng)作。在純電動(dòng)汽車中，常常遇到爬坡動(dòng)力不足或者其他情況下的驅(qū) 動(dòng)力矩不足的現(xiàn)象，而動(dòng)力連接裝置一般采用傳統(tǒng)車的連接方式，離合器在使用中處在常 閉狀態(tài)，所以也會(huì)出現(xiàn)倒拖電機(jī)的情況，電機(jī)發(fā)生堵轉(zhuǎn)，而堵轉(zhuǎn)電流往往是額定電流的3-4 倍，這樣就容易造成電機(jī)控制器的損壞，從而車輛無(wú)法再次起動(dòng)；另外還有部分裝置是在堵 轉(zhuǎn)發(fā)生之前通過(guò)執(zhí)行裝置將離合器分開(kāi)，切斷動(dòng)力輸出，這時(shí)就會(huì)造成汽車的“溜坡”，同樣 存在危險(xiǎn)。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，發(fā)明人設(shè)計(jì)了一種離合器的控制方法，并設(shè)計(jì) 了一套實(shí)現(xiàn)該方法的裝置。實(shí)現(xiàn)該方法的裝置包括控制器ECU、伺服電機(jī)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和離合器四個(gè)部分?？?制器ECU對(duì)伺服電機(jī)采用PWM控制方式，伺服電機(jī)采用直流伺服電機(jī)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用渦輪蝸 桿方式。在使用時(shí)，控制器ECU通過(guò)設(shè)定和反饋計(jì)算出并給予伺服電機(jī)相應(yīng)的脈沖信號(hào)，伺 服電機(jī)在該脈沖信號(hào)下作出相應(yīng)的動(dòng)作(包括電機(jī)的轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向)，通過(guò)齒輪減速裝 置將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給蝸桿，通過(guò)渦輪蝸桿的作用，膜片彈簧開(kāi)始動(dòng)作，膜片彈簧的動(dòng)作使離 合器有規(guī)律的分離和接合，離合器在接合過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的沖擊，這個(gè)沖擊增加了車輛 的推力從而達(dá)到幫助車輛越過(guò)障礙的目的?？刂破鞯呐袛嘁罁?jù)包括電機(jī)狀態(tài)信號(hào)、電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)和加速踏板位置信號(hào)。電 機(jī)的狀態(tài)信號(hào)及電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)通訊由電動(dòng)汽車主控制器給出，加速踏板的位置信 號(hào)通過(guò)安裝的位置傳感器給出。通過(guò)電機(jī)狀態(tài)信號(hào)和加速踏板的位置信號(hào)可以判斷電機(jī)是 否處在爬坡或者其他需要大功率做功過(guò)程，再通過(guò)判斷電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)來(lái)觸發(fā)伺服電機(jī)的動(dòng) 作。根據(jù)車輛實(shí)際情況，預(yù)設(shè)電機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速n0。當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速小于目標(biāo)轉(zhuǎn)速nO時(shí)，ECU 控制器認(rèn)為將馬上發(fā)生堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象，因此啟動(dòng)控制程序控制伺服電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)離合器的分離、 接合。在剛ECU控制器開(kāi)始啟動(dòng)防堵轉(zhuǎn)控制程序時(shí)，是按照設(shè)定值給予伺服電機(jī)以驅(qū)動(dòng) 脈沖信號(hào)從而控制離合器的分離、接合速度，該設(shè)定值的大小是由設(shè)計(jì)人員根據(jù)車輛的實(shí) 際情況計(jì)算得出的。但是設(shè)定值并不一定就滿足實(shí)際需要，如果沒(méi)有起到應(yīng)有效果，那么防 堵轉(zhuǎn)控制程序會(huì)給脈沖信號(hào)增加一個(gè)修正量，該修正量也是由設(shè)計(jì)人員根據(jù)車輛實(shí)際情況 預(yù)設(shè)的，控制器按修正后的脈沖信號(hào)重新設(shè)定離合器的分離、接合速度。如果一次修正后仍沒(méi)有起到應(yīng)有效果，那么再次增加設(shè)定的修正量，如此循環(huán)最終達(dá)到車輛克服障礙的效果。 但是設(shè)計(jì)人員也根據(jù)車輛實(shí)際情況，即根據(jù)沖擊度的約束條件給出一個(gè)設(shè)定好的脈沖信號(hào) 的最大值，控制器給出的脈沖信號(hào)不超過(guò)該最大值。具體地說(shuō)，該方法的控制策略如下檢測(cè)加速踏板和離合器踏板的位置及電機(jī)的 轉(zhuǎn)速和電機(jī)狀態(tài)信號(hào)，加速踏板開(kāi)度α >0，離合器踏板開(kāi)度α =0，電機(jī)處在驅(qū)動(dòng)狀態(tài)， 電機(jī)的轉(zhuǎn)速η <η0，在上述四個(gè)條件同時(shí)滿足時(shí)，進(jìn)入防堵轉(zhuǎn)控制程序。當(dāng)上述任一條件不 滿足時(shí)，不進(jìn)入該控制程序。剛進(jìn)入防堵轉(zhuǎn)控制程序時(shí)控制器根據(jù)設(shè)定值向伺服電機(jī)發(fā)出 控制脈沖，伺服電機(jī)做出相應(yīng)的動(dòng)作。隨即檢測(cè)車速的變化，當(dāng)車速增加時(shí)，認(rèn)為控制有效， 控制脈沖不需要進(jìn)行修正，直到加速踏板開(kāi)度減小時(shí)，跳出防堵轉(zhuǎn)控制程序。當(dāng)檢測(cè)到的車 速減小時(shí)，說(shuō)明控制器給予伺服電機(jī)的控制脈沖不夠，因此對(duì)控制脈沖增加相應(yīng)的修正量 Δ Τ’，該修正量是設(shè)計(jì)人員根據(jù)車輛實(shí)際情況設(shè)定的。當(dāng)檢測(cè)到的車速持續(xù)增加，加速踏板 開(kāi)度減小時(shí)，跳出控制程序。如果控制脈沖增加到設(shè)定的最大值時(shí)仍未出現(xiàn)車速增加的情 況，那么車輛慢慢停止，電機(jī)不會(huì)堵轉(zhuǎn)，但需要駕駛員采取制動(dòng)措施，即踩下制動(dòng)踏板，這樣 跳出防堵轉(zhuǎn)程序。另外，本發(fā)明所述的裝置中減速齒輪的減速比和蝸桿的升程與選擇的直流伺服電 機(jī)的功率以及設(shè)計(jì)要求相關(guān)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，對(duì)于采用傳統(tǒng)離合器的純電動(dòng)車輛，本發(fā)明通過(guò)控制離合器 的分離及時(shí)切斷倒拖電機(jī)時(shí)的動(dòng)力傳遞；同時(shí)可以通過(guò)合理設(shè)計(jì)離合器接合的時(shí)間，在沖 擊允許的情況下傳遞動(dòng)力，保持動(dòng)力的輸出。這樣就可以有效的解決純電動(dòng)車輛在爬坡或 者其他大力矩輸出過(guò)程中發(fā)生的因電機(jī)堵轉(zhuǎn)而損害電機(jī)控制器和車輛“溜坡”現(xiàn)象等問(wèn)題。需要對(duì)原來(lái)的傳統(tǒng)離合器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)單的修改和設(shè)計(jì)，對(duì)整體結(jié)構(gòu)改動(dòng)不 大。在離合器踏板處增加位置傳感器，將原來(lái)的液壓助力或者氣壓助力離合器分離裝置更 換為伺服電機(jī)控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
電機(jī)防堵轉(zhuǎn)控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，其中1.控制器ECU 2.伺服電機(jī) 3.減速齒輪組4.渦輪蝸桿執(zhí)行機(jī)構(gòu)5.飛輪6.摩擦片7.壓盤8.膜片彈簧；電機(jī)防堵轉(zhuǎn)控制裝置的控制策略方框圖如圖2所示。
具體實(shí)施例方式在實(shí)際應(yīng)用時(shí)需對(duì)純電動(dòng)車輛的離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行修改，用本發(fā)明的執(zhí)行機(jī)構(gòu) 代替原來(lái)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。離合器踏板需要加裝位置傳感器，可以給出離合器踏板的位置(模 擬量)。在未觸發(fā)防堵轉(zhuǎn)動(dòng)作之前，離合器的控制根據(jù)離合器踏板位置進(jìn)行線性控制；當(dāng)觸 發(fā)了防堵轉(zhuǎn)程序之后，進(jìn)入自動(dòng)控制階段，控制器ECU根據(jù)采集信號(hào)對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行PWM控 制，離合器在此控制過(guò)程下有規(guī)律的進(jìn)行分離、接合動(dòng)作。實(shí)施例1某環(huán)衛(wèi)車的設(shè)計(jì)爬坡度為20%，在實(shí)際使用中遇到了坡度大于20%的坡(約為 22%)。駕駛員駕駛車輛爬坡，車輛由于慣性，在剛開(kāi)始的時(shí)候會(huì)以一定的速度開(kāi)始爬坡，但 由于輸出力矩不足，車速開(kāi)始降低，此時(shí)離合器是常閉狀態(tài)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨之降低，如果不采取措施，電機(jī)就會(huì)發(fā)生堵轉(zhuǎn)，堵轉(zhuǎn)電流是額定電流的3-4倍，瞬間大電流極易造成電機(jī)控 制器的損壞。此時(shí)離合器踏板開(kāi)度α =0，加速踏板開(kāi)度會(huì)持續(xù)加大到最大值，電機(jī)處在 驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速持續(xù)降低，設(shè)定的電機(jī)最低轉(zhuǎn)速n0 = 50r/min，當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速η < ηΟ 時(shí)，觸發(fā)防堵轉(zhuǎn)控制程序?？刂破鱁CU根據(jù)設(shè)定值(本設(shè)計(jì)中設(shè)定值為T = 120% Tmax, Tmax為驅(qū)動(dòng)電機(jī)所能給出的最大力矩，下同)給伺服電機(jī)發(fā)出控制信號(hào)，控制電機(jī)在此信 號(hào)的作用下帶動(dòng)膜片彈簧有規(guī)律的動(dòng)作，產(chǎn)生一定的沖擊，在這種沖擊的作用下，車輛能夠 繼續(xù)爬坡，沒(méi)有發(fā)生堵轉(zhuǎn)和“溜坡”現(xiàn)象，最后順利越過(guò)此坡。實(shí)施例2某環(huán)衛(wèi)車的設(shè)計(jì)爬坡度為20%，在實(shí)際使用中遇到了坡度大于20%的坡(約為 30%)。駕駛員駕駛車輛爬坡，車輛由于慣性，在剛開(kāi)始的時(shí)候會(huì)以一定的速度開(kāi)始爬坡，但 由于輸出力矩不足，車速開(kāi)始降低，此時(shí)離合器是常閉狀態(tài)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨之降低，如果不 采取措施，電機(jī)就會(huì)發(fā)生堵轉(zhuǎn)，堵轉(zhuǎn)電流是額定電流的3-4倍，瞬間大電流極易造成電機(jī)控 制器的損壞。此時(shí)離合器踏板開(kāi)度α =0，加速踏板開(kāi)度會(huì)持續(xù)加大到最大值，電機(jī)處在 驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速持續(xù)降低，設(shè)定的電機(jī)最低轉(zhuǎn)速n0 = 50r/min，當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速η < ηΟ 時(shí)，觸發(fā)防堵轉(zhuǎn)控制程序。控制器ECU根據(jù)設(shè)定值(本設(shè)計(jì)中設(shè)定值為T = 120% Tmax) 給伺服電機(jī)發(fā)出控制信號(hào)，控制電機(jī)在此信號(hào)的作用下帶動(dòng)膜片彈簧有規(guī)律的動(dòng)作，產(chǎn)生 一定的沖擊，但是該沖擊的作用不足以使車輛能夠繼續(xù)爬坡，車速繼續(xù)減小。這時(shí)防堵轉(zhuǎn) 控制程序根據(jù)設(shè)定值加上修正量向伺服電機(jī)再次發(fā)出控制信號(hào)，在本設(shè)計(jì)中修正量為 Tmax，控制電機(jī)帶動(dòng)膜片彈簧產(chǎn)生更大的沖擊，但是仍然不能使車速增加。防堵轉(zhuǎn)控制程序 再次增加修正量向伺服電機(jī)發(fā)出控制信號(hào)，但由于坡度過(guò)大，始終無(wú)法使車輛爬上坡，如此 循環(huán)后控制程序向伺服電機(jī)發(fā)出了設(shè)定好的最大的控制信號(hào)，在本設(shè)計(jì)中為130% Tmax0 車輛仍然無(wú)法正常爬坡，這時(shí)駕駛員踩制動(dòng)踏板，結(jié)束防堵轉(zhuǎn)控制程序。雖然車輛沒(méi)有能爬 上該坡，但仍然防止了電機(jī)堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象發(fā)生。
權(quán)利要求
1.一種防止純電動(dòng)車輛電機(jī)堵轉(zhuǎn)的方法，其特征在于其具有以下步驟1)檢測(cè)加速踏板和離合器踏板的位置以及電機(jī)的轉(zhuǎn)速和電機(jī)狀態(tài)信號(hào)來(lái)確定是否啟 動(dòng)防電機(jī)堵轉(zhuǎn)的程序；2)啟動(dòng)防電機(jī)堵轉(zhuǎn)的程序后，控制器通過(guò)PWM的方式向伺服電機(jī)發(fā)出控制脈沖，伺服 電機(jī)在該脈沖信號(hào)下作出相應(yīng)的動(dòng)作，通過(guò)齒輪減速裝置將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給蝸桿，通過(guò)渦 輪蝸桿的作用，實(shí)現(xiàn)離合器的自動(dòng)分離、接合；3)當(dāng)防電機(jī)堵轉(zhuǎn)程序啟動(dòng)后，如果檢測(cè)到車速持續(xù)增加，或者制動(dòng)踏板開(kāi)度大于零，或 是駕駛員踩下離合器時(shí)，跳出該電機(jī)堵轉(zhuǎn)程序。
2.權(quán)利要求1中所述的防止純電動(dòng)車輛電機(jī)堵轉(zhuǎn)的方法，其特征在于只有同時(shí)滿足加 速踏板開(kāi)度α >0，離合器踏板開(kāi)度α =0，電機(jī)處在驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速η <η0這四 個(gè)條件時(shí)，進(jìn)入防堵轉(zhuǎn)控制程序。
3.權(quán)利要求2中所述的防止純電動(dòng)車輛電機(jī)堵轉(zhuǎn)的方法，其特征在于所述ηΟ為設(shè)計(jì)人 員根據(jù)車輛實(shí)際情況做出的預(yù)定值。
4.權(quán)利要求1所述的防止純電動(dòng)車輛電機(jī)堵轉(zhuǎn)的方法，其特征在于伺服電機(jī)在該脈沖 信號(hào)下作出相應(yīng)的動(dòng)作，通過(guò)齒輪減速裝置將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給蝸桿，通過(guò)渦輪蝸桿的作用， 膜片彈簧開(kāi)始動(dòng)作，膜片彈簧的動(dòng)作給車輛增加了推力。
5.權(quán)利要求1中所述的防止純電動(dòng)車輛電機(jī)堵轉(zhuǎn)的方法，其特征在于控制器向伺服電 機(jī)發(fā)出的脈沖信號(hào)在初始時(shí)以設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)好的值向伺服電機(jī)發(fā)出，如果達(dá)到車輛速度不 繼續(xù)降低的效果的話則持續(xù)按此設(shè)定值發(fā)出脈沖信號(hào)；如果未達(dá)到車輛加速的效果的話則 按照設(shè)計(jì)好的修正量逐次增大該脈沖信號(hào)，直至達(dá)到車輛加速的效果，但是該脈沖信號(hào)不 超過(guò)設(shè)計(jì)好的最大值。
6.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1中所述方法的裝置，其特征在于該裝置包括控制器ECU，伺 服電機(jī)，減速齒輪組，渦輪蝸桿執(zhí)行機(jī)構(gòu)，膜片彈簧離合器；其中ECU與伺服電機(jī)相連，通過(guò) PWM控制伺服電機(jī)，伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)減速齒輪組的轉(zhuǎn)動(dòng)，減速齒輪組將該轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給渦 輪蝸桿執(zhí)行機(jī)構(gòu)，渦輪蝸桿執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作推動(dòng)膜片彈簧動(dòng)作，膜片彈簧動(dòng)作給予壓盤一 定頻率的壓力，從而實(shí)現(xiàn)壓盤與摩擦片以及摩擦片與飛輪的分離與接合。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種防止純電動(dòng)車輛電機(jī)堵轉(zhuǎn)的方法以及實(shí)現(xiàn)該方法的裝置。實(shí)現(xiàn)該方法的裝置包括控制器ECU、伺服電機(jī)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和離合器四個(gè)部分?？刂破鱁CU對(duì)伺服電機(jī)采用PWM控制方式，伺服電機(jī)采用直流伺服電機(jī)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用渦輪蝸桿方式。在使用時(shí)，控制器ECU通過(guò)設(shè)定和反饋計(jì)算出并給予伺服電機(jī)相應(yīng)的脈沖信號(hào)，伺服電機(jī)在該脈沖信號(hào)下作出相應(yīng)的動(dòng)作(包括電機(jī)的轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向)，通過(guò)齒輪減速裝置將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給蝸桿，通過(guò)渦輪蝸桿的作用，膜片彈簧開(kāi)始動(dòng)作，膜片彈簧的動(dòng)作使離合器有規(guī)律的分離和接合，離合器在接合過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的沖擊，這個(gè)沖擊增加了車輛的推力從而達(dá)到幫助車輛越過(guò)障礙的目的。
文檔編號(hào)H02K7/108GK102080694SQ20101053738
公開(kāi)日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2010年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月10日
發(fā)明者周炳峰, 明巧紅, 曾慶文 申請(qǐng)人:上海中科深江電動(dòng)車輛有限公司