CN113428012A - 纯电动汽车传动系统扭矩控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纯电动汽车传动系统扭矩控制方法，本发明的设计构思在于，结合纯电动汽车的实际使用特点，设定出覆盖全面的不同工况，并根据各个工况特点制定出相对独立的扭矩控制策略，以降低力矩冲击对传动系统的损坏，从而实现对传动系统各部件的保护。本发明无需额外增加结构部件，可以节省大量成本，对于市面上的纯电动汽车的传统系统而言，具有较佳的普适性。

Description

纯电动汽车传动系统扭矩控制方法

技术领域

本发明涉及新能源车辆领域，尤其涉及一种纯电动汽车传动系统扭矩控制方法。

背景技术

纯电动汽车的应用越来越广泛，其传动系统一般由驱动电机、变速器、传动轴、驱动桥等组成(纯电动汽车驱动传动系统中不包含离合器，可以实现自动换档)；也有将驱动电机、变速器集成到驱动桥上，称为集成式电驱动桥；还有将驱动电机、变速器集成到轮毂上，称为轮毂电机。

一般来说，其中涉及的驱动电机的动力输出特性是：①、在低转速下可以输出峰值扭矩；②、低速时功率提升很快；③、峰值扭矩较高，而额定扭矩较低；④、由于电磁线圈存在感应电动势，驱动电机存在反拖力矩。

而纯电动汽车的行驶工况复杂，转速、扭矩随时都会发生难以预见的变化，驱动电机的上述特点虽然对于纯电动汽车的传动系统强度要求较为苛刻，但由于纯电动汽车本身所具有的电机控制等部件，可以实现对驱动电机动力输出的有效控制，因此本发明经分析认为，可以通过控制策略来实现对传动系统的保护。

现阶段对纯电动汽车传动系统的防护一般通过增大设计的安全系数，即增加传动连接部件的强度，如变速箱的齿轮、轴承强度，传动轴的轴管直径，万向节的尺寸规格、驱动桥的主减速器的强度，来防止驱动电机的扭矩冲击对传动系统带来的破坏，但这种设计理念并非最佳设计，且一味地增大传动部件的强度，可能会导致部件的外形尺寸变大，使整车的结构变得复杂，甚至无法满足整车的布置要求；或者，还有一些现有技术是在原传动系统中增加扭转减震等新部件来防止动力总成输出的扭矩冲击，但这种方式额外增加了成本且同样使结构变得复杂，使得这种方案仅能在少部分车型上应用，不具有推广普适性。

发明内容

鉴于上述，本发明旨在提供一种纯电动汽车传动系统扭矩控制方法，以解决上述电动汽车传动系统防护的弊端。

本发明采用的技术方案如下：

一种纯电动汽车传动系统扭矩控制方法，其中包括：

在车辆运行过程中，判断当前车辆工况；

当处于制动能量回收工况时，对应触发驱动电机的能量回收力矩控制策略；当处于滑行工况时，对应触发驱动电机的滑行力矩控制策略；当处于起步工况时，对应触发驱动电机的起步力矩控制策略；当处于加速工况时，对应触发驱动电机的增扭力矩控制策略；当处于倒车工况时，对应触发驱动电机的反拖力矩控制策略；当处于前进档切换至倒档工况或前进挡切换至空档工况时，对应触发驱动电机的反转力矩控制策略。

在其中至少一种可能的实现方式中，所述能量回收力矩控制策略包括：控制驱动电机的能量回收力矩小于或等于预设的能量回收力矩上限值M_回收max：

其中，M’_max为驱动桥最大允许的反向输出力矩，i₀为驱动桥减速比，i_g为当前的变速器档位的速比，η为预设的起步力矩安全系数。

在其中至少一种可能的实现方式中，所述滑行力矩控制策略包括：控制驱动电机的滑行力矩小于或等于预设的滑行力矩上限值M_滑行max，其中，所述M_滑行max小于所述M_回收max。

在其中至少一种可能的实现方式中，所述起步力矩控制策略包括：控制驱动电机的起步力矩小于或等于预设的起步力矩上限值M_起步max：

其中，M_max为驱动桥最大允许的正向输出力矩，i₀为驱动桥减速比，i_g为当前的变速器档位的速比。

在其中至少一种可能的实现方式中，所述增扭力矩控制策略包括：

监测实时车速；

根据所述实时车速获得加速度及加速度变化率；

当所述加速度以及所述加速度变化率分别超过二者对应的预设阈值时，触发延时升扭机制：

每隔预设的时延周期，根据当前的驱动电机转速以及油门开度查询预设映射表，得到目标扭矩；

根据所述目标扭矩对驱动电机的实际输出扭矩进行控制。

在其中至少一种可能的实现方式中，在整个增扭力矩控制过程中，实时调整所述时延周期。

在其中至少一种可能的实现方式中，所述反拖力矩控制策略包括：控制驱动电机的倒车力矩小于或等于预设的倒车力矩上限值M_倒车max：

其中，M_max为驱动桥最大允许的正向输出力矩，i₀为驱动桥减速比，i_r为倒挡速比。

在其中至少一种可能的实现方式中，所述反转力矩控制策略包括：

强制驱动电机输出力矩置0；

根据分别针对切换空档或切换倒挡预设的不同的延时时间，保持力矩置0的持续时间；

在到达所述延时时间之后，根据当前的驱动电机转速以及油门开度查询预设映射表，得到目标扭矩；

根据所述目标扭矩对驱动电机的实际输出扭矩进行控制。

在其中至少一种可能的实现方式中，驱动电机的传动轴的额定负荷力矩M_传动轴设为：

M_传动轴〃η₀≥M_电机max〃i₁

其中，η₀为传动轴扭矩安全系数，i₁为一档速比，M_电机max为驱动电机的峰值力矩。

本发明的设计构思在于，结合纯电动汽车的实际使用特点，设定出覆盖全面的不同工况，并根据各个工况特点制定出相对独立的扭矩控制策略，以降低力矩冲击对传动系统的损坏，从而实现对传动系统各部件的保护。本发明无需额外增加结构部件，可以节省大量成本，对于市面上的纯电动汽车的传统系统而言，具有较佳的普适性。

附图说明

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步描述，其中：

图1为本发明实施例提供的纯电动汽车传动系统扭矩控制方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本发明提出了一种纯电动汽车传动系统扭矩控制方法的实施例，具体来说，如图1所示，可以包括如下：

步骤S0、在车辆运行过程中，判断当前车辆工况；

步骤S1、当处于制动能量回收工况时，对应触发驱动电机的能量回收力矩控制策略；步骤S2、当处于滑行工况时，对应触发驱动电机的滑行力矩控制策略；步骤S3、当处于起步工况时，对应触发驱动电机的起步力矩控制策略；步骤S4、当处于加速工况时，对应触发驱动电机的增扭力矩控制策略；步骤S5、当处于倒车工况时，对应触发驱动电机的反拖力矩控制策略；步骤S6、当处于前进档切换至倒档工况或前进挡切换至空档工况时，对应触发驱动电机的反转力矩控制策略。

具体地，所述能量回收力矩控制策略包括：控制驱动电机的能量回收力矩小于或等于预设的能量回收力矩上限值M_回收max：

其中，M’_max为驱动桥最大允许的反向输出力矩，i₀为驱动桥减速比，i_g为当前的变速器档位的速比，η为预设的起步力矩安全系数。

具体地，所述滑行力矩控制策略包括：控制驱动电机的滑行力矩小于或等于预设的滑行力矩上限值M_滑行max，其中，所述M_滑行max小于所述M_回收max。

具体地，所述起步力矩控制策略包括：控制驱动电机的起步力矩小于或等于预设的起步力矩上限值M_起步max：

其中，M_max为驱动桥最大允许的正向输出力矩，i₀为驱动桥减速比，i_g为当前的变速器档位的速比。

具体地，所述增扭力矩控制策略包括：

监测实时车速；

根据所述实时车速获得加速度及加速度变化率；

当所述加速度以及所述加速度变化率分别超过二者对应的预设阈值时，触发延时升扭机制：

每隔预设的时延周期，根据当前的驱动电机转速以及油门开度查询预设映射表，得到目标扭矩；

根据所述目标扭矩对驱动电机的实际输出扭矩进行控制。

具体地，在整个增扭力矩控制过程中，实时调整所述时延周期。

在其中至少一种可能的实现方式中，所述反拖力矩控制策略包括：控制驱动电机的倒车力矩小于或等于预设的倒车力矩上限值M_倒车max：

其中，M_max为驱动桥最大允许的正向输出力矩，i₀为驱动桥减速比，i_r为倒挡速比。

具体地，所述反转力矩控制策略包括：

强制驱动电机输出力矩置0；

根据分别针对切换空档或切换倒挡预设的不同的延时时间，保持力矩置0的持续时间；

在到达所述延时时间之后，根据当前的驱动电机转速以及油门开度查询预设映射表，得到目标扭矩；

根据所述目标扭矩对驱动电机的实际输出扭矩进行控制。

进一步地，驱动电机的传动轴的额定负荷力矩M_传动轴设为：

M_传动轴〃η₀≥M_电机max〃i₁

其中，η₀为传动轴扭矩安全系数，i₁为一档速比，M_电机max为驱动电机的峰值力矩。

为了便于理解上述实施例及其优选方案，下文分别对上述六种工况的扭矩控制方式进行具体介绍说明：

(1)制动能量回收工况，本发明的主要目的在于防止扭矩冲击对传动系统的伤害，因此对其中涉及的制动能量回收策略不作赘述，这里仅说明如何在该工况下防止扭矩冲击。该工况下，包括车辆制动器的机械制动力矩和驱动电机能量回收产生的再生制动力矩，因此可以预先设定能量回收力矩的上限值M_回收max需满足：

其中M’_max为驱动桥最大允许的反向输出力矩，i₀为驱动桥减速比，i_g为当前的变速器档位的速比(可以是一档、二档、三档或其他档位)，η为起步力矩安全系数(通常可取0.9～1.0)。而在此工况下，能量回收力矩控制策略设定为驱动电机接收的能量回收力矩需小于前述M_回收max。

(2)滑行工况下，因持续时间不定，距离不定，因此不能按照上述能量回收工况简单处理。在该工况下，驱动桥的被动齿轮变成主动齿轮，驱动电机由电动状态变成发电状态，机械能转化为动能。滑行工况由于可能持续很长时间，因此不宜采用制动能量回收力矩的控制方式，而应设置一个相对更低的阈值M_滑行max。该阈值可以通过CAE仿真或试验测试获得，即驱动桥在M_滑行max〃i₀〃i₁的反拖力矩作用下，可以满足车辆整个生命周期内的使用寿命，其中i₁是变速箱的一档速比(即速比最大的档位速比)。

(3)当处于起步工况时，扭矩从0开始变化，驱动电机转速也从0开始变化。由于驱动电机在低速阶段扭矩提升非常快，在这种工况下非常容易产生扭矩冲击。起步时的驱动电机最大力矩M_起步max需满足：

M_max为驱动桥最大允许的正向输出力矩(一般情况驱动桥的最大允许的正向输出力矩不等于反向输出力矩)，其中i_g为当前的变速器档位的速比。

(4)加速工况下，除车速会增大外，驱动电机的输出力矩也会增大。为防止扭矩冲击对传动系统的损坏，对力矩增大的时间进行限制，要求经过一定的时间后才允许驱动电机的输出力矩增大到峰值扭矩。在此，一般工况下的驱动电机目标扭矩-转速-油门开度的映射表不再适用。据此，本发明提出由车速传感器监控车速值，车速对时间进行一次求导可得加速度，车速对时间的二次求导可以得到加速度变化率。当加速度超过某一阈值α₀，且加速度变化率超过某一阈值a′₀，即触发延时升扭策略(这样的设置，使得延时升扭策略不仅仅在加速工况下会触发，原地起步状态下油门开度过大也有可能会触发延时升扭策略)。触发延时升扭策略是，驱动电机的目标扭矩不再完全按照目标扭矩-转速-油门开度的映射表执行，而是增加目标扭矩输出的时延，即每隔一定时延间隔Δt₀，才根据当前的转速、油门开度查询映射表，输出目标扭矩，以使目标扭矩输出平稳。Δt₀的具体数值可以根据车型参数结合驾驶平顺性要求设定，且在整个延时升扭过程中Δt₀的值可以是一个不断变化的值。需指出的是，在实际操作中，这里提及的延时升扭机制还可以由其他的力矩缓升机制代替。

关于前述目标扭矩-转速-油门开度的映射表可以预先经标定后写入纯电动汽车的整车控制器中，由整车控制器根据当前的驱动电机转速、油门开度查询该映射表，得到当前输出的对应目标扭矩指令，具体地，整车控制器将目标扭矩指令以CAN报文形式发送给电机控制器，电机控制器根据该目标扭矩指令，通过功率转换模块完成对驱动电机的实际输出扭矩的控制。

(5)倒车工况，驱动电机的最大输出力矩M_倒车max需满足：

其中i_r为倒挡速比。

(6)在前进档与倒档(空档)的切换工况下，会出现正反力矩的切换，可称为力矩反转。因此，本发明提出需要增加延时控制，以防止力矩冲击对传动系统的损坏。具体来说，当系统检测到有前进档和倒档(空档)的切换情况发生，强制要求驱动电机输出力矩置0，对于前进档切换空档或者存在滑行力矩时的丢油门瞬间(此时也存在正负力矩翻转的情形)，设定此强制置0保持时间Δt₁；对于前进档切换倒挡的瞬间，设定强制置0保持时间Δt₂。这样，等待上述保持时间之后，电机控制器才接收整车控制器的目标力矩指令(可查表获得)，其中，Δt₁、Δt₂的具体数值可以根据车型参数结合驾驶平顺性要求设定。

最后还可以补充说明的是，为了进一步提升防护效果，对于纯电动汽车的传动轴可以按照预留安全系数设计，即传动轴的额定负荷力矩M_传动轴需满足：

M_传动轴〃η₀≥M_电机max〃i₁

其中η₀为传动轴扭矩安全系数，η₀通常取0.6～0.8，i₁为一档速比(即变速箱最大速比的档位速比)，M_电机max为驱动电机的峰值力矩。

综上所述，本发明的设计构思在于，结合纯电动汽车的实际使用特点，设定出覆盖全面的不同工况，并根据各个工况特点制定出相对独立的扭矩控制策略，以降低力矩冲击对传动系统的损坏，从而实现对传动系统各部件的保护。本发明无需额外增加结构部件，可以节省大量成本，对于市面上的纯电动汽车的传统系统而言，具有较佳的普适性。

本发明实施例中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示单独存在A、同时存在A和B、单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项”及其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项或复数项的任意组合。例如，a，b和c中的至少一项可以表示：a，b，c，a和b，a和c，b和c或a和b和c，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，但以上仅为本发明的较佳实施例，需要言明的是，上述实施例及其优选方式所涉及的技术特征，本领域技术人员可以在不脱离、不改变本发明的设计思路以及技术效果的前提下，合理地组合搭配成多种等效方案；因此，本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种纯电动汽车传动系统扭矩控制方法，其特征在于，包括：

在车辆运行过程中，判断当前车辆工况；

当处于制动能量回收工况时，对应触发驱动电机的能量回收力矩控制策略；当处于滑行工况时，对应触发驱动电机的滑行力矩控制策略；当处于起步工况时，对应触发驱动电机的起步力矩控制策略；当处于加速工况时，对应触发驱动电机的增扭力矩控制策略；当处于倒车工况时，对应触发驱动电机的反拖力矩控制策略；当处于前进档切换至倒档工况或前进挡切换至空档工况时，对应触发驱动电机的反转力矩控制策略。

2.根据权利要求1所述的纯电动汽车传动系统扭矩控制方法，其特征在于，所述能量回收力矩控制策略包括：控制驱动电机的能量回收力矩小于或等于预设的能量回收力矩上限值

其中，M’_max为驱动桥最大允许的反向输出力矩，i₀为驱动桥减速比，i_g为当前的变速器档位的速比，η为预设的起步力矩安全系数。

3.根据权利要求2所述的纯电动汽车传动系统扭矩控制方法，其特征在于，所述滑行力矩控制策略包括：控制驱动电机的滑行力矩小于或等于预设的滑行力矩上限值

其中，所述

小于所述

4.根据权利要求1所述的纯电动汽车传动系统扭矩控制方法，其特征在于，所述起步力矩控制策略包括：控制驱动电机的起步力矩小于或等于预设的起步力矩上限值

其中，M_max为驱动桥最大允许的正向输出力矩，i₀为驱动桥减速比，i_g为当前的变速器档位的速比。

5.根据权利要求1所述的纯电动汽车传动系统扭矩控制方法，其特征在于，所述增扭力矩控制策略包括：

监测实时车速；

根据所述实时车速获得加速度及加速度变化率；

当所述加速度以及所述加速度变化率分别超过二者对应的预设阈值时，触发延时升扭机制：

每隔预设的时延周期，根据当前的驱动电机转速以及油门开度查询预设映射表，得到目标扭矩；

根据所述目标扭矩对驱动电机的实际输出扭矩进行控制。

6.根据权利要求5所述的纯电动汽车传动系统扭矩控制方法，其特征在于，在整个增扭力矩控制过程中，实时调整所述时延周期。

7.根据权利要求1所述的纯电动汽车传动系统扭矩控制方法，其特征在于，所述反拖力矩控制策略包括：控制驱动电机的倒车力矩小于或等于预设的倒车力矩上限值

其中，M_max为驱动桥最大允许的正向输出力矩，i₀为驱动桥减速比，i_r为倒挡速比。

8.根据权利要求1所述的纯电动汽车传动系统扭矩控制方法，其特征在于，所述反转力矩控制策略包括：

强制驱动电机输出力矩置0；

根据分别针对切换空档或切换倒挡预设的不同的延时时间，保持力矩置0的持续时间；

在到达所述延时时间之后，根据当前的驱动电机转速以及油门开度查询预设映射表，得到目标扭矩；

根据所述目标扭矩对驱动电机的实际输出扭矩进行控制。

9.根据权利要求1～8任一项所述的纯电动汽车传动系统扭矩控制方法，其特征在于，驱动电机的传动轴的额定负荷力矩M_传动轴设为：

其中，η₀为传动轴扭矩安全系数，i₁为一档速比，

为驱动电机的峰值力矩。

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