CN106274464B - 纯电动车辆的双电机动力系统和控制方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种纯电动车辆的双电机动力系统及其控制方法，其中，在当前车速下两个电机之一工作时的扭矩上下限值之间，以一定扭矩步长改变该电机的扭矩，根据第一电机与第二电机之间的扭矩分配关系确定另一电机的需求扭矩，并且基于第一电机与第二电机的扭矩确定动力系统的综合效率，从而遍历寻找动力系统的最优综合效率，确定出两个电机的最优工作点和相应的第二电机挡位。

Description

纯电动车辆的双电机动力系统和控制方法

技术领域

本发明涉及一种纯电动车辆的双电机动力系统和控制方法。

背景技术

当前纯电动车辆多为单电机结合一挡或两挡等变速箱动力系统形式驱动车辆行驶。单电机峰值扭矩、功率特性直接限制了纯电动车辆的动力性表现。单挡位的传动系统只有一个传动比，对经济性优化的空间不大，两挡传动系统动力性和经济性有优化的可能，但是却会产生动力中断，影响驾驶性。

此外，双电机驱动的纯电动车辆由于能够提供更高的动力输出和更灵活的控制策略、能够实现换挡无动力中断而逐渐得到更多的关注，并且已有关于经济性优化的技术被提出。这些优化技术通常基于车速和加速踏板深度选择电机的挡位，在此基础上确定两个电机的扭矩分配，因此难以获得最优化的经济性。

发明内容

基于本领域现因技术状况，本发明的目的是提供一种用于双电机驱动的纯电动车辆中的控制策略，其能够找到最佳的双电机工作点。

为此，根据本发明的一个方面，提供了一种纯电动车辆的双电机动力系统，其包括：

第一和第二电机；

变速箱，其与第一和第二电机相连，使得第一电机以单传动比输出动力，第二电机以两挡传动比输出动力，所述变速箱中包含单一的同步器，其控制第二电机的挡位；和

控制系统，被构造成确定第一和第二电机间的扭矩分配和同步器挡位，并且控制第一和第二电机以及同步器的操作；

其中，所述控制系统通过下述步骤确定第一和第二电机间的扭矩分配和同步器挡位：

(1)建立第一电机与第二电机之间的扭矩分配关系的步骤，其中，整车轮端需求扭矩、两个电机的轮端需求扭矩、两个电机的传动路线效率、第二电机的挡位均被计入；

(2)建立动力系统的综合效率与两个电机的以扭矩和转速表示的工作点之间关系的步骤；

(3)优化步骤，其中，以动力系统的综合效率为优化目标、以第一和第二电机的扭矩分配和第二电机挡位为优化对象，具体进行下述遍历寻优操作：在当前车速下两个电机之一工作时的扭矩上下限值之间，以一扭矩步长改变该电机的扭矩，根据第一电机与第二电机之间的扭矩分配关系确定另一电机的需求扭矩，并且基于第一电机与第二电机的扭矩确定动力系统的综合效率，从而遍历寻找动力系统的最优综合效率，确定出两个电机的最优工作点和相应的第二电机挡位。

根据本发明的一种可行实施方式，在两个电机之一的某个特定扭矩下，如果另一个电机的扭矩需求超出其扭矩上下限值，则该工作点作废。

根据本发明的一种可行实施方式，第一和第二电机的以转速为变量的电动和发电峰值扭矩为第一和第二电机工作时的扭矩上下限值，并且在所述优化步骤中，从两个电机之一的电动峰值扭矩或发电峰值扭矩开始，以一定扭矩步长改变该电机的扭矩，直至达到其发电峰值扭矩或电动峰值扭矩。

根据本发明的一种可行实施方式，第一电机作为主电机在车辆运行中持续提供驱动功率，第二电机作为辅助电机在整车扭矩、功率需求较大或第一电机效率较低时辅助或单独提供驱动功率；并且，在所述优化步骤中，在当前车速下第一电机工作时的扭矩上下限值之间以一定扭矩步长改变第一电机的扭矩，以便进行遍历寻优。

根据本发明的一种可行实施方式，当第一电机功率为零时，系统综合效率中计入第二电机工作时拖动第一电机旋转产生的损失。

根据本发明的一种可行实施方式，在建立动力系统的综合效率与两个电机的工作点之间关系的步骤中，每个电机用作电动机时的电动效率和用作发电机时的发电效率被计入。

根据本发明的一种可行实施方式，在所述优化步骤中，车辆电池的电流和功率限制被计入，如果两个电机的工作点的组合导致车辆电池电流或功率超出相应的限制值，则该工作点的组合作废。

根据本发明的一种可行实施方式，在所述优化步骤中，以提高计算速度和/或计算精度为目标调节扭矩步长。

根据本发明的一种可行实施方式，所述建立动力系统的综合效率与两个电机的以扭矩和转速表示的工作点之间关系的步骤包括预先计算出并存储离线表格，所述优化步骤中通过插值离线表格得到确定出两个电机的最优工作点和相应的第二电机挡位。

本发明在其另一方面提供了一种用于前面描述的纯电动车辆的双电机动力系统中的控制方法，该方法中执行前面描述的各个步骤。前面针对双电机动力系统描述的各项特征同样适用于本发明的控制方法中。

根据本发明的一种可行实施方式，所述优化步骤具体包括依次进行的以下子步骤：

步骤S1，开始；

步骤S2，将第一和第二电机之一的扭矩值设置为该电机的扭矩上下限值之一，并且将动力系统效率和搜索工作点序号都设为零；

步骤S3，从所述扭矩上下限值之一开始以预定扭矩步长改变所述第一和第二电机之一的扭矩值，基于此扭矩值计算出第一和第二电机中另一个的扭矩值，并且基于第一和第二电机的扭矩值计算出当前动力系统效率；

步骤S4，判断计算出的当前动力系统效率是否优于前一动力系统效率；若结果为“是”，执行步骤S5，若结果为“否”，转到步骤S6；

步骤S5，将第一和第二电机的工作点、第二电机挡位、动力系统效率更新为当前值；

步骤S6，搜索工作点序号加一；

步骤S7，判断所述第一和第二电机之一的扭矩值是否达到所述扭矩上下限值中的另一个；若结果为“是”，执行步骤S8，若结果为“否”，转到步骤S3；

步骤S8，保持第一和第二电机的工作点、第二电机挡位、动力系统效率的当前值；

步骤S9，基于一和第二电机的工作点、第二电机挡位的当前值，对第一和第二电机以及同步器实时控制。

根据本发明的纯电动车辆双电机控制策略，优化了驱动过程中双电机扭矩的分配，提高了车辆驾驶中的经济性。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施方式的纯电动车辆双电机动力系统的结构示意图。

图2是根据本发明的另一个实施方式的纯电动车辆双电机动力系统的结构示意图。

图3是根据本发明的一种双电机动力系统最优工作点确定过程的流程图。

具体实施方式

下面描述本发明的一些可行实施方式。

本发明涉及双电机驱动的纯电动车辆的动力系统及相应的控制策略，这种动力系统中的一个电机以单速传动路线输出动力，另一个电机以双传动路线输出动力。图1、2中显示了这样的动力系统的两个例子，但可以理解，本发明的基本原理同样适用于其他符合上述条件的纯电动车辆的双电机动力系统。

在图1所示的第一实施方式中，纯电动车辆的双电机动力系统包括彼此相对布置的第一电机1和第二电机2。第一电机1带动第一电机驱动轴3旋转，第二电机2带动第二电机驱动轴4旋转。

第一电机驱动轴3上固定着传动套轴5，在传动套轴5上装有第一电机主动齿轮6(同时也是第二电机一挡主动齿轮)，第二电机驱动轴4插入传动套轴5中并由传动套轴5可旋转地支撑。在第二电机驱动轴4上，装有同步器7和第二电机二挡主动齿轮8。同步器7在轴向上位于第一电机主动齿轮6与第二电机二挡主动齿轮8，并且其结合套可选择性地轴向切换而与这两个齿轮之一结合。同步器7是本发明的双电机动力系统中的唯一的同步器，用于实现双电机动力系统的传动路线的切换。

双电机动力系统还包括中间轴9，其上装有第一电机从动齿轮10(同时也是第二电机一挡从动齿轮)和第二电机二挡从动齿轮11，二者分别与第一电机主动齿轮6和第二电机二挡主动齿轮8啮合。第一电机主动齿轮6与第一电机从动齿轮10之间提供第一电机1的单一传动比、同时也是第二电机2的第一传动比，第二电机二挡主动齿轮8与第二电机二挡从动齿轮11之间提供第二电机2的第二传动比。

此外，在中间轴9上装有输出主动齿轮12。输出主动齿轮12与输出从动齿轮13啮合。输出从动齿轮13构成差速器14的输入端，差速器14的输出端由差速器输出轴15构成，差速器输出轴15用于驱动车辆的驱动轮。

上面描述的由第一电机驱动轴3和第二电机驱动轴4到输出主动齿轮12的结构构成了根据第一实施方式的双电机动力系统的变速箱。在上述变速箱中，第一电机1通过具有单一传动比的单一动力输出路线输出动力，第二电机2可通过两挡动力输出路线输出动力，其中在一挡与第一电机1共享同一套动力输出路线，从而具有第一电机1的单一传动比相同的第一传动比，在二挡具有与所述单一传动比即第一传动比不同的第二传动比。

在图2所示的第二实施方式中，纯电动车辆的双电机动力系统包括第一电机1和第二电机2。第一电机1带动第一电机驱动轴3旋转，第二电机2带动第二电机驱动轴4旋转。

第一电机驱动轴3上装有第一电机主动齿轮6，第二电机驱动轴4上装有第二电机一挡主动齿轮16和第二电机二挡主动齿轮8。

双电机动力系统还包括中间轴9，其上装有第一电机从动齿轮10、第二电机一挡从动齿轮17和第二电机二挡从动齿轮11，三者分别与第一电机主动齿轮6、第二电机一挡主动齿轮16和第二电机二挡主动齿轮8啮合。

中间轴9上还装有同步器7，其结合套可选择性地轴向切换而与第二电机一挡从动齿轮17和第二电机二挡从动齿轮11之一结合。同步器7是本发明的双电机动力系统中的唯一的同步器，用于实现双电机动力系统的传动路线的切换。可以理解，该同步器7也可以装于第二电机驱动轴4上，以使其结合套选择性地与第二电机一挡主动齿轮16和第二电机二挡主动齿轮8结合。

第一电机主动齿轮6与第一电机从动齿轮10之间提供第一电机1的单一传动比，第二电机一挡主动齿轮16与第二电机一挡从动齿轮17之间提供第二电机2的第一传动比，第二电机二挡主动齿轮8与第二电机二挡从动齿轮11之间提供第二电机2的第二传动比。

此外，在中间轴9上装有输出主动齿轮12。输出主动齿轮12与构成差速器14输入端的输出从动齿轮13啮合，差速器14的输出轴15用于驱动车辆的驱动轮。

上面描述的由第一电机驱动轴3和第二电机驱动轴4到输出主动齿轮12的结构构成了根据第二实施方式的双电机动力系统的变速箱。在上述变速箱中，第一电机1通过具有单一传动比的单一动力输出路线输出动力，第二电机2可通过分别具有彼此不同的第一传动比和第二传动比的两挡动力输出路线输出动力。第二电机的第一传动比可与第一电机1的单一传动比不同。

相对于第一实施方式而言，第二实施方式的双电机动力系统结构稍复杂，成本略高，但可产生更多的传动比组合，有更大的传动比优化空间。

此外，上述根据第一和第二实施方式的双电机动力系统各自还包括控制系统，用于控制上述变速箱，该控制系统包括第一电机控制器20，其控制第一电机1的操作；第二电机控制器30，其控制第二电机2的操作；换挡控制器40，其控制同步器7的结合套选择性地轴向移动移动而与主动齿轮6或8结合，实现第二电机2的动力接入和换挡；动力系统控制器50，其确定两个电机的预期工作点，以使第一电机控制器20、第二电机控制器30和换挡控制器40执行相应的控制；整车控制器100，其控制动力系统控制器50以便协调控制两个电机和其他整车功能。动力系统控制器50可以是单独的一个控制器，其与整车控制器100相连并与其通信；或者，动力系统控制器50可以是整车控制器100中的一个模块，与其他模块相连并通信。根据图示的方案，动力系统控制器50直接控制换挡控制器40，并且通过获得整车控制器100的控制权而经整车控制器100控制第一电机控制器20和第二电机控制器30。作为替代方案，动力系统控制器50可以直接控制第一电机控制器20、第二电机控制器30和换挡控制器40。

在上述根据第一和第二实施方式的双电机动力系统中，直接连接单传动比传动路线的第一电机1作为主电机在车辆运行中持续提供驱动功率，第二电机2作为辅助电机在整车扭矩、功率需求较大或第一电机1效率较低时辅助(或单独)驱动。在第二电机2升挡或降挡动作中，第一电机1维持持续动力输出，不会产生动力中断。

在上述根据第一和第二实施方式的双电机动力系统中，动力系统控制器50中执行本发明的一种遍历寻优的双电机控制策略，以便确定两个电机的预期工作点。

车辆电池电流、功率是否受限，以及是否根据换挡曲线预确定第二电机二挡位Gear_EM2，直接影响控制策略。如果预设定基于车速和整车踏板深度或其他变量确定第二电机2的换挡曲线，则在一定车速、整车踏板深度等条件下，第二电机2的挡位Gear_EM2已确定。在这种情况下，只有第一电机1的扭矩Trq_EM1、第二电机2的扭矩Trq_EM2两个优化目标变量，控制策略算法计算量小，但由于挡位未参与优化，无法实现对应工况下整个动力系统的最优效率。

如果不预确定第二电机2的挡位Gear_EM2，则在寻优过程中，第二电机2的挡位Gear_EM2也作为一个优化变量，需要通过遍历寻优找出当前工况下第二电机2电机路最优挡位。第一种情况中，第二种情况由于有第一电机1的扭矩Trq_EM1、第二电机2的扭矩Trq_EM2和第二电机2的挡位Gear_EM2三个优化目标变量，控制策略算法计算量较大，运算时间稍长，但由于动力系统所有主要可变参数均参与优化，可实现对应工况下整个动力系统进行优化，得到最优系统效率。本发明的动力系统控制器50中在不预确定第二电机2的挡位Gear_EM2的条件下实施控制策略。

本发明的动力系统控制器50中遍历寻找第一电机1和第二电机2的最优工作点。每个电机的最优工作点包含速度和扭矩两个分量。

首先基于第一电机1的扭矩Trq_EM1确定需求的第二电机2的扭矩Trq_EM2，如下所述。

根据第一电机1的Trq_EM1和第一电机1的传动比GR_EM1，以及以第一电机1的转速Spd_EM1、扭矩Trq_EM1为变量的第一电机1路线效率Effi_EM1GB(Spd_EM1，Trq_EM1)可计算得到对应的第一电机1轮端扭矩Trq_EM1atwheel：

Trq_EM1atwheel＝Trq_EM1×GR_EM1×Effi_EM1GB(Spd_EM1，Trq_EM1) (1)

将整车轮端需求扭矩Trq_{vehreqatwheel}减去第一电机1的轮端扭矩Trq_EM1atwheel得到对应的第二电机2轮端需求扭矩Trq_EM2atwheel：

Trq_EM2atwheel＝Trq_{vehreqatwheel}-Trq_EM1atwheel (2)

第二电机2的挡位Gear_EM2可以为一挡或二挡，结合第二电机2的一挡传动比GR1_EM2或二挡传动比GR2_EM2及以第二电机2转速Spd_EM2、第二电机2轮端需求扭矩Trq_EM2atwheel为变量的第二电机2路线效率Effi_EM2GB(Spd_EM2，Trq_EM2atwheel)，得到第二电机2在一挡和二挡下的对应扭矩Trq_EM2：

Trq_EM2＝Trq_EM2atwheel/GR1_EM2/Effi_EM2GB(Spd_EM2，Trq_EM2atwheel) (3)

Trq_EM2＝Trq_EM2atwheel/GR2_EM2/Effi_EM2GB(Spd_EM2，Trq_EM2atwheel) (4)

在如上所述确定了需求的第二电机2的扭矩Trq_EM2与第一电机1的扭矩Trq_EM1之间的关系后，本发明的控制策略寻找第一电机1和第二电机2的最优工作点[Spd_EM1opt，Trq_EM1opt]、[Spd_EM2opt，Trq_EM2opt]，在此过程中，以一定扭矩步长，遍历第一电机1可工作范围内的全部可能扭矩Trq_EM1，通过计算得到第二电机2的相应扭矩需求。在一定转速下第一电机1以转速为变量的电动和发电峰值扭矩即为电机工作的扭矩上下限值。

作为替代性方式，也可以首先基于第二电机2的扭矩Trq_EM2确定需求的第一电机1的扭矩Trq_EM1，如下所述。

第二电机2传动路线可以为一挡或二挡，根据第二电机2的扭矩Trq_EM2和第二电机2的一挡和二挡传动比GR1_EM2和GR2_EM2、以及以第二电机2转速Spd_EM2、Trq_EM2为变量的第二电机2路线效率Effi_EM2GB(Spd_EM2，Trq_EM2)可计算得到对应第二电机2在一挡和二挡下的轮端扭矩Trq_EM2atwheel：

Trq_EM2atwheel＝Trq_EM2×GR1_EM2×Effi_EM2GB(Spd_EM2，Trq_EM2) (5)

Trq_EM2atwheel＝Trq_EM2×GR2_EM2×Effi_EM2GB(Spd_EM2，Trq_EM2) (6)

将整车轮端需求扭矩Trq_{vehreqatwheel}减去第二电机2的轮端扭矩Trq_EM2atwheel得到第一电机1轮端对应扭矩Trq_EM1atwheel：

Trq_EM1atwheel＝Trq_{vehreqatwheel}-Trq_EM2atwheel (7)

结合变速箱第一电机1路传动比GR_EM1及以第一电机1转速Spd_EM1、第一电机1轮端扭矩Trq_EM1atwheel为变量的变速箱第一电机1路线效率Effi_EM1GB(Spd_EM1Gear，Trq_EM1atwheel)，得到需求的第一电机1对应扭矩Trq_EM1：

Trq_EM1＝Trq_EM1atwheel/GR_EM1/Effi_EM1GB(Spd_EM1，Trq_EM1atwheel) (8)

在如上所述确定了需求的第一电机1的扭矩Trq_EM1与第二电机2的扭矩Trq_EM2之间的关系后，本发明的控制策略以一定扭矩步长，遍历第二电机2可工作范围内可能扭矩Trq_EM2，通过计算得到第一电机1相应扭矩需求，在一定转速下第二电机2以转速为变量的电动和发电峰值扭矩即为电机工作的上、下扭矩限制。

根据第一电机1和第二电机2工作点的转速、扭矩值[Spd_EM1，Trq_EM1]、[Spd_EM2，Trq_EM2]计算得到对应的动力系统综合效率；通过比较第一电机1和第二电机2的各个工作点，选取其中使得动力系统综合效率最优的第一电机1和第二电机2工作点，即得到第一电机1和第二电机2最优工作点[Spd_EM1opt，Trq_EM1opt]、[Spd_EM2opt，Trq_EM2opt]。

在上面的控制策略中，当电池电流、功率受限时，本发明的控制策略中维持电池性能、保证电池寿命的需求优先，以约束整车控制策略对经济性的优化。

这样，根据本发明所提供的上述控制策略或方法，通过对车辆行驶某一工况下的第一电机1和第二电机2可能工作点遍历寻优，可以搜索到在满足车辆行驶要求、动力系统部件性能限制前提下，使包括两电机第一电机1和第二电机2在内的动力系统综合效率最高的第一电机1和第二电机2工作点及第二电机2的挡位Gear_EM2，从而提高整车经济性。

本发明的电机驱动的纯电动车辆的动力系统控制策略或方法能够以各种适宜的过程实现。

以遍历第一电机1的扭矩寻找第一电机1和第二电机2的最优工作点为例，在采用遍历算法进行寻优计算时，首先需确定遍历的扭矩步长，在确保精确性的前提下保证算法的计算速度。在遍历寻找第一电机1和第二电机2的最优工作点[Spd_EM1opt，Trq_EM1opt]、[Spd_EM2opt，Trq_EM2opt]的过程中，第二电机2的挡位Gear_EM2可以为一挡或二挡。在允许范围内首先遍历第一电机1的扭矩过程中，可以从以转速为变量的第一电机1的电动峰值扭矩Trq_EM1pmot(Spd_EM1)开始，按照确定的遍历扭矩步长，依次递减，直到遍历扭矩小于以转速为变量的第一电机1的发电峰值扭矩Trq_EM1pgen(Spd_EM1)为止。也可以相反，从以转速为变量的第一电机1的发电峰值扭矩Trq_EM1pgen(Spd_EM1)开始，按照确定的遍历步长扭矩，依次增大，直到遍历扭矩大于以转速为变量的第一电机1的电动峰值扭矩Trq_EM1pmot(Spd_EM1)为止，下面结合图3以从第一电机1的电动峰值扭矩开始便利寻找最优工作点为例描述本发明的一种可行控制策略或方法的流程(算法)。

首先，在步骤S1，流程开始。

接下来，在步骤S2，将第一电机1在当前转速Spd_EM1下的最佳扭矩Trq_EM1opt的初始值设置为第一电机1的电动峰值扭矩Trq_EM1pmot(Spd_EM1)。此外，将最优动力系统效率值Effi_opt和搜索工作点序号Count都设为零。

接下来，在步骤S3，以预定步长Step改变第一电机1的扭矩Trq_EM1并基于此Trq_EM1计算动力系统综合效率Effi_system。

具体而言，首先以下式改变第一电机1的扭矩：

Trq_EM1＝Trq_EM1pmot(Spd_EM1)-Count×Step (9)

然后，根据当前车速Velocity、第一电机1的传动比GR_EM1和轮胎半径Rtire计算出第一电机1转速Spd_EM1：

Spd_EM1＝Velocity×GR_EM1/Rtire (10)

根据遍历得到的Trq_EM1和第一电机1传动比GR_EM1，及以当前车速Velocity下第一电机1转速Spd_EM1、扭矩Trq_EM1为变量的变速箱第一电机1路线效率Effi_EM1GB(Spd_EM1，Trq_EM1)，计算得到对应第一电机1轮端扭矩Trq_EM1atwheel：

Trq_EM1atwheel＝Trq_EM1×GR_EM1×Effi_EM1GB(Spd_EM1，Trq_EM1) (11)

整车轮端需求扭矩Trq_{vehreqatwheel}减去Trq_EM1atwheel得到对应第二电机2轮端扭矩Trq_EM2atwheel：

Trq_EM2atwheel＝Trq_{vehreqatwheel}-Trq_EM1atwheel (12)

根据当前车速Velocity、第二电机2的传动比GR_EM2和轮胎半径Rtire计算出第一电机1在一挡和二挡下的转速Spd_EM1：

Spd_EM2＝Velocity×GR1_EM2/Rtire (13)

Spd_EM2＝Velocity×GR2_EM2/Rtire (14)

结合第二电机2的一或二挡传动比GR1_EM2或者GR2_EM2及以第二电机2转速Spd_EM2、第二电机2轮端扭矩Trq_EM2atwheel为变量的第二电机2路线效率Effi_EM2GB(Spd_EM2，Trq_EM2atwheel)，得到第二电机2在一挡和二挡下的对应扭矩Trq_EM2：

Trq_EM2＝Trq_EM2atwheel/GR1_EM2/Effi_EM2GB(Spd_EM2，Trq_EM2atwheel) (15)

Trq_EM2＝Trq_EM2atwheel/GR2_EM2/Effi_EM2GB(Spd_EM2，Trq_EM2atwheel) (16)

若Spd_EM2或Trq_EM2超出限制范围，则该工作点不符合要求。

在遍历过程中，当第一电机1和第二电机2工作点为[Spd_EM1，Trq_EM1]、[Spd_EM2，Trq_EM2]时，动力系统综合效率Effi_system为动力系统输出功率Pwr_output与动力系统输入功率Pwr_input比率：

Effi_system＝Pwr_output/Pwr_input (17)

其中，第一电机1和第二电机2机械功率PwrM_EM1和PwrM_EM2分别为：

PwrM_EM1＝Trq_EM1×Spd_EM1 (18)

PwrM_EM2＝Trq_EM2×Spd_EM2 (19)

当第一电机1电动时，第一电机1电功率PwrE_EM1mot为机械功率除以第一电机1以转速和转矩为变量的电机电动效率Effi_EM1mot：

PwrE_EM1mot＝PwrM_EM1/Effi_EM1mot(Spd_EM1，Trq_EM1) (20)

当第一电机1发电时，第一电机1电功率PwrE_EM1gen为机械功率乘以第一电机1以转速和转矩为变量的电机发电效率Effi_EM1gen：

PwrE_EM1gen＝PwrM_EM1×Effi_EM1gen(Spd_EM1，Trq_EM1) (21)

当第二电机2电动时，第二电机2电功率PwrE_EM2mot为机械功率除以第二电机2以转速和转矩为变量的电机电动效率Effi_EM2mot：

PwrE_EM2mot＝PwrM_EM2/Effi_EM2mot(Spd_EM2，Trq_EM2) (22)

当第二电机2发电时，第二电机2电功率PwrE_EM2gen为机械功率乘以第二电机2以转速和转矩为变量的电机发电效率Effi_EM2gen：

PwrE_EM2gen＝PwrM_EM2×Effi_EM2gen(Spd_EM2，Trq_EM2) (23)

当第一电机1和第二电机2均电动时：

Pwr_input＝PwrE_EM1mot+PwrE_EM2mot且Pwr_output＝PwrM_EM1+PwrM_EM2 (24)

当第一电机1和第二电机2均发电时：

Pwr_input＝PwrM_EM1+PwrM_EM2且Pwr_output＝PwrE_EM1gen+PwrE_EM2gen (25)

当第一电机1电动、第二电机2发电时：

Pwr_input＝PwrE_EM1mot+PwrM_EM2且Pwr_output＝PwrM_EM1+PwrE_EM2gen (26)

当第一电机1发电、第二电机2电动时：

Pwr_input＝PwrM_EM1+PwrE_EM2mot且Pwr_output＝PwrE_EM1gen+PwrM_EM2 (27)

在图1、2所示动力系统的结构下，当第一电机1功率为零，第二电机2功率不为零时，由于第一电机1为直连，第二电机2需要拖动第一电机1旋转，计算时应考虑由于拖动第一电机1所产生的额外损失。

接下来，在步骤S4，判断在步骤S3中计算出的动力系统综合效率Effi_system是否优于最优动力系统效率值Effi_opt；如果判断结果为“是”，则转到下一步骤S5，如果判断结果为“否”，则转到步骤S6。

接下来，在步骤S5，用当前第一电机1和第二电机2的工作点[Spd_EM1，Trq_EM1]、[Spd_EM2，Trq_EM2]、系统综合效率Effi_system替换原第一电机1和第二电机2最优工作点[Spd_EM1opt，Trq_EM1opt]、[Spd_EM2opt，Trq_EM2opt]和最优系统效率Effi_opt。

接下来，在步骤S6，将搜索工作点序号加一。

接下来，在步骤S7，判断当前的第一电机1的扭矩Trq_EM1是否小于第一电机1的发电峰值扭矩Trq_EM1pgen；如果判断结果为“是”，则转到下一步骤S8，如果判断结果为“否”，则返回步骤S3。

接下来，在步骤S8，将Trq_EM1opt、Spd_EM1opt、Trq_EM2opt、Spd_EM2opt、Effi_opt的当前值确定下来，得到使动力系统效率最优工作点[Spd_EM1opt，Trq_EM1opt]、[Spd_EM2opt，Trq_EM2opt]。

接下来，在步骤S9，基于上面确定的两个电机的最优工作点，使动力系统执行相应的操作。

对于图1、2描述的动力系统的例子中，由动力系统控制器50执行上述流程以确定出第一电机1和第二电机2的最优工作点，以优化两个电机的扭矩分配，并向第一电机控制器20、第二电机控制器30和换挡控制器40输出相应的指令，以使同步器7处于或切换到适宜的位置，并且第一电机1和第二电机2输出最优的扭矩。

需要指出，对于存在车辆电池电流、功率受限制的情况，可以在上述流程中在步骤S5、S6之间判断Trq_EM1opt、Spd_EM1opt、Trq_EM2opt、Spd_EM2opt、Effi_opt的当前值下第一电机1和第二电机2组合的输入电流和功率，如果二者组合的输入电流和功率超出了车辆电池电流、功率，Trq_EM1opt、Spd_EM1opt、Trq_EM2opt、Spd_EM2opt、Effi_opt采用前一组值，且流程转到步骤S9；如果未超出车辆电池电流、功率，则流程转到步骤S7。当然，此段中描述的步骤适用于车辆电池电流、功率受限不严重的状况。如果电池电流、功率受限严重，则优先要保证电池寿命、维持电池性能，动力系统效率优化不做优先考虑。

可以看出，通过前面描述的流程，当所有一定车辆工况下可能的第一电机1电机扭矩点遍历完毕后，通过比较不同遍历工作点下动力系统综合效率可得到使动力系统效率最优工作点[Spd_EM1opt，Trq_EM1opt]、[Spd_EM2opt，Trq_EM2opt]，从而使系统效率最优。

基于上面对图3中所示流程的描述，本领域技术人员能够设计出以从第一电机1的发电峰值扭矩开始便利寻找最优工作点的流程。

本发明的优化过程可以通过采取各种措施来提高计算速度和精度。例如，扭矩步长可以设计成可变的或可调的。举例而言，可以在系统效率高于前次系统效率的状况下，减小扭矩步长绝对值，以提高计算精度；而在当前系统效率低于前次系统效率时，增大扭矩步长绝对值，以加快计算速度，若增大扭矩步长后计算出的系统效率高于前次系统效率，则退回两者之间工作点重新计算。此外，可以构想的是，当系统效率增量大于前次系统效率增量时，可以增加扭矩步长绝对值，以提高计算速度；当系统效率增量小于前次系统效率增量时，可以减小扭矩步长绝对值，以提高计算精度。当然，综合考虑计算速度和计算精度的具体算法也可以构想出来。

另外，当希望加快控制速度时，可以用本申请中描述的方法计算出离线表格，实车运行过程中插值离线表格得到两个电机的扭矩分配。当然，这种方式的缺点是不能跟随实际电池电压变化计算对应电压下电机效率及整车系统效率。

可以理解，本发明的双电机驱动的纯电动车辆的动力系统中的控制系统和控制方法不局限于上面描述的细节，尤其是参照图3描述的具体流程和算法。相反，在本发明的基本原理的范围内，任何适宜的遍历优化方法及其具体流程和算法都可以采用。

根据本发明所提供的控制系统和控制方法，通过对车辆行驶某一工况下两个电机的可能工作点遍历寻优，可以搜索到在满足车辆行驶要求、动力系统部件性能限制前提下，找到动力系统综合效率最高的两个电机的工作点及第二电机挡位，从而提高整车经济性。

虽然这里参考具体的实施方式描述了本申请，但是本申请的范围并不局限于所示的细节。在不偏离本申请的基本原理的情况下，可针对这些细节做出各种修改。

Claims (11)

1.一种纯电动车辆的双电机动力系统，包括：

第一和第二电机；

变速箱，其与第一和第二电机相连，使得第一电机以单传动比输出动力，第二电机以两挡传动比输出动力，所述变速箱中包含单一的同步器，其控制第二电机的挡位；和

控制系统，被构造成确定第一和第二电机间的扭矩分配和同步器挡位，并且控制第一和第二电机以及同步器的操作；

其中，所述控制系统通过下述步骤确定第一和第二电机间的扭矩分配和同步器挡位：

(1)建立第一电机与第二电机之间的扭矩分配关系的步骤，其中，整车轮端需求扭矩、两个电机的轮端需求扭矩、两个电机的传动路线效率、第二电机的挡位均被计入；

(2)建立动力系统的综合效率与两个电机的以扭矩和转速表示的工作点之间关系的步骤；

(3)优化步骤，其中，以动力系统的综合效率为优化目标、以第一和第二电机的扭矩分配和第二电机挡位为优化对象，具体进行下述遍历寻优操作：在当前车速下两个电机之一工作时的扭矩上下限值之间，以一扭矩步长改变该电机的扭矩，根据第一电机与第二电机之间的扭矩分配关系确定另一电机的需求扭矩，并且基于第一电机与第二电机的扭矩确定动力系统的综合效率，从而遍历寻找动力系统的最优综合效率，确定出两个电机的最优工作点和相应的第二电机挡位。

2.如权利要求1所述的纯电动车辆的双电机动力系统，其中，在两个电机之一的某个特定扭矩下，如果另一个电机的扭矩需求超出其扭矩上下限值，则该工作点作废。

3.如权利要求1所述的纯电动车辆的双电机动力系统，其中，第一和第二电机的以转速为变量的电动和发电峰值扭矩为第一和第二电机工作时的扭矩上下限值，并且在所述优化步骤中，从两个电机之一的电动峰值扭矩或发电峰值扭矩开始，以一定扭矩步长改变该电机的扭矩，直至达到其发电峰值扭矩或电动峰值扭矩。

4.如权利要求1至3中任一项所述的纯电动车辆的双电机动力系统，其中，第一电机作为主电机在车辆运行中持续提供驱动功率，第二电机作为辅助电机在整车扭矩、功率需求较大或第一电机效率较低时辅助或单独提供驱动功率；并且

在所述优化步骤中，在当前车速下第一电机工作时的扭矩上下限值之间以一定扭矩步长改变第一电机的扭矩，以便进行遍历寻优。

5.如权利要求1至3中任一项所述的纯电动车辆的双电机动力系统，其中，当第一电机功率为零时，系统综合效率中计入第二电机工作时拖动第一电机旋转产生的损失。

6.如权利要求1至3中任一项所述的纯电动车辆的双电机动力系统，其中，在建立动力系统的综合效率与两个电机的工作点之间关系的步骤中，每个电机用作电动机时的电动效率和用作发电机时的发电效率被计入。

7.如权利要求1至3中任一项所述的纯电动车辆的双电机动力系统，其中，在所述优化步骤中，车辆电池的电流和功率限制被计入，如果两个电机的工作点的组合导致车辆电池电流或功率超出相应的限制值，则该工作点的组合作废。

8.如权利要求1至3中任一项所述的纯电动车辆的双电机动力系统，其中，在所述优化步骤中，以提高计算速度和/或计算精度为目标调节扭矩步长。

9.如权利要求1至3中任一项所述的纯电动车辆的双电机动力系统，其中，所述建立动力系统的综合效率与两个电机的以扭矩和转速表示的工作点之间关系的步骤包括预先计算出并存储离线表格，所述优化步骤中通过插值离线表格得到确定出两个电机的最优工作点和相应的第二电机挡位。

10.一种用于权利要求1至9中任一项所述的纯电动车辆的双电机动力系统中的控制方法，包括下述步骤：

(1)建立第一电机与第二电机之间的扭矩分配关系的步骤，其中，整车轮端需求扭矩、两个电机的轮端需求扭矩、两个电机的传动路线效率、第二电机的挡位均被计入；

(2)建立动力系统的综合效率与两个电机的以扭矩和转速表示的工作点之间关系的步骤；

(3)优化步骤，其中，以动力系统的综合效率为优化目标、以第一和第二电机的扭矩分配和第二电机挡位为优化对象，具体进行下述遍历寻优操作：在当前车速下两个电机之一工作时的扭矩上下限值之间，以一扭矩步长改变该电机的扭矩，根据第一电机与第二电机之间的扭矩分配关系确定另一电机的需求扭矩，并且基于第一电机与第二电机的扭矩确定动力系统的综合效率，从而遍历寻找动力系统的最优综合效率，确定出两个电机的最优工作点和相应的第二电机挡位。

11.如权利要求10所述的控制方法，其中，所述优化步骤具体包括依次进行的以下子步骤：

步骤S1，开始；

步骤S2，将第一和第二电机之一的扭矩值设置为该电机的扭矩上下限值之一，并且将动力系统效率和搜索工作点序号都设为零；

步骤S3，从所述扭矩上下限值之一开始以预定扭矩步长改变所述第一和第二电机之一的扭矩值，基于此扭矩值计算出第一和第二电机中另一个的扭矩值，并且基于第一和第二电机的扭矩值计算出当前动力系统效率；

步骤S4，判断计算出的当前动力系统效率是否优于前一动力系统效率；若结果为“是”，执行步骤S5，若结果为“否”，转到步骤S6；

步骤S5，将第一和第二电机的工作点、第二电机挡位、动力系统效率更新为当前值；

步骤S6，搜索工作点序号加一；

步骤S7，判断所述第一和第二电机之一的扭矩值是否达到所述扭矩上下限值中的另一个；若结果为“是”，执行步骤S8，若结果为“否”，转到步骤S3；

步骤S8，保持第一和第二电机的工作点、第二电机挡位、动力系统效率的当前值；

步骤S9，基于一和第二电机的工作点、第二电机挡位的当前值，对第一和第二电机以及同步器实时控制。