CN107472078B - 车辆的控制方法、系统及车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种车辆的控制方法、系统及车辆，其中，车辆的动力系统包括无级变速器，无级变速器与电机相连，该方法包括以下步骤：获取车辆的需求功率；根据需求功率，查询预设电机效率映射图得到对应于需求功率的电机的最优转速和最优转矩；以及根据最优变速比控制无级变速器运行，并根据最优转矩控制电机运行。本发明能够使电机维持在高效率区间工作，实现了动力系统的高效运行，提升了车辆的动力性能，进而提升了用户体验。
Description
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，特别涉及一种车辆的控制方法、系统及车辆。
背景技术
电机是电动汽车动力系统的核心，动力系统的高效率运行是整个电动汽车高效运行的基础，除了电机、电机控制器本身的高效率之外，合理的动力耦合设计(主要是科学的传动装置的匹配和使用)，将使电机维持在高效率区间工作，进而实现动力整体的高效运行。
目前车辆的动力系统主要存在的问题是，乘用车大多使用单级减速器串联电机来进行驱动，这样的传统系统结构简单可靠，但行驶中电机不能始终处在较高效率的工作区间。比如，乘用车电机经常工作在低转矩高转速的区域，而这一区域正是电机效率相对较低的区域，例如图1所示。
另一方面，部分电动客车采取电机串联AMT(Automated MechanicalTransmission，机械式自动变速箱)变速箱或者多电机合成驱动、电驱动桥等方式来驱动车辆。然而，AMT变速箱或AT(automatic transmission，自动变速器)变速箱采用齿轮组进行变速传动，相对笨重，且档位数量有限，换挡的冲击较大，对乘客感受、电机运行影响较大。另外，因同步转速的需求，需要高精度的转速换挡控制，造成换挡时间长，换挡时离合切开会发生动力缺失，在换挡结束后的接合状态又不可避免转速差的存在，电机会出现负转矩运行，产生二次冲击。这些问题使驱动机构整体的效率和体验大大降低，而其他一些相关方案的技术难度相对较高，可行性不大。
发明内容
本发明旨在至少解决上述技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种车辆的控制方法，该方法能够使电机维持在高效率区间工作，实现了动力系统的高效运行，提升了车辆的动力性能，进而提升了用户体验。
本发明的另一个目的在于提出一种车辆的控制系统。
本发明的第三个目的在于提出一种车辆。
为了实现上述目的，本发明第一方面的实施例提出了一种车辆的控制方法，其特征在于，所述车辆包括动力系统，所述动力系统包括无级变速器，所述无级变速器与电机相连，所述方法包括以下步骤：获取车辆的需求功率；根据所述需求功率，查询预设电机效率映射图得到对应于所述需求功率的电机的最优转速和最优转矩；根据所述最优转速和电机的实际转速得到最优变速比；以及根据所述最优变速比控制所述无级变速器运行，并根据所述最优转矩控制所述电机运行。
根据本发明实施例的车辆的控制方法，采用无级变速器，使车辆换挡平顺、变速灵活，并获取车辆的需求功率，通过查询预设的电机效率映射图得到电机的最优转速和最优转矩，根据最优转速得到最优变速比，最后根据最优转矩和最优变速比分别控制电机和无级变速器的运转，从而能够使电机维持在高效率区间工作，实现了动力系统的高效运行，提升了车辆的动力性能，进而提升了用户体验。
另外，根据本发明上述实施例的车辆的控制方法还可以具有如下附加的技术特征：
在一些示例中，所述根据所述需求功率，查询预设电机效率映射图得到对应于所述需求功率的电机的最优转速和最优转矩，进一步包括：获取所述需求功率与电机的实际转速、电机的实际转矩及所述无级变速器的整体效率的对应关系，其中，所述预设电机效率映射图包括不同需求功率与电机的实际转速、电机的实际转矩及所述无级变速器的整体效率的对应关系；根据所述需求功率与电机的实际转速、电机的实际转矩及所述无级变速器的整体效率的对应关系生成对应于所述需求功率的函数曲线；获取所述函数曲线上效率最高的点；将所述效率最高的点对应的转速和转矩作为所述需求功率对应的电机的最优转速和最优转矩。
在一些示例中，所述需求功率与电机的实际转速、电机的实际转矩及所述无级变速器的整体效率的对应关系如下：
其中，A为所述需求功率，T为电机的实际转矩，V为电机的实际转速，η为所述无级变速器的整体效率。
在一些示例中，所述最优变速比通过如下公式计算：
其中，C为所述最优变速比，Vm为所述最优转速，V为所述电机的实际转速。
在一些示例中，所述获取所述函数曲线上效率最高的点，进一步包括：预先标定所述函数曲线上所有点对应的效率，并从所述所有点对应的效率中查找效率最高的点。
为了实现上述目的，本发明第二方面的实施例提出了一种车辆的控制系统，所述车辆包括动力系统，所述动力系统包括无级变速器，所述无级变速器与电机相连，所述控制系统包括：获取模块，所述获取模块用于获取车辆的需求功率；查询模块，所述查询模块用于根据所述需求功率，查询预设电机效率映射图得到对应于所述需求功率的电机的最优转速和最优转矩；计算模块，所述计算模块用于根据所述最优转速和电机的实际转速得到最优变速比；以及控制模块，所述控制模块用于根据所述最优变速比控制所述无级变速器运行，并根据所述最优转矩控制所述电机运行。
根据本发明实施例的车辆的控制系统，采用无级变速器，使车辆换挡平顺、变速灵活，并获取车辆的需求功率，通过查询预设的电机效率映射图得到电机的最优转速和最优转矩，根据最优转速得到最优变速比，最后根据最优转矩和最优变速比分别控制电机和无级变速器的运转，从而能够使电机维持在高效率区间工作，实现了动力系统的高效运行，提升了车辆的动力性能，进而提升了用户体验。
另外，根据本发明上述实施例的车辆的控制系统还可以具有如下附加的技术特征：
在一些示例中，所述查询模块用于：获取所述需求功率与电机的实际转速、电机的实际转矩及所述无级变速器的整体效率的对应关系，其中，所述预设电机效率映射图包括不同需求功率与电机的实际转速、电机的实际转矩及所述无级变速器的整体效率的对应关系；根据所述需求功率与电机的实际转速、电机的实际转矩及所述无级变速器的整体效率的对应关系生成对应于所述需求功率的函数曲线；获取所述函数曲线上效率最高的点；将所述效率最高的点对应的转速和转矩作为所述需求功率对应的电机的最优转速和最优转矩。
在一些示例中，所述需求功率与电机的实际转速、电机的实际转矩及所述无级变速器的整体效率的对应关系如下：
其中，A为所述需求功率，T为电机的实际转矩，V为电机的实际转速，η为所述无级变速器的整体效率。
在一些示例中，所述最优变速比通过如下公式计算：
其中，C为所述最优变速比，Vm为所述最优转速，V为所述电机的实际转速。
为了实现上述目的，本发明第三方面的实施例公开了一种车辆，包括：动力系统，所述动力系统包括无级变速器，所述无级变速器与电机相连；以及控制系统，所述控制系统为本发明上述第二方面实施例所述的车辆的控制系统。
根据本发明实施例的车辆，采用无级变速器，从而能够换挡平顺、变速灵活，并获取需求功率，通过查询预设的电机效率映射图得到电机的最优转速和最优转矩，根据最优转速得到最优变速比，最后根据最优转矩和最优变速比分别控制电机和无级变速器的运转，从而能够使电机维持在高效率区间工作，实现了动力系统的高效运行，提升了车辆的动力性能，进而提升了用户体验。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是目前电动汽车的电机工作电机效率相对较低的区域的示意图；
图2根据本发明实施例的车辆的控制方法的流程图；
图3是根据本发明一个实施例的车辆的控制方法的整体原理示意图；以及
图4是根据本发明实施例的车辆的控制系统的结构框图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合附图描述根据本发明实施例的车辆的控制方法、系统及车辆。
图2是根据本发明一个实施例的车辆的控制方法的流程图。其中，本发明实施例的车辆例如包括动力系统，该动力系统例如包括无级变速器。其中，无级变速器分别与电机和驱动桥相连。也就是说，在动力系统工作时，动力由电机发出，经过无级变速器根据相应变速比进行变速后传导到驱动桥上。基于此，如图2所示，该方法包括以下步骤：
步骤S1：获取车辆的需求功率。具体而言，获取车辆的需求转速和需求转矩，进而根据需求转速和需求转矩得到车辆的需求功率。
步骤S2：根据需求功率，查询预设电机效率映射图得到对应于需求功率的电机的最优转速和最优转矩。
具体地，在步骤S2中，根据需求功率，查询预设电机效率映射图得到对应于需求功率的电机的最优转速和最优转矩，进一步包括：获取需求功率与电机的实际转速、电机的实际转矩及无级变速器的整体效率的对应关系，其中，预设电机效率映射图包括不同需求功率与电机的实际转速、电机的实际转矩及无级变速器的整体效率的对应关系；根据需求功率与电机的实际转速、电机的实际转矩及无级变速器的整体效率的对应关系生成对应于需求功率的函数曲线；获取函数曲线上效率最高的点；将效率最高的点对应的转速和转矩作为需求功率对应的电机的最优转速和最优转矩。
更为具体地，在上述过程中，获取函数曲线上效率最高的点，进一步包括：预先标定函数曲线上所有点对应的效率，并从所有点对应的效率中查找效率最高的点。换言之，即预先标定所有函数曲线上所有点对应的效率，然后从每条函数曲线上查找效率最高的点，则该点即为电机在该工况下的最优运行点，该点对应的转矩即为电机的最优转矩，该点对应的转速即为电机的最优转速。
其中，需求功率与电机的实际转速、电机的实际转矩及无级变速器的整体效率的对应关系如下：
其中，A为需求功率，T为电机的实际转矩，V为电机的实际转速，η为无级变速器的整体效率。进一步地，根据该对应关系，即可在预设电机效率映射图上通过描点进而生成该需求功率对应的函数曲线。
步骤S3：根据最优转速和电机的实际转速得到最优变速比。
具体地，最优变速比通过如下公式计算：
其中，C为最优变速比，Vm为最优转速，V为电机的实际转速。
步骤S4：根据最优变速比控制无级变速器运行，并根据最优转矩控制电机运行，从而使电机运行在该需求功率下的最优效率点上，保证动力系统的运行效率达到最高。
为了便于理解，以下结合图3描述本发明上述实施例的车辆的控制方法的工作原理。结合图3所示，该方法的主要原理可概述为：以需求功率A为主要参数，假设无级变速器的整体效率为95％，则根据需求功率A、电机的实际转速V，电机的实际转矩T及无级变速器的整体效率之间的对应关系：
在预设电机效率映射图可建立该需求功率A对应的函数曲线，并查找该函数曲线上效率最高点以作为该需求功率下的电机的最优运行工况，并得到最优转矩Tm和最优转速Vm。基于此，在实际运行过程中，例如由整车控制器VCU采集车辆的需求转速与需求转矩，进而得到功率需求A，由功率需求A对应得到最优转矩Tm和最优转速Vm，并发送这两个需求值给变速箱控制器TCU和电机控制器MCU，由MCU控制电机运行，实现最优转矩Tm，TCU控制无级变速器实现最优变速比为
以保证动力系统运行在该功率需求下的最高效率点上。
在具体示例中，例如在模拟的电机直驱动模式下，电机从静止到额定速度的大转矩输出阶段，最优变速比需要在0.3：1到1:1之间连续变化，并将靠近纵坐标轴位置的工况点，移向右下方向来提高效率。而在高速区域，电机进入恒功率运行模式，所对应的各个工况点之间可由1:1到1.5:1之间的最优变速比调节至额定点附近的高效区域，因此，采用连续可变速比的无级变速器优势明显。
在具体示例中，在整车状态下，TCU对无级变速器和电机控制的相互匹配和同步。根据电动汽车电机多以转矩控制而非转速控制的现状，维持转矩在额定值的50％到150％附近，效率最高，而实际的输出转矩和转速，则由无级变速器进行优化和确定。
也就是说，在本发明的实施例中，车辆的动力系统采用无级变速器，具有体积小，换挡平顺且可连续，变速灵活的优点，并结合电机效率映射图，运用最优控制理论里的动态规划法，进行分段最优化方案，控制无级变速器的运转，从而使电机运行在最佳状态区间，提升了动力系统的运行效率。
综上，根据本发明实施例的车辆的控制方法，采用无级变速器，使车辆换挡平顺、变速灵活，并获取车辆的需求功率，通过查询预设的电机效率映射图得到电机的最优转速和最优转矩，根据最优转速得到最优变速比，最后根据最优转矩和最优变速比分别控制电机和无级变速器的运转，从而能够使电机维持在高效率区间工作，实现了动力系统的高效运行，提升了车辆的动力性能，进而提升了用户体验。
本发明的进一步实施例还提出了一种车辆的控制系统。
图4是根据本发明一个实施例的车辆的控制系统的结构框图。其中，本发明实施例的车辆例如包括动力系统，该动力系统例如包括无级变速器。其中，无级变速器分别与电机和驱动桥相连。也就是说，在动力系统工作时，动力由电机发出，经过无级变速器根据相应变速比进行变速后传导到驱动桥上。基于此，如图4所示，该控制系统100包括：获取模块110、查询模块120、计算模块130和控制模块140。
其中，获取模块110用于获取车辆的需求功率。具体而言，获取车辆的需求转速和需求转矩，进而根据需求转速和需求转矩得到车辆的需求功率。
查询模块120用于根据需求功率，查询预设电机效率映射图得到对应于需求功率的电机的最优转速和最优转矩。
具体地，在本发明的一个实施例中，查询模块120用于：获取需求功率与电机的实际转速、电机的实际转矩及无级变速器的整体效率的对应关系，其中，预设电机效率映射图包括不同需求功率与电机的实际转速、电机的实际转矩及无级变速器的整体效率的对应关系；根据需求功率与电机的实际转速、电机的实际转矩及无级变速器的整体效率的对应关系生成对应于需求功率的函数曲线；获取函数曲线上效率最高的点；将效率最高的点对应的转速和转矩作为需求功率对应的电机的最优转速和最优转矩。
更为具体地，在上述过程中，获取函数曲线上效率最高的点，进一步包括：预先标定函数曲线上所有点对应的效率，并从所有点对应的效率中查找效率最高的点。换言之，即预先标定所有函数曲线上所有点对应的效率，然后从每条函数曲线上查找效率最高的点，则该点即为电机在该工况下的最优运行点，该点对应的转矩即为电机的最优转矩，该点对应的转速即为电机的最优转速。
在本发明的一个实施例中，需求功率与电机的实际转速、电机的实际转矩及无级变速器的整体效率的对应关系如下：
其中，A为需求功率，T为电机的实际转矩，V为电机的实际转速，η为无级变速器的整体效率。进一步地，根据该对应关系，即可在预设电机效率映射图上通过描点进而生成该需求功率对应的函数曲线。
计算模块130用于根据最优转速和电机的实际转速得到最优变速比。
在本发明的一个实施例中，最优变速比通过如下公式计算：
其中，C为最优变速比，Vm为最优转速，V为电机的实际转速。
控制模块140用于根据最优变速比控制无级变速器运行，并根据最优转矩控制电机运行，从而使电机运行在该需求功率下的最优效率点上，保证动力系统的运行效率达到最高。
作为具体的示例，本发明上述实施例的控制系统100的主要原理可概述为：以需求功率A为主要参数，假设无级变速器的整体效率为95％，则根据需求功率A、电机的实际转速V，电机的实际转矩T及无级变速器的整体效率之间的对应关系：
在预设电机效率映射图可建立该需求功率A对应的函数曲线，并查找该函数曲线上效率最高点以作为该需求功率下的电机的最优运行工况，并得到最优转矩Tm和最优转速Vm。基于此，在实际运行过程中，例如由整车控制器VCU采集车辆的需求转速与需求转矩，进而得到功率需求A，由功率需求A对应得到最优转矩Tm和最优转速Vm，并发送这两个需求值给变速箱控制器TCU和电机控制器MCU，由MCU控制电机运行，实现最优转矩Tm，TCU控制无级变速器实现最优变速比为
以保证动力系统运行在该功率需求下的最高效率点上。
也就是说，在本发明的实施例中，车辆的动力系统采用无级变速器，具有体积小，换挡平顺且可连续，变速灵活的优点，并结合电机效率映射图，运用最优控制理论里的动态规划法，进行分段最优化方案，控制无级变速器的运转，从而使电机运行在最佳状态区间，提升了动力系统的运行效率。
需要说明的是，本发明实施例的车辆的控制系统的具体实现方式与本发明实施例的车辆的控制方法的具体实现方式类似，具体请参见方法部分的描述，为了减少冗余，此处不再赘述。
综上，根据本发明实施例的车辆的控制系统，采用无级变速器，使车辆换挡平顺、变速灵活，并获取车辆的需求功率，通过查询预设的电机效率映射图得到电机的最优转速和最优转矩，根据最优转速得到最优变速比，最后根据最优转矩和最优变速比分别控制电机和无级变速器的运转，从而能够使电机维持在高效率区间工作，实现了动力系统的高效运行，提升了车辆的动力性能，进而提升了用户体验。
本发明的进一步实施例还提供了了一种车辆。该车辆包括：动力系统和控制系统。
其中，动力系统包括无级变速器，无级变速器分别与电机和驱动桥相连。
控制系统例如为本发明上述实施例所描述的车辆的控制系统100。
需要说明的是，本发明实施例的车辆的具体实现方式与本发明实施例的车辆的控制系统的具体实现方式类似，具体请参见车辆的控制系统部分的描述，为了减少冗余，此处不再赘述。
综上，根据本发明实施例的车辆，采用无级变速器，从而能够换挡平顺、变速灵活，并获取需求功率，通过查询预设的电机效率映射图得到电机的最优转速和最优转矩，根据最优转速得到最优变速比，最后根据最优转矩和最优变速比分别控制电机和无级变速器的运转，从而能够使电机维持在高效率区间工作，实现了动力系统的高效运行，提升了车辆的动力性能，进而提升了用户体验。
另外，根据本发明实施例的车辆的其它构成以及作用对于本领域的普通技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。
Claims (8)
1.一种车辆的控制方法，其特征在于，所述车辆包括动力系统，所述动力系统包括无级变速器，所述无级变速器与电机相连，所述方法包括以下步骤：
获取车辆的需求功率；
根据所述需求功率，查询预设电机效率映射图得到对应于所述需求功率的电机的最优转速和最优转矩，包括：获取所述需求功率与电机的实际转速、电机的实际转矩及所述无级变速器的整体效率的对应关系，其中，所述预设电机效率映射图包括不同需求功率与电机的实际转速、电机的实际转矩及所述无级变速器的整体效率的对应关系；根据所述需求功率与电机的实际转速、电机的实际转矩及所述无级变速器的整体效率的对应关系生成对应于所述需求功率的函数曲线；获取所述函数曲线上效率最高的点；将所述效率最高的点对应的转速和转矩作为所述需求功率对应的电机的最优转速和最优转矩；
根据所述最优转速和电机的实际转速得到最优变速比；以及
根据所述最优变速比控制所述无级变速器运行，并根据所述最优转矩控制所述电机运行。
2.根据权利要求1所述的车辆的控制方法，其特征在于，所述需求功率与电机的实际转速、电机的实际转矩及所述无级变速器的整体效率的对应关系如下：
其中，A为所述需求功率，T为电机的实际转矩，V为电机的实际转速，η为所述无级变速器的整体效率。
3.根据权利要求1所述的车辆的控制方法，其特征在于，所述最优变速比通过如下公式计算：
其中，C为所述最优变速比，Vm为所述最优转速，V为所述电机的实际转速。
4.根据权利要求1所述的车辆的控制方法，其特征在于，所述获取所述函数曲线上效率最高的点，进一步包括：
预先标定所述函数曲线上所有点对应的效率，并从所述所有点对应的效率中查找效率最高的点。
5.一种车辆的控制系统，其特征在于，所述车辆包括动力系统，所述动力系统包括无级变速器，所述无级变速器与电机相连，所述控制系统包括：
获取模块，所述获取模块用于获取车辆的需求功率；
查询模块，所述查询模块用于根据所述需求功率，查询预设电机效率映射图得到对应于所述需求功率的电机的最优转速和最优转矩，包括：获取所述需求功率与电机的实际转速、电机的实际转矩及所述无级变速器的整体效率的对应关系，其中，所述预设电机效率映射图包括不同需求功率与电机的实际转速、电机的实际转矩及所述无级变速器的整体效率的对应关系；根据所述需求功率与电机的实际转速、电机的实际转矩及所述无级变速器的整体效率的对应关系生成对应于所述需求功率的函数曲线；获取所述函数曲线上效率最高的点；将所述效率最高的点对应的转速和转矩作为所述需求功率对应的电机的最优转速和最优转矩；
计算模块，所述计算模块用于根据所述最优转速和电机的实际转速得到最优变速比；以及
控制模块，所述控制模块用于根据所述最优变速比控制所述无级变速器运行，并根据所述最优转矩控制所述电机运行。
6.根据权利要求5所述的车辆的控制系统，其特征在于，所述需求功率与电机的实际转速、电机的实际转矩及所述无级变速器的整体效率的对应关系如下：
其中，A为所述需求功率，T为电机的实际转矩，V为电机的实际转速，η为所述无级变速器的整体效率。
7.根据权利要求5所述的车辆的控制系统，其特征在于，所述最优变速比通过如下公式计算：
其中，C为所述最优变速比，Vm为所述最优转速，V为所述电机的实际转速。
8.一种车辆，其特征在于，包括：
动力系统，所述动力系统包括无级变速器，所述无级变速器与电机相连；以及
控制系统，所述控制系统为如权利要求5-7任一项所述的车辆的控制系统。
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