CN109760683A - 一种分布式驱动的纯电动车辆爬坡扭矩控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及纯电动汽车控制技术领域，特别是一种分布式驱动的纯电动车辆爬坡扭矩控制方法及系统。该控制方法通过获取实际路面坡度信息，并判断实际路面坡度是否大于设定的坡度，若实际路面坡度大于设定坡度，则控制驱动扭矩平均分配至与车辆四个车轮对应的四个驱动电机；若实际路面坡度小于设定坡度，则控制驱动扭矩平均分配至与车辆两个后车轮对应的两个驱动电机，当路面坡度较大时在满足车辆的动力性需求同时降低单电机输出的压力，避免了电机长时间过载运行，当路面坡度较小时，减小了动力系统能量的消耗，解决了爬坡过程中保证整车动力性基础上动力系统能耗较高的问题。

Description

一种分布式驱动的纯电动车辆爬坡扭矩控制方法及系统

技术领域

本发明涉及纯电动汽车控制技术领域，特别是一种分布式驱动的纯电动车辆爬坡扭矩控制方法及系统。

背景技术

在环境污染和能源短缺的社会现状下，新能源车辆尤其是纯电动汽车有着广阔的发展前景，而其中新能源车辆的能量消耗率是产品竞争力的重要体现；特别针对运行在山区工况的新能源车辆，由于需要频繁爬坡，电耗较正常路面工况略高，因此寻求降低能耗的方法尤为重要。

现有纯电动车辆在动力匹配时需要同时兼顾车辆的爬坡能力、加速能力、最高车速等，因此选配的电机或发动机的最大扭矩一般较高，由于纯电动车辆在山区线路运营时，坡路较多，为了满足爬坡性能，需要低速时电机输出较大功率。而目前纯电动车辆在控制扭矩输出时，对应的输出控制并没有参考路面的实际坡度，多以单电机进行四轮驱动，或采用分布式电机进行四轮驱动，这样就会造成在坡度较小路面或者平路上行驶时，动力性过剩，增加了整车能耗；或者在坡度较大的路面行驶过程中采用单电机进行四轮驱动容易增加电机的输出压力，造成电机因长时间过载运行而损坏。

发明内容

本发明的目的是提供一种分布式驱动的纯电动车辆爬坡扭矩控制方法及系统，用以解决爬坡过程中保证整车动力性基础上动力系统能耗较高的问题。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

方案一：一种分布式驱动的纯电动车辆爬坡扭矩控制方法，获取实际路面坡度信息；

判断实际路面坡度是否大于设定坡度；

若实际路面坡度大于设定坡度，则控制将实际输出驱动扭矩平均分配至与车辆四个车轮对应的四个驱动电机；

若实际路面坡度小于设定坡度，则控制将实际输出驱动扭矩平均分配至与车辆两个后车轮对应的两个驱动电机。

本方案一的有益效果是，本方案一通过对比当前路面坡度和设定坡度，确定控制实际输出驱动扭矩的分配方式，当坡度较大时，车辆的四个车轮的四个驱动电机平均分配驱动扭矩，保证整车爬坡动力性，降低单电机输出的压力，避免了电机长时间过载运行；当坡度较小时，车辆的后轴两个驱动电机平均分配实际输出驱动扭矩，减小了动力系统能量的消耗，解决了爬坡过程中保证整车动力性基础上动力系统能耗较高的问题。

方案二：在方案一的基础上，所述驱动扭矩的估算方法的流程如下：

获取路面坡度信息和车辆状态信息,计算车辆行驶驱动力矩，所述车辆状态信息包括车辆当前车速、车辆当前加速度和车辆当前质量；

判断车辆当前车速是否大于设定车速；

若车辆当前车速大于设定车速，则以目标加速度为指标计算得到第一输出驱动扭矩；若车辆当前车速小于设定车速，则以目标爬坡度为指标计算得到第二输出驱动扭矩；

比对车辆行驶驱动力矩与第一输出扭矩或第二输出扭矩，得到最大值即为实际输出驱动扭矩。

方案三：在方案二的基础上，所述目标加速度为车辆加速度的最大值。

方案四：在方案二或方案三的基础上，所述目标爬坡度为车辆爬坡度的最大值。

方案五：在方案二的基础上，所述车辆行驶驱动力矩的计算公式如下：

其中，车辆行驶驱动力矩T_m、车辆当前自身重力G、车辆当前自身质量m、坡度i、车辆当前车速u_a、轮胎滚阻系数f、传动系统效率η_T、旋转质量换算系数δ、空气阻力系数C_D、迎风面积A、轮胎滚动半径r、主减速比i_g使用车辆试验测量数据。

方案六：在方案二的基础上，所述第一输出驱动扭矩的计算公式如下：

其中，T_n1为第一输出驱动扭矩、a_max为车辆目标加速度、车辆当前自身重力G、车辆当前自身质量m、车辆当前车速u_a、轮胎滚阻系数f、传动系统效率η_T、旋转质量换算系数δ、空气阻力系数C_D、迎风面积A、轮胎滚动半径r、主减速比i_g使用车辆试验测量数据。

方案七：在方案二的基础上，所述第二输出驱动扭矩的计算公式如下：

其中，T_n2为第二输出驱动扭矩、i_max为车辆最大爬坡指标、车辆当前自身重力G、车辆当前车速u_a、轮胎滚阻系数f、传动系统效率η_T、空气阻力系数C_D、迎风面积A、轮胎滚动半径r、主减速比i_g使用车辆试验测量数据。

方案八：在方案五、方案六或方案七的基础上，所述车辆当前车速u_a为根据电机转速计算得出，公式如下：

方案九：在方案八的基础上，所述设定车速为30km/h。

方案十：一种分布式驱动的纯电动车辆爬坡扭矩控制系统，包括

用于获取实际路面坡度信息的信息获取模块；

用于承载判断实际路面坡度信息是否大于设定坡度的控制模块；

所述信息获取模块的输出端连接所述控制模块的输入端；当实际路面坡度大于设定坡度时，所述控制模块输出控制与车辆四个车轮对应的四个驱动电机平均分配实际输出驱动扭矩；当实际路面坡度小于设定坡度时，所述控制模块输出控制与车辆两个后车轮对应的两个驱动电机平均分配所述实际输出驱动扭矩。

方案十一：在方案十的基础上，所述驱动扭矩的估算方法的流程如下：

获取路面坡度信息和车辆状态信息,计算车辆行驶驱动力矩，所述车辆状态信息包括车辆当前车速、车辆当前加速度和车辆当前质量；

判断车辆当前车速是否大于设定车速；

若车辆当前车速大于设定车速，则以目标加速度为指标计算得到第一输出驱动扭矩；若车辆当前车速小于设定车速，则以目标爬坡度为指标计算得到第二输出驱动扭矩；

比对车辆行驶驱动力矩与第一输出扭矩或第二输出扭矩，得到最大值即为实际输出驱动扭矩。

方案十二：在方案十一的基础上，所述目标加速度为车辆加速度的最大值。

方案十三：在方案十一或方案十二的基础上，所述目标爬坡度为车辆爬坡度的最大值。

方案十四：在方案十一的基础上，所述车辆行驶驱动力矩的计算公式如下：

其中，车辆行驶驱动力矩T_m、车辆当前自身重力G、车辆当前自身质量m、坡度i、车辆当前车速u_a、轮胎滚阻系数f、传动系统效率η_T、旋转质量换算系数δ、空气阻力系数C_D、迎风面积A、轮胎滚动半径r、主减速比i_g使用车辆试验测量数据。

方案十五：在方案十一的基础上，所述第一输出驱动扭矩的计算公式如下：

其中，T_n1为第一输出驱动扭矩、a_max为车辆目标加速度、车辆当前自身重力G、车辆当前自身质量m、车辆当前车速u_a、轮胎滚阻系数f、传动系统效率η_T、旋转质量换算系数δ、空气阻力系数C_D、迎风面积A、轮胎滚动半径r、主减速比i_g使用车辆试验测量数据。

方案十六：在方案十一的基础上，所述第二输出驱动扭矩的计算公式如下：

其中，T_n2为第二输出驱动扭矩、i_max为车辆最大爬坡指标、车辆当前自身重力G、车辆当前车速u_a、轮胎滚阻系数f、传动系统效率η_T、空气阻力系数C_D、迎风面积A、轮胎滚动半径r、主减速比i_g使用车辆试验测量数据。

方案十七：在方案十四、方案十五或方案十六的基础上，所述车辆当前车速u_a为根据电机转速计算得出，公式如下：

方案十八：在方案十七的基础上，所述设定车速为30km/h。

附图说明

图1是一种分布式驱动的纯电动车辆爬坡扭矩控制方法的流程图；

图2是一种分布式驱动的纯电动车辆爬坡扭矩控制方法中实际输出驱动扭矩的估算方法。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

本发明提供一种分布式驱动的纯电动车辆爬坡扭矩控制系统，包括用于获取实际路面坡度信息的信息获取模块、用于承载判断实际路面坡度信息是否大于设定坡度的控制模块，其中，信息获取模块的输出端信号连接控制模块的输入端，控制模块通过CAN网络输出控制指令至电机控制器，从而控制电机进行扭矩输出。优选控制模块为整车控制器。

本发明提供一种分布式驱动的纯电动车辆爬坡扭矩控制方法，如图1所述，具体流程如下：

1、获取实际路面坡度信息。

车辆中设置有陀螺仪，用于测量道路的坡度，并将坡度信息传给信息获取模块，实时检测当前路面的坡度。

2、判断实际路面坡度i是否大于设定坡度i_set。

将获取的实际路面坡度信息i和设定的坡度值i_set在信息处理模块中进行比对处理。

3、执行相应的控制。

若当前路面坡度大于设定坡度，即i>i_set，则通过整车控制器控制将实际输出驱动扭矩平均分配至与车辆四个车轮对应的四个驱动电机，精确控制各个车轮施加的驱动扭矩，在保证整车爬坡动力性的基础上，降低了单轴电机输出压力，避免了电机长时间过载运行。

若当前路面坡度小于设定坡度，即i<i_set，车辆在较小坡度甚至平路上行驶，则通过整车控制器控制将实际输出驱动扭矩平均分配至与车辆两个后车轮对应的两个驱动电机，减小了动力系统能量消耗。

上述实际输出驱动扭矩的估算方法，如图2所示，具体流程如下：

1、获取路面坡度信息和车辆状态信息。

通过整车控制器获取车辆的状态信息，例如，车辆当前车速，车辆当前加速度，车辆当前质量等；获取路面坡度信息通过安装的陀螺仪测量得到。

2、计算车辆行驶驱动力矩。

车辆行驶驱动扭矩的计算公式为：

其中，车辆行驶驱动力矩T_m、车辆当前自身重力G、车辆当前自身质量m、坡度i、车辆当前车速u_a、轮胎滚阻系数f、传动系统效率η_T、旋转质量换算系数δ、空气阻力系数C_D、迎风面积A、轮胎滚动半径r、主减速比i_g使用车辆试验测量数据。

车辆当前车速可以根据传感器直接检测得出，或者车辆当前车速根据电机转速计算得出，公式为：

根据上述公式(1)和(2)可得出车辆行驶驱动力矩T_m。

3、判断车辆当前车速是否大于设定车速。

若车辆当前车速大于设定车速，即V>V_set，则以加速指标计算得到第一输出驱动扭矩；若车辆当前车速小于设定车速，即V<V_set，则以爬坡指标计算得到第二输出驱动扭矩。

若车辆当前车速大于设定车速，即车速较高时，优先满足车辆加速性能，以车辆动力性指标目标加速度a_max为例，扭矩计算公式如下：

其中，a_max为车辆目标加速度，T_n1为第一输出驱动扭矩。

若车辆当前速度小于设定车速，即车速较低时，优先满足车辆爬坡性能，以车辆动力性指标最大爬坡度i_max为例，扭矩计算公式如下：

其中，i_max为车辆最大爬坡指标，T_n2为第二输出驱动扭矩。

4、比对车辆行驶驱动力矩与第一输出扭矩或第二输出扭矩，得到实际输出驱动扭矩。

若车辆当前车速大于设定车速，根据公式(1)计算出车辆当前行驶状态下需要的驱动力矩，然后对比公式(3)对应的第一输出驱动扭矩T_n1，取两者较大值作为整车满油门输出的实际输出驱动扭矩T_tq。

若车辆当前速度小于设定车速，根据公式(1)计算出车辆当前行驶状态下需要的驱动力矩，然后对比公式(4)对应的第二输出驱动扭矩，取两者较大值作为整车满油门输出的实际输出驱动扭矩T_tq。

车辆输出驱动扭矩的扭矩值为根据油门开度和整车满油门时的实际输出驱动扭矩T_tq计算得出。

以上给出了本发明涉及的具体实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种分布式驱动的纯电动车辆爬坡扭矩控制方法，其特征在于，

获取实际路面坡度信息；

判断实际路面坡度是否大于设定坡度；

若实际路面坡度大于设定坡度，则控制将实际输出驱动扭矩平均分配至与车辆四个车轮对应的四个驱动电机；

若实际路面坡度小于设定坡度，则控制将实际输出驱动扭矩平均分配至与车辆两个后车轮对应的两个驱动电机。

2.根据权利要求1所述的分布式驱动的纯电动车辆爬坡扭矩控制方法，其特征在于，所述驱动扭矩的估算方法的流程如下：

获取路面坡度信息和车辆状态信息,计算车辆行驶驱动力矩，所述车辆状态信息包括车辆当前车速、车辆当前加速度和车辆当前质量；

判断车辆当前车速是否大于设定车速；

若车辆当前车速大于设定车速，则以目标加速度为指标计算得到第一输出驱动扭矩；若车辆当前车速小于设定车速，则以目标爬坡度为指标计算得到第二输出驱动扭矩；

比对车辆行驶驱动力矩与第一输出扭矩或第二输出扭矩，得到最大值即为实际输出驱动扭矩。

3.根据权利要求2所述的分布式驱动的纯电动车辆爬坡扭矩控制方法，其特征在于，所述目标加速度为车辆加速度的最大值。

4.根据权利要求2或3所述的分布式驱动的纯电动车辆爬坡扭矩控制方法，其特征在于，所述目标爬坡度为车辆爬坡度的最大值。

5.根据权利要求2所述的分布式驱动的纯电动车辆爬坡扭矩控制方法，其特征在于，所述车辆行驶驱动力矩的计算公式如下：

其中，车辆行驶驱动力矩T_m、车辆当前自身重力G、车辆当前自身质量m、坡度i、车辆当前车速u_a、轮胎滚阻系数f、传动系统效率η_T、旋转质量换算系数δ、空气阻力系数C_D、迎风面积A、轮胎滚动半径r、主减速比i_g使用车辆试验测量数据。

6.一种分布式驱动的纯电动车辆爬坡扭矩控制系统，其特征在于，包括

用于获取实际路面坡度信息的信息获取模块；

用于承载判断实际路面坡度信息是否大于设定坡度的控制模块；

所述信息获取模块的输出端连接所述控制模块的输入端；当实际路面坡度大于设定坡度时，所述控制模块输出控制与车辆四个车轮对应的四个驱动电机平均分配实际输出驱动扭矩；当实际路面坡度小于设定坡度时，所述控制模块输出控制与车辆两个后车轮对应的两个驱动电机平均分配所述实际输出驱动扭矩。

7.根据权利要求6所述的分布式驱动的纯电动车辆爬坡扭矩控制系统，其特征在于，所述驱动扭矩的估算方法的流程如下：

获取路面坡度信息和车辆状态信息,计算车辆行驶驱动力矩，所述车辆状态信息包括车辆当前车速、车辆当前加速度和车辆当前质量；

判断车辆当前车速是否大于设定车速；

若车辆当前车速大于设定车速，则以目标加速度为指标计算得到第一输出驱动扭矩；若车辆当前车速小于设定车速，则以目标爬坡度为指标计算得到第二输出驱动扭矩；

比对车辆行驶驱动力矩与第一输出扭矩或第二输出扭矩，得到最大值即为实际输出驱动扭矩。

8.根据权利要求7所述的分布式驱动的纯电动车辆爬坡扭矩控制系统，其特征在于，所述目标加速度为车辆加速度的最大值。

9.根据权利要求7或8所述的分布式驱动的纯电动车辆爬坡扭矩控制系统，其特征在于，所述目标爬坡度为车辆爬坡度的最大值。

10.根据权利要求7所述的分布式驱动的纯电动车辆爬坡扭矩控制系统，其特征在于，所述车辆行驶驱动力矩的计算公式如下：

其中，车辆行驶驱动力矩T_m、车辆当前自身重力G、车辆当前自身质量m、坡度i、车辆当前车速u_a、轮胎滚阻系数f、传动系统效率η_T、旋转质量换算系数δ、空气阻力系数C_D、迎风面积A、轮胎滚动半径r、主减速比i_g使用车辆试验测量数据。