技术领域
[0001] 本发明涉及电动两轮车控制领域，尤其是一种电动两轮车力矩控制方法及电机控制器。
相关背景技术
[0002] 电动两轮车又叫电动车，是指以蓄电池作为辅助能源，在两轮车的基础上安装了电机、控制器、显示仪表系统等部件的机电一体化个人交通工具。电动两轮车是重要的短途交通工具，市场规模壮大。如何提高电动两轮车的舒适性和性能是该行业研究的重点之一。目前电动车大多使用电压控制模式，输出响应慢，无法很好的跟随负载变化，比如用户虽然拧动了调速转把，但车速无法立即提升，而是缓慢加速，导致用户骑行体验并不是最佳。
具体实施方式
[0049] 下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
[0050] 在一个实施例中，本申请提供了一种电动两轮车力矩控制方法，请参考图1所示，该方法具体包括如下步骤：
[0051] 步骤1：以车辆转把开度作为输入信号，结合当前档位状态调整目标力矩。
[0052] 结合图2所示，每隔1ms读取一次车辆转把开度信号，该信号为模拟电压信号，获取其ADC值ADC_value，该值经过滑动均值滤波后得到ADC_value_lpf，再经过消抖处理后通过标幺化转换为0～4096范围的数据handle_value(即Vref)，用于目标力矩的调整。电机控制器会基于用户拧动调速转把的幅度调节向电机的输出电流比例，拧动幅度(即开度)越大，电机驱动电流越大、速度越快，因此控制器可以根据Vref对应的电机驱动电流确定初始力矩值。在高速档位状态下，将初始力矩直接作为目标力矩Tref，即转把从初始位置到最大有效位置，对应最小目标力矩到最大目标力矩。在低速档位状态下，将初始力矩乘以一定比例(如80％)后作为目标力矩Tref，即转把从初始位置到最大有效位置，对应最小目标力矩到最大目标力矩的80％。
[0053] 步骤2：基于目标力矩确定dq轴参考电流的分配值。
[0054] 在电机对拖台架实验中，结合dq轴电流与力矩的相关计算公式，可以标定出目标力矩和dq轴参考电流的关系，并制作成表格，该表格可以存储于电机控制器的存储器中，节省控制器的运算时间。这样在步骤1中确定好目标力矩Tref后，可以通过查表得到dq轴参考电流的分配值，分别作为d轴和q轴的参考输入。其中，dq轴电流与力矩的相关计算公式可以参考下式：
[0055]
[0056] 式中，id和iq分别为d轴和q轴电流；Ld和Lq分别为d轴和q轴电感；ψf为永磁体产生的磁链；p为电机的极对数；Te为电磁转矩。
[0057] 步骤3：根据骑行过程中的三相电流与dq轴参考电流的分配值，动态调节电机的输出力矩。
[0058] 在不同负载情况下，三相电流ia、ib、ic大小不同，控制回路会根据实际负载电流动态调节逆变器的输出，达到力矩的精确控制。结合图3所示，具体控制逻辑为：骑行过程中通过霍尔传感器检测转子的实时位置，经过角度处理得到电角度θ。通过三相逆变电路和相电流采样传感器实时采样三相电流ia、ib、ic，经过clark变换得到静止坐标系下的iα和iβ，转换公式见式(2)。iα和iβ再经过park变换得到旋转坐标系下的dq轴实际电流值id和iq，转换公式见式(3)。dq轴实际电流值id和iq分别与相应的dq轴参考电流的分配值idref、iqref经过电流环PI控制，输出dq轴电压Vd和Vq。dq轴电压Vd和Vq经过park逆变换得到αβ轴电压Vα、Vβ，转换公式见式(4)。再经过SVPWM调制得到Vta、Vtb、Vtc，通过三相逆变电路最后向电机输出三相电压Va、Vb、Vc，以此来调节电机的输出力矩。
[0059]
[0060] 上述力矩控制算法采用闭环控制，通过不断监测电机状态和输出，将电流和转速等反馈信号与设定值进行比较，并对电流和输出力矩进行调整，以实现精确的控制。该控制方式输出响应快，可以很好的随负载变化快速调节，提升骑行感受。
[0061] 在本方法中，还包括母线限流、温度限功率、档位切换、相线限流等诸多限制来辅助车辆控制，从而在力矩控制模式下进一步提升车辆性能、保证骑行安全。其中温度控制包括：如图4所示，每隔1ms读取一次位于电机控制器上的NTC模拟电压(反映电机控制器的环温)，将读取到的模拟电压对应的ADC值进行滤波和数据转换，该部分可以参考步骤1中对转把开度信号的处理过程，同理后续数据的滤波和数据转换方式也相同，就不再赘述。若转换后的数值超过第一温度阈值T1，则控制电机输出功率线性减小到设定值。若转换后的数值超过第二温度阈值T2(比如T2＝T1+20℃)，则进入过温保护并切断输出。
[0062] 母线电流控制包括：如图5所示，实时读取母线电流，并在其大于过流保护阈值时，直接进入过流保护并切断输出。同时，还对实时读取的母线电流ADC值进行滤波和数据转换，并根据转换后的数值确定是否进入母线限流保护、堵转保护。比如母线电流采样值大于母线电流最大值时进入母线限流保护，当母线电流采样值较大且持续一定时间，此过程中检测到电机未转动则进入堵转保护。
[0063] 母线电压控制包括：如图6所示，每隔1ms读取母线电压，并进行滤波和数据转换。若转换后的数值大于欠压值且小于一定比例(如0.95)的额定电压，则控制电机输出功率线性减小到设定值并限制电机转速，以此增加电动车的续航，同时有利于保护电池，增加电池寿命。若转换后的数值小于欠压值或大于过压值，则进入过欠压保护并切断输出。
[0064] 相线电流控制包括：如图7所示，每隔62.5us读取三相电流，一方面对相电流进行数据转换，结合当前档位状态和转把开度，调整目标力矩。另一方面，对相电流进行滤波和数据转换，根据转换后的数值确定是否进入相线限流保护、过流保护、缺相保护。比如相电流采样值大于相电流最大值时进入相线限流保护；相电流采样值大于过流保护阈值时，进入过流保护并切断输出；相电流采样值小于缺相保护阈值时，进入缺相保护并切断输出。通过相线电流控制实现对电机相电流的限制和保护，防止电机电流过大烧毁。
[0065] 如图8所示，除了检测上述几个数据外，控制器可以在车辆开机时先进行自检，确认是否存在故障。根据转把信号的输出电压范围，实时判断转把状态，并将转把状态送入故障识别模块。根据霍尔传感器的电平状态实时检测霍尔传感器是否正常。实时监测转把状态、霍尔传感器状态和刹车状态，在确定任一状态异常时，控制电机输出功率线性减小到设定值，确保用户可以骑行到维修点。
[0066] 基于同样的发明构思，在另一个实施例中，还提供了一种电动两轮车电机控制器，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述电动两轮车力矩控制方法的步骤。上述方法各步骤对应的功能模块集成于处理器中，如图9所示，以车辆转把开度作为输入信号Vhandle，Vhandle经过滤波和数据转换等得到Vref，Vref经过母线限流、温度限功率、档位切换、相线限流等限制后得到目标力矩参考值Tref。再根据骑行过程中的负载情况来智能调节电机的输出力矩，实现精确的力矩控制。电机控制器所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似，故各功能模块的具体限定可以参见上文中对于电动两轮车力矩控制方法的限定，在此不再赘述。
[0067] 以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。
