CN112659917B - 一种适用于新能源商用车驱动扭矩控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种适用于新能源商用车驱动扭矩控制系统及控制方法，涉及新能源汽车领域，解决现有扭矩控制方法在出现扭矩突变时，最大扭矩受限，易出现传动系统部件易断裂故障等问题，包括挡位处理模块、油门踏板处理模块、制动踏板处理模块、系统最大能力模块、故障处理模块、驱动扭矩控制模块、扭矩仲裁模块和信号输出模块，本发明方法中，加速踏板开度信号数据采集密集方式优化，减少软件处理过程中的数据查询，提高运算速率，未覆盖的参数采用线差值计算，保证数据采集及处理平顺性。采用逐次滤波算法，防止扭矩输出发生突变。增加扭矩平滑控制，对需求扭矩进行转矩增加率进行限制，防止“敲齿Clunk”现象发生，避免产生不良乘坐感受和降低传动系统寿命。

Description

一种适用于新能源商用车驱动扭矩控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及新能源汽车领域，具体涉及一种适用于新能源商用车驱动扭矩控制系统及控制方法。

背景技术

电驱化是新能源汽车重要发展方向。近年来，纯电动汽车、燃料电池汽车、混合动力汽车都在快速并行发展。掌握驱动核心控制技术，影响整车的动力性、稳定性和效率，驱动扭矩控制是整车电驱化控制技术重要环节。

现有技术现状：

驱动扭矩控制的作用是在车辆正常行驶时，VCU接收加速踏板位置信号(加速踏板APS2信号，加速踏板APS1信号)、制动踏板信号(制动踏板传感器信号，脚刹开关)、挡位信号(N挡，D挡，R挡)、电机转速信号(MCU_MotorSpeed)来对驾驶意图进行解释，生成相关的扭矩需求，传输给MCU，将动力电池中的电能通过电机转化为车辆的动能。

现有的扭矩控制策略中，在输入信号采集过程中数据密集，增加控制器处理的负担，影响运算速率；在扭矩输出控制时，因驾驶员踩加速踏板异常操作时(猛踩猛放)会出现扭矩突变的情况；在设计时没有考虑最大扭矩限制，可能会出现传动系统中的某个部件容易断裂的故障。

发明内容

本发明为解决现有扭矩控制方法在出现扭矩突变时，最大扭矩受限，易出现传动系统部件易断裂故障等问题，提供一种适用于新能源商用车驱动扭矩控制系统及控制方法。

一种适用于新能源商用车驱动扭矩控制系统，包括挡位处理模块、油门踏板处理模块、制动踏板处理模块、系统最大能力模块、故障处理模块、驱动扭矩控制模块、扭矩仲裁模块和信号输出模块；

所述驱动扭矩控制模块分别接收挡位处理模块输出的逻辑挡位信号，油门踏板处理模块输出的加速踏板信号，制动踏板处理模块输出的制动踏板信号，BMS输出的电池SOC值、电池组总电压、故障状态信号以及电池组当前最大允许回馈电流，系统最大能力模块输出的电机当前状态下的驱动扭矩T_MCU，电池当前状态下的驱动扭矩T_BMS，传动系统最大承受扭矩T_传动系统以及故障处理模块输出的故障限值T_故障限值；并向扭矩仲裁模块输出扭矩信号，所述扭矩仲裁模块通过信号输出模块向MCU输出扭矩请求信号。

一种适用于新能源商用车驱动扭矩控制方法，该方法由以下步骤实现：

步骤一、系统上电；

步骤二、驱动扭矩控制模块接收逻辑挡位信号、加速踏板信号、制动踏板信号、车速信号以及电机转速信号并进行驱动扭矩计算，并将扭矩信号发送至扭矩仲裁模块；

步骤三、所述扭矩仲裁模块对接收的扭矩信号进行滤波计算，输出仲裁后的扭矩请求信号；

步骤四、判断点火钥匙是否关闭IG OFF，如果否，返回步骤二；如果是，MCU根据接收的扭矩请求信号输出0扭矩。

本发明的有益效果：为了实现上述目的，本发明通过分析整车的各种运行工况及扭矩在整车运行过程中的需求，开发了新能源商用车驱动扭矩控制方法。并在实车进行验证，不断优化控制方案和技术参数。经过一年多时间的试验验证，最终形成了本发明所述的驱动扭矩控制策略。

本发明所述控制方法存在以下优点：

(1)减少软件处理过程中的数据查询，提高运算速率，并保证扭矩输出的平滑性。

(2)通过限制系统最大驱动能力扭矩，对传动系统中的各部件在机械冲击过程中进行保护。

(3)通过控制策略保证制动优先执行，保证整车安全。

(4)通过控制策略防止数据输出发生突变，保证扭矩输出平稳。

(5)对需求扭矩进行转矩增加率进行限制，防止“敲齿Clunk”现象发生，避免产生不良乘坐感受和降低传动系统寿命。

(6)最高车速限制,保证整车安全。

附图说明

图1为本发明所述的一种适用于新能源商用车驱动扭矩控制方法的原理框图；

图2为本发明所述的一种适用于新能源商用车驱动扭矩控制方法的流程图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1和图2说明本实施方式，一种适用于新能源商用车驱动扭矩控制系统，包括挡位处理模块、油门踏板处理模块、制动踏板处理模块、系统最大能力模块、故障处理模块、驱动扭矩控制模块、扭矩仲裁模块和信号输出模块；

所述驱动扭矩控制模块分别接收挡位处理模块输出的逻辑挡位信号，油门踏板处理模块输出的加速踏板信号，制动踏板处理模块输出的制动踏板信号，BMS输出的电池SOC值、电池组总电压、故障状态信号以及电池组当前最大允许回馈电流，系统最大能力模块输出的电机当前状态下的驱动扭矩T_MCU，电池当前状态下的驱动扭矩T_BMS，传动系统最大承受扭矩T_传动系统以及故障处理模块输出的故障限值T_故障限值；并向扭矩仲裁模块输出扭矩信号，所述扭矩仲裁模块通过信号输出模块向MCU输出扭矩请求信号。

VCU根据不同的加速踏板开度和车速，本实施方式中，整车控制器VCU根据不同的加速踏板开度和车度，根据公式y＝a*x^2+b*x得出扭矩系数，其中x为制动踏板开度，取值范围为[0,1]，a,b的取值是通过在不同车速下踩下制动踏板，评价车辆的减速度，当其满足主观评价的要求后确认的值。在不同挡位及驱动模式下对应不同的扭矩系数MAP。

通过查表(见表1.表2)得出需求的加速扭矩系数,在不同挡位及驱动模式下有不同的MAP,表中未体现数据区域,采用线性插值法进行计算,解决VCU在处理加速踏板开度信号是数据采集密集问题中，减少软件处理过程中的数据查询，提高运算速率，并保证扭矩输出的平滑性。

表1.D档驱动系数表(TBD)

注：对上表中未覆盖的参数采用线差值计算。

表2.R档驱动系数表(TBD)

注：对上表中未覆盖的参数采用线差值计算。

本实施方式中，限制系统最大驱动能力扭矩，即：系统最大驱动能力扭矩的值取整个传动系统中抗扭性最小的零部件抗扭力矩；

当整车出现故障时,T_故障限值＝T_{MCU最大功率}*故障限值系数,具体如下:

系统能力估计驱动扭矩是指当前状态下，整车系统能够承受的最大驱动扭矩，主要确认以下要素；

系统能力估计驱动扭矩T_{MCU最大功率}＝min(T_MCU，T_BMS，T_传动系统，T_故障限值)

式中，T_MCU为电机当前状态下能够产生的驱动扭矩，可根据电机外特性标定：

T_MCU＝T_电机限制

所述T_电机限制根据电机的外特性进行查询，电机厂家会提供电机的外特性表格，当前电机转速是实时可知的，就可以查询出电机的最大扭矩值，即T_电机限制。

T_BMS为电池当前状态下能够承受的驱动扭矩，该扭矩根据BMS实时反馈的电池组当前最大放电功率P_peak(最大允许放电电流与电池组总电压计算得出)和当前转速计算得出：

P_peak＝电池组当前最大允许放电电流×电池组总电压

T_BMS＝P_peak*9550/n

T_传动系统为传动系统最大承受扭矩，该扭矩根据传动系统的结构决定(非回馈状态下)。

T_故障限值为

T_故障限值＝T_{MCU最大功率}*故障限值系数

所述故障限值系数由故障处理模块提供。

具体实施方式二、结合图2说明本实施方式，本实施方式为具体实施方式一所述的一种适用于新能源商用车驱动扭矩控制系统的控制方法，该方法具体由以下步骤实现：

步骤一、系统上电；

步骤二、驱动扭矩控制模块接收逻辑挡位信号、加速踏板信号、制动踏板信号、车速信号以及电机转速信号并进行驱动扭矩计算，并将扭矩信号发送至扭矩仲裁模块；

步骤三、所述扭矩仲裁模块对接收的扭矩信号进行滤波计算，输出仲裁后的扭矩请求信号；

步骤四、判断IG OFF，如果否，返回步骤二；如果是，MCU根据接收的扭矩请求信号输出0扭矩。

本实施方式中的步骤二中，通过控制策略保证制动优先执行，保证整车安全。所述驱动扭矩控制模块在驱动扭矩解析过程中，VCU检测到制动踏板踩下，应将加速扭矩需求置为0；手刹信号有效时，将限制系统最大驱动能力扭矩按扭矩平滑控制线性降至20％(将最大值按照20％的值进行线性限值)，并通过组合仪表向驾驶员报警,防止手刹蹄片在有大扭矩输出时发热烧蚀。

本实施方式的步骤三中，通过控制策略防止数据输出发生突变，保证扭矩输出平稳。

为保证扭矩安全，所述扭矩仲裁模块对在扭矩变化时会滤波，采用逐次滤波算法如下：

首次采集10个数x1，x2…x10,求平均值A1，下一时刻采集x11，若|x11-A1|>标定量limit时，x11丢弃，若|x11-A1|<＝标定量limit时,保留x2，x3…x11,求取A2…，标定量limit的大小得根据实车的效果进行调整。

并对接收的扭矩信号进行扭矩平滑控制，具体下式表示：

采用公式Ta＝K*ΔT/Δt,K为常数，Ta为目标输出扭矩值，Δt为系统采样时间，ΔT为扭矩需求值减去上一时刻扭矩输出值。

增加扭矩平滑控制，对需求扭矩进行转矩增加率进行限制，防止“敲齿Clunk”现象发生，避免产生不良乘坐感受和降低传动系统寿命。扭矩平滑控制采用公式Ta＝K*ΔT/Δt,K为常数，Ta为目标输出扭矩值，ΔT为扭矩需求值减去上一时刻扭矩输出值。Δt是系统的采样时间，一般可以是10ms或100ms。

本实施方式中，增加最高车速限制，对R挡的最高车速和D挡下的最高车速进行限制，D档最高车速限速90km/h(TBD)，当车速在等于90km/h时通过增量PI调节，以P为斜率进行调节使扭矩减小到零，起到限车速的作用。R挡最高车速限速15km/h，当车速在15km/h时通过增量PI调节，以P为斜率进行调节使扭矩减小到零，起到限车速的作用。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种适用于新能源商用车驱动扭矩控制系统，包括挡位处理模块、油门踏板处理模块、制动踏板处理模块、系统最大能力模块、故障处理模块、驱动扭矩控制模块、扭矩仲裁模块和信号输出模块；

所述驱动扭矩控制模块分别接收挡位处理模块输出的逻辑挡位信号，油门踏板处理模块输出的加速踏板信号，制动踏板处理模块输出的制动踏板信号，BMS输出的电池SOC值、电池组总电压、故障状态信号以及电池组当前最大允许回馈电流，系统最大能力模块输出的电机当前状态下的驱动扭矩T_MCU，电池当前状态下的驱动扭矩T_BMS，传动系统最大承受扭矩T_传动系统以及故障处理模块输出的故障限值T_故障限值；并向扭矩仲裁模块输出扭矩信号，所述扭矩仲裁模块通过信号输出模块向MCU输出扭矩请求信号，实现扭矩控制；

当整车出现故障时,故障处理模块输出的故障限值T_故障限值＝T_{MCU最大功率}*故障限值系数,具体计算过程为：

系统能力估计驱动扭矩T_{MCU最大功率}＝min(T_MCU，T_BMS，T_传动系统，T_故障限值)

式中，T_MCU为电机当前状态下能够产生的驱动扭矩，可根据电机外特性标定：

T_MCU＝T_电机限制

所述T_电机限制根据电机的外特性进行查询，

T_BMS为电池当前状态下能够承受的驱动扭矩，该扭矩根据BMS实时反馈的电池组当前最大放电功率P_peak和当前转速计算得出：

P_peak＝电池组当前最大允许放电电流×电池组总电压

T_BMS＝P_peak*9550/n

T_传动系统为传动系统最大承受扭矩，该扭矩根据传动系统的结构决定。

2.根据权利要求1所述一种适用于新能源商用车驱动扭矩控制系统，其特征在于：所述系统最大能力模块用于限制系统最大驱动能力扭矩，即：系统最大驱动能力扭矩的值取整个传动系统中抗扭性最小的零部件抗扭力矩。

3.根据权利要求1所述的一种适用于新能源商用车驱动扭矩控制系统的控制方法，其特征是：该方法由以下步骤实现：

步骤一、系统上电；

步骤二、驱动扭矩控制模块接收逻辑挡位信号、加速踏板信号、制动踏板信号、车速信号以及电机转速信号并进行驱动扭矩计算，并将扭矩信号发送至扭矩仲裁模块；

步骤三、所述扭矩仲裁模块对接收的扭矩信号进行滤波计算，输出仲裁后的扭矩请求信号；

步骤四、判断点火钥匙是否关闭IG OFF，如果否，返回步骤二；如果是，MCU根据接收的扭矩请求信号输出0扭矩。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于：步骤二中，所述驱动扭矩控制模块根据接收的信号进行计算过程中，VCU检测到制动踏板踩下，将加速扭矩设置为0；手刹信号有效时，将限制系统最大驱动能力扭矩按扭矩平滑控制线性降至20％,并通过组合仪表向驾驶员报警。

5.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于：步骤三中，所述扭矩仲裁模块对接收的扭矩信号采用逐次滤波算法，并对接收的扭矩信号进行扭矩平滑控制，具体下式表示：

采用公式Ta＝K*ΔT/Δt,K为常数，Ta为目标输出扭矩值，Δt为系统采样时间，ΔT为扭矩需求值减去上一时刻扭矩输出值。

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