CN103738192A - 双电机两档驱动系统及其制动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双电机两档驱动系统及其制动控制方法，双电机两档驱动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制动扭矩分配值。通过双电机和两档齿轮的合理匹配，在保证有效制动的前提下最大程度地回收了制动能量。

Description

双电机两档驱动系统及其制动控制方法

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系统的制动控制方法。

背景技术

对于拥堵的城市交通来讲，车速不高且车辆经常反复起停，电动汽车的制动能量回收系统用于回收原本消耗于摩擦的制动能量，在驱动过程中加以释放，可显著降低动力电池的电量消耗，有效提高电动汽车的续驶里程。

纯电动汽车制动过程中所需要的制动力由机械制动和电机制动两部分组成，现有的纯电动汽车制动能量回收方法普遍是利用电机的可逆性，将电动机在特定的条件下转变成发电机，可回收制动过程中产生的一部分能量。如何在保证制动可靠性的前提下，尽可能多地回收制动能量，实现机械制动与电制动的协调分配，是关于电动车制动能量回收研究的关键。

现有的纯电动汽车通常采用单极减速装置驱动，没有变速箱而单纯依靠单级变速齿轮来实现减速制动，在制动能量回收时，对于通过电机的调速实现无级调速方案来讲，很难优化电机的工作区间从而提高制动能量回收效率；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，可靠性和经济性难以兼顾。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种双电机两档驱动系统及其制动控制方法，通过计算两电机不同制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制动扭矩分配值，达到最优的制动能量回收控制，提高了动力电池的能量利用率，有效延长了续驶里程。

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系统的制动控制方法，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解析出驾驶员的制动意图，并根据制动工况制动扭矩施加策略计算出满足当前车辆制动需求的变速箱输出端制动扭矩施加值；整车控制器通过自动计算电机制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制动扭矩分配值，与机械制动共同完成车辆的制动。

一种双电机两档驱动系统的制动控制方法，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解析出驾驶员的制动意图，并根据制动扭矩施加策略得出当前工况下变速器输出端制动扭矩施加目标值；

步骤2、根据当前车速，根据公式（1）计算电机一和电机二的转速；

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

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、根据制动扭矩施加目标值，根据公式（2）初始化电机一和电机二的转矩；

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作为双电机制动扭矩的最优分配值；

步骤6、整车控制器将所述步骤5得到的最优制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制动能量回收控制。

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中的总功率损失为电机一和电机二的功率损失之和，若总功率损失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中最优的制动方式中的电机制动部分为电机一或电机二的单电机制动。

本发明产生的有益效果是：本发明采用的通过功率损失最小化来优化制动扭矩的分配方案，在保证汽车制动可靠性的基础上，最大程度地回收了制动能量，提高了纯电动汽车的续驶里程。

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为本发明一种双电机两档驱动系统的控制原理图；

图2为本发明一种双电机两档驱动系统的制动控制方法的流程图；

图3为本发明一种双电机两档驱动系统的制动工况制动扭矩施加策略图；

图4为本发明一种双电机两档驱动系统的电机效率map图。

图1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；

图2中的粗实线连接为电连接，虚线连接为控制连接，细实线连接为电连接。

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和电机二4的转矩可以独立调节控制；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的驱动扭矩矩经差速器10分配到输出轴11输送到电动汽车的车轮，来实现车辆的驱动。

如图2所示的一种双电机两档驱动系统的制动控制方法，所述电机制动与机械制动共同完成车辆的制动。其中的电机制动首先是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解析出驾驶员的制动意图，并根据制动工况制动扭矩施加策略图3，查表得出满足当前车辆制动需求的变速箱输出端制动扭矩施加值；整车控制器1动计算电机制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制动扭矩分配值，获得效率最优的系统制动能量回收控制。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解析出驾驶员的制动意图，并根据图3所示的制动扭矩施加策略图作为制动扭矩的施加策略，得出当前工况下变速箱输出端制动扭矩施加目标值；

步骤2、根据当前车速，根据公式（1）计算电机一和电机二的转速；

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

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、根据制动扭矩施加目标值，根据公式（2）初始化电机一和电机二的转矩；

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4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）。

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最小的点，其中总功率损失为P_loss=P_loss1+P_loss2；将所述最小值对应的T₁和T₂作为双电机制动扭矩的最优分配值；

步骤6、整车控制器将所述步骤5得到的最优制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制动能量回收控制。

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，则最优的制动方式中的电机制动部分为只采用电机一或电机二制动的单电机制动。

在双电机两档驱动系统中，采用基于总功率损失最小的制动扭矩分配控制方案具有明显的优越性，在保证有效制动的前提下，最大程度地回收了制动能量，有效提高了车辆的续驶里程。

另外，图3的制动工况制动扭矩施加策略图，是在工程应用中，技术人员根据的性能参数确定的扭矩-车速制动控制策略；而图4的电机效率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，属于车辆的自身属性。

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 (7)

1.一种双电机两档驱动系统，其特征在于，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。

2.根据权利要求1所述的一种双电机两档驱动系统，其特征在于，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。

3.根据权利要求1所述的一种双电机两档驱动系统，其特征在于，所述电机一和电机二的转矩可以独立调节控制。

4.一种双电机两档驱动系统的制动控制方法，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解析出驾驶员的制动意图，并根据制动工况制动扭矩施加策略得出满足当前车辆制动需求的变速箱输出端制动扭矩施加值；整车控制器通过自动计算电机制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制动扭矩分配值，与机械制动共同完成车辆的制动。

5.根据权利要求4所述的一种双电机两档驱动系统的制动控制方法，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解析出驾驶员的制动意图，并根据制动扭矩施加策略得出当前工况下变速器输出端制动扭矩施加目标值；

步骤2、根据当前车速，根据公式（1）计算电机一和电机二的转速；

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

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、根据制动扭矩施加目标值，根据公式（2）初始化电机一和电机二的转矩；

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作为双电机制动扭矩的最优分配值；

步骤6、整车控制器将所述步骤5得到的最优制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制动能量回收控制。

6.根据权利要求5所述的一种双电机两档驱动系统的制动控制方法，其特征在于，所述步骤4具体为：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）。

7.根据权利要求5所述的一种双电机两档驱动系统的制动控制方法，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中最优的制动方式中的电机制动部分为电机一或电机二的单电机制动。

Images