CN104477050B - 一种双电机双驱轴电动车动力系统控制方法 - Google Patents

Abstract

一种双电机双驱轴电动车动力系统控制方法：其特征在于能够根据车辆运行工况选择合理的电机工作模式，以满足车辆在不同功率需求条件下的电机功率优化输出。根据车辆起步工况，其可实现单轴双轮平稳起步和双轴四轮急速起步，保证车辆起步时的动力性要求；根据车辆巡航工况，其能够实现车辆单轴前轮驱动、单轴后轮驱动或双轴四轮驱动，实现电机系统的高效运行；根据车辆制动工况，其即可以实现小制动强度下的单电机再生制动，提高电机制动负荷率，又能够实现中高制动强度下的双电机四轮再生制动，提高再生制动能量回收率；根据车辆跛行工况，其能选择合理的电机工作模式，继续驱动车辆前行。

Description

一种双电机双驱轴电动车动力系统控制方法

技术领域

本发明属于电动车辆动力控制领域，涉及一种用于纯电动车动力系统的控制方法，特别是一种双电机双驱轴纯电动车动力系统的控制方法。

背景技术

近年来，面对能源危机和环境污染双重压力，世界汽车产业面临战略转型，纯电动汽车已成为我国汽车工业战略发展方向之一。目前纯电动汽车处于产业化初级阶段，以单电机单轴驱动结构方案较为普遍。基于此类技术方案，国内外针整车动力系统控制方法方面开展了大量研究，市场上已有比较成熟的单轴驱动纯电动汽车产品。但单纯前轮驱动或后轮驱动的动力控制算法无法根据车辆运行工况进行双轮驱动、四轮驱动、双轮制动、四轮制动工作模式的实时调节，限制了整车综合性能的进一步提升空间；

设计合理的双电机双驱轴纯电动车动力系统控制方法，可以依据车辆驱动行驶时的运行状态采用前轮驱动、后轮驱动或四轮驱动，依据车辆制动时的运行状态采用前轮制动、后轮制动或四轮制动。因此，与传统的单轴驱动动力系统控制方法相比，该类双驱轴双电机纯电动车动力系统控制方法有着不同的要求和特点，为实现电机工作模式可依据车辆运行状态进行切换，优化整车动力性、经济性，提高再生制动能量回收率，对一种双电机双驱轴纯电动车动力系统控制方法进行研究。

发明内容

根据以上现有技术中的不足，本发明要解决的问题是：提供一种双电机双驱轴电动车动力系统控制方法，其特征在于能够根据车辆运行工况选择合理的电机工作模式，以满足车辆在不同功率需求条件下的电机功率优化输出。根据车辆起步工况，其可实现单轴双轮平稳起步和双轴四轮急速起步，保证车辆起步时的动力性要求；根据车辆巡航工况，其能够实现车辆单轴前轮驱动、单轴后轮驱动或双轴四轮驱动，实现电机系统的高效运行；根据车辆制动工况，其即可以实现小制动强度下的单电机再生制动，提高电机制动负荷率，又能够实现中高制动强度下的双电机四轮再生制动，提高再生制动能量回收率；根据车辆跛行工况，其能选择合理的电机工作模式，继续驱动车辆前行。在蓄电池关键技术短期之内无法取得有效突破的情况下，该种双电机双驱轴纯电动车动力系统控制方法，可以改善纯电动汽车经济性、动力性，提升纯电动车市场竞争力；

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种双电机双驱轴纯电动车动力系统控制方法，实现该控制算法的动力控制系统包括前轴电机控制器、后轴电机控制器、前轴电机、后轴电机，其以整车控制器所划分的车辆工况模式为基础，选择相应的电机工作模式；

整车控制器包括驾驶员意图识别模块和车辆工况判断模块，驾驶员意图识别模块根据钥匙位置、加速踏板及制动踏板信号识别驾驶员意图并输出相应的转矩请求等指令，车辆工况判断模块根据驾驶员意图识别模块所发出的请求信号、车速信号、电动电池SOC等其他信号实现对车辆运行工况进行模式划分，具体包括：起步工况模式、巡航行驶工况模式、加速行驶工况模式、减速制动工况模式和跛行工况模式五种模式。此外，起步工况模式下包括两种模式，即急速起步和平稳起步，加速行驶工况模式下包括两种行驶加速模式，即急加速和一般加速，减速制动工况模式下包括两种行车制动模式，即紧急制动和一般制动，跛行工况模式下包括两种失效模式，即电池失效和电机失效；

动力控制系统包括前轴电机控制器、后轴电机控制器、前轴电机、后轴电机。动力控制系统首先需对整车控制器输出的车辆工况模式信号进行判断，然后根据不同的车辆工况模式采集不同的信号，如起步工况模式下采集动力电池初始SOC、急速起步、平稳起步等信号，然后结合车辆功率需求指令信号，选择合理的动力系统控制方法，即单前轴电机驱动模式、单前轴电机制动模式、单后轴电机驱动模式、单后轴电机制动模式、双电机组合驱动模式、双电机组合制动模式。为实现电机在不同车辆工况模式下的高效运行，选用峰值功率和额定功率都不相同的前轴驱动电机和后轴驱动电机。其中，功率小的电机在本专利中被称作M1,功率大的电机被称为M2。该动力系统控制方法的特征在于：

(1)采集整车控制器输出的车辆工况模式信号并进行判断，如果是车辆起步工况模式，需进一步对电池管理系统输出的动力电池初始SOC值进行判断，如果当前动力电池的SOC小于限值，则提示车辆充电，如果不是，进一步对整车控制器输出的起步加速模式信号进行判断，如果是急加速，则控制M1、M2同时工作，实现车辆四轮加速驱动，如果不是急加速，采集整车控制器输出的功率请求指令信号并进行判断，如果车辆所需功率不大于M1峰值功率，则控制M1单轴加速驱动车辆，如果不是，则控制M2单轴加速驱动。该控制方法可以保证车辆在起步工况下的加速特性和电机的高效运行特性；

(2)如果控制系统判断车辆不是起步工况模式，需进一步判断车辆是否为巡航工况，如果是，进一步采集整车控制器输出的功率请求指令信号并进行判断，如果车辆巡航行驶所需功率小于a倍的M1额定功率，控制M1单轴驱动车辆行驶，如果不是，进一步判断车辆所需功率是否小于b倍的M2额定功率，如果是，控制M2单轴驱动车辆行驶，如果不是，进一步判断车辆所需功率是否小于c倍的M1和M2额定功率之和，如果是，控制M1、M2电机同时工作于各自的高效区域内，如果不是，对M1、M2电机进行限功率保护控制，以防止电机长时间工作于过载状态，该控制策略可以实现双电机在不同的车辆需求功率下的高效运行。该控制策略内a、b及c的值需根据电机与整车的匹配情况而定；

(3)如果控制系统判断车辆不是巡航工况模式，需进一步判断车辆是否为加速行驶工况模式，如果是，需进一步采集整车控制器输出的行车加速模式并进行判断，如果车辆为急加速，控制M1、M2同时工作，实现双电机双轴四轮加速驱动，如果车辆不是急加速，需进一步判断车辆此时是否采用M1单独驱动，如果是，需采集整车控制器输出的功率请求信号并进行判断，判断车辆所需的功率是否大于M1峰值功率，如果是，为保证车辆加速特性，控制算法不再判断是否切换到M2单独驱动，而是控制M2立即工作，实现双电机大功率组合输出，如果不是，则控制M1实现车辆单轴加速驱动，如果判断车辆此时不是采用M1单独驱动，则需进一步判断此时车辆是否采用M2单独驱动模式，如果是，需根据采集的整车控制器输出的功率请求信号，判断车辆所需的功率是否大于M2峰值功率，如果是，控制M1立即工作，实现双电机大功率组合输出，如果不是，控制M2实现单轴加速驱动，如果判断车辆此时不是采用M2单独驱动，需根据采集的整车控制器输出的功率请求信号，判断车辆所需的功率是否大于M1+M2峰值功率之和，如果是，控制M1、M2进入功率限制保护状态，如果不是，控制M1、M2输出更大的功率组合，满足整车功率需求。该控制方法可以保证车辆在行驶过程中的加速特性；

(4)如果控制系统判断车辆不是加速行驶工况模式，需进一步判断车辆是否为减速制动工况模式，如果是，需进一步采集整车控制器输出的行车制动模式并进行判断，如果是紧急制动，控制M1、M2不进行再生制动，车辆仅采用机械制动力制动以优先保证制动安全性，如果不是，需进一步采集动SOC值并进行判断，判断其是否大于等于设定的最大值，如果是，控制M1、M2不进行再生制动，前、后轮采用机械制动力制动，如果不是，需根据采集的整车控制器输出的功率请求指令，判断M1制动峰值功率是否大于制动所需功率，如果是，控制M1单独再生制动，如果不是，需根据采集的整车控制器输出的功率请求指令，进一步判断M2制动峰值功率是否大于制动所需功率，如果是，控制M2单独再生制动，如果不是，需根据采集的整车控制器输出的功率请求指令，进一步判断M1+M2制动峰值功率是否大于制动所需功率，如果是，控制M1、M2电机进行再生制动，如果不是，控制M1、M2电机进行最大再生制动，不足的制动功率由机械制动补偿。该控制方法可以保证车辆制动安全性和舒适性的前提下，改善电机的制动负荷率，提高制动能量回收率；

(5)如果控制系统判断车辆不是减速制动工况模式，需进一步判断车辆是否为跛行工况模式，如果是，需对采集SOC值并进行判断，如果判断SOC值低于设定的限值，需进一步根据整车控制器输出的跛行失效模式进行判断，如果M1驱动系统未失效，则对M1进行限功率跛行驱动，如果M1驱动系统失效，需进一步判断M2驱动系统是否失效，如果M2驱动系统未失效，对M2进行限功率跛行驱动，如果蓄电池、M1驱动系统和M2驱动系统都失效，动力控制系统进入断电保护模式，如果判断蓄电池未失效，则需进一步判断M1驱动系统是否失效，如果M1驱动系统未失效，动力控制系统对M1进行非限功率跛行驱动，如果M1驱动系统失效，则需判断M2驱动系统是否失效，如果M2驱动系统未失效，动力控制系统对M2进行非限功率跛行驱动，如果M1驱动系统和M2驱动系统都失效，动力控制系统进入断电保护模式，该控制策略可以保证任意一套驱动系统失效时，另一套驱动系统仍能驱动车辆继续前行；

本发明的优点在于：

1、该动力系统控制算法能够依据电动车起步时的加速需求，判断并选择合理的电机功率输出模式，即可以保证整车的起步加速性能，又能够实现电机驱动系统的高效运行；

2、该动力系统控制算法能够依据电动车巡航行驶时的整车运行工作模式，判断并选择合理的电机功率输出模式，实现整车小功率需求条件下的小电机M1功率输出模式，中等功率需求条件下的大电机M2功率输出模式，大功率需求条件下的M1+M2双电机功率组合输出模式，实现电机驱动系统的高效运行；

3、该动力系统控制算法能够依据电动车制动减速时的整车运行工作模式，判断并选择合理的制动模式，即可以实现小制动强度下的单电机再生制动，提高电机制动负荷率，同时又能够实现中高制动强度下的双电机四轮再生制动，提高再生制动能量回收率；

4、该动力系统控制系统能够保证在任意一套驱动系统失效时，另一套驱动系统仍能驱动车辆继续前行，这是常规混合动力和单电机单轴驱动纯电动车不存在的优势。

附图说明

图1为一种双电机双驱轴纯电动车整车控制系统结构图。

图2为一种双电机双驱轴纯电动车整车动力控制流程图。

图3为一种双电机双驱轴纯电动车动力系统控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述：

图1的一种双电机双驱轴纯电动车整车控制系统结构包括:整车控制器、动力控制系统、电池管理系统、动力电池、前主减速器、前差速器、后主减速器、后差速器、前轮和后轮。其中，整车控制器包括驾驶员意图识别模块和车辆工况判断模块，动力控制系统包括前轴电机控制器、后轴电机控制器、前轴电机和后轴电机；

图2的一种双电机双驱轴纯电动车整车动力控制流程包括：驾驶员意图识别模块、车辆工况判断模块和动力控制系统，驾驶员意图识别模块根据钥匙位置、加速踏板及制动踏板信号识别驾驶员意图并输出相应的转矩请求等命令，车辆工况判断模块根据驾驶员意图识别模块所发出的请求信号、车速信号、电动电池SOC等其他信号实现对车辆运行模式进行划分，即起步工况模式、巡航行驶工况模式、加速行驶工况模式、减速制动工况模式和跛行工况模式五种模式。此外，车辆工况判断模块还将起步工况模式分为急速起步和平稳起步，将加速行驶工况模式分为急加速和一般加速，将减速制动工况模式分为紧急制动和一般制动，将跛行工况模式分为电池失效和电机失效。整车控制器根据不同的车辆工况模式输出不同的信号；

动力控制系统首先需对整车控制器输出的车辆工况模式信号进行判断，然后根据所判断的车辆工况模式采集相对应的信号，如起步工况模式下采集动力电池初始SOC、急速起步、平稳起步等信号；

图3为一种双电机双驱轴纯电动车动力系统控制方法流程图。其中，M1为小功率电机，M2为大功率电机。其特征在于：

(1)采集整车控制器输出的车辆工况模式信号并进行判断，如果是车辆起步工况模式，需进一步对电池管理系统输出的动力电池初始SOC值进行判断，如果当前动力电池的SOC小于限值，则提示车辆充电，如果不是，进一步对整车控制器输出的起步加速模式信号进行判断，如果是急加速，则控制M1、M2同时工作，实现车辆四轮加速驱动，如果不是急加速，采集整车控制器输出的功率请求指令信号并进行判断，如果车辆所需功率不大于M1峰值功率，则控制M1单轴加速驱动车辆，如果不是，则控制M2单轴加速驱动。该控制方法可以保证车辆在起步工况下的加速特性和电机的高效运行特性；

(2)如果控制系统判断车辆不是起步工况模式，需进一步判断车辆是否为巡航工况，如果是，进一步采集整车控制器输出的功率请求指令信号并进行判断，如果车辆巡航行驶所需功率小于a倍的M1额定功率，控制M1单轴驱动车辆行驶，如果不是，进一步判断车辆所需功率是否小于b倍的M2额定功率，如果是，控制M2单轴驱动车辆行驶，如果不是，进一步判断车辆所需功率是否小于c倍的M1和M2额定功率之和，如果是，控制M1、M2电机同时工作于各自的高效区域内，如果不是，对M1、M2电机进行限功率保护控制，以防止电机长时间工作于过载状态，该控制策略可以实现双电机在不同的车辆需求功率下的高效运行。该控制策略内a、b及c的值需根据电机与整车的匹配情况而定；

(3)如果控制系统判断车辆不是巡航工况模式，需进一步判断车辆是否为加速行驶工况模式，如果是，需进一步采集整车控制器输出的行车加速模式并进行判断，如果车辆为急加速，控制M1、M2同时工作，实现双电机双轴四轮加速驱动，如果车辆不是急加速，需进一步判断车辆此时是否采用M1单独驱动，如果是，需采集整车控制器输出的功率请求信号并进行判断，判断车辆所需的功率是否大于M1峰值功率，如果是，为保证车辆加速特性，控制算法不再判断是否切换到M2单独驱动，而是控制M2立即工作，实现双电机大功率组合输出，如果不是，则控制M1实现车辆单轴加速驱动，如果判断车辆此时不是采用M1单独驱动，则需进一步判断此时车辆是否采用M2单独驱动模式，如果是，需根据采集的整车控制器输出的功率请求信号，判断车辆所需的功率是否大于M2峰值功率，如果是，控制M1立即工作，实现双电机大功率组合输出，如果不是，控制M2实现单轴加速驱动，如果判断车辆此时不是采用M2单独驱动，需根据采集的整车控制器输出的功率请求信号，判断车辆所需的功率是否大于M1+M2峰值功率之和，如果是，控制M1、M2进入功率限制保护状态，如果不是，控制M1、M2输出更大的功率组合，满足整车功率需求。该控制方法可以保证车辆在行驶过程中的加速特性；

(4)如果控制系统判断车辆不是加速行驶工况模式，需进一步判断车辆是否为减速制动工况模式，如果是，需进一步采集整车控制器输出的行车制动模式并进行判断，如果是紧急制动，控制M1、M2不进行再生制动，车辆仅采用机械制动力制动以优先保证制动安全性，如果不是，需进一步采集动SOC值并进行判断，判断其是否大于等于设定的最大值，如果是，控制M1、M2不进行再生制动，前、后轮采用机械制动力制动，如果不是，需根据采集的整车控制器输出的功率请求指令，判断M1制动峰值功率是否大于制动所需功率，如果是，控制M1单独再生制动，如果不是，需根据采集的整车控制器输出的功率请求指令，进一步判断M2制动峰值功率是否大于制动所需功率，如果是，控制M2单独再生制动，如果不是，需根据采集的整车控制器输出的功率请求指令，进一步判断M1+M2制动峰值功率是否大于制动所需功率，如果是，控制M1、M2电机进行再生制动，如果不是，控制M1、M2电机进行最大再生制动，不足的制动功率由机械制动补偿。该控制方法可以保证车辆制动安全性和舒适性的前提下，改善电机的制动负荷率，提高制动能量回收率；

(5)如果控制系统判断车辆不是减速制动工况模式，需进一步判断车辆是否为跛行工况模式，如果是，需对采集SOC值并进行判断，如果判断SOC值低于设定的限值，需进一步根据整车控制器输出的跛行失效模式进行判断，如果M1驱动系统未失效，则对M1进行限功率跛行驱动，如果M1驱动系统失效，需进一步判断M2驱动系统是否失效，如果M2驱动系统未失效，对M2进行限功率跛行驱动，如果蓄电池、M1驱动系统和M2驱动系统都失效，动力控制系统进入断电保护模式，如果判断蓄电池未失效，则需进一步判断M1驱动系统是否失效，如果M1驱动系统未失效，动力控制系统对M1进行非限功率跛行驱动，如果M1驱动系统失效，则需判断M2驱动系统是否失效，如果M2驱动系统未失效，动力控制系统对M2进行非限功率跛行驱动，如果M1驱动系统和M2驱动系统都失效，动力控制系统进入断电保护模式，该控制策略可以保证任意一套驱动系统失效时，另一套驱动系统仍能驱动车辆继续前行。

Claims (1)

1.一种双电机双驱轴电动车动力系统控制方法：其特征在于能够根据车辆运行工况选择合理的电机工作模式，以满足车辆在不同功率需求条件下的电机功率优化输出，通过采集并判断整车控制器输出的车辆工况模式，并根据车辆工况模式选择相应的电机功率输出模式，步骤如下：

步骤S00判断车辆是否为起步工况：是则，进行步骤S01；否则，进行步骤S10；

步骤S10判断车辆是否为巡航行驶工况：是则，进行步骤S11；否则，进行步骤S20；

步骤S20判断车辆是否为加速行驶工况：是则，进行步骤S21；否则，进行步骤S30；

步骤S30判断车辆是否为减速制动工况：是则，进行步骤S31；否则，进行步骤S40；

步骤S40判断车辆是否为跛行工况：是则，进行步骤S42；否则，进行步骤S41；

其中，双电机中的功率小的电机为M1，功率大的电机为M2，各车辆工况模式下的控制方法为：

(1)车辆在起步工况控制方法为：所述的双电机双驱轴电动车动力系统控制方法能够根据车辆起步工况下的整车状态，判断并选择合理的电机功率输出模式，其步骤如下：

步骤S01判断动力电池初始SOC值是否小于最低限值：是则，进行步骤S02和S03，指示车辆需要充电并返回；否则，进行步骤S04；

步骤S04判断车辆是否为急速起步：是则，进行步骤S05和S06，采用双电机四轮加速驱动并返回；否则，进行步骤S07；

步骤S07判断整车控制器输出的功率需求是否大于电机M1的峰值功率：是则，进行步骤S08和S09，采用电机M2单轴加速驱动车辆并返回；否则，进行步骤S10和S11，采用电机M1单轴驱动车辆并返回；

(2)车辆在巡航工况下控制方法为：所述的双电机双驱轴电动车动力系统控制方法能够根据车辆巡航工况下的整车状态，判断并选择合理的电机功率输出模式，其步骤如下：

步骤S11判断整车控制器输出的功率需求是否小于a倍电机M1的额定功率：是则，进行步骤S12和S13，采用电机M1单轴驱动车辆并返回；否则，进行步骤S14；

步骤S14判断整车控制器输出的功率需求是否小于b倍电机M2的额定功率：是则，进行步骤S15和S16，采用电机M2单轴驱动车辆并返回；否则，进行步骤S17；

步骤S17判断整车控制器输出的功率需求是否小于c倍的电机M1和电机M2的额定功率之和：是则，进行步骤S18和S19，采用双电机四轮驱动车辆并返回；否则，进行步骤S110和S111，对双电机进行限功率保护模式并返回；

(3)车辆在加速行驶工况下控制方法为：所述的双电机双驱轴电动车动力系统控制方法能够根据车辆加速行驶工况下的整车状态，判断并选择合理的电机功率输出模式，其步骤如下：步骤S21判断车辆是否为急加速：是则，进行步骤S22和S23，采用双电机四轮加速驱动车辆并返回；否则，进行步骤S24；

步骤S24判断此时车辆是否为电机M1单轴驱动：是则，进行步骤S25；否则，进行步骤S210；

步骤S25判断整车控制器输出的功率需求是否大于电机M1的峰值功率：是则，进行步骤S26和S27，采用双电机四轮加速驱动模式并返回；否则，进行步骤S28和S29，采用电机M1单轴加速车辆并返回；

步骤S210判断车辆是否为电机M2单轴驱动：是则，进行步骤S211；否则，进行步骤S216；

步骤S211判断整车控制器输出的功率需求是否大于电机M2的峰值功率：是则，进行步骤S212和S213，采用双电机四轮加速驱动模式并返回；否则，进行步骤S214和S215，采用电机M2单轴加速驱动车辆；

步骤S216判断整车控制器输出的功率需求是否大于电机M1和电机M2的峰值功率之和：是则，进行步骤S217和S218，对双电机进行限功率保护并返回；否则，进行步骤S219和S220，采用双电机四轮加速驱动并返回；

(4)车辆在减速制动工况下控制方法为：所述的双电机双驱轴电动车动力系统控制方法能够根据车辆减速制动工况下的整车状态，判断并选择合理的电机功率输出模式，其步骤如下：

步骤S31判断车辆是否为紧急制动：是则，进行步骤S32和S33，前后轮都采用机械制动并返回；否则，进行步骤S34；

步骤S34判断动力电池SOC值是否大于等于设定的限值：是则，进行步骤S35和S36，前后轮都采用机械制动并返回；否则，进行步骤S37；

步骤S37判断电机M1的峰值功率是否大于整车控制器输出的制动需求功率：是则，进行步骤S38和S39，采用电机M1进行单轴再生制动并返回；否则，进行步骤S310；

步骤S310判断电机M2的峰值功率是否大于整车控制器输出的制动需求功率：是则，进行步骤S311和S312，采用电机M2进行单轴再生制动并返回；否则，进行步骤S313；

步骤S313判断电机M1和电机M2的峰值功率之和是否大于整车控制器输出的制动需求功率：是则，进行步骤S314和S315，采用双电机四轮再生制动并返回；否则，进行步骤S316和S317，采用双电机再生制动加机械制动并返回；

(5)车辆在跛行工况下控制方法为：所述的双电机双驱轴电动车动力系统控制方法能够根据车辆减速跛行工况下的整车状态，判断并选择合理的电机功率输出模式，其步骤如下：

步骤S42判断动力电池SOC值是否小于设定的限值：是则，进行步骤S43；否则，进行步骤S411；

步骤S43判断电机M1的驱动系统是否失效：是则，进行步骤S44；否则，进行步骤S49和S410，限制电机M1的功率来驱动车辆并返回；

步骤S44判断电机M2的驱动系统是否失效：是则，进行步骤S45和S46，进行断电保护并返回；否则，进行步骤S47和S48，限制电机M2的功率来驱动车辆并返回；

步骤S411判断电机M1的驱动系统是否失效：是则，进行步骤S412；否则，进行步骤S417和S418，采用电机M1单轴驱动车辆并返回；

步骤S412判断电机M2的驱动系统是否失效：是则，进行步骤S413和S414，进行断电保护并返回；否则，进行步骤S415和S416，采用电机M2单轴驱动车辆并返回。