CN108973774B - 一种电动汽车在滑行时保持发动机制动效果的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动汽车在滑行时保持发动机制动效果的控制方法，属于电动汽车领域。本发明开发了基于对标车型驾驶感觉的电动汽车滑行制动能量控制策略；该滑行控制策略，以一款汽油内燃机轿车为对标车型，通过测试该车型在发动机制动状态下主减速器输入轴处的转速转矩特性，利用电动汽车在滑行时与对标车型具有相同的转速制动力矩特性曲线，从而使电动汽车具有与对标车型相同的发动机制动效果。电动汽车的滑行制动力，先由驱动电机提供，当驱动电机制动力不能满足需求时，剩余的制动力由液压制动力补充，二者之间的分配比例由整车控制器控制。

Description

一种电动汽车在滑行时保持发动机制动效果的控制方法
技术领域
本发明涉及电动汽车领域，特别是涉及一种电动汽车在滑行时保持发动机制动效果的控制方法。
背景技术
具有环保和节能优势的电动汽车，在国家政策的刺激下，以较快的速度发展起来。特别是价格低廉的小型电动汽车获得了广大用户的认可，并获得了较快的发展。但这类电动汽车普遍存在着，车速过低，控制性能差，安全性差的缺陷。
与传统的内燃机汽车相比，电动汽车的电机转动惯量较小，在滑行的时候没有发动机制动效果，这给驾驶员的驾驶感觉有很大不同。特别是近年来，在一些城市，例如深圳、杭州、上海等为了降低汽车排放和噪声污染，已经开始大量使用电动出租车，纯电动客车。一个习惯于驾驶内燃机汽车的驾驶员，在驾驶电动汽车时，当驾驶员松开加速踏板后，由于电动汽车减速不明显而出现又紧急踩脚踏板的现象，很容易造成交通事故的发生。并且，小型电动汽车主要用于城市工况，经常需要小强度减速，如果连续松开加速踏板再去踩制动踏板会加大驾驶员的驾驶负担。为上述问题，本发明开发一种，使电动汽车具有发动机制动效果的控制方法，该方法在电动汽车在下坡，或者平路滑行时，具有了发动机制动效果，增强了电动汽车的安全性，降低了驾驶员的劳动强度，保持了与内燃机车同样的驾驶感觉。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种电动汽车在滑行时保持发动机制动效果的控制方法，开发了与参考车型具有类似驾驶感觉的电动汽车滑行制动控制策略。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明一种电动汽车在滑行时保持发动机制动效果的控制方法，包括下述步骤：
S1、以一款具有CVT变速器的整车尺寸相近的汽油发动机轿车为对标车型，通过测试出在该款轿车利用发动机制动滑行时主减速器输入轴处的转速转矩特性数据，并对进行了数据剔除和平滑处理，然后进行多项式拟合，从而得出该车滑行时主减速器输入轴的转速转矩数学模型；
S2、利用该转速转矩数学模型，通过传动比的计算，从而计算出电动汽车滑行时，需要提供给车轮的制动力矩，当电机能够满足制动力矩提供时，制动力矩由电机提供；如果电机提供的制动力矩不够时，剩余的制动力矩有液压制动力提供，从而使电动汽车与对标车型，在滑行时具有同样的发动机制动效果。
作为优选的技术方案，步骤S1和S2中，转速转矩数学模型具体如下：
参考车型CVT变速器输出轴的转速转矩特性，所述转速转矩特性即为主减速器输入轴的转速转矩特性，由公式(1)表示：
TCVT＝f(nCVT) (1)
式中，TCVT为CVT变速器输出轴的转矩，nCVT为CVT变速器输出轴的转速，f(nCVT)为转速的函数，此函数可由测出的数据进行多项式拟合得到；
当驱动电机的输出转矩能够满足制动需求时，此时，电动汽车驱动电机的制动转矩，由公式(2)计算：
Treq(kt)＝TEM_Re(nmot(kt)＝λiTCVT＝f(nmot(kt)) (2)
式中，Treq(kt)为需求的再生制动转矩，TEM_Re(nmot(kt)为驱动电机在当前车速下提供的制动转矩，λi为参考车型与电动汽车从主减速器输入轴到车轮的传动比的比值，nmot(kt)为在k时刻，电机的转速；
当需求制动转矩大于驱动电机能提供的最大转矩时，需要液压制动系统补充不足的转矩，就需要把需求转矩转化为需求的液压压力，
对任一盘式制动器，在一定压力pB下产生的制动转矩如公式(3)所示：
MB＝2pB×AB×ηB×μB×rB×CB (3)
由于电动汽车的两个前轮制动器完全相同，两个后轮制动器的结构也完全相同，所以需求转矩可以表示为：
Figure BDA0001694017260000031
其中：
T'req(kt)＝ie(Treq(kt)-TEM_Re(nmot(kt)))，ie为电动汽车主减速器到车轮的传动比，TEM_Re(nmot(kt)为当k时刻转速下电机提供的再生制动转矩。
作为优选的技术方案，步骤S2中，当电池的SOC大于90％时，驱动电机不能给电池充电，此时所需要的制动转矩完全由液压制动力提供。
作为优选的技术方案，步骤S1中，所述对标车型为一款小型配有无级变速器的前驱乘用车，其传动部分包括发动机、液力变矩器、CVT、主减速器、差速器、车轮、整车控制器和变速器控制器，所述发动机、液力变矩器、CVT、主减速器、差速器顺序连接，所述CVT、变速控制器、整车控制器发动机顺序连接，所述差速器与车轮连接。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
(1)使电动汽车具有了发动机制动效果，当下长坡和陡坡时，具有了L挡的功能；
(2)保证电动汽车安全的同时，回收了制动能量；
(3)以相同尺寸和吨位的汽油车为对标车型，保持相同的发动机制动效果，保证了驾驶感觉也相似，增加了驾驶员的适应性。
附图说明
图1为滑行控制逻辑框图；
图2为电动汽车传动及制动系统结构图；
图3为汽油内燃机轿车传动系统结构简图；
图4为加速到80km/h滑行时电动汽车与参考车速度比较曲线；
图5为加速到80km/h滑行时电动汽车与参考车加速度比较曲线；
图6为电池SOC较高时，电动汽车与参考车型滑行时的速度比较曲线；
图7为电池SOC较高时，电动汽车与参考车型滑行时的加速度比较曲线。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
本发明提供了一种电动汽车在滑行时保持发动机制动效果的控制方法，该方法包括以下两个步骤：
步骤一、测试对标车型在不同速度下滑行时主减速器输入轴处的转速转矩特性。
以一款具有CVT变速器的整车尺寸相近的汽油发动机轿车为对标车型，通过测试出在该款轿车利用发动机制动滑行时主减速器输入轴处的转速转矩特性数据，并对进行了数据剔除和平滑处理，然后进行多项式拟合，从而得出该车滑行时(发动机制动)主减速器输入轴的转速转矩数学模型；在车辆滑行时，不会出现车轮抱死的情况，并且滑行制动需求的制动强度较小，故在滑行过程中，只利用前驱动电机的回馈制动来模拟滑行时的发动机制动效果。
参考车型CVT变速器输出轴的转速转矩特性(主减速器输入轴的转速转矩特性)，由公式(1)表示：
TCVT＝f(nCVT) (1)
式中，TCVT为CVT变速器输出轴的转矩，nCVT为CVT变速器输出轴的转速，f(nCVT)为转速的函数，此函数可由测出的数据进行多项式拟合得到。
步骤二：电动汽车滑行控制策略开发：
如图2所示，电动汽车传动及制动系统结构包括两个前轮制动器、差速器、主减速器、液压ABS系统、压力控制单元、制动集成控制器、驱动电机、电池、功率转换器、整车控制器、以及两个后轮制动器；所述压力控制单元、驱动电机、整车控制器均与制动集成控制器连接，所述驱动电机、整车控制器均与功率转换器连接，所述电池为制动集成控制器和功率转换器供电；所述压力控制单元与液压ABS系统信号连接，所述液压ABS系统分别与两个前轮制动器和两个后轮制动器液压油路连接。
当驱动电机的输出转矩能够满足制动需求时，此时，电动汽车驱动电机的制动转矩，由公式(2)计算：
Treq(kt)＝TEM_Re(nmot(kt)＝λiTCVT＝f(nmot(kt)) (2)
式中，Treq(kt)为需求的再生制动转矩，TEM_Re(nmot(kt)为驱动电机在当前车速下提供的制动转矩，λi为参考车型与电动汽车从主减速器输入轴到车轮的传动比的比值，nmot(kt)为在k时刻，电机的转速。
当需求制动转矩大于驱动电机能提供的最大转矩时，需要液压制动系统补充不足的转矩，就需要把需求转矩转化为需求的液压压力，
对任一盘式制动器，在一定压力pB下产生的制动转矩如公式(3)所示：
MB＝2pB×AB×ηB×μB×rB×CB (3)
由于电动汽车的两个前轮制动器完全相同，两个后轮制动器的结构也完全相同，所以需求转矩可以表示为：
Figure BDA0001694017260000061
其中：
T'req(kt)＝ie(Treq(kt)-TEM_Re(nmot(kt)))，ie为电动汽车主减速器到车轮的传动比，TEM_Re(nmot(kt)为当k时刻转速下电机提供的再生制动转矩。
在MATLAB/Simulink/Stateflow中开发电动汽车滑行的控制逻辑，其控制逻辑框图如图1所示。
控制系统的输入参数分别为驱动电机转速、当前时刻的车速、制动踏板的压力信号以及电池的SOC状态等。系统的输出有液压系统需求压力、和驱动电机需求输出扭矩等。
下面给出本发明所述的一种电动汽车在滑行时保持发动机制动效果的控制方法的仿真验证。
在本发明的研究中，主要以一款吨位级别规模类似的CVT汽车为参考车型，通过利用电机的再生制动转矩来模拟CVT汽车的发动机制动效果，来达到类似的汽车滑行减速度，即相同的驾驶感觉。由于滑行减速工况，需求的减速度较小，车轮也不会出现抱死的情况，也不会对车辆的稳定性造成影响，采用前电机的回馈制动来模拟发动机的反拖制动效果。
参考车型为一款小型配有无级变速器的前驱乘用车，其传动部分主要有发动机、液力变矩器、CVT、主减速器、差速器和车轮组成，其结构如图3所示。
考虑到电池SOC对回馈制动的影响，只有在电池电量不大于95％时回馈制动才有效，当电池电量大于95％时关闭回馈制动，完全采用液压制动来实现滑行制动。下面分别从这两种情况进行仿真验证。
(1)滑行回馈制动仿真：
为了研究分析，电动汽车滑行回馈情况，设置电动汽车动力电池的初始SOC为60％，采用本发明中的滑行控制策略，全负荷加速到不同速度下，然后松开加速踏板，让车辆进行带挡滑行，分析其速度和减速度与参考车辆的一致情况。
将车速满负荷加速到80km/h后开始滑行，比较电动汽车(EV)与参考车辆(CVTFD，无级变速器前驱)在滑行时的速度与加速度曲线。从图4中可以看出两个车速下降曲线几乎是相同的，从图5可以看出两个车辆在加速踏板完全松开后滑行加速度曲线也基本一致，表明了电动车与参考车具有相似的滑行驾驶感觉。
(2)液压制动滑行仿真
当电池SOC较大时(当SOC上升阶段超过95％，或者下降阶段大于90％)，不能给电池继续充电，电机回馈制动功能失效。这时要保证车辆具有滑行制动效果，就要利用液压制动来完成。图6为电机制动失效情况下，控制策略切换到利用液压制动模拟参考车型滑行制动转矩的情况，此时车速还是从80km/h开始滑行，从图中可以看出，电动车与参考车的速度变化曲线相一致。图7是滑行过程中的加速度变化情况，从曲线可以看出，二者的减速度基本一致，达到了相似的驾驶感觉效果。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种电动汽车在滑行时保持发动机制动效果的控制方法，其特征在于，包括下述步骤：
S1、以一款具有CVT变速器的整车尺寸相近的汽油发动机轿车为对标车型，通过测试出在该款轿车利用发动机制动滑行时主减速器输入轴处的转速转矩特性数据，并对转速转矩特性数据进行了数据剔除和平滑处理，然后进行多项式拟合，从而得出该车滑行时主减速器输入轴的转速转矩数学模型；
S2、利用该转速转矩数学模型，通过传动比的计算，从而计算出电动汽车滑行时，需要提供给车轮的制动力矩，当电机能够满足制动力矩提供时，制动力矩由电机提供；如果电机提供的制动力矩不够时，剩余的制动力矩由液压制动力提供，从而使电动汽车与对标车型，在滑行时具有同样的发动机制动效果。
2.根据权利要求1所述电动汽车在滑行时保持发动机制动效果的控制方法，其特征在于，步骤S1和S2中，转速转矩数学模型具体如下：
参考车型CVT变速器输出轴的转速转矩特性，所述转速转矩特性即为主减速器输入轴的转速转矩特性，由公式(1)表示：
TCVT＝f(nCVT) (1)
式中，TCVT为CVT变速器输出轴的转矩，nCVT为CVT变速器输出轴的转速，f(nCVT)为转速的函数，此函数可由测出的数据进行多项式拟合得到；
当驱动电机的输出转矩能够满足制动需求时，此时，电动汽车驱动电机的制动转矩，由公式(2)计算：
Treq(kt)＝TEM_Re(nmot(kt))＝λiTCVT＝f(nmot(kt)) (2)
式中，Treq(kt)为需求的再生制动转矩，TEM_Re(nmot(kt)为驱动电机在当前车速下提供的制动转矩，λi为参考车型与电动汽车从主减速器输入轴到车轮的传动比的比值，nmot(kt)为在k时刻，电机的转速；
当需求制动转矩大于驱动电机能提供的最大转矩时，需要液压制动系统补充不足的转矩，就需要把需求转矩转化为需求的液压压力，
对任一盘式制动器，在一定压力pB下产生的制动转矩如公式(3)所示：
MB＝2pB×AB×ηB×μB×rB×CB (3)
由于电动汽车的两个前轮制动器完全相同，两个后轮制动器的结构也完全相同，所以需求转矩可以表示为：
Figure FDA0002278954110000021
其中：
T′req(kt)＝ie(Treq(kt)-TEM_Re(nmot(kt)))，ie为电动汽车主减速器到车轮的传动比，TEM_Re(nmot(kt)) 为当k时刻转速下电机提供的再生制动转矩。
3.根据权利要求1所述电动汽车在滑行时保持发动机制动效果的控制方法，其特征在于，步骤S2中，当电池的SOC大于90％时，驱动电机不能给电池充电，此时所需要的制动转矩完全由液压制动力提供。
4.根据权利要求1所述电动汽车在滑行时保持发动机制动效果的控制方法，其特征在于，步骤S1中，所述对标车型为一款小型配有无级变速器的前驱乘用车，其传动部分包括发动机、液力变矩器、CVT、主减速器、差速器、车轮、整车控制器和变速器控制器，所述发动机、液力变矩器、CVT、主减速器、差速器顺序连接，所述CVT、变速控制器、整车控制器发动机顺序连接，所述差速器与车轮连接。
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