[发明专利]永磁电机驱动的纯电动汽车坡道驻坡(防倒溜)方法

说明书

技术领域

本发明涉及永磁同步电机为主驱动电机的纯电动汽车领域，具体涉及使用永磁同步电机矢量控制技术防止车辆在斜坡上发生溜坡，以达到驻坡的效果。

背景技术

纯电动汽车以车载电源为动力，通过电机将电能转化为机械能，驱动车轮行驶。目前可应用于电动汽车的驱动电机类型主要有直流电机、感应电机、永磁同步电机、直流无刷电机和开关磁阻电机等。由于永磁电机具有效率高、输出转矩稳定、功率体积比大的优势，加上我国稀土资源储量丰富，因此永磁同步电机驱动的电动汽车是未来重要的发展方向。

汽车在坡道上时，重力的下滑分力会使汽车有下滑的趋势。对于普通手动档燃油汽车，从踩下离合器、松开制动踏板到踩下油门踏板的时间里，汽车处于丧失动力状态，极易发生溜坡现象，对车辆行驶安全造成极大的危害；对于自动档燃油汽车，若没有智能动力控制系统，在D档松开制动踏板时仍会因为输出动力不足而发生溜坡。

电动车的动力输出机理和燃油汽车完全不同。内燃机在停机时没有转矩输出，而电机可以在转子静止的状态下输出全额扭矩。因此，只需控制动力传动系统的输出转矩与负载转矩相平衡，即可实现电动汽车在坡道上静止。

中国专利2010105198203公开了一种纯电动车辆怠速防倒溜的控制方法，它包括整车控制器、电机控制器、电机、制动踏板、手刹装置、油门踏板、动力电池，其中整车控制器与所述的电机控制器、制动踏板、手刹装置、油门踏板、动力电池均相连接，动力电池通过所述的电机控制器与所述的电机相连接。该内容主要侧重于概述电动汽车防倒溜功能的控制策略和实施步骤，缺乏具体的操作方案。

中国专利2010101568536公开了一种电动车辆坡道安全起步控制系统，它引入一种坡道识别系统，先由整车控制器计算出当前坡度并计算出为防止溜坡所需的转矩，然后由电机控制器发出相应转矩指令，使车辆在坡道条件下能平稳起步。该方案提供了通过控制电机转矩来实现驻坡的思路，但在控制器发出转矩指令之后如何控制电机，并没有给予说明，缺乏实际操作性。

中国专利200810215811.8公开了一种应用于混合动力汽车的防倒溜方案，它先通过车辆驻坡时电机输出的转矩确定防止车辆倒溜所需的车轮扭矩的量，并逐渐减少电机产生的扭矩，同时增加燃油发动机扭矩，以使发动机和电机产生的车轮扭矩的总和基本上等于所述所需的车轮扭矩的量，从而使车辆达到静驻效果。方法中，当传感器指示车辆处于静止状态时，由控制器计算获得当前电机输出扭矩。该方案同样可以应用于纯电动 汽车，但其中的运行状态传感器增加了系统的成本和复杂性。

未来的纯电动汽车或将普遍采用永磁同步电机，其矢量控制方式可以精确控制电机的输出扭矩，从而提供极佳的操控性能，包括加速、制动、巡航以及驻车等功能。本领域涉及当车辆静止在坡道上，驾驶员从松开制动踏板到踩下加速踏板，希望车辆从静止状态加速时，克服由于向车轮提供延迟的扭矩指令而造成的不期望的倒溜现象。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种针对永磁电机驱动的纯电动汽车的坡道驻车控制策略。根据矢量控制原理，永磁电机的输出转矩可以由解耦的定子电流和气隙磁场分别进行控制。由于永磁电机转子具有固有的永磁磁场，利用输出转矩与电机转子所处空间位置之间所具有的一种自平衡稳定特性，实现车辆在任意坡度的驻车，避免了倒溜或顺溜的现象，具体原理详见下文。

除车辆常规的机械系统以外，本发明中的纯电动汽车还具有一套电气系统，包括电池组、电机、功率变换器、电机控制器、整车控制器，以及相应的电压传感器、电流传感器、倾角传感器。本发明对车辆的机械系统和电力驱动系统不作任何改动，它是在所述的电动汽车矢量控制方案上的一种附加功能。该方案分为两个步骤：(1)永磁同步电机转子初始位置检测：所述的电机控制器发出检测指令，通过所述的功率变换器对所述的永磁同步电机施加检测电压，再根据电流反馈信号由所述的电机控制器计算得出车辆静止时电机转子的空间初始位置；(2)基于矢量控制方式的转矩自平衡控制：先按照车辆所处坡道的倾斜角度计算得到驻车所需的转矩，然后以所述的电机转子dq坐标系为参考，根据所述的转子空间初始位置及所需的转矩，计算出合理的电流幅值和相位，并由所述的功率变换器施加给所述的电机定子绕组。

在所述的转矩自平衡控制中，坡道的倾斜角度由所述的倾角传感器测量获得，转换为数字信号再传输给所述的电机控制器。更进一步，可以不使用所述的倾角传感器来测量坡道倾斜角，直接施加幅值足够大、相位正确的电流，利用转矩自平衡原理使车辆稳定在坡道上，在此过程中车辆会有稍许溜坡现象。