CN111645539B - 一种扭矩节能控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电动汽车控制技术领域内的一种扭矩节能控制方法及系统。该控制方法包括如下步骤：S1.参数设定：扭矩控制模块预设有扭矩输出第一限值和扭矩输出最低值；S2.扭矩需求：所述扭矩控制模块实时获取扭矩需求值；S3.扭矩输出：当所述扭矩需求值不小于所述扭矩输出最低值且不大于所述扭矩输出第一限值时，所述扭矩控制模块以所述扭矩输出第一限值输出。在本控制方法中，当扭矩需求值低于扭矩输出第一限值时，扭矩控制模块以扭矩输出第一限值输出，从而提高了扭矩驱动效率和制动能量回收效率，降低实车能耗，提升了续驶里程；且控制过程不受行驶工况的限制，在各种工况下，都能以较高效率的驱动扭矩和制动扭矩进行输出。

Description

一种扭矩节能控制方法及系统

技术领域

本发明涉及电动汽车控制技术领域，特别涉及一种扭矩节能控制方法及系统。

背景技术

续驶里程焦虑问题是影响新能源车辆产业化及推广的主要因素，目前主要是通过增加电池装车容量和减低单位公里能耗两种方式达到增加续驶里程的目的。增加电池装车容量不仅增加了采购成本，同时也增加了车重，此种方式并不是整车企业攻关的重点。整车企业目前的重心都是研究如何降低单位公里能耗，其中的软件控制节能方式较EBS、提升电机本体效率等方案具有零成本、便于实施等特点，是企业研发的重中之重。

电机能耗占新能源整车能耗超过80％，降低电机端输出能耗将较大程度的提升车辆里程水平。电机能耗控制的一项重点课题是提升电机的工况效率，即如何根据工况点调整电机本体效率Map区域，使在此工况的效率达到最优。此方案虽针对特定工况有一定的提升效果，但存在如下问题：

1.只针对特定工况，无法满足不同工况的效率需求；

2.无法解决电机低扭矩时效率低问题。

发明内容

本申请通过提供一种扭矩节能控制方法及系统，通过提高电机低扭矩区间的扭矩输出，解决了现有技术中电机低扭矩时效率低的问题，达到提升电机扭矩驱动制动效率的目的，从而提升了续航里程。

本申请实施例提供了一种扭矩节能控制方法，包括如下步骤：

S1.参数设定：扭矩控制模块预设有扭矩输出第一限值和扭矩输出最低值；

S2.扭矩需求：所述扭矩控制模块实时获取扭矩需求值；

S3.扭矩输出：比较所述扭矩需求值与所述扭矩输出第一限值、扭矩输出最低值的关系，当所述扭矩需求值不小于所述扭矩输出最低值且不大于所述扭矩输出第一限值时，所述扭矩控制模块以所述扭矩输出第一限值输出。

上述扭矩节能控制方法的有益效果在于：扭矩输出第一限值指电机驱动制动效率较高的扭矩值，当扭矩需求值低于扭矩输出第一限值时，扭矩控制模块以扭矩输出第一限值输出，相比于传统的根据油门刹车踏板踩踏深度比例计算的扭矩需求直接响应多了一层判定，将低驱动扭矩和低制动扭矩拉高，提高了扭矩驱动效率和制动能量回收效率，解决了电机低扭矩时制动和驱动效率低的问题，降低实车能耗，提升续驶里程；控制过程不受行驶工况的限制，在各种工况下，都能以较高效率的驱动扭矩和制动扭矩进行输出。

上述控制方法还可以进一步改进，具体如下：

在本申请其中一个实施例中，所述步骤S3还包括：当所述扭矩需求值大于所述扭矩输出第一限值时，所述扭矩控制模块以所述扭矩需求值输出；当所述扭矩需求值小于所述扭矩输出最低值时，所述扭矩控制模块不输出。在扭矩需求大于扭矩输出第一限值时，扭矩控制模块根据扭矩需求值直接输出，此时电机的制动和驱动效率均处于较高范围；扭矩输出最低值的设置是为了防止零点扭矩抖动造成的电机输出扭矩频繁跳变，当制动扭矩需求较小或电机扭矩零点漂移时，可等效为无扭矩需求，此时输出扭矩为零。

在本申请其中一个实施例中，所述步骤S1中，所述扭矩输出第一限值包括制动扭矩第一限值和驱动扭矩第一限值，所述扭矩输出最低值包括制动扭矩输出最低值和驱动扭矩输出最低值。

在本申请其中一个实施例中，所述制动扭矩第一限值不小于电机额定转速下制动效率达到85％的扭矩值，所述驱动扭矩第一限值不小于电机额定转速下驱动效率达到85％的扭矩值。制动扭矩第一限值和驱动扭矩第一限制为根据电机驱动效率MAP和制动效率MAP的标定值，根据不同功率不同扭矩不同型号电机该值有所不同。

在本申请其中一个实施例中，所述步骤S2中，所述扭矩需求值包括制动扭矩需求值或驱动扭矩需求值。车辆控制有制动需求时无驱动需求。

在本申请其中一个实施例中，所述制动扭矩需求值根据制动踏板电开度K1与电机可用回馈扭矩Tr的乘积计算得到，或根据制动踏板电开度K1与此时的电机转速查电机外特性表获得。第一种情况适用于电机会根据自身状态实时反馈可用回馈扭矩Tr，第二种情况适用于提前获取电机制动外特性表。

在本申请其中一个实施例中，所述驱动扭矩需求值根据油门踏板电开度K2与电机可用驱动扭矩Td的乘积计算得到，或根据油门踏板电开度K2与此时的电机转速查电机外特性表获得。第一种情况适用于电机会根据自身状态实时反馈可用驱动扭矩Td，第二种情况适用于提前获取电机驱动外特性表。

在本申请其中一个实施例中，所述步骤S1中，扭矩控制模块预设有第一速度阈值，所述步骤S2中，所述扭矩控制模块实时获取当前车速，在所述步骤S3中，在制动时若当前车速小于第一速度阈值，则扭矩控制模块制动扭矩输出始终为零。车速较低时，为保证车辆制动停稳，不发生抖动，取消低速时的扭矩制动回收，电机制动输出扭矩为零，依靠气制动或液压制动停稳。

在本申请其中一个实施例中，所述扭矩控制模块还预设有扭矩变化率阈值，所述扭矩控制模块输出扭矩的变化率的绝对值不大于扭矩变化率阈值。若扭矩上升速率过快，或当扭矩从较大值突变为零，都会造成电机抖动，整车舒适性较低，通过扭矩斜率控制使得驱动扭矩或制动扭矩的上升或下降斜率绝对值不能超过扭矩变化率阈值，减少因扭矩突变造成电机抖动，而对整车舒适性的影响。

本申请实施例还提供一种扭矩节能控制系统，包括依次电连接的数据采集模块，扭矩控制模块和执行模块；

所述数据采集模块用以采集车辆当前状态信息；

所述扭矩控制模块获取所述数据采集模块采集的信息并采用上述控制方法控制所述执行模块；

所述执行模块为电驱动系统，所述电驱动系统包括电机，所述电驱动系统受所述扭矩控制模块控制输出扭矩。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

1.在本控制方法中，当扭矩需求值低于扭矩输出第一限值时，扭矩控制模块以扭矩输出第一限值输出，从而提高了扭矩驱动效率和制动能量回收效率，降低实车能耗，提升了续驶里程；且控制过程不受行驶工况的限制，在各种工况下，都能以较高效率的驱动扭矩和制动扭矩进行输出。

2.扭矩需求值小于扭矩输出最低值时，以及车速小于第一速度阈值时，扭矩控制模块不输出，从而减少电机抖动，提升了车辆舒适性。

3.扭矩控制模块还预设有扭矩变化率阈值，其扭矩输出变化率不能大于扭矩变化率阈值，从而进一步减少电机抖动，提升车辆舒适性。

附图说明

图1为本发明控制方法的流程图；

图2为采用常规控制方法的客车工况图；

图3为采用本发明控制方法的客车工况图；

图4为本发明控制系统的结构示意框图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，对上述术语的示意性表述不必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本发明描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

本申请实施例通过提供一种扭矩节能控制方法及系统，通过提高电机低扭矩区间的扭矩输出，解决了现有技术中电机高速低扭矩时效率低的问题，达到提升电机扭矩驱动效率和制动能量回收效率的目的，从而提升了续航里程。

本申请实施例中的技术方案为解决上述问题，总体思路如下：

实施例一：

如图1所示，一种扭矩节能控制方法，包括以下步骤：

S1.参数设定：扭矩控制模块预设有制动扭矩第一限值、驱动扭矩第一限值、制动扭矩输出最低值、驱动扭矩输出最低值、第一速度阈值、扭矩变化率阈值；

S2.扭矩需求：扭矩控制模块实时获取扭矩需求值以及当前车速，扭矩需求值包括制动扭矩需求值或驱动扭矩需求值，当扭矩控制模块获取到扭矩需求值时执行S3；

S3.扭矩输出，具体包括如下步骤：

S31.扭矩控制模块判断是否获取到制动扭矩需求值，若是，则执行S32，若否，则执行S33；

S32.将当前车速与第一速度阈值对比，若当前车速不大于第一速度阈值，则扭矩控制模块不输出，并返回S2；若当前车速大于第一速度阈值则将制动扭矩需求值与制动扭矩第一限值以及制动扭矩输出最低值进行比较，若制动扭矩需求值大于制动扭矩第一限值，则扭矩控制模块以制动扭矩需求值输出，并返回S2；若扭矩需求值不小于制动扭矩输出最低值且不大于制动扭矩第一限值时，则扭矩控制模块以制动扭矩第一限值输出；若制动扭矩需求值小于制动扭矩输出最低值时，扭矩控制模块不输出，并返回S2；

S33.将驱动扭矩需求值与驱动扭矩第一限值以及驱动扭矩输出最低值进行比较，若驱动扭矩需求值大于驱动扭矩第一限值，则扭矩控制模块以驱动扭矩需求值输出，并返回S2；若驱动扭矩需求值不小于驱动扭矩输出最低值且不大于驱动扭矩第一限值时，则扭矩控制模块以驱动扭矩第一限值输出，并返回S2；若驱动扭矩需求值小于驱动扭矩输出最低值时，扭矩控制模块不输出，并返回S2。

其中，步骤S32和S33中，扭矩控制模块输出扭矩的变化率的绝对值不大于扭矩变化率阈值，为保证电机效率，扭矩变化阈值优选设定为电机输出最大扭矩/秒。

其中，制动扭矩第一限值和驱动扭矩第一限值分别为根据驱动效率MAP和制动效率MAP的标定值，根据不同功率不同扭矩不同型号电机有所不同。针对效率较高的电机，例如微特利2000NM电机，其高效区(效率超过90％的区域)占总工作区域超过90％，优选的，其制动扭矩第一限值和驱动扭矩第一限值分别为可设为电机额定转速下电机制动回收效率达到90％的扭矩值和电机驱动效率达到90％的扭矩值，上述微特利2000NM电机额定转速为628r/min的90％效率点时，制动扭矩第一限值绝对值设为200NM，驱动扭矩第一限值绝对值设为180NM；针对效率较低的电机，如佩特来2000NM电机，其高效区(效率超过90％的区域)不超过70％，优选的，其制动扭矩第一限值和驱动扭矩第一限值分别为可设为电机额定转速下电机制动回收效率达到85％的扭矩值和电机驱动效率达到85％的扭矩值，佩特来2000NM电机额定转速为1264r/min的85％效率点时，制动扭矩第一限值绝对值设为200NM，驱动扭矩第一限值绝对值设为175NM；在电机额定转速下制动扭矩输出最低值和驱动扭矩输出最低值也为标定值，如上述微特利200NM电机和佩特来2000NM电机，制动扭矩输出最低值和驱动扭矩输出最低值均设定为50NM。

其中，第一速度阈值根据车辆自身情况，通过实测标定，第一速度阈值范围为5-10km/h。

其中，制动扭矩需求值可根据制动踏板电开度K1与电机可用回馈扭矩Tr的乘积计算得到，或根据制动踏板电开度K1与此时的电机转速查电机外特性表获得；驱动扭矩需求值根据油门踏板电开度K2与电机可用驱动扭矩Td的乘积计算得到，或根据油门踏板电开度K2与此时的电机转速查电机外特性表获得。

实施例二：

采用常规控制方法的8.5米城市客车在中国典型城市工况下的电机效率如图2所示，从图2中可以观察出车辆在很多工况点的需求驱动制动扭矩较小，导致在这些工况点下的车辆电驱动系统效率较低，整车能耗也较高，通过仿真软件AVL Cruise的计算得到车辆此时的工况能耗为54.95kwh/100km。

采用如实施例一的控制方法的上述8.5米城市客车在相同工况下的电机效率如图3所示，从图3中可以观察出车辆低扭矩需求的工况点被高扭矩工况点所替代，从而提升了整体工况效率，通过仿真软件AVL Cruise的计算得到车辆此时的工况能耗为53.28kwh/100km，由此可知，采用如实施例一的控制方法相较于采用常规控制方法的客车节能效果提升了3.04％。

实施例三：

如图4所示，一种扭矩节能控制系统，包括依次电连接的数据采集模块，扭矩控制模块和执行模块；

数据采集模块用以采集制动踏板的开关度、油门踏板的开关度、电机可用回馈扭矩、电机可用驱动扭矩、以及当前车速；

扭矩控制模块获取数据采集模块采集的信息并采用如实施例一的扭矩节能控制方法控制执行模块；

执行模块为电驱动系统，电驱动系统包括控制器和电机，电机将自身可用回馈扭矩和可用驱动扭矩反馈给数据采集模块，控制器受扭矩控制模块控制并控制电机输出扭矩。

上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：

1.相比于传统的根据油门刹车踏板踩踏比例计算的扭矩需求直接响应多了一层判定，将高速低驱动扭矩和高速低制动扭矩拉高，从而提高了扭矩驱动效率和制动能量回收效率，降低实车能耗，提升了续驶里程，且不受行驶工况的限制，在各种工况下，都能以较高效率的驱动扭矩和制动扭矩进行输出；

2.减少电机抖动，提升了车辆舒适性。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种扭矩节能控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.参数设定：扭矩控制模块预设有扭矩输出第一限值和扭矩输出最低值；

S2.扭矩需求：所述扭矩控制模块实时获取扭矩需求值；

S3.扭矩输出：比较所述扭矩需求值与所述扭矩输出第一限值、扭矩输出最低值的关系，当所述扭矩需求值大于所述扭矩输出第一限值时，所述扭矩控制模块以所述扭矩需求值输出；当所述扭矩需求值不小于所述扭矩输出最低值且不大于所述扭矩输出第一限值时，所述扭矩控制模块以所述扭矩输出第一限值输出；当所述扭矩需求值小于所述扭矩输出最低值时，所述扭矩控制模块不输出。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述扭矩输出第一限值包括制动扭矩第一限值和驱动扭矩第一限值，所述扭矩输出最低值包括制动扭矩输出最低值和驱动扭矩输出最低值。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于：所述制动扭矩第一限值不小于电机额定转速下制动效率达到85％的扭矩值，所述驱动扭矩第一限值不小于电机额定转速下驱动效率达到85％的扭矩值。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述扭矩需求值包括制动扭矩需求值或驱动扭矩需求值。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于：所述制动扭矩需求值根据制动踏板电开度K1与电机可用回馈扭矩Tr的乘积计算得到，或根据制动踏板电开度K1与此时的电机转速查电机外特性表获得。

6.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于：所述驱动扭矩需求值根据油门踏板电开度K2与电机可用驱动扭矩Td的乘积计算得到，或根据油门踏板电开度K2与此时的电机转速查电机外特性表获得。

7.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述步骤S1中，扭矩控制模块预设有第一速度阈值，所述步骤S2中，所述扭矩控制模块实时获取当前车速，在所述步骤S3中，在制动时若当前车速小于第一速度阈值，则扭矩控制模块制动扭矩输出始终为零。

8.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述扭矩控制模块还预设有扭矩变化率阈值，所述扭矩控制模块输出扭矩的变化率的绝对值不大于扭矩变化率阈值。

9.一种扭矩节能控制系统，其特征在于：包括依次电连接的数据采集模块，扭矩控制模块和执行模块；

所述数据采集模块用以采集车辆当前状态信息；

所述扭矩控制模块获取所述数据采集模块采集的信息并采用如权利要求1-8任一所述的控制方法控制所述执行模块；

所述执行模块为电驱动系统，所述电驱动系统包括电机及其控制器，所述电驱动系统受所述扭矩控制模块控制输出扭矩。

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