CN111645797A - 一种两轮电动车驱动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种两轮电动车驱动系统，包括控制单元，控制单元与前轮电机控制器以及后轮电机控制器通信连接，控制单元根据驾驶意图计算整车目标需求扭矩，控制单元确定扭矩分配关系，根据分配关系确定前轮电机以及后轮电机的输出扭矩，并分别计算单电机驱动模式以及双电机驱动模式下，前轮电机以及后轮电机的效率，控制单元根据前轮电机以及后轮电机的效率控制电动车以单电机驱动模式或者双电机驱动模式运行。

Description

一种两轮电动车驱动系统
技术领域
本发明实施例涉及电动车技术，尤其涉及一种两轮电动车驱动系统。
背景技术
电动自行车是一种以电池作为能源的两轮助力自行车，其主要部件包括电机、控制器、蓄电池、转把和显示仪表。
目前，两轮电动车通常采用后轮单一电机驱动的驱动方式，在后轮控制器或者电机失效的情况下，两轮电动车难以实现跛行。同时，由于两轮电动车应用工况的复杂和不确定性，例如在山区爬坡、转弯、泥泞道路等特殊行驶场合应用时，由于轮毂电机的体积、功率受限，单一后轮驱动电机难以时始终处于高效区间，电机动力性能差，工作效率低。
发明内容
本发明提供一种两轮电动车驱动系统，以达到提高电动车动力性能，提高驱动电机工作效率的目的。
本发明实施例提供了一种两轮电动车驱动系统，包括控制单元，所述控制单元与前轮电机控制器以及后轮电机控制器通信连接，
所述控制单元根据驾驶意图计算整车目标需求扭矩，
所述控制单元确定扭矩分配关系，根据所述分配关系确定所述前轮电机以及后轮电机的输出扭矩，并分别计算单电机驱动模式以及双电机驱动模式下，所述前轮电机以及后轮电机的效率，
所述控制单元根据所述前轮电机以及后轮电机的效率控制电动车以所述单电机驱动模式或者双电机驱动模式运行。
可选的，所述控制单元确定扭矩分配关系包括：
所述控制单元将所述整车目标需求扭矩平均分配至所述前轮电机、后轮电机，计算所述前轮电机或者后轮电机的第一效率，
所述控制单元将所述整车目标需求扭矩分配至所述前轮电机或者后轮电机，计算所述前轮电机或者后轮电机的第二效率，
若所述第一效率匹配设定的效率区间，则所述控制单元控制电动车以所述双电机驱动模式运行，
若所述第二效率匹配设定的效率区间，则所述控制单元控制电动车以所述单电机驱动模式运行。
可选的，所述控制单元确定扭矩分配关系包括：
所述控制单元将所述整车目标需求扭矩分配至所述前轮电机或者后轮电机，计算所述前轮电机的第三效率，计算所述后轮电机的第四效率，
若所述第三效率匹配设定的效率区间，则所述控制单元控制电动车以单电机驱动模式工作，其中通过所述前轮电机带动所述电动车运动，
若所述第四效率匹配设定的效率区间，则所述控制单元控制电动车以单电机驱动模式工作，其中通过所述后轮电机带动所述电动车运动。
可选的，所述控制单元确定扭矩分配关系还包括：
所述控制单元确定一组分配系数，所述控制单元根据所述分配系数将所述整车目标需求扭矩分配至所述前轮电机以及后轮电机，
计算与所述分配系数对应的，一组所述前轮电机的第五效率以及一组所述后轮电机的第六效率，
若按照其中一个分配系数计算获得的第五效率以及第六效率匹配设定的效率区间，则所述控制单元控制所述电动车以所述双电机驱动模式运行。
可选的，所述控制单元还用于接收电机自检信息，
若行驶前，所述前轮电机或者后轮电机出现故障，则所述控制单元控制所述电动车处于电机锁定模式。
可选的，所述控制单元还用于接收电机状态信息，
行驶过程中，若所述前轮电机或者后轮电机出现故障，则所述控制单元控制所述电动车以跛行模式运行，
跛行模式中通过状态正常的所述前轮电机或者后轮电机带动所述电动车运行。
可选的，处于跛行模式时，状态正常的所述前轮电机或者后轮电机的转速固定为第一转速。
可选的，所述控制单元通过电机MAP图确定处于目标需求扭矩时，单电机驱动模式以及双电机驱动模式下，所述前轮电机以及后轮电机的效率。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：驱动控制系统包括前轮电机和后轮电机，控制单元可以根据电动车的行驶状态和驾驶意图，模拟不同输出扭矩分配策略下，各电机的工作效率，根据工作效率的高低确定最优的电机驱动模式，从而使电机效率时始终处于高效区间，提高了电动车的整体效能。
附图说明
图1是实施例一中的驱动系统结构框图；
图2是实施例一中的控制方法流程图；
图3是实施例一中的另一种控制方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1是实施例一中的驱动系统结构框图，参考图1，本实施例中驱动控制系统包括电池1、前轮电机控制器2、控制单元3和后轮电机控制器4。
电池1与前轮电机控制器2、控制单元3以及后轮电机控制器4相连接，用于提供工作电压。控制单元3与前轮电机控制器2以及后轮电机控制器4通信连接。前轮电机控制器2与前轮电机5电连接，后轮电机控制器4与后轮电机6电连接。
示例性的，控制单元3为MCU，控制单元3可以通过前轮电机控制器2调节前轮电机5的输出扭矩，示例性的，控制单元3向前轮电机控制器2发送扭矩调节指令，调整前轮电机控制器2的控制电流，以调节前轮电机5的输出扭矩。
图2是实施例一中的控制方法流程图，参考图2，驱动系统的驱动控制方法包括：
S1.控制单元3根据驾驶意图计算整车目标需求扭矩。
本实施例中，控制单元3可以采集电动车当前的转把开度，控制单元3根据转把开度计算整车目标需求扭矩，示例性的，控制单元3可以通过预先配置的拟合公式求取整车目标需求扭矩，或者根据预先配置的转把开度以及扭矩的映射关系表获取所需的整车目标需求扭矩。本步骤中，整车目标需求扭矩为满足驾驶意图所需求的总扭矩。
S2.控制单元3确定扭矩分配关系，根据分配关系确定前轮电机5以及后轮电机6的输出扭矩，并分别计算单电机驱动模式以及双电机驱动模式下，前轮电机5以及后轮电机6的效率。
本步骤中，在进行实际的扭矩分配前，控制单元3进行模拟计算，模拟出将总扭矩单独分配给前轮电机5、单独分配给后轮电机6或者按照一定分配系数同时分配给前轮电机5以及后轮电机6时，前轮电机5以及后轮电机6的效率。
示例性的，计算电机效率时可以根据电机控制器的控制电压和控制电流计算出电机的输入功率，根据扭矩、电机转速计算出电机的输出功率，采用输出功率和输入功率的比值作为电机效率。
作为一种优选方案，控制单元3通过电机MAP图确定处于目标需求扭矩时，单电机驱动模式以及双电机驱动模式下，前轮电机5以及后轮电机6的效率。
示例性的，MAP图为电动车配置电机的转速、扭矩、效率关系曲线图。
S3.控制单元3根据前轮电机5以及后轮电机6的效率控制电动车以单电机驱动模式或者双电机驱动模式运行。
示例性的，控制单元3进行模拟计算时，总扭矩的分配关系分为三种，即：
将总扭矩分配给前轮电机5；将总扭矩分配给后轮电机6；将总扭矩按分配系数分配给前轮电机5和后轮电机6。
若采用第一种分配关系时，前轮电机5的效率位于前轮电机5的高效区间，则控制单元3向前轮电机控制器2发送控制指令，通过前轮电机控制器2产生所需的总扭矩，同时向后轮电机控制器4发送控制指令，使后轮电机控制器4停止工作，即控制单元3控制电动车以单电机驱动模式运行。
若采用第二种分配关系时，后轮电机6的效率位于后轮电机6的高效区间，则控制单元3向后轮电机控制器4发送控制指令，通过后轮电机控制器4产生所需的总扭矩，同时向前轮电机控制器2发送控制指令，使前轮电机控制器2停止工作，即控制单元3控制电动车以单电机驱动模式运行。
若采用第三种分配关系时，前轮电机5的效率位于前轮电机5的高效区间，且后轮电机6的效率位于后轮电机6的高效区间，则控制单元3向前轮电机控制器2和后轮电机控制器4发送控制指令，控制前轮电机控制器2和后轮电机控制器4按照扭矩分配系数产生相应的扭矩，即控制单元3控制电动车以双电机驱动模式运行。
示例性的，处于三种不同的分配关系时，若电机效率均处于高效区间，则控制单元3控制电动车保持上一时刻的驱动模式。
若上一时刻电动车处于双电机驱动模式，当前处于第一种分配关系以及第二种分配关系时电机效率处于高效区间，处于第三种分配关系时电机效率处于非高效区，则控制单元3控制后轮电机6运行，控制前轮电机5闲置。
本实施例提出的驱动控制系统，包括前轮电机和后轮电机，控制单元可以根据电动车的行驶状态和驾驶意图，模拟不同输出扭矩分配策略下，各电机的工作效率，根据工作效率的高低确定最优的电机驱动模式，从而使电机效率时始终处于高效区间，提高了电动车的整体效能。
作为一种优选方案，控制单元3还用于接收电机自检信息，若行驶前，前轮电机5或者后轮电机6出现故障，则控制单元3控制电动车处于电机锁定模式。
图3是实施例一种的另一中控制方法流程图，参考图3，作为一种优选方案，控制单元的工作过程包括：
S11.接收电机自检信息。
S21.判断电机是否故障，若前轮电机或者后轮电机出现故障，则控制单元控制电动车处于电机锁定模式。
示例性的，在电动车驱动系统正常启动前，电机首先进行自检，若电机存在故障，则控制单元使电机处于锁定模式，此时，控制单元停止向前轮电机控制器以及后轮电机控制器发送控制指令，前轮电机和后轮电机禁止运行。
行驶过程中，控制单元还用于接收电机状态信息，若前轮电机或者后轮电机出现故障，则控制单元控制电动车以跛行模式运行，跛行模式中通过状态正常的前轮电机或者后轮电机带动电动车运行，处于跛行模式时，状态正常的前轮电机或者后轮电机的转速固定为第一转速。
示例性的，若在行驶过程电机出现故障，则控制单元停直接控制正常的电机以固定的转速运动，使电动车处于跛行模式。
S31.接收驾驶意图信息。
S41.计算需求扭矩。
示例性的，在步骤S31和S41中，控制单元可以采集电动车当前的转把开度，控制单元根据转把开度计算整车目标需求扭矩。
S51.获取现有后轮电机输出扭矩以及现有前轮电机输出扭矩。
S61.读取电机MAP数据。
S71.进行电机驱动模式选择，并进行扭矩预分配，判断各模式下电机效率是否与高效区间匹配。
本步骤中，电机驱动模式分为三种，即前轮电机单独工作、后轮电机单独工作以及双电机同时工作，进行扭矩与分配时，控制单元分别将总扭矩分配给前轮电机；将总扭矩分配给后轮电机；将总扭矩按分配系数分配给前轮电机和后轮电机，并根据电机MAP数据确定进行扭矩分配后，各电机驱动模式下，各电机是否处于高效区间。
S81.控制单元控制电机以指定工作模式工作。
示例性的，本步骤中，控制单元按照选定的工作模式进行实际的扭矩分配，分配扭矩时，控制单元可以根据目标需求扭矩以及现有电机的输出扭矩，计算出针对前轮电机或者后轮电机的扭矩分配增量，通过增量控制的方式使电机输出目标需求扭矩。其中，各工作模式中前轮电机以及后轮电机的工作方式与步骤S3中记载的内容相同，在此不再赘述。
实施例二
作为一种可实施方案，在实施例一的基础上，前轮电机5和后轮电机6的速比相同，示例性的，前轮电机5和后轮电机6可以采用参数相同的轮毂电机。
示例性的，参考图1，控制单元3通过CAN/485与前轮电机控制器2以及后轮电机控制器4通讯连接，控制单元3通过前轮电机控制器2以及后轮电机控制器4的反馈数据进行前轮电机5以及后轮电机6的扭矩控制。
示例性的，控制单元3确定扭矩分配关系包括：
控制单元3将整车目标需求扭矩平均分配至前轮电机5、后轮电机6，计算前轮电机5或者后轮电机6的第一效率。
若第一效率匹配设定的效率区间(高效区间)，则控制单元3控制电动车以双电机驱动模式运行。
控制单元3将整车目标需求扭矩分配至前轮电机5或者后轮电机6，计算前轮电机5或者后轮电机6的第二效率。
若第二效率匹配设定的效率区间(高效区间)，则控制单元3控制电动车以单电机驱动模式运行。
示例性的，处于两种不同的分配关系时，若电机效率均处于高效区间，则控制单元3控制电动车保持上一时刻的驱动模式。
若上一时刻电动车处于双电机驱动模式，当前处于第二种分配关系时电机效率处于高效区间，处于第一种分配关系时电机效率处于非高效区，则控制单元3控制后轮电机6运行，控制前轮电机5闲置。
实施例三
作为一种可实施方案，在实施例一的基础上前轮电机5和后轮电机6的速比不同，示例性的，前轮电机5采用轮毂电机，后轮电机6采用中置电机，中置电机配有变速箱。
控制单元3确定扭矩分配关系包括：
控制单元3将整车目标需求扭矩分配至前轮电机5或者后轮电机6，计算前轮电机5的第三效率，计算后轮电机6的第四效率。
若第三效率匹配设定的效率区间(高效区间)，则控制单元3控制电动车以单电机驱动模式工作，其中通过前轮电机5带动电动车运动。若第四效率匹配设定的效率区间，则控制单元3控制电动车以单电机驱动模式工作，其中通过后轮电机6带动电动车运动。
控制单元3确定一组分配系数，控制单元3根据分配系数将整车目标需求扭矩分配至前轮电机5以及后轮电机6，计算与分配系数对应的，一组前轮电机5的第五效率以及一组后轮电机6的第六效率。
若按照其中一个分配系数计算获得的第五效率以及第六效率匹配设定的效率区间，则控制单元3控制电动车以双电机驱动模式运行。
示例性的，分配系数的取值范围为0～1，控制单元3在取值范围内按照固定的步长获取一组分配系数，并依次计算与每个分配系数对应的第五效率和第六效率，若当前的分配系数使得前轮电机5以及后轮电机6的效率均处于高效区间，则控制单元3停止计算，并按照当前的分配系数向前轮电机5和后轮电机6分配整车目标需求扭矩，使电动车以双电机驱动模式运行。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种两轮电动车驱动系统，其特征在于，包括控制单元，所述控制单元与前轮电机控制器以及后轮电机控制器通信连接，
所述控制单元根据驾驶意图计算整车目标需求扭矩，
所述控制单元确定扭矩分配关系，根据所述分配关系确定所述前轮电机以及后轮电机的输出扭矩，并分别计算单电机驱动模式以及双电机驱动模式下，所述前轮电机以及后轮电机的效率，
所述控制单元根据所述前轮电机以及后轮电机的效率控制电动车以所述单电机驱动模式或者双电机驱动模式运行。
2.如权利要求1所述的两轮电动车驱动系统，其特征在于，所述控制单元确定扭矩分配关系包括：
所述控制单元将所述整车目标需求扭矩平均分配至所述前轮电机、后轮电机，计算所述前轮电机或者后轮电机的第一效率，
所述控制单元将所述整车目标需求扭矩分配至所述前轮电机或者后轮电机，计算所述前轮电机或者后轮电机的第二效率，
若所述第一效率匹配设定的效率区间，则所述控制单元控制电动车以所述双电机驱动模式运行，
若所述第二效率匹配设定的效率区间，则所述控制单元控制电动车以所述单电机驱动模式运行。
3.如权利要求1所述的两轮电动车驱动系统，其特征在于，所述控制单元确定扭矩分配关系包括：
所述控制单元将所述整车目标需求扭矩分配至所述前轮电机或者后轮电机，计算所述前轮电机的第三效率，计算所述后轮电机的第四效率，
若所述第三效率匹配设定的效率区间，则所述控制单元控制电动车以单电机驱动模式工作，其中通过所述前轮电机带动所述电动车运动，
若所述第四效率匹配设定的效率区间，则所述控制单元控制电动车以单电机驱动模式工作，其中通过所述后轮电机带动所述电动车运动。
4.如权利要求3所述的两轮电动车驱动系统，其特征在于，所述控制单元确定扭矩分配关系还包括：
所述控制单元确定一组分配系数，所述控制单元根据所述分配系数将所述整车目标需求扭矩分配至所述前轮电机以及后轮电机，
计算与所述分配系数对应的，一组所述前轮电机的第五效率以及一组所述后轮电机的第六效率，
若按照其中一个分配系数计算获得的第五效率以及第六效率匹配设定的效率区间，则所述控制单元控制所述电动车以所述双电机驱动模式运行。
5.如权利要求1所述的两轮电动车驱动系统，其特征在于，所述控制单元还用于接收电机自检信息，
若行驶前，所述前轮电机或者后轮电机出现故障，则所述控制单元控制所述电动车处于电机锁定模式。
6.如权利要求1所述的两轮电动车驱动系统，其特征在于，所述控制单元还用于接收电机状态信息，
行驶过程中，若所述前轮电机或者后轮电机出现故障，则所述控制单元控制所述电动车以跛行模式运行，
跛行模式中通过状态正常的所述前轮电机或者后轮电机带动所述电动车运行。
7.如权利要求6所述的两轮电动车驱动系统，其特征在于，处于跛行模式时，状态正常的所述前轮电机或者后轮电机的转速固定为第一转速。
8.如权利要求1所述的两轮电动车驱动系统，其特征在于，所述控制单元通过电机MAP图确定处于目标需求扭矩时，单电机驱动模式以及双电机驱动模式下，所述前轮电机以及后轮电机的效率。
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