CN112406558A - 一种电动汽车双电机效率最优控制方法 - Google Patents

一种电动汽车双电机效率最优控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电动汽车双电机效率最优控制方法，通过最优控制算法建立最优效率配比MAP，以两个驱动电机效率MAP、外特性曲线为基础进行离线计算得到最优效率配比MAP；最优效率配比MAP的X轴为整车目标总需求扭矩，最优效率配比MAP的Y轴为车速，最优效率配比MAP的Z轴为扭矩分配百分比，从而完成两个驱动电机输出目标扭矩的分配，使并联式双电机电动汽车整车驱动效率最大。本发明通过双电机效率最优控制算法离线计算获取双电机最优配比MAP，在不增加控制器运算量的前提下，能够极大优化车辆驱动行驶和制动回馈过程中的整车综合驱动效率。与以固定比例扭矩分配方式相比，本发明控制具有显著的效率提升效果。

Description

一种电动汽车双电机效率最优控制方法
技术领域
本发明属于电动汽车整车驱动系统设计领域，特别涉及一种电动汽车多电机效率最优控制方法。
背景技术
随着电动汽车行业技术不断沉淀，国内汽车厂商也在不断地将传统汽车上的技术往电动汽车移植，电动汽车技术日趋成熟，其动力系统架构也在不断推陈出新，电动汽车四驱动力系统就是其中一个重要分支。电动汽车可通过使用多个电动机驱动，其可以突破传统燃油车使用的前后轮动力机械传动装置，降低系统的复杂度。目前电动汽车比较主流的四驱动力系统为双电机驱动系统，具有动力输出强劲、布置方便、综合成本低的特点。电动汽车双电机一般会选择两个功率不同的电机进行适配，一个功率较大的主驱电机，一个共功率相对较小的辅助驱动电机。由于两个电机是不同的，系统工作时两个电机的执行效率也不同，如果车辆行驶中扭矩分配不合理或者不够精细，就存在系统运行效率低的情况，降低电动汽车续驶里程。
发明内容
针对上述现有技术所存在的问题，本发明提供一种电动汽车双电机效率最优控制方法，通过最优控制算法和电机效率数据离线运算，得出最优效率配比MAP，将此最优效率配比MAP运用到驱动系统中实时运行，最大限度的优化两个电机运行效率，提高双电机电动汽车的综合行驶效率。
本发明提出一种电动汽车双电机效率最优控制方法，通过最优控制算法建立最优效率配比MAP，以两个驱动电机效率MAP、外特性曲线为基础进行离线计算得到最优效率配比MAP；最优效率配比MAP的X轴为整车目标总需求扭矩，最优效率配比MAP的Y轴为车速，最优效率配比MAP的Z轴为扭矩分配百分比，从而完成两个驱动电机输出目标扭矩的分配，使并联式双电机电动汽车整车驱动效率最大。
进一步讲，本发明所述的电动汽车双电机效率最优控制方法中，所述的两个驱动电机分别记为驱动电机1和驱动电机2，以两个驱动电机效率MAP、外特性曲线为基础进行离线计算得到最优效率配比MAP的过程如下：
1)最优效率ηmax：
Figure BDA0002799671630000011
式(1)中，Ttotal为整车目标总需求扭矩；T1为驱动电机1目标扭矩，T2为驱动电机2目标扭矩；Ptr1为驱动电机1机械传动比，车辆机械传动系统确定后此值为定值；Ptr2为驱动电机2机械传动比，车辆机械传动系统确定后此值为定值；η1(T1，n1)为驱动电机1在T1扭矩下和n1转速下的效率；η2(T2，n2)为驱动电机2在T2扭矩下和n2转速下的效率；n1为驱动电机1转速；n2为驱动电机2转速；ηte1为驱动电机1机械传动效率，车辆机械传动系统确定后此值为定值；ηte2为驱动电机2机械传动效率，车辆机械传动系统确定后此值为定值；
2)整车目标总需求扭矩Ttotal：
Ttotal＝T1*Ptr1+T2*Ptr2 (2)
T1≤Tmax1(n1) (3)
T2≤Tmax2(n2) (4)
式(3)是式(4)中，Tmax1(n1)以转速n1查询驱动电机1外特性曲线扭矩最大值，Tmax2(n2)以转速n2查询驱动电机2外特性曲线扭矩最大值；
3)当前车速为V：
Figure BDA0002799671630000021
4)最优效率配比MAP：
以驱动电机1效率MAP、外特性曲线和驱动电机2效率MAP、外特性曲线为基础，利用式(1)，式(2)，式(3)和式(4)以特征点遍历方式结合效率配比基础数据集计算得到车辆各个工况点下的运行效率，两个驱动电机的扭矩配比与车辆各个工况点下运行效率一一对应，筛选各个工况点下的车辆运行效率最大值，从而得出最优效率配比MAP；
5)完成两个驱动电机输出目标扭矩的分配：
两个驱动电机目标扭矩计算公式：
Figure BDA0002799671630000022
Figure BDA0002799671630000023
式(6)和式(7)中，λ(V，Ttotal)为最优效率配比，通过当前车速V和整车目标总需求扭矩Ttotal查询最优效率配比MAP而得。
本发明所述的电动汽车双电机效率最优控制方法中，将步骤5)得到的驱动电机1目标扭矩T1和驱动电机2目标扭矩T2分别发送给驱动电机1和驱动电机2执行输出，从而使两个驱动电机运行在综合最优效率点上，达到车辆运行最优效率。
利用本发明所述的电动汽车双电机效率最优控制方法，对于车辆驱动行驶和车辆回馈两种工况均可控制；驱动行驶时，使用驱动最优效率配比MAP，在计算驱动最优效率配比MAP时，驱动行驶使用的电机效率MAP为两个驱动电机的驱动效率MAP；车辆回馈时，使用回馈最优效率配比MAP，在计算回馈最优效率配比MAP时，车辆回馈使用的电机效率MAP为两个驱动电机的回馈效率MAP。
本发明所述的电动汽车双电机效率最优控制方法，其中，所述的车辆各个工况点的确定：根据车辆最大可输出扭矩范围划分目标需求总扭矩特征点，按照某一步长递增方式分配有效范围扭矩特征点；根据车辆最大行驶车速范围划分车速特征点，按照某一步长递增方式分配有效范围车速特征点，根据式(5)约束的两个驱动电机的转速关系，得出两个驱动电机各个转速特征点；所述的效率配比基础数据集内的数据值范围为从0～100，按照某一步长递增划分配比特征点。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明控制方法中涉及到的计算过程均在离线状态计算得出最终的最优效率配比MAP，不会增加车辆控制器计算负担，易于在各种控制器平台的实施。
本发明通过获取车辆运行工况下的最优效率配比MAP，并以此为依据分配两个驱动电机的扭矩，使两个电机时刻处于最优效率工作状态下，将能够最大的优化车辆驱动行驶和制动回馈过程中的整车综合驱动效率。与以固定比例扭矩分配方式相比，利用本发明控制方法中的算法具有显著的效率提升效果。
本发明所述的电动汽车双电机效率最优控制方法同样适用于多电机并联驱动系统的电动汽车效率最优控制。
附图说明
图1是本发明的双电机效率最优控制算法结构示意图；
图2是并联双电机系统的(固定比例扭矩分配方式)电机效率MAP曲线示意图；
图3是并联双电机系统的电机外特性Curve曲线示意图；
图4是并联双电机系统最优效率配比MAP曲线示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
本发明的设计构思是：主要用于提升并联式双电机电动汽车驱动系统运行效率。本发明基于已有的电机效率MAP、电机外特性曲线，离线计算出效率最优运行工况下的两驱动电机扭矩执行分配比例，即最优效率配比MAP。在车辆行驶过程中按照最优效率配比MAP分配整车目标总需求扭矩，从而得到两个驱动电机的综合最优执行扭矩，驱动车辆运行。本发明通过双电机效率最优控制算法离线计算获取双电机最优配比MAP，在不增加控制器运算量的前提下，能够极大优化车辆驱动行驶和制动回馈过程中的整车综合驱动效率。与以固定比例扭矩分配方式相比，本发明控制具有显著的效率提升效果。
本发明提出的一种电动汽车双电机效率最优控制方法，首先需要获取电机的外特性曲线数据和效率MAP数据，通过最优控制算法建立最优效率配比MAP，将得出的最优效率配比MAP运用到动力系统扭矩输出模块。即以两个驱动电机效率MAP、外特性曲线为基础进行离线计算得到最优效率配比MAP，其中，横轴X轴为整车目标总需求扭矩，纵轴Y轴为当前车速，Z轴为扭矩分配百分比，从而完成两个驱动电机输出目标扭矩的分配，使并联式双电机电动汽车整车驱动效率最大。
如图1所示，本发明提出的一种电动汽车双电机效率最优控制方法，其包括驱动电机数据库匹配、建立效率区数据库、效率数据计算、最优效率配比MAP计算等流程。在效率最优控制算法计算得出最有效率配比MAP后，利用效率最优算法实施模块完成扭矩的最优分配。
本发明所述的电动汽车双电机效率最优控制方法中，所述的两个驱动电机分别记为驱动电机1和驱动电机2，首先建立效率区数据库，包括：以电机扭矩为X轴，以电机转速为Y轴，以电机的驱动效率为Z轴建立驱动电机1效率MAP曲线和驱动电机2效率MAP曲线，效率MAP如图2所示。以电机转速为X轴，电机扭矩为Y轴，建立外特性Curve曲线，外特性Curve如图3所示。
以两个驱动电机效率MAP、外特性曲线为基础进行离线计算得到最优效率配比MAP的过程如下：
1)最优效率ηmax计算公式如下：
Figure BDA0002799671630000041
式(1)中，Ttotal为整车目标总需求扭矩；T1为驱动电机1目标扭矩，T2为驱动电机2目标扭矩；Ptr1为驱动电机1机械传动比，车辆机械传动系统确定后此值为定值；Ptr2为驱动电机2机械传动比，车辆机械传动系统确定后此值为定值；η1(T1，n1)为驱动电机1在T1扭矩下和n1转速下的效率；η2(T2，n2)为驱动电机2在T2扭矩下和n2转速下的效率；n1为驱动电机1转速；n2为驱动电机2转速；ηte1为驱动电机1机械传动效率，车辆机械传动系统确定后此值为定值；ηte2为驱动电机2机械传动效率，车辆机械传动系统确定后此值为定值；
2)两个驱动电机扭矩关系，可得整车目标总需求扭矩为Ttotal，：
Ttotal＝T1*Ptr1+T2*Ptr2 (2)
T1≤Tmax1(n1) (3)
T2≤Tmax2(n2) (4)
式(3)是式(4)中，Tmax1(n1)以转速n1查询驱动电机1外特性曲线扭矩最大值，Tmax2(n2)以转速n2查询驱动电机2外特性曲线扭矩最大值；
3)根据转速关系，可得当前车速为V：
Figure BDA0002799671630000042
5)最优效率配比MAP：
以驱动电机1效率MAP、外特性曲线和驱动电机2效率MAP、外特性曲线为基础，利用式(1)，式(2)，式(3)和式(4)以特征点遍历方式结合效率配比基础数据集计算得到车辆各个工况点下的运行效率，两个驱动电机的扭矩配比与车辆各个工况点下运行效率一一对应，筛选各个工况点下的车辆运行效率最大值，从而得出最优效率配比MAP；
所述的车辆各个工况点的确定：根据车辆最大可输出扭矩范围划分目标需求总扭矩特征点，按照某一步长递增方式分配有效范围扭矩特征点；根据车辆最大行驶车速范围划分车速特征点，按照某一步长递增方式分配有效范围车速特征点，根据式(5)约束的两个驱动电机的转速关系，得出两个驱动电机各个转速特征点；具体流程如下：
根据车辆最大可输出扭矩范围划分目标需求总扭矩特征点，可以按照某一步长递增方式分配有效范围特征扭矩点，如Ttotal1，Ttotal2，Ttotal3，Ttotal4......；
根据车辆最大行驶车速范围划分车速特征点，可以按照某一步长递增方式分配有效范围特征车速点，根据公式5约束的两个电机的转速关系，得出两个电机各个特征转速点，如n1，1，n1，2，n1，3......和n2，1，n2，2，n2，3，n2，4.....。
建立效率配比基础数据集，效率配比基础数据集内数据值范围为从0～100，可以按照某一步长递增划分配比特征点，得到λ1，λ2，λ3，λ4......。
在整车目标总需求扭矩点已定的情况下，根据式(2)的驱动电机1目标扭矩T1和驱动电机2目标扭矩T2的关系，各个车速点工况下按效率配比基础数据集内的配比遍历T1和T2扭矩值，分配的T1和T2需要满足式(3)和式(4)的约束，以便剔除无效配比数据；
根据整车目标总需求扭矩Ttotal依次以不同配比分配T1和T2的实际扭矩值，按照配比分配后的T1和T2扭矩以及n1和n2转速查询各自确认该工况的电机效率(η1和η2)，然后将T1、T2以及查寻得到的η1、η2带入式(1)得到各个配比的实际效率MAP组；
在得到效率区数据后，进入计算最优效率配比MAP的阶段，具体过程是：
在上一步骤中得到的实际效率MAP组内找出同一转速点、同一目标总需求扭矩、不同效率配比下的最大ηmax，将此对应的配比值作为该转速点下、该目标总需求扭矩下的理论最优配比值λmax(即最优效率配比MAP-Z轴的元素)；然后将按照上述方法，在实际效率MAP组中计算各个转速特征点下、各个目标需求总扭矩特征点下的效率最优配比，最终得到以最优配比值组成的最优效率配比MAP，如图4所示，最优效率配比MAP结构如下。
λmax11，λmax12，λmax13，λmax14......；
λmax21，λmax22，λmax23，λmax24......；
λmax31，λmax32，λmax33，λmax34......；
λmax41，λmax42，λmax43，λmax44......；
..................；
5)完成两个驱动电机输出目标扭矩的分配：
得出最优效率配比MAP后，利用效率最优算法完成扭矩的最优分配，过程是：车辆控制器扭矩计算出整车总需求扭矩Treal；车辆控制器采集当前实时车速Vreal；车辆控制器将Treal和Vreal带入到最优效率配比MAP查表得到当前最优配比值λ；车辆控制器将Treal和λ带入到下述的两个驱动电机目标扭矩计算公式：
Figure BDA0002799671630000061
Figure BDA0002799671630000062
式(6)和式(7)中，λ(V，Ttotal)为最优效率配比，通过当前车速V和整车目标总需求扭矩Ttotal查询最优效率配比MAP而得。
所述的效率配比MAP使用方法为在车辆实时运行过程中通过将当前车速V，整车目标总需求扭矩Ttotal带入到效率配比MAP中，得到最终的最优效率配比λ，将Ttotal和λ带入到式(6)和式(7)，得到最终的驱动电机1目标扭矩T2和驱动电机2目标扭矩T2，得到的驱动电机1目标扭矩T1和驱动电机2目标扭矩T2分别发送给驱动电机1和驱动电机2执行输出，从而使两个驱动电机运行在综合最优效率点上，达到车辆运行最优效率。
利用本发明所述的电动汽车双电机效率最优控制方法，对于车辆驱动行驶和车辆回馈两种工况均可进行控制；上述实施例是以驱动行驶时为了，其中，使用驱动最优效率配比MAP，在计算驱动最优效率配比MAP时，驱动行驶使用的电机效率MAP为两个驱动电机的驱动效率MAP。
车辆回馈工况下与上述的车辆驱动行驶工况的不同是，使用回馈最优效率配比MAP，在计算回馈最优效率配比MAP时，车辆回馈使用的电机效率MAP为两个驱动电机的回馈效率MAP，效率最优的计算实现过程是一致的。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，例如，本发明控制方法同样可以扩展适用于大于两电机并联驱动系统的效率最优控制，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (6)

1.一种电动汽车双电机效率最优控制方法，通过最优控制算法建立最优效率配比MAP，其特征在于，以两个驱动电机效率MAP、外特性曲线为基础进行离线计算得到最优效率配比MAP；最优效率配比MAP的X轴为整车目标总需求扭矩，最优效率配比MAP的Y轴为车速，最优效率配比MAP的Z轴为扭矩分配百分比，从而完成两个驱动电机输出目标扭矩的分配，使并联式双电机电动汽车整车驱动效率最大。
2.根据权利要求1所述的电动汽车双电机效率最优控制方法，其特征在于，所述的两个驱动电机分别记为驱动电机1和驱动电机2，以两个驱动电机效率MAP、外特性曲线为基础进行离线计算得到最优效率配比MAP的过程如下：
1)最优效率ηmax：
Figure FDA0002799671620000011
式(1)中，Ttotal为整车目标总需求扭矩；
T1为驱动电机1目标扭矩，T2为驱动电机2目标扭矩；
Ptr1为驱动电机1机械传动比，车辆机械传动系统确定后此值为定值；Ptr2为驱动电机2机械传动比，车辆机械传动系统确定后此值为定值；
η1(T1，n1)为驱动电机1在T1扭矩下和n1转速下的效率；
η2(T2，n2)为驱动电机2在T2扭矩下和n2转速下的效率；
n1为驱动电机1转速；
n2为驱动电机2转速；
ηte1为驱动电机1机械传动效率，车辆机械传动系统确定后此值为定值；
ηte2为驱动电机2机械传动效率，车辆机械传动系统确定后此值为定值；
2)整车目标总需求扭矩Ttotal：
Ttotal＝T1*Ptr1+T2*Ptr2 (2)
T1≤Tmax1(n1) (3)
T2≤Tmax2(n2) (4)
式(3)是式(4)中，Tmax1(n1)以转速n1查询驱动电机1外特性曲线扭矩最大值，Tmax2(n2)以转速n2查询驱动电机2外特性曲线扭矩最大值；
3)当前车速为V：
Figure FDA0002799671620000012
4)最优效率配比MAP：
以驱动电机1效率MAP、外特性曲线和驱动电机2效率MAP、外特性曲线为基础，利用式(1)，式(2)，式(3)和式(4)以特征点遍历方式结合效率配比基础数据集计算得到车辆各个工况点下的运行效率，两个驱动电机的扭矩配比与车辆各个工况点下运行效率一一对应，筛选各个工况点下的车辆运行效率最大值，从而得出最优效率配比MAP；
5)完成两个驱动电机输出目标扭矩的分配：
两个驱动电机目标扭矩计算公式：
Figure FDA0002799671620000021
Figure FDA0002799671620000022
式(6)和式(7)中，λ(V，Ttotal)为最优效率配比，通过当前车速V和整车目标总需求扭矩Ttotal查询最优效率配比MAP而得。
3.根据权利要求2所述的电动汽车双电机效率最优控制方法，其特征在于，将步骤5)得到的驱动电机1目标扭矩T1和驱动电机2目标扭矩T2分别发送给驱动电机1和驱动电机2执行输出，从而使两个驱动电机运行在综合最优效率点上，达到车辆运行最优效率。
4.根据权利要求2所述的电动汽车双电机效率最优控制方法，其特征在于，对于车辆驱动行驶和车辆回馈两种工况：
驱动行驶时，使用驱动最优效率配比MAP，在计算驱动最优效率配比MAP时，驱动行驶使用的电机效率MAP为两个驱动电机的驱动效率MAP；
车辆回馈时，使用回馈最优效率配比MAP，在计算回馈最优效率配比MAP时，车辆回馈使用的电机效率MAP为两个驱动电机的回馈效率MAP。
5.根据权利要求2所述的电动汽车双电机效率最优控制方法，其特征在于，适用于多电机并联驱动系统的电动汽车效率最优控制。
6.根据权利要求2所述的电动汽车双电机效率最优控制方法，其特征在于，所述的车辆各个工况点的确定：根据车辆最大可输出扭矩范围划分目标需求总扭矩特征点，按照某一步长递增方式分配有效范围扭矩特征点；根据车辆最大行驶车速范围划分车速特征点，按照某一步长递增方式分配有效范围车速特征点，根据式(5)约束的两个驱动电机的转速关系，得出两个驱动电机各个转速特征点；
所述的效率配比基础数据集内的数据值范围为从0～100，按照某一步长递增划分配比特征点。
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