CN109747432A - 同轴双电机动力控制方法、系统及同轴双电机动力系统 - Google Patents

同轴双电机动力控制方法、系统及同轴双电机动力系统 Download PDF

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陈炳酉
杨学青
位跃辉
苏常军
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Abstract

本发明涉及同轴双电机动力控制方法、系统及同轴双电机动力系统,首先,获取电机的实际转速以及车辆的需求转矩;然后,根据实际转速以及需求转矩所满足的条件来控制车辆需求转矩全部由主电机输出或者由主电机和副电机共同输出。这种控制方式相较于现有的仅根据车辆运行环境确定单电机工作或者双电机工作的方式,精细程度得到大幅度提升,根据汽车所处的具体运行情况进行转矩的分配与控制,转矩控制可靠性较高,所以,在任意一种控制情况下均着重考虑电机效率,每种控制情况下均以电机效率和系统效率为目标,所以,该控制方法能够提升整个系统的效率。

Description

同轴双电机动力控制方法、系统及同轴双电机动力系统
技术领域
本发明涉及同轴双电机动力控制方法、系统及同轴双电机动力系统,属于电动汽车同轴双电机技术领域。
背景技术
目前很多景区还没有普及纯电动客车,主要原因是目前纯电动车辆受到电机最大功率限制,无法满足景区连续、大爬坡度的复杂工况。
申请公布号为CN106740021A的中国专利申请文件中公开了一种双电机组合的电动车驱动桥,包括一种双电机同轴动力结构,基于同轴双电机动力结构的动力系统使用双电机输出动力,确保爬坡所需要的扭矩,为纯电动车辆提供了一种大爬坡度工况运行的解决方式。该申请文件中还公开了动力系统的控制方式,当汽车起步、平路正常行驶过程中,所需的动力较小,主电机工作,调速电机(以下称为副电机)不工作,当汽车加速、爬坡时,需要大功率输入时,主电机和副电机同时工作,增大电动车的驱动功率。概括而言,上述控制过程为:当所需动力较小时,主电机工作,副电机不工作,当所需动力较大时,主电机和副电机同时工作。这种控制方式是双电机动力系统最基础的控制方式,控制过程比较笼统,不够精细,无法根据汽车具体运行情况进行转矩的分配与控制,控制可靠性低,而且没有考虑电机的效率,整个系统的效率存在提升空间。
发明内容
本发明的目的是提供一种同轴双电机动力控制方法,用以解决传统的同轴双电机动力控制过程无法根据实际情况进行精细控制的问题。本发明同时提供一种同轴双电机动力控制系统及一种实施上述同轴双电机动力控制方法的同轴双电机动力系统。
为实现上述目的,本发明的方案包括一种同轴双电机动力控制方法,主电机和副电机的额定转矩相同,所述动力控制方法包括以下步骤:
(1)获取电机的实际转速以及车辆的需求转矩;
(2)当所述实际转速小于或者等于设定的低转速阈值,且所述需求转矩小于或者等于电机的额定转矩时,所述需求转矩全部由主电机输出。电机在这种情况下效率比较低,如果两个电机同时工作,整个系统的效率会更低,能量的损耗也会加大,因此,需求转矩全部由主电机输出,副电机不输出转矩,与主电机随转,提升系统效率。
当所述实际转速小于或者等于设定的低转速阈值,且所述需求转矩大于电机的额定转矩时,所述需求转矩由主电机和副电机共同输出。这种情况可以认为驾驶员加速意图明显,由于电机在额定转速和额定转矩附近的效率最高,峰值转矩附近的效率最低,因此,当需求转矩在额定转矩以上时,两个电机同时运行工作能够提升电机的效率。
当所述实际转速大于所述低转速阈值,且小于或者等于设定的高转速阈值,且所述需求转矩小于或者等于设定的转矩阈值时,所述需求转矩全部由主电机输出。这种情况可以认为驾驶员没有加速意图,比如车辆处于匀速行驶状态,电机在该转速以及转矩范围内的效率较低,因此,需求转矩全部由主电机输出,副电机不输出转矩,与主驱动电机随转,提升电机效率。
当所述实际转速大于所述低转速阈值,且小于或者等于设定的高转速阈值,且所述需求转矩大于所述转矩阈值时,所述需求转矩由主电机和副电机共同输出。这种情况可以理解为车辆处于加速阶段,且具有一定的车速,两个电机同时运行工作能够提升电机的效率。
当所述实际转速大于所述高转速阈值时,需求转矩由主电机和副电机共同输出。这种情况可以认为电机转速较高,如果电机转速较高,一直处于空转状态(即转矩为0),电机切割磁感线,电机偏发电,产生的回馈电流会使电机母线电压升高,因此,此时电机控制器会给电机一个弱磁电流,与发电电流相位相反,用于削弱磁场,保持母线电压,因此,高转速下为了防止电机产生较大的弱磁电流而造成能量损失,使两个电机同时工作,以降低能量损失。
因此,通过检测电机的实际转速以及车辆的需求转矩,并根据这两个参量满足的条件来相应控制输出转矩,这种控制方式相较于现有的仅根据车辆运行环境确定单电机工作或者双电机工作的方式,精细程度得到大幅度提升,根据汽车所处的具体运行情况进行转矩的分配与控制,转矩控制可靠性较高,所以,在任意一种控制情况下均着重考虑电机效率,每种控制情况下均以电机效率和系统效率为目标,所以,该控制方法能够提升整个系统的效率。
当需求转矩由主电机和副电机共同输出时,主电机和副电机均输出需求转矩的一半。
当主电机和副电机中的其中一个电机出现故障时,需求转矩全部由另外一个电机提供。
本发明还提供一种同轴双电机动力控制系统,主电机和副电机的额定转矩相同,所述动力控制系统包括:
信息获取模块,用于获取电机的实际转速以及车辆的需求转矩;
转矩分配控制模块,用于执行以下控制策略:当所述实际转速小于或者等于设定的低转速阈值,且所述需求转矩小于或者等于电机的额定转矩时,所述需求转矩全部由主电机输出;当所述实际转速小于或者等于设定的低转速阈值,且所述需求转矩大于电机的额定转矩时,所述需求转矩由主电机和副电机共同输出;当所述实际转速大于所述低转速阈值,且小于或者等于设定的高转速阈值,且所述需求转矩小于或者等于设定的转矩阈值时,所述需求转矩全部由主电机输出;当所述实际转速大于所述低转速阈值,且小于或者等于设定的高转速阈值,且所述需求转矩大于所述转矩阈值时,所述需求转矩由主电机和副电机共同输出;当所述实际转速大于所述高转速阈值时,需求转矩由主电机和副电机共同输出;其中,所述转矩阈值小于所述电机的额定转矩。
当需求转矩由主电机和副电机共同输出时,主电机和副电机均输出需求转矩的一半。
当主电机和副电机中的其中一个电机出现故障时,需求转矩全部由另外一个电机提供。
本发明还提供一种实施上述同轴双电机动力控制方法的同轴双电机动力系统,包括主电机和副电机,所述主电机和副电机同轴设置,电机轴输出连接车辆的驱动桥。
所述动力系统包括动力电池,所述动力电池通过主电机控制器连接所述主电机,所述动力电池通过副电机控制器连接所述副电机。
所述主电机和副电机之间传动设置有扭转减震器。
附图说明
图1是同轴双电机动力系统的结构原理图;
图2是同轴双电机转矩分配逻辑示意图;
图3是同轴双电机故障处理逻辑示意图。
具体实施方式
同轴双电机动力控制方法实施例
为了便于说明本发明提供的同轴双电机动力控制方法,首先介绍一种同轴双电机动力系统,如图1所示,动力电池通过高压母线与BMS(电池管理系统)连接,BMS分别通过高压母线与主电机控制器和副电机控制器连接,主电机控制器通过高压母线与主电机连接,副电机控制器通过高压母线与副电机连接。副电机通过扭转减震器和主电机同轴联接,最终通过驱动桥与车轮连接。
当然,图1只是同轴双电机动力系统的一种具体的实施方式,只要满足主电机和副电机同轴连接这一技术手段,任何动力系统均在本发明的保护范围内。而且,本发明的重点在于同轴双电机动力控制方法,而不在于所适用的同轴双电机动力系统,在该控制方法的基础上,任何同轴双电机动力系统均在本发明的保护范围内,以下重点对控制方法进行具体说明。
同轴双电机动力控制方法的主要目的是满足大爬坡度路况下的车辆动力需求,根据驾驶员的意图来判断是否进入双电机工作模式,并尽可能的提高两个电机的效率,该控制方法分为转矩分配控制和故障处理控制两大部分。
实施该控制方法的条件有:主电机和副电机的额定转矩相同,进一步地,本实施例中,主电机和副电机为同样的电机,两者的额定功率、峰值功率、额定转速、峰值转速、额定转矩、峰值转矩均一致。根据实际路况和车辆配置选择合适功率的电机。
以下控制过程以及附图中所涉及到的参量与对应的含义如下:n:电机实际转速;F:车辆需求转矩;FL:主电机需求转矩;FR:副电机需求转矩;n1:设定的电机低转速阈值,该转速以下认为车速较低;n2:设定的电机高转速阈值,该转速以上认为车速较高;F1:电机的额定转矩;F2:设定的电机转矩阈值,该转矩以下认为转矩较低,F1>F2
上述参量中,电机实际转速n和车辆需求转矩F为通过检测设备得到的实际参量,其他的参量为额定参量或者设定参量,其中,设定参量根据实际情况进行具体设置。
电机实际转速n可以由设置在电机转轴上的转速传感器进行检测,车辆需求转矩F可以由加速踏板开度和电机转速来决定,具体值是根据车辆配置和动力性要求在实际道路上标定得到。
转矩分配控制过程如下:
当0≤n≤n1,且0≤F≤F1时,电机在这种情况下效率比较低,如果两个电机同时工作,整个系统的效率会更低,能量的损耗也会加大,因此,需求转矩F全部由主电机输出,如图2所示,副电机不输出转矩,与主电机随转,提升系统效率。
当0≤n≤n1,且F>F1时,这种情况可以认为驾驶员加速意图明显,由于电机在额定转速和额定转矩附近的效率最高,峰值转矩附近的效率最低,因此,当需求转矩在额定转矩以上时,两个电机同时运行工作能够提升电机的效率,即需求转矩F由主电机和副电机共同输出。进一步地,主电机和副电机均输出需求转矩的一半,即FL=F/2,FR=F/2,如图2所示。
当n1<n≤n2,且0≤F≤F2时,这种情况可以认为驾驶员没有加速意图,比如车辆处于匀速行驶状态,电机在该转速及转矩范围内的效率较低,因此,需求转矩F全部由主电机输出,副电机不输出转矩,与主电机随转,提升电机效率。
当n1<n≤n2,且F>F2时,这种情况可以理解为车辆处于加速阶段,且具有一定的车速,两个电机同时运行工作能够提升电机的效率,即需求转矩F由主电机和副电机共同输出。进一步地,主电机和副电机均输出需求转矩的一半,即FL=F/2,FR=F/2。
当n>n2时,这种情况可以认为电机转速较高,如果电机转速较高,一直处于空转状态(即转矩为0),电机切割磁感线,电机偏发电,产生的回馈电流会使电机母线电压升高,因此,此时电机控制器会给电机一个弱磁电流,与发电电流相位相反,用于削弱磁场,保持母线电压,因此,高转速下为了防止电机产生较大的弱磁电流而造成能量损失,使两个电机同时工作,即需求转矩F由主电机和副电机共同输出。进一步地,主电机和副电机均输出需求转矩的一半,即FL=F/2,FR=F/2。
故障处理控制过程如下:
该控制过程是处理主电机或者副电机出现故障时的转矩分配以及转速的选择,同时保证在单个电机出现故障时,车辆能够驶出故障区域,能够返厂检修。具体故障处理逻辑见图3。
主电机的故障主要包括主电机通讯故障、主电机旋变故障以及主电机不响应故障等;副电机的故障主要包括副电机通讯故障、副电机旋变故障以及副电机不响应故障等。
当主电机和副电机中的其中一个电机出现故障时,将该故障电机的转矩置为零,车辆的需求转矩全部由另一个电机执行,并且整车将限速30km/h。
另外,正常情况下,两个电机都没有故障时,转速选用主电机转速;当某个电机出现故障时,转速选用另一个电机的转速;当两个电机都报故障时,转速选用主电机转速。
以上给出了具体的实施方式,但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案,对本领域普通技术人员而言,根据本发明的教导,设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。
同轴双电机动力控制系统实施例
本实施例提供一种同轴双电机动力控制系统,包括两个模块,分别是信息获取模块和转矩分配控制模块,其中,信息获取模块用于获取电机实际转速n和车辆需求转矩F,转矩分配控制模块用于执行有同轴双电机动力控制策略,即以软件程序形式存在的同轴双电机动力控制方法,由于上述控制方法实施例中以对同轴双电机动力控制方法的具体实现过程进行了详细地描述,本实施例就不再具体说明。

Claims (9)

1.一种同轴双电机动力控制方法,其特征在于,主电机和副电机的额定转矩相同,所述动力控制方法包括以下步骤:
(1)获取电机的实际转速以及车辆的需求转矩;
(2)当所述实际转速小于或者等于设定的低转速阈值,且所述需求转矩小于或者等于电机的额定转矩时,所述需求转矩全部由主电机输出;
当所述实际转速小于或者等于设定的低转速阈值,且所述需求转矩大于电机的额定转矩时,所述需求转矩由主电机和副电机共同输出;
当所述实际转速大于所述低转速阈值,且小于或者等于设定的高转速阈值,且所述需求转矩小于或者等于设定的转矩阈值时,所述需求转矩全部由主电机输出;
当所述实际转速大于所述低转速阈值,且小于或者等于设定的高转速阈值,且所述需求转矩大于所述转矩阈值时,所述需求转矩由主电机和副电机共同输出;
当所述实际转速大于所述高转速阈值时,需求转矩由主电机和副电机共同输出;
其中,所述转矩阈值小于所述电机的额定转矩。
2.根据权利要求1所述的同轴双电机动力控制方法,其特征在于,当需求转矩由主电机和副电机共同输出时,主电机和副电机均输出需求转矩的一半。
3.根据权利要求1或2所述的同轴双电机动力控制方法,其特征在于,当主电机和副电机中的其中一个电机出现故障时,需求转矩全部由另外一个电机提供。
4.一种同轴双电机动力控制系统,其特征在于,主电机和副电机的额定转矩相同,所述动力控制系统包括:
信息获取模块,用于获取电机的实际转速以及车辆的需求转矩;
转矩分配控制模块,用于执行以下控制策略:
当所述实际转速小于或者等于设定的低转速阈值,且所述需求转矩小于或者等于电机的额定转矩时,所述需求转矩全部由主电机输出;
当所述实际转速小于或者等于设定的低转速阈值,且所述需求转矩大于电机的额定转矩时,所述需求转矩由主电机和副电机共同输出;
当所述实际转速大于所述低转速阈值,且小于或者等于设定的高转速阈值,且所述需求转矩小于或者等于设定的转矩阈值时,所述需求转矩全部由主电机输出;
当所述实际转速大于所述低转速阈值,且小于或者等于设定的高转速阈值,且所述需求转矩大于所述转矩阈值时,所述需求转矩由主电机和副电机共同输出;
当所述实际转速大于所述高转速阈值时,需求转矩由主电机和副电机共同输出;
其中,所述转矩阈值小于所述电机的额定转矩。
5.根据权利要求4所述的同轴双电机动力控制系统,其特征在于,当需求转矩由主电机和副电机共同输出时,主电机和副电机均输出需求转矩的一半。
6.根据权利要求4或5所述的同轴双电机动力控制系统,其特征在于,当主电机和副电机中的其中一个电机出现故障时,需求转矩全部由另外一个电机提供。
7.一种实施权利要求1所述同轴双电机动力控制方法的同轴双电机动力系统,其特征在于,包括主电机和副电机,所述主电机和副电机同轴设置,电机轴输出连接车辆的驱动桥。
8.根据权利要求7所述的同轴双电机动力系统,其特征在于,所述动力系统包括动力电池,所述动力电池通过主电机控制器连接所述主电机,所述动力电池通过副电机控制器连接所述副电机。
9.根据权利要求7或8所述的同轴双电机动力系统,其特征在于,所述主电机和副电机之间传动设置有扭转减震器。
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