CN103738199B - 双电机两档驱动控制系统及其驱动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双电机两档驱动控制系统及其驱动控制方法，双电机两档驱动控制系统的电机控制器连接有电机一和电机二，整车控制器根据采集到的加速踏板信号、制动踏板信号和当前车速信号对驾驶员意图进行解析，计算出满足当前车辆行驶需求的目标转速和驱动转矩；电机控制器通过自动计算电机不同驱动扭矩分配的功率损失，选择总功率损失最小的扭矩分配为双电机间的最优驱动扭矩分配值。通过双电机和两档齿轮的合理匹配，在保证汽车动力性的前提下，有效提高了驱动系统的效率，最大程度地兼顾了经济性。

Description

双电机两档驱动控制系统及其驱动控制方法

技术领域

本发明属于电动汽车控制领域，具体涉及一种双电机两档驱动控制系统及其驱动控制方法。

背景技术

因作为车载能源的动力电池绿色环保的优点，，电动汽车被认为是汽车工业未来的发展方向，不仅国家新能源的产业规划已将纯电动汽车的发展提升到了战略高度，而且纯电动汽车的研发和产业化已是国内外汽车领域日益重视的研究热点。

目前阻碍纯电动汽车进一步产业化的最大瓶颈是作为其动力源的动力电池，动力电池的续驶里程、充电时间和使用寿命均在一定程度上阻碍着纯电动车的商业化速度和推广范围。在电池技术难关逐渐突破的同时，如何通过提高有效车载能源的利用率来最大程度地提高驱动系统的效率，是对电动汽车的驱动系统进一步研究的关键。

由于纯电动汽车续驶里程较短，主要行驶在城市工况，动力性能相比于传统内燃机车辆可以减弱，因此其驱动系统设计时，多以单极减速为主，没有变速箱，通过电机的调速来实现无级调速。由于无变速功能，因此在常用工况运行时很难将电机的工作点优化到高效区间运行，这对于续驶里程本来就受限制的电动汽车来说，限制了其性能的最优化发挥；2档或3档等多档变速器的驱动方案虽然能很好地解决电动汽车中的上述问题，但会使驱动系统结构复杂，汽车成本增加，而且换档多需要离合器控制，会增加换档冲击，直接影响汽车的舒适性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种双电机两档驱动控制系统以及针对双电机两档驱动控制系统的驱动控制方法，通过计算两电机不同驱动扭矩分配的功率损失，选择总功率损失最小的扭矩分配为双电机间的最优驱动扭矩分配值，提高了车载能源在驱动系统的利用率，从而有效延长续驶里程。

本发明采用的具体技术方案为：一种双电机两档驱动控制系统，包括整车控制器控制的电机控制器，所述电机控制器连接有电机一和电机二，所述电机一通过输出轴一与一档齿轮相连接，所述电机二通过输出轴二与二档齿轮相连接，所述一档齿轮和二档齿轮分别通过主减速器连接至差速器，所述电机一和/或电机二的驱动力矩经差速器传输到输出轴来驱动车轮。

所述输出轴二为空心轴，所述输出轴一为实心轴，所述空心轴与实心轴空为套在一起的同轴输出。

所述电机一和电机二的转矩可以独立调节控制。

一种双电机两档驱动控制方法，整车控制器根据采集到的加速踏板信号、制动踏板信号和当前车速信号对驾驶员意图进行解析，计算出满足当前车辆行驶需求的目标转速和驱动转矩；电机控制器通过自动计算电机不同驱动扭矩分配的功率损失，选择总功率损失最小的扭矩分配为双电机间的最优驱动扭矩分配值。

一种双电机两档驱动控制方法，具体包含如下步骤：

步骤1、整车控制器根据加速踏板信号和制动踏板信号对驾驶员意图进行解析，并根据当前车速状态计算目标驱动力；

步骤2、根据目标车速，根据公式（1）计算电机一和电机二的转速；

$n_o=\frac{n_1}{k_1}=\frac{n_2}{k_2}---\left(1\right)$

其中：k₁、k₂为一档齿轮和二档齿轮传动时的传动比，n₁、n₂为电机一和电机二的转速，n₀为变速箱输出轴输出的转速；

步骤3、根据目标驱动力，根据公式（2）初始化电机一和电机二的驱动扭矩；

T₀＝T₁k₁+T₂k₂（2）

其中，T₁、T₂为电机一和电机二的转矩，T₀为变速箱输出轴的转矩；

步骤4、根据车辆的电机效率map图计算电机一和电机二的功率损失；

步骤5、重复所述步骤3和4，选取当前车速下电机一和电机二的总功率损失为最小值的点，将所述最小值对应的T₁和T₂作为双电机驱动扭矩的最优分配值；

步骤6、整车控制器将所述步骤5得到的最优驱动扭矩分配控制信号发送给电机控制器，对车辆进行双电机两档驱动控制。

所述步骤4根据电机效率map图，通过插值得到当前工作点下电机一和电机二的效率η₁、η₂，并根据公式（3）和（4）计算电机一和电机二的功率损失P_loss1、P_loss2，其中：

P_loss1＝|n₁T₁(1-η₁)|（3）

P_loss2＝|n₂T₂(1-η₂)|（4）。

所述步骤5中的总功率损失为P_loss=P_loss1+P_loss2，若总功率损失P_loss为最小值的点对应的最优分配值中的T₁或T₂=0，则所述步骤6中最优的驱动方式为电机一或电机二的单电机驱动。

本发明产生的有益效果是：双电机中的每个电机的转速可以独立调节控制，通过双电机和两档齿轮的合理匹配解决动力性和经济性难以兼顾的矛盾，实现更为高效的驱动系统效率，且两档驱动无离合器换档，通过两个电机的驱动切换即可实现换档，结构简单，易于实现，保证了汽车的舒适性。

附图说明

当结合附图考虑时，能够更完整更好地理解本发明。此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为一种双电机两档驱动控制系统的控制原理图；

图2为一种双电机两档驱动控制方法的扭矩分配流程图；

图3为一种双电机两档驱动控制方法的车辆的电机效率map图。

图中：1、整车控制器2、电机控制器3、电机一4、电机二5、输出轴一6、输出轴二7、一档齿轮8、二档齿轮9、主减速器10、差速器11、输出轴。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步详细的说明。

如图1所示的双电机两档驱动控制系统，包括整车控制器1控制的电机控制器2，电机控制器2连接有电机一3和电机二4，电机一3通过输出轴一5与一档齿轮7相连接，电机二4通过输出轴二6与二档齿轮8相连接，其中输出轴一5为实心轴，输出轴二6为空心轴，空心轴与实心轴空套在一起同轴输出；一档齿轮7和二档齿轮8分别通过主减速器9连接至差速器10，电机一3和/或电机二4的驱动力矩经差速器10传输到输出轴11来驱动纯电动汽车的车轮。

如图2所示的一种双电机两档驱动控制方法，电机扭矩分配的计算流程为：首先整车控制器1根据采集到的加速踏板信号、制动踏板信号和当前车速信号对驾驶员意图进行解析，计算出满足当前车辆行驶需求的目标转速和驱动转矩；其次自动计算出电机不同驱动扭矩分配的功率损失，选择总功率损失最小的扭矩分配为双电机间的最优驱动扭矩分配值，获得驱动效率最优的系统驱动控制。控制方法具体包含如下步骤：

步骤1、整车控制器1根据加速踏板信号和制动踏板信号对驾驶员意图进行解析，并根据当前车速状态计算目标驱动力。

步骤2、根据目标车速，根据公式（1）计算电机一和电机二的转速；

$n_o=\frac{n_1}{k_1}=\frac{n_2}{k_2}---\left(1\right)$

其中：k₁、k₂为一档齿轮和二档齿轮传动时的传动比，均为已知参数；n₀为变速箱输出轴输出的转速，根据当前车速可知；n₁、n₂为电机一和电机二的转速，可由公式（1）得出。

步骤3、根据目标驱动力，根据公式（2）初始化电机一和电机二的驱动扭矩；

T₀＝T₁k₁+T₂k₂（2）

其中，T₁、T₂为电机一和电机二的转矩，T₀为变速箱输出轴的转矩；

步骤4、根据图3所示的车辆的电机效率map图，通过插值得到当前工作点下电机一和电机二的效率η₁、η₂，并根据公式（3）和（4）计算电机一和电机二的功率损失P_loss1、P_loss2，其中；

P_loss1＝|n₁T₁(1-η₁)|（3）

P_loss2＝|n₂T₂(1-η₂)|（4）。

其中，电机效率map图，根据实验测定的电机转速扭矩效率三者之间关系的曲线，属于电机自身属性。

步骤5、重复所述步骤3和4，选取当前车速下电机一和电机二的总功率损失P_loss为最小值的点，其中P_loss=P_loss1+P_loss2；将最小值对应的T₁和T₂作为双电机驱动扭矩的最优分配值；

步骤6、整车控制器将所述步骤5得到的最优驱动扭矩分配控制信号发送给电机控制器，对车辆进行双电机两档驱动控制。

显然，若总功率损失P_loss最小时，对应的最优分配值中的T1或T₂=0，则最优的驱动方式为只采用电机一或电机二驱动的单电机驱动。

在本发明的双电机两档驱动系统中，采用基于总功率损失最小的扭矩分配控制方案具有明显的优越性，有效提高了驱动系统的效率，在同等条件下延长了穿电动汽车的续驶里程。

如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，显然，只要实质上没有脱离本发明点的发明点及效果、对本领域的技术人员来说是显而易见的变形，也均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种双电机两档驱动控制方法，其特征在于，整车控制器根据采集到的加速踏板信号、制动踏板信号和当前车速信号对驾驶员意图进行解析，计算出满足当前车辆行驶需求的目标转速和驱动转矩；整车控制器通过自动计算电机不同驱动扭矩分配的功率损失，选择总功率损失最小的扭矩分配为双电机间的最优驱动扭矩分配值。

2.根据权利要求1所述的一种双电机两档驱动控制方法，与电机控制器相连接的电机一和电机二分别通过输出轴一和输出轴二与一档齿轮和二档齿轮相连接；其特征在于，具体包含如下步骤：

步骤1、整车控制器根据加速踏板信号和制动踏板信号对驾驶员意图进行解析，并根据当前车速状态计算目标驱动力；

步骤2、根据目标车速，根据公式(1)计算电机一和电机二的转速；

$n_o=\frac{n_1}{k_1}=\frac{n_2}{k_2}---\left(1\right)$

其中：k₁、k₂为一档齿轮和二档齿轮传动时的传动比，n₁、n₂为电机一和电机二的转速，n₀为变速箱输出轴输出的转速；

步骤3、根据目标驱动力，按照公式(2)初始化电机一和电机二的驱动扭矩；

T₀＝T₁k₁+T₂k₂(2)

其中：T₁、T₂为电机一和电机二的转矩，T₀为变速箱输出轴的转矩；

步骤4、根据车辆的电机效率map图计算电机一和电机二的功率损失；

步骤5、重复步骤3和步骤4，选取当前车速下满足电机一和电机二的总功率损失为最小值的点，将该点对应的T₁和T₂作为双电机驱动扭矩的最优分配值；

步骤6、整车控制器将所述步骤5得到的最优驱动扭矩分配控制信号发送给电机控制器，对车辆进行双电机两档驱动控制。

3.根据权利要求2所述的一种双电机两档驱动控制方法，其特征在于，所述电机一和电机二均为独立调节控制制动扭矩的电机。

4.根据权利要求2所述的一种双电机两档驱动控制方法，其特征在于，所述步骤4根据车辆的电机效率map图，通过插值得到当前工作点下电机一和电机二的效率η₁、η₂，并按照公式(3)和(4)计算电机一和电机二的功率损失P_loss1、P_loss2，其中：

P_loss1＝|n₁T₁(1-η₁)|(3)

P_loss2＝|n₂T₂(1-η₂)|(4)。

5.根据权利要求2所述的一种双电机两档驱动控制方法，其特征在于，所述步骤5中的总功率损失为电机一和电机二的功率损失之和，若最优分配值中的T₁或者T₂＝0，则对应的是所述步骤6中最优的驱动方式为电机一或者电机二的单电机驱动方式。