CN114312350B - 电机控制方法、装置、计算机设备和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种电机控制方法、装置、计算机设备、存储介质和计算机程序产品。通过获取各电机的挡位组合确定工况边界,在工况边界内,计算得到与挡位组合对应的电机驱动效率表,并根据电机驱动效率表得到电机的挡位控制表,同时,获取负载的需求转速和需求扭矩,根据需求转速和预设速比得到电机的目标转速,并在挡位控制表中匹配与需求转速和需求扭矩对应的电机的目标扭矩,根据目标转速和目标扭矩控制电机运行,使得在满足负载动力需求的基础上,达到电机高效率驱动的目的。
Description
技术领域
本申请涉及新能源交通工具技术领域,特别是涉及一种电机控制方法、装置、计算机设备、存储介质和计算机程序产品。
背景技术
近年来,新能源交通工具产业发展迅速,新能源汽车就是一种应用广泛的新能源交通工具,其具有的零排放、低噪声、低能耗等特点也逐渐引起人们的关注。但是,如何同时兼顾新能源汽车的动力性和经济性是当前的一大挑战。目前,新能源汽车的电驱动系统主要有单电机单挡、单电机多挡、双电机单挡、双电机多挡等多种驱动形式。其中,单电机单挡电驱动系统结构相对简单,但难以兼顾动力性与经济性。单电机多挡电驱动系统在一定程度上改善了动力性与经济性之间的矛盾,但动力来源单一,换挡挡时存在动力中断的现象。双电机单挡电驱动系统由两个电机共同驱动车辆,可实现更大功率的输出,同时通过调节两个电机工作点,可扩大整个系统驱动高效率区的范围,在满足动力性的同时,改善了经济性,但仍无法很好的兼顾动力性和经济性。而双电机多挡电驱动系统是比较先进的一种电驱动系统。
但是,由于双电机多挡电驱动系统存在挡位、电机数量多,系统结构复杂,受控部件多等问题,导致其在满足动力性的同时,无法很好兼顾汽车经济性需求,工作性能不佳。
发明内容
基于此,有必要针对上述技术问题,提供一种可实现汽车高效率驱动的电机驱动系统控制方法、装置、计算机设备、计算机可读存储介质和计算机程序产品。
第一方面,本申请提供了一种电机控制方法。所述电机的数量为两个以上,所述电机用于驱动负载,所述方法包括:
获取各所述电机的挡位组合,根据所述挡位组合确定工况边界;所述工况边界为所述电机在各所述挡位组合工作下对应驱动的负载的转速范围与扭矩范围所围成的区域;
在所述工况边界内,计算得到与所述挡位组合对应的电机驱动效率表;
根据所述电机驱动效率表得到所述电机的挡位控制表;
获取所述负载的需求转速和需求扭矩,根据所述需求转速计算得到所述电机的目标转速,并在所述挡位控制表中匹配与所述需求转速和所述需求扭矩对应的所述电机的目标扭矩;
根据所述目标转速和所述目标扭矩控制所述电机运行。
在其中一个实施例中,所述根据所述电机驱动效率表得到所述电机的挡位控制表,包括:
获取所述工况边界的重叠部分和非重叠部分;
在所述工况边界重叠部分,得到各所述挡位组合对应的电机驱动效率表;
在各所述电机驱动效率表中选取最高电机驱动效率对应的挡位组合作为所述工况边界重叠部分的目标挡位;
在所述工况边界非重叠部分,将当前挡位组合作为所述工况边界非重叠部分的目标挡位;
根据所述工况边界重叠部分的目标挡位和所述工况边界非重叠部分的目标挡位,得到所述电机的挡位控制表。
在其中一个实施例中,所述获取所述负载的需求转速和需求扭矩,根据所述需求转速计算得到所述电机的目标转速,并在所述挡位控制表中匹配与所述需求转速和所述需求扭矩对应的所述电机的目标扭矩,包括:
根据获取到所述需求转速和预设速比得到所述电机的目标转速;
根据获取到的所述需求转速和所述需求扭矩以及所述挡位控制表得到所述负载的驱动方式;
当所述驱动方式为单电机驱动时,根据所述需求扭矩和预设速比得到当前挡位组合对应的输出扭矩,将所述输出扭矩作为所述电机的目标扭矩;
当所述驱动方式为两个以上电机驱动时,根据所述电机驱动效率表得到当前挡位组合下,各所述电机的目标扭矩。
在其中一个实施例中,所述在所述工况边界内,计算得到与所述挡位组合对应的电机驱动效率表,包括:
在所述工况边界内,以预设步长在所述负载的转速范围与所述负载的扭矩范围内进行采样,得到负载转速和负载扭矩;
当工作的电机数量为两个以上时,根据所述负载转速、所述负载扭矩、预设扭矩关系和标准电机驱动效率,得到各所述挡位组合对应的电机驱动效率表;所述标准电机驱动效率为根据预设转速和预设扭矩驱动所述电机运行得到;
当工作的电机数量为一个时,根据所述负载转速、所述负载扭矩和标准电机驱动效率函数得到当前电机对应的电机驱动效率表;所述标准电机驱动效率函数为对所述标准电机驱动效率进行线性拟合得到。
在其中一个实施例中,所述获取各所述电机的挡位组合,根据所述挡位组合确定工况边界,包括:
获取所述电机在各所述挡位组合工作下的电机转速范围和电机扭矩范围;
根据所述电机转速范围得到所述负载的转速范围,根据所述电机扭矩范围得到所述负载的扭矩范围;
根据所述负载的转速范围和扭矩范围,得到所述工况边界。
在其中一个实施例中,所述电机转速范围包括电机转速最大值和电机转速最小值,所述电机扭矩范围包括电机扭矩最大值和电机扭矩最小值,所述根据所述电机转速范围得到所述负载的转速范围,根据所述电机扭矩范围得到所述负载的扭矩范围,包括:
根据所述电机转速最大值、所述电机转速最小值和预设速比得到所述负载的转速范围;
根据所述电机扭矩最大值、所述电机扭矩最小值和预设速比得到所述负载的扭矩范围。
第二方面,本申请还提供了一种电机控制装置。所述电机的数量为两个以上,所述电机用于驱动负载,所述装置包括:
工况边界确定模块,用于获取各所述电机的挡位组合,根据所述挡位组合确定工况边界;所述工况边界为所述电机在各所述挡位组合工作下对应驱动的负载的转速范围与扭矩范围所围成的区域;
电机驱动效率计算模块,用于在所述工况边界内,计算得到与所述挡位组合对应的电机驱动效率表;
挡位控制表获取模块,用于根据所述电机驱动效率表得到所述电机的挡位控制表;
目标确定模块,用于获取所述负载的需求转速和需求扭矩,根据所述需求转速计算得到所述电机的目标转速,并在所述挡位控制表中匹配与所述需求转速和所述需求扭矩对应的所述电机的目标扭矩;
电机运行模块,用于根据所述目标转速和所述目标扭矩控制所述电机运行。
第三方面,本申请还提供了一种计算机设备。所述计算机设备包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项所述的方法的步骤。
第四方面,本申请还提供了一种计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述的方法的步骤。
第五方面,本申请还提供了一种计算机程序产品。所述计算机程序产品,包括计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述的方法的步骤。
上述电机控制方法、装置、计算机设备、存储介质和计算机程序产品,通过获取到的各电机的挡位组合确定对应的工况边界,并在该工况边界内,计算得到与挡位组合对应的电机驱动效率表,进而根据电机驱动效率表得到电机的挡位控制表,使得负载可以根据获得的挡位控制表获取与电机驱动效率对应的电机挡位组合,同时,通过获取负载的需求转速和需求扭矩,并根据需求转速和预设速比得到电机的目标转速,且在挡位控制表中匹配与需求转速和需求扭矩对应的电机的目标扭矩,根据目标转速和目标扭矩控制电机运行,使得在满足负载动力需求的基础上,通过获取到的与负载需求扭矩和需求转速对应的电机的目标转速和目标扭矩对电机进行驱动,进而达到电机高效率驱动的目的。
附图说明
图1为一个实施例中电机控制方法的流程示意图;
图2为一个实施例中工况边界的示意图;
图3为另一个实施例中电机控制方法的流程示意图;
图4为又一个实施例中电机控制方法的流程示意图;
图5为再一个实施例中电机控制方法的流程示意图;
图6为下一个实施例中电机控制方法的流程示意图;
图7为其它一个实施例中电机控制方法的流程示意图;
图8为一个实施例中双电机两挡电驱桥结构示意图;
图9为一个实施例中控制装置示意图;
图10为一个实施例中电机测试台连接示意图;
图11为一个实施例中电机驱动效率MAP示意图;
图12为一个实施例中各挡位组合的工况边界示意图;
图13为一个实施例中电机控制装置图;
图14为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本申请进行进一步详细说明。应当理解,此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。
在一个实施例中,如图1所示,提供了一种电机控制方法,电机的数量为两个以上,电机用于驱动负载,该方法包括以下步骤:
步骤S100:获取各电机的挡位组合,根据挡位组合确定工况边界。
其中,负载可理解为由电机所驱动的机械设备,可包括汽车、鼓风机、水泵等,负载中电机的数量为两个以上,可包括第一驱动电机、第二驱动电机、第三驱动电机等,每个驱动电机可包括多个挡位,如第一驱动电机可包括1挡、2挡、3挡等。各电机的挡位组合可以理解为负载中各电机所处的挡位的组合,如第一驱动电机的1挡和第二驱动电机的3挡相结合得到的挡位组合。工况边界可以理解为电机在各挡位组合下正常工作时,与电机的转速范围和电机的扭矩范围对应的负载的转速范围和负载的扭矩范围所围成的区域,如图2所示,任取一直角坐标系,令负载的转速为横轴,负载的扭矩为纵轴,则与坐标轴所围成的区域可为工况边界,其中负载的转速可以理解为负载运行时的速度(如汽车的车速等),负载的扭矩可以理解为使负载发生转动的一种力矩,如对于汽车而言,其扭矩可为轮端扭矩。
具体地,获取负载中电机的各挡位组合,根据电机在各挡位组合工作下的电机转速范围和电机扭矩范围,计算得到对应驱动的负载的转速范围和扭矩范围,进而根据负载的转速范围和扭矩范围所围成的区域确定电机在各挡位组合下的工况边界。可以理解的是,获取到的挡位组合为合理工况下的挡位组合,且当两个以上挡位组合的驱动效果相同时,可任意选取其中一个挡位组合。
步骤S300:在工况边界内,计算得到与挡位组合对应的电机驱动效率表。
其中,电机驱动效率表可包含有多个电机驱动效率,一个电机驱动效率可对应一个负载转速和一个负载扭矩,可以理解的是,不同的挡位组合对应不同的电机驱动效率表。
具体地,在确定的各挡位组合的工况边界内,可根据不同的挡位组合选择不同的电机驱动效率计算方式,可通过选取采样点的方式计算得到每一个采样点对应的电机驱动效率,可以理解的是每一个采样点包含一个负载转速和一个负载扭矩,统计所有采样点的电机驱动效率,得到各个挡位组合对应的电机驱动效率表。
步骤S500:根据电机驱动效率表得到电机的挡位控制表。
其中,电机的挡位控制表可包含电机驱动效率最高时对应的挡位组合,可以理解的是,电机的各挡位组合可分别对应一个电机驱动效率表,该电机驱动效率表中的一个电机驱动效率可对应一个负载转速和一个负载扭矩。
具体地,在确定的各挡位组合的工况边界内,一个负载转速和一个负载扭矩可对应一个以上电机的挡位组合,通过统计各个情况下的电机的目标挡位得到与电机驱动效率表对应的挡位控制表,可以理解的是,各个情况可包含一个负载转速和一个负载扭矩对应一个挡位组合、两个挡位组合或三个以上挡位组合等情况。例如,当一个负载转速和一个负载扭矩仅对应只有一个电机正常工作的挡位组合时,则选取当前挡位作为当前条件下电机的目标挡位。又如当一个负载转速和一个负载扭矩对应两个以上电机工作时的挡位组合时,可通过电机驱动效率表比较各挡位组合在该负载转速和负载扭矩下的电机驱动效率,选取电机驱动效率最高的挡位组合作为当前条件下电机的目标挡位。
步骤S700:获取负载的需求转速和需求扭矩,根据需求转速和预设速比得到电机的目标转速,并在挡位控制表中匹配与需求转速和需求扭矩对应的电机的目标扭矩。
其中,负载的需求转速和需求扭矩可以理解为使负载处于运行状态时所需要的速度和力矩,预设速比可以理解为电机转速与负载转速的比值,电机的目标转速和目标扭矩可以理解为各个电机为满足负载运行需求所输出的转速和扭矩,可以理解的是,不同的工作电机可对应不同的目标转速和目标扭矩,同一电机在不同工作挡位组合下也可对应不同的目标转速和目标扭矩。
具体地,获取负载运行所需要的转速和扭矩,根据需求转速和预设速比,可通过公式(1)计算得到电机的目标转速,即
ω电机=ω负载×R (1)
其中,ω电机为电机的目标转速,ω负载为负载的需求转速,R为与电机挡位组合对应的预设速比。
同时,可将负载的需求转速和需求扭矩与得到的挡位控制表进行匹配,进而得到电机的目标扭矩。
步骤S900:根据目标转速和目标扭矩控制电机运行。
具体地,根据得到的与负载需求转速和需求扭矩对应的目标转速和目标扭矩,对负载中的工作电机进行驱动,使得电机可以高效率运行。
上述电机控制方法中,通过获取到的各电机的挡位组合确定对应的工况边界,并在该工况边界内,计算得到与挡位组合对应的电机驱动效率表,进而根据电机驱动效率表得到电机的挡位控制表,使得负载可以根据获得的挡位控制表获取与电机驱动效率对应的电机挡位组合,同时,通过获取负载的需求转速和需求扭矩,并根据需求转速和预设速比得到电机的目标转速,且在挡位控制表中匹配与需求转速和需求扭矩对应的电机的目标扭矩,根据目标转速和目标扭矩控制电机运行,使得在满足负载动力需求的基础上,通过获取到的与负载需求扭矩和需求转速对应的电机的目标转速和目标扭矩对电机进行驱动,进而达到电机高效率驱动的目的。
在一个实施例中,如图3所示,步骤S500包括:
步骤S510:获取工况边界的重叠部分和非重叠部分。
其中,工况边界的重叠部分和非重叠部分可以理解为绘制在同一以负载转速为横轴、负载扭矩为纵轴的坐标系的各挡位组合工况边界的重合区域和非重合区域,可以理解的是,在重叠部分,每一个负载转速和负载扭矩可对应至少两个挡位组合,而在非重叠部分,每一个负载转速和负载扭矩对应一个挡位组合。
具体地,任取一以负载转速为横轴、负载扭矩为纵轴的直角坐标系,将获取到的各挡位组合的工况边界绘制在该坐标系中,分别将各挡位组合工况边界的重合区域和非重合区域标记为工况边界的重叠部分和非重叠部分。
步骤S530:在工况边界重叠部分,得到各挡位组合对应的电机驱动效率表。
其中,在工况边界的重叠部分,同一个负载转速和负载扭矩可对应不同的挡位组合,而不同的挡位组合可对应着不同的电机驱动效率表。
具体地,在获取到的各组合挡位工况边界的重叠部分,可根据该重叠部分中的一个负载转速和一个负载扭矩确定其所对应的各个挡位组合,进而可根据步骤S300得到与各个挡位组合对应的电机驱动效率表。
步骤S531:在各电机驱动效率表中选取最高电机驱动效率对应的挡位组合作为工况边界重叠部分的目标挡位。
其中,在工况边界的重叠部分,可包含有多个负载转速和负载扭矩,且同一个负载转速和负载扭矩可对应不同的挡位组合,即可对应不同的电机驱动效率,可以理解的是,该电机驱动效率可与挡位组合对应,其数值大小可相同,也可不同。
具体地,在获取到的各电机驱动效率表中,对工况边界重叠部分同一个负载转速和负载扭矩在各挡位组合的电机驱动效率表中的电机驱动效率进行比较,选取与该负载转速和负载扭矩对应的电机驱动效率最高的挡位组合作为当前条件下的目标挡位,可以理解的是,在工况边界的重叠部分,每个负载转速和负载扭矩均可对应一个目标挡位。
步骤S550:在工况边界非重叠部分,将当前挡位组合作为工况边界非重叠部分的目标挡位。
其中,可以理解的是,在工况边界非重叠部分,同一个负载转速和负载扭矩可对应一个挡位组合,可将该挡位组合作为目标挡位。
具体地,在获取到的各挡位组合的非重叠部分,可将当前负载转速和负载扭矩所对应的挡位组合作为工况边界非重叠部分的目标挡位。
步骤S570:根据工况边界重叠部分的目标挡位和工况边界非重叠部分的目标挡位,得到电机的挡位控制表。
具体地,在工况边界的重叠部分和非重叠部分,统计与每一个负载转速和负载扭矩对应的目标挡位,从而得到电机的挡位控制表。
在本实施例中,统计与各挡位组合对应的工况边界内的重叠部分与非重叠部分,并根据获取到的电机驱动效率表,得到工况边界重叠部分与非重叠部分中与负载转速和负载扭矩对应的目标挡位,进而得到电机的挡位控制表,使得在负载转速和负载扭矩已知的情况下,可直接匹配得到与之对应的最佳电机驱动效率下的各电机的目标挡位。
在一个实施例中,如图4所示,步骤S700包括:
步骤S710:根据获取到的需求转速和预设速比得到电机的目标转速。
其中,不同的挡位组合可对应不同的预设速比。
具体地,可根据公式(1)计算得到与需求转速对应的电机的目标转速。
步骤S730:根据需求转速和需求扭矩以及挡位控制表得到负载的驱动方式。
其中,挡位控制表中每一个负载转速和负载扭矩均可对对应一个挡位组合,可以理解的是,该挡位组合为在该负载转速和负载扭矩下使电机驱动效率最高的挡位组合。负载的驱动方式可根据工作电机的数量划分为单电机驱动、双电机驱动、三电机驱动等。
具体地,根据获取到的负载的需求转速和需求扭矩,在挡位控制表中匹配与之对应的挡位组合,从而根据匹配成功的挡位组合判断负载的驱动方式。
步骤S750:当驱动方式为单电机驱动时,根据需求扭矩和预设速比得到当前挡位组合对应的输出扭矩,将输出扭矩作为电机的目标扭矩。
其中,单电机驱动可以理解为负载中只有一个电机正常工作,而其他电机处于非工作状态,可以理解的是,该工作电机可为第一驱动电机、第二驱动电机、第三驱动电机等。输出扭矩可以理解为满足负载需求转速和需求扭矩时,电机的输出力矩,可根据获取到的负载的需求扭矩和预设速比得到,即
Tm=Tω/Rx (2)
其中,Tm为工作电机的输出扭矩,Tω为负载的需求扭矩,Rx单电机驱动下对应挡位组合的速比。
具体地,当判断当前驱动方式为单电机驱动时,则可通过公式(2)得到与当前挡位组合对应的工作电机的输出扭矩,进而将该输出扭矩作为电机的目标扭矩,可以理解的是,非工作电机的输出扭矩为0N·m。
步骤S770:当驱动方式为两个以上电机驱动时,根据电机驱动效率表得到当前挡位组合下,各电机的目标扭矩。
其中,电机驱动效率表可理解为当前挡位组合下的最佳电机驱动效率表。
具体地,当判断当前驱动方式为两个以上电机驱动时,根据与挡位控制表匹配成功的挡位组合,得到与之对应的电机驱动效率表,从而得到与该电机驱动效率表对应的各电机的目标扭矩分配表,并将获取到的负载的需求转速和需求扭矩与各电机的目标扭矩分配表进行匹配,得到匹配成功的各电机的目标扭矩,可以理解的是,负载的需求转速和需求扭矩不同,其对应的各电机的目标扭矩也不同。
进一步地,若未在各电机的目标扭矩分配表中匹配到与负载需求转速和需求扭矩对应的各电机的目标扭矩,则可根据已知的各电机的目标扭矩分配表确定负载需求转速和需求扭矩所在的范围,并在该范围内利用已知的各电机目标扭矩分配表中的数据对负载的需求转速和需求扭矩进行拟合,得到与之对应的各电机的目标扭矩。例如,已知在第一驱动电机的目标扭矩分配表中,各目标扭矩对应的负载转速大小为0、2、4、6等,负载扭矩大小为0、1、2、3等,而负载的需求转速大小为3,需求扭矩大小为2.5,无法与目标分配表中的负载转速和负载扭矩进行匹配,此时可知负载需求转速的大小在2和4之间,负载需求扭矩的大小在2与3之前,故可在该区间内根据目标扭矩分配表中与采样点(2,2)、(2,4)、(3,2)和(3,4)对应的目标扭矩以及各采样点的负载转速和负载扭矩对与负载需求转速和需求扭矩对应的目标扭矩进行拟合,得到与之对应的第一驱动电机的目标扭矩。可以理解的是,如采样点(2,4)可表示为负载扭矩大小为2、负载转速大小为4。
在本实施例中,根据负载的需求转速和需求扭矩以及获取到的电机的挡位控制表,得到与之对应的负载的驱动方式,根据与不同的驱动方式对应的电机目标扭矩的获取方法,得到与负载需求转速和需求扭矩对应的各电机的目标扭矩,使得可以在满足负载动力需求的条件下,实现电机的高效率驱动。
在一个实施例中,如图5所示,步骤S300包括:
步骤S310:在工况边界内,以预设步长在负载的转速范围与负载的扭矩范围内进行采样,得到负载转速和负载扭矩。
其中,预设步长可理解为两个采样点之间的间隔。
具体地,在确定的工况边界下,以预设步长ωstep在负载的转速范围内进行采样,得到各采样点的负载转速为ωsample1,ωsample2,…;同理,以预设步长Tstep在负载的扭矩范围内进行采样,得到各采样点的负载扭矩Tsample1,Tsample2,…。其中,可以理解的是ω可表示为转速,T可表示为扭矩。
步骤S330:当工作的电机数量为两个以上时,根据负载转速、负载扭矩、预设扭矩关系和标准电机驱动效率,得到各挡位组合对应的电机驱动效率表。
其中,预设扭矩关系可以理解为在负载扭矩已知的条件下,各工作电机的扭矩分配关系,例如,当工作电机的数量为两个时,则存在如下关系:
其中,Tm1和Tm2分别为第一驱动电机和第二驱动电机的输出扭矩,为第一驱动电机工作时与所处挡位y1对应的速比,/>为第二驱动电机工作时与所处挡位y2对应的速比,Tsample为一个采样点对应的负载扭矩。
可以理解的是,当第一驱动电机的输出扭矩Tm1已知时,可通过公式(3)所示的预设扭矩关系直接得到第二驱动电机的输出扭矩Tm2。
标准电机驱动效率可通过电机测试台架获得,可将待测电机安装在电机测试台上并根据各个采样点的扭矩和转速对待测电机的驱动效率进行测量,得到标准电机驱动效率,可以理解的是,可按照预设步长分别在待测电机的预设的工作转速范围和工作扭矩范围内进行采样,可包含多个采样点且每个采样点可包括一个转速和一个扭矩。
具体地,当工作电机的数量为两个以上时,可通过采样的方式在各挡位组合下的工况边界内对负载转速和负载扭矩进行取样,得到采样点(ωsample,Tsample),可以理解的是,每个采样点对应的负载转速和负载扭矩均不同。可通过公式(1)获取与各采样点负载转速的对应的各工作电机的转速,同时,以预设步长在所有工作电机中的一个工作电机(如第一驱动电机)的扭矩范围内取样,并根据预设扭矩关系得到与之对应的剩余工作电机的扭矩(如第二驱动电机或第二驱动电机和第三驱动电机),进而得到可以得到所有工作电机的扭矩组合,通过计算可得到各扭矩组合下的电机驱动效率,此时,统计各采样点(ωsample,Tsample)下所有扭矩组合对应的最高电机驱动效率,得到该挡位组合下的电机驱动效率表,从而得到与该电机驱动效率表对应的各工作电机的输出扭矩。
例如,已知工作电机为第一驱动电机和第二驱动电机,且第一驱动电机所处挡位为1挡、第二驱动电机所处挡位为2挡,则由公式(3)可得第一驱动电机和第二驱动电机的关系为
Tm1×R11+Tm2×R22=Tsample (4)
其中,Tm1和Tm2分别为第一驱动电机和第二驱动电机的输出扭矩,R11为第一驱动电机在1挡工作时所对应的速比,R22为第二驱动电机在2挡工作时所对应的速比,Tsample为一个采样点对应的负载扭矩。
此时,以步长Tm1_step,在第一驱动电机的工作扭矩范围内选取采样点Tm1 (1),Tm1 (2),…,由公式(4)可得,相应的第二驱动电机的扭矩为:
Tm2 (1)=(Tsample-Tm1 (1)×R11)÷R22 (5)
在负载转速ωsample下,根据公式(1)可得对应第一驱动电机和第二驱动电机的的转速分别为:
ωm1=ωsample×R11 (6)
ωm2=ωsample×R22 (7)
选取电机扭矩组合(Tm1 (1),Tm2 (1)),(Tm1 (2),Tm2 (2)),…中,双电机最高电驱动效率作为该挡位组合的输出。双电机联合驱动效率计算如下:
η=(Tm1×ωm1+Tm2×ωm2)÷(Tm1×ωm1÷ηm1+Tm2×ωm2÷ηm2) (8)
其中,ηm1为第一驱动电机在转速ωm1,输出扭矩Tm1下的标准电机驱动效率;ηm2为第二驱动电机在转速ωm2,输出扭矩Tm2下的标准电机驱动效率。
步骤S350:当工作的电机数量为一个时,根据负载转速、负载扭矩和标准电机驱动效率函数得到当前电机对应的电机驱动效率表。
其中,标准电机驱动效率函数可通过对获取到的标准电机驱动效率进行线性拟合得到,进而可得到电机驱动效率函数MAP,可以理解的是,线性拟合的方法可包括最小二乘法等。
具体地,当只有一个电机正常工作时,可通过采样的方式在负载转速和扭矩范围内进行采样,并根据公式(9)计算到的该挡位组合下的电机驱动效率。
η’xy=MAP(ωsample*Rxy,Tsample/Rxy) (9)
其中,η’xy为与各采样点(ωsample,Tsample)对应的电机驱动效率,ωsample为一个采样点的负载转速,Tsample为一个采样点的负载扭矩,Rxy为工作电机x在y挡工作下的速比,MAP为该挡位组合下的标准电机驱动效率函数。
在本实施例中,通过计算负载在不同挡位组合下的电机驱动效率表,并根据负载驱动方式的不同分别计算与之对应的电机驱动效率,使得在满足负载需求转速和需求扭矩的条件下,使得电机的驱动效率达到最佳。
在一个实施例中,如图6所示,步骤S100包括:
步骤S110:获取电机在各挡位组合工作下的电机转速范围和电机扭矩范围。
其中,当工作的电机数量为一个时,电机转速范围可以理解为电机转速最小值和电机转速最大值所围成的区域,电机扭矩范围可以理解为电机扭矩最小值和电机扭矩最大值所围成的区域;而当工作的电机数量为两个以上时,电机转速范围可包括当前挡位组合下各工作电机的转速范围,电机扭矩范围可包括当前挡位组合下各工作电机的扭矩范围,可以理解的是,各工作电机如第一驱动电机,其转速范围可包括转速的最大值和最小值,其扭矩范围可包括扭矩的最大值和最小值。
具体地,根据获取到的挡位组合,判断在当前挡位组合下工作的电机数量,当工作的电机数量为一个时,根据获取到的电机转速的最大值和最小值以及电机扭矩的最大值和最小值,得到当前挡位组合下的电机转速范围和电机扭矩范围;当工作的电机数量为两个时,根据获取到的各工作电机转速的最大值和最小值以及各工作电机扭矩的最大值和最小值得到各工作电机的转速范围和扭矩范围,进而得到该挡位组合下的电机转速范围和电机扭矩范围。
步骤S130:根据电机转速范围得到负载的转速范围,根据电机扭矩范围得到负载的扭矩范围。
其中,负载的转速范围可包括负载转速的最大值和负载转速的最小值,负载的扭矩范围可包括负载扭矩的最大值和负载扭矩的最小值,可以理解的是,负载的转速范围可为负载转速的最大值和最小值所围成的区域,负载的扭矩范围可为负载扭矩的最大值和最小值所围成的区域。
具体地,当工作的电机数量为一个时,可根据获取到的该挡位组合下的电机转速范围和扭矩范围得到与之对应的负载的转速范围和扭矩范围。当工作的电机数量为两个以上时,根据获取到的各工作电机的转速范围得到与各工作电机对应的负载转速范围,进而得到与各工作电机对应的负载转速范围的重合区域,即为当前挡位组合下负载的转速范围,可以理解的是,此时负载转速的最大值对应与各工作电机对应的负载转速最大值中的最小转速,负载转速的最小值对应与各工作电机对应的负载转速最小值中的最大转速;同时,根据获取到的各工作电机的扭矩范围,可通过公式(3)得到与之对应负载扭矩的集合,通过选取该集合中负载扭矩的最大值和最小值来确定当前挡位组合下负载的扭矩范围。
步骤S150:根据负载的转速范围和扭矩范围,得到工况边界。
具体地,将获取到的各挡位组合下负载的转速范围和扭矩范围绘制在以负载转速为横轴、负载扭矩为纵轴的坐标系中,得到与各挡位组合对应的工况边界。
在本实施例中,通过获取不同挡位组合下的电机的转速范围和扭矩范围,得到与之对应的负载的转速范围和扭矩范围,进而得到与各挡位组合对应的工况边界,使得获取到的负载在各挡位组合下的工作状态更加可靠。
在一个实施例中,如图7所示,电机转速范围包括电机转速最大值和电机转速最小值,电机扭矩范围包括电机扭矩最大值和电机扭矩最小值,步骤S130包括:
步骤S131:根据电机转速最大值、电机转速最小值和预设速比得到负载的转速范围。
其中,预设速比的大小与挡位组合下的工作电机以及工作电机所处的挡位有关,可以理解的是,同一工作电机处在不同的挡位可对应不同的预设速比,不同工作电机处在相同的挡位也可对应不同的预设速比。
具体地,当工作电机的数量为一个时,则可根据电机转速的最大值与预设速比的比值得到负载转速的最大值,同理,可根据电机转速的最小值与预设速比的比值得到负载转速的最小值,进而根据得到的负载转速的最大值和最小值得到负载的转速范围。例如,已知工作电机为第一驱动电机,且其所处挡位为1挡,则可得:
ωω_m1G1_max=ωm1_max/R11 (10)
ωω_m1G1_min=ωm1_min/R11 (11)
其中,ωm1_max和ωm1_min分别为第一驱动电机转速的最大值和最小值,ωω_m1G1_max和ωω_m1G1_min分别为第一驱动电机在1挡工作下负载转速的最大值和最小值,R11为第一驱动电机在1挡工作下的速比。
此时,可得第一驱动电机在1挡工作下,负载的转速范围为[ωω_m1G1_min,ωω_m1G1_max]。
当工作电机的数量为两个以上时,分别根据各工作电机转速的最大值和最小值与预设速比的比值,得到与各工作电机对应的负载转速的最大值和最小值,分别选取与各工作电机对应的负载转速最大值中的最小转速作为当前挡位组合下负载转速的最大值,与各工作电机对应的负载转速最小值中的最大转速作为当前挡位组合下负载转速的最小值,进而得到当前挡位组合下负载的转速范围。例如,已知工作电机为第一驱动电机和第二驱动电机,且第一驱动电机所处挡位为1挡、第二驱动电机所处挡位为2挡,则有:
ωω_m1G1_max=ωm1_max/R11 (12)
ωω_m1G1_min=ωm1_min/R11 (13)
ωω_m2G2_max=ωm2_max/R22 (14)
ωω_m2G2_min=ωm2_min/R22 (15)
ωω_(m1G1+m2G2)_max=min{ωω_m1G1_max,ωω_m2G2_max} (16)
ωω_(m1G1+m2G2)_min=max{ωω_m1G1_min,ωω_m2G2_min} (17)
其中,ωm1_max和ωm1_min分别为第一驱动电机转速的最大值和最小值,ωm2_max和ωm2_min分别为第二驱动电机转速的最大值和最小值,ωω_m1G1_max和ωω_m1G1_min分别为第一驱动电机在1挡工作下负载转速的最大值和最小值,ωω_m2G2_max和ωω_m2G2_min分别为第二驱动电机在2挡工作下负载转速的最大值和最小值,ωω_(m1G1+m2G2)_max和ωω_(m1G1+m2G2)_min分别为当前挡位组合下负载转速的最大值和最小值,R11为第一驱动电机在1挡工作下的速比,R22为第二驱动电机在2挡工作下的速比。
此时,可得负载在第一驱动电机和第二驱动电机联合驱动下的转速范围为[ωω_(m1G1+m2G2)_min,ωω_(m1G1+m2G2)_max]。
步骤S133:根据电机扭矩最大值、电机扭矩最小值和预设速比得到负载的扭矩范围。
其中,由公式(2)可知,负载扭矩可由电机扭矩与预设速比的乘积得到。
具体地,当工作电机的数量为一个时,可根据电机扭矩的最大值和最小值分别与预设速比的乘积,得到负载扭矩的最大值和最小值,进而得到负载的扭矩范围。例如,已知工作电机为第一驱动电机,且其所处挡位为1挡,则可得:
Tω_m1G1_max=Tm1_max×R11 (18)
Tω_m1G1_min=Tm1_min×R11 (19)
其中,Tm1_max和Tm1_min分别为第一驱动电机扭矩的最大值和最小值,Tω_m1G1_max和Tω_m1G1_min分别为为第一驱动电机在1挡工作下负载扭矩的最大值和最小值,R11为第一驱动电机在1挡工作下的速比;此时,可得第一驱动电机在1挡工作下,负载的扭矩范围为[Tω_m1G1_min,Tω_m1G1_max]。
当工作电机的数量为两个时,根据各工作电机扭矩的最大值和最小值确定各工作电机的扭矩范围,可以理解的是,该扭矩范围包括各工作电机的所有输出扭矩,并通过预设速比和公式(3)得到与之对应的负载扭矩的集合,选取该集合中负载扭矩的最大值和最小值,得到当前挡位组合下负载的扭矩范围。例如,已知工作电机为第一驱动电机和第二驱动电机,且第一驱动电机所处挡位为1挡、第二驱动电机所处挡位为2挡,则有:
Tω_(m1G1+m2G2)=Tm1×R11+Tm2×R22 (20)
Tω_(m1G1+m2G2)_max=max{Tω_m1G1+m2G2} (21)
Tω_(m1G1+m2G2)_min=min{Tω_m1G1+m2G2} (22)
其中,Tm1和Tm2分别为第一驱动电机和第二驱动电机的输出扭矩的集合,Tω_(m1G1+m2G2)为当前挡位组合下负载扭矩的集合,Tω_(m1G1+m2G2)_max和Tω_(m1G1+m2G2)_min分别为当前挡位组合下负载扭矩的最大值和最小值,R11为第一驱动电机在1挡工作下的速比,R22为第二驱动电机在2挡工作下的速比。
此时,可得负载在第一驱动电机和第二驱动电机联合驱动下的扭矩范围为[Tω_(m1G1+m2G2)_min,Tω_(m1G1+m2G2)_max]。
在本实施例中,通过获取负载转速的最大值和最小值以及负载扭矩的最大值和最小值来确定负载的转速范围和扭矩范围,使得负载的转速范围和扭矩范围更加全面,进而增加了与之对应的工况边界的可靠性。
为更清楚地理解本方案,以下结合一个具体的实施例进行详细的解释说明。在一个实施例中,提供了一种基于双电机两挡电驱桥结构的挡位控制和电机扭矩分配方法,如图8所示,双电机两挡电驱桥结构包括电机1、电机2、两挡变速器1、两挡变速器2、差速器、轮边减速器1、轮边减速器2、车轮1、车轮2、变速器1结合套、变速器2接合套,可以理解的是,电机1和电机2相当于上述实施例中的第一驱动电机和第二驱动电机。同时,如图9所示为基于该方法的控制装置,包括:电机1控制器、电机2控制器、变速器控制器、换挡执行机构1、换挡执行机构2,具体地,变速器控制器接受车辆控制器发出的扭矩需求,通过换挡执行机构1、换挡执行机构2分别驱动变速器1结合套、变速器2结合套,控制变速器1、变速器2切换挡位;同时向电机1控制器、电机2控制器发送电机扭矩需求命令,使电机1、电机2输出相应扭矩,使整个系统在满足动力需求的基础上,达到电机高效率驱动。
基于图8和图9所示的控制系统,在本实施例中,双电机两挡电驱桥挡位控制与电机扭矩分配方法包括:
步骤1:获取电机驱动效率。
步骤1.1按照一定步长,在电机设计工作扭矩范围内,选取M个电机扭矩采样点:Torq1,Torq2,…,TorqM。按一定步长,在电机设计工作转速范围内,选取N个电机转速采样点:ω1,ω2,…,ωN。将其按照如下形式填入表1中。
表1电机驱动效率测试表
步骤1.2将待测电机安装在电机测试台架上,连接关系如图10所示。
按照表1中的扭矩、转速采样点,分别测量各扭矩、转速下的电机驱动效率ηxy,(其中x∈[1,N],y∈[1,M]),可以理解的是,该电机驱动效率函数相当于上述实施例中的标准电机驱动效率。
电机驱动效率测量方法为:
a.设置电机测试台架在转速控制模式下,控制转速为ω1;
b.待测电机在扭矩控制下,分别控制待测电机输出扭矩Torq1,并保持5s;
c.根据当前转速与扭矩,计算待测电机输出功率P0;
d.根据当前传感器电压V1与正极电流传感器电流I1,计算输入电功率P1;
e.根据公式η=P0÷P1,得到在转速ω1、扭矩Torq1下的电驱系统效率,填入表1(ω1、Torq1)所对应的位置;
f.控制待测电机分别输出扭矩Torq2、…、TorqM,并保持5s,重复步骤c~f;
g.控制电机测试台架的转速分别为ω2、…、ωN,重复步骤b~f。
步骤1.3将步骤1.2得到的电机驱动效率,用线性拟合的方法,拟合电机驱动效率函数MAP(ω,Torq),可以理解的是,该电机驱动效率函数MAP(ω,Torq)相当于上述实施例中的标准电机驱动效率函数。
步骤2:双电机在各挡位组合下工况边界的确定。
步骤2.1电机1在变速器1的挡位1(速比为R11)时,计算电机1工作转速折合到轮端的转速,确定电机1在变速器1的挡位1工作下的车轮转速范围;计算电机1的工作扭矩折合到轮端的扭矩,确定电机1在变速器1的挡位1工作下的车轮扭矩范围,可以理解的是,在本实施例中轮端的转速和扭矩相当于上述实施例中负载的转速和扭矩。计算方法如下:
ωω_m1G1_min=ωm1_min/R11 (23)
ωω_m1G1_max=ωm1_max/R11 (24)
Tω_m1G1_min=Tm1_min×R11 (25)
Tω_m1G1_max=Tm1_max×R11 (26)
其中,ωω_m1G1_min为电机1最低转速经过变速器1的挡位1后,到轮端的转速;ωω_m1G1_max为电机1最高转速经过变速器1的挡位1后,到轮端的转速;Tω_m1G1_min为电机1的最小输出扭矩经过变速器1的挡位1后,到轮端的扭矩;Tω_m1G1_max为电机1的最大输出扭矩经过变速器1的挡位1后,到轮端的扭矩;ωm1_min为电机1的最低转速;ωm1_max为电机1的最高转速;Tm1_max为电机1的最大输出扭矩;Tm1_min为电机1的最小输出扭矩。
步骤2.2电机1在变速器1的挡位3(速比为R13)时,计算电机1工作转速折合到轮端的转速,确定电机1在变速器1的挡位3工作下的车轮转速范围;计算电机1的工作扭矩折合到轮端的扭矩,确定电机1在变速器1的挡位3工作下的车轮扭矩范围。计算方法如下:
ωω_m1G3_min=ωm1_min/R13 (27)
ωω_m1G3_max=ωm1_max/R13 (28)
Tω_m1G3_min=Tm1_min×R13 (29)
Tω_m1G3_max=Tm1_max×R13 (30)
其中,ωω_m1G3_min为电机1最低转速经过变速器1的挡位3后,到轮端的转速;ωω_m1G3_max为电机1最高转速经过变速器1的挡位3后,到轮端的转速;Tω_m1G3_min为电机1最小扭矩经过变速器1的挡位3后,到轮端的扭矩;Tω_m1G3_max为电机1最大扭矩经过变速器1的挡位3后,到轮端的扭矩;ωm1_min为电机1最小转速;ωm1_max为电机1最高转速;Tm1_min为电机1的最小输出扭矩;Tm1_max为电机1的最大输出扭矩。
步骤2.3电机2在变速器2的挡位2(速比为R22)时,计算电机1工作转速折合到轮端的转速,确定电机2在变速器2的挡位2工作下的车轮转速范围;计算电机2的工作扭矩折合到轮端的扭矩,确定电机2在变速器2的挡位2工作下的车轮扭矩范围。计算方法如下:
ωω_m2G2_min=ωm2_min/R22 (31)
ωω_m2G2_max=ωm2_max/R22 (32)
Tω_m2G2_min=Tm2_min×R22 (33)
Tω_m2G2_max=Tm2_max×R22 (34)
其中,ωω_m2G2_min为电机2最低转速经过变速器2的挡位2后,到轮端的转速;ωω_m2G2_max为电机2最高转速经过变速器2的挡位2后,到轮端的转速;Tω_m2G2_min为电机2输出最小扭矩经过变速器2的挡位2后,到轮端的扭矩;Tω_m2G2_max为电机2输出最小扭矩经过变速器2的挡位2后,到轮端的扭矩;ωm2_min为电机2最低转速;ωm2_max为电机2最高转速;Tm2_min为电机2的最小输出扭矩;Tm2_max为电机2的最大输出扭矩。
步骤2.4电机1在变速器1的挡位1(速比为R11)与电机2在变速器2的挡位2(速比为R22)联合驱动时,计算双电机联合驱动下轮端转速范围;计算双电机联合驱动下轮端扭矩范围。计算方法如下:
ωω_m1G1_min=ωm1_min/R11 (35)
ωω_m2G2_min=ωm2_min/R22 (36)
ωω_m1G1_max=ωm1_max/R11 (37)
ωω_m2G2_max=ωm2_max/R22 (38)
ωω_(m1G1+m2G2)_min=max{ωω_m1G1_min,ωω_m2G2_min} (39)
ωω_(m1G1+m2G2)_max=min{ωω_m1G1_max,ωω_m2G2_max} (40)
Tω_(m1G1+m2G2)=Tm1×R11+Tm2×R22 (41)
Tω_(m1G1+m2G2)_min=min{Tω_m1G1+m2G2} (42)
Tω_(m1G1+m2G2)_max=max{Tω_m1G1+m2G2} (43)
其中,ωω_m1G1_min为电机1最低转速经过变速器1的挡位1后,到轮端的转速;ωω_m2G2_min为电机2最低转速经过变速器2的挡位2后,到轮端的转速;ωω_m1G1_max为电机1最高转速经过变速器1的挡位1后,到轮端的转速;ωω_m2G2_max为电机2最高转速经过变速器2的挡位2后,到轮端的转速;ωω_(m1G1+m2G2)_min为双电机在1+2挡联合驱动下,轮端可达到的最小转速;ωω_(m1G1+m2G2)_max为双电机在1+2挡联合驱动下,轮端可达到的最大转速;Tω_(m1G1+m2G2)为双电机在1+2挡联合驱动下,轮端的扭矩;Tm1为电机1的输出扭矩;Tm2为电机2的输出扭矩;Tω_(m1G1+m2G2)_min为双电机在1+2挡联合驱动下,轮端的最小扭矩;Tω_(m1G1+m2G2)_max为双电机在1+2挡联合驱动下,轮端的最大扭矩。
步骤2.5电机1在变速器1的挡位3(速比为R13)与电机2在变速器2的挡位2(速比为R22)联合驱动时,计算双电机联合驱动下轮端转速范围;计算双电机联合驱动下轮端扭矩范围。计算方法如下:
ωω_m1G3_min=ωm1_min/R13 (44)
ωω_m2G2_min=ωm2_min/R22 (45)
ωω_m1G3_max=ωm1_max/R13 (46)
ωω_m2G2_max=ωm2_max/R22 (47)
ωω_(m1G3+m2G2)_min=max{ωω_m1G3_min,ωω_m2G2_min} (48)
ωω_(m1G3+m2G2)_max=min{ωω_m1G3_max,ωω_m2G2_max} (49)
Tω_(m1G3+m2G2)=Tm1×R13+Tm2×R22 (50)
Tω_(m1G3+m2G2)_min=min{Tω_m1G3+m2G2} (51)
Tω_(m1G3+m2G2)_max=max{Tω_m1G3+m2G2} (52)
其中,ωω_m1G3_min为电机1最低转速经过变速器1的挡位3后,到轮端的转速;ωω_m2G2_min为电机2最低转速经过变速器2的挡位2后,到轮端的转速;ωω_m1G3_max为电机1最高转速经过变速器1的挡位3后,到轮端的转速;ωω_m2G2_max为电机2最高转速经过变速器2的挡位2后,到轮端的转速;ωω_(m1G3+m2G2)_min为双电机在3+2挡联合驱动下,轮端可达到的最小转速;ωω_(m1G3+m2G2)_max为双电机在3+2挡联合驱动下,轮端可达到的最大转速;Tω_(m1G3+m2G2)为双电机在3+2挡联合驱动下,轮端扭矩;Tω_(m1G3+m2G2)_min为双电机在3+2挡联合驱动下,轮端的最小扭矩;Tω_(m1G3+m2G2)_max为双电机在3+2挡联合驱动下,轮端的最大扭矩。
步骤2.6电机1在变速器1的挡位3(速比为R13)与电机2在变速器2的挡位3(速比为R23)联合驱动时,计算双电机联合驱动下轮端转速范围;计算双电机联合驱动下轮端扭矩范围。计算方法如下:
ωω_m1G3_min=ωm1_min/R13 (53)
ωω_m2G3_min=ωm2_min/R23 (54)
ωω_m1G3_max=ωm1_max/R13 (55)
ωω_m2G3_max=ωm2_max/R23 (56)
ωω_(m1G3+m2G3)_min=max{ωω_m1G3_min,ωω_m2G3_min} (57)
ωω_(m1G3+m2G3)_max=min{ωω_m1G3_max,ωω_m2G3_max} (58)
Tω_(m1G3+m2G3)=Tm1×R13+Tm2×R23 (59)
Tω_(m1G3+m2G3)_min=min{Tω_m1G3+m2G3} (60)
Tω_(m1G3+m2G3)_max=max{Tω_m1G3+m2G3} (61)
其中,ωω_m1G3_min为电机1最低转速经过变速器1的挡位3后,到轮端的转速;ωω_m2G3_min为电机2最低转速经过变速器2的挡位3后,到轮端的转速;ωω_m1G3_max为电机1最高转速经过变速器1的挡位3后,到轮端的转速;ωω_m2G3_max为电机2最高转速经过变速器2的挡位3后,到轮端的转速;ωω_(m1G3+m2G3)_min为双电机在3+3挡联合驱动下,轮端可达到的最小转速;ωω_(m1G3+m2G3)_max为双电机在3+3挡联合驱动下,轮端可达到的最大转速;Tω_(m1G3+m2G3)为双电机在3+3挡联合驱动下,轮端扭矩;Tω_(m1G3+m2G3)_min为双电机在3+3挡联合驱动下,轮端的最小扭矩;Tω_(m1G3+m2G3)_max为双电机在3+3挡联合驱动下,轮端的最大扭矩。
步骤2.7将步骤2.1~步骤2.6计算出双电机驱动桥在各挡位组合下的工况边界绘制在以轮端转速为横轴、轮端扭矩为纵轴的坐标系中,得到的各挡位组合下的工况边界示意图。
步骤3:在工况边界内,计算各挡位组合下的电机驱动效率。
步骤3.1步骤2.1为电机1在变速器1的1挡单独驱动工况,计算方法为:在步骤2.1得到的工况边界下的轮端转速与轮端扭矩范围内,以步长ωstep,选取轮端转速采样点ωsample1,ωsample2,…;以步长Tstep,选取轮端扭矩采样点Tsample1,Tsample2,…,得到如表2所示的电机1的驱动效率表。
表2电机1在变速器1的1挡的驱动效率
表格中,η’xy为在对应轮端转速、轮端扭矩下的电驱动效率,其用如下公式得到:
η’xy=MAP(ωsample(x)*R11,Tsample(y)/R11) (62)
式中,R11为变速器1的1挡速比;MAP为步骤1得到的电机驱动效率拟合函数。
采用线性拟合的方法,对表2中的电机驱效率拟合,得到电机驱动效率MAP11。
步骤3.2参照步骤3.1,得到步骤2.2工况的电机驱动效率MAP13。
步骤3.3参照步骤3.1,得到步骤2.3工况的电机驱动效率MAP22。
步骤3.4步骤2.4为电机1在变速器1的挡位1(速比为R11)与电机2在变速器2的挡位2(速比为R22)联合驱动,以下称为M1G1+M2G2工况。计算该工况的电驱动效率,计算方法为:在步骤2.4确定的工况范围内,以步长ωstep,选取轮端转速采样点ωsample1,ωsample2,…;以步长Tstep,选取轮端扭矩采样点Tsample1,Tsample2,…。在每个轮端转速采样点与轮端扭矩采样点(ωsample,Tsample)下,分析电机1与电机2的工作扭矩组合,电机1与电机2的工作扭矩应满足如下关系:
Tm1×R11+Tm2×R22=Tsample (63)
以步长Tm1_step,在电机1扭矩工作范围内选取采样点Tm1 (1),Tm1 (2),…,由电机1与电机2工作扭矩关系,相应的电机2扭矩为:
Tm2 (1)=(Tsample-Tm1 (1)×R11)÷R22 (64)
在轮速ωsample下,对应电机1与电机2的转速分别为:
ωm1=ωsample×R11 (65)
ωm2=ωsample×R22 (66)
选取电机扭矩组合(Tm1 (1),Tm2 (1)),(Tm1 (2),Tm2 (2)),…中,双电机最高电驱动效率作为该工况的输出。双电机联合驱动效率计算如下:
η=(Tm1×ωm1+Tm2×ωm2)÷(Tm1×ωm1÷ηm1+Tm2×ωm2÷ηm2) (67)
式中,ηm1为电机1在转速ωm1,扭矩Tm1下的效率;ηm2为电机2在转速ωm2,扭矩Tm2下的效率,可以理解的是,ηm1和ηm2可按照步骤1中的测试步骤获得。
依上述方法,将各采样点下(ωsample,Tsample)的双电机联合驱动最佳效率与相应的电机的输出扭矩统计在表3、表4和表5中。
表3 M1G1+M2G2工况的最佳驱动效率表
表4 M1G1+M2G2工况最佳效率下的电机1目标扭矩
表5 M1G1+M2G2工况最佳效率下的电机2目标扭矩
进一步地,当获取到的轮端转速和轮端需求扭矩未出现在表4和表5中时,可对表4和表5中的采样点进行细化,可通过线性拟合的方法,得到该工况下的电机驱动效率MAP1122、M1G1+M2G2工况下的电机1扭矩分配表Tm1_1122、M1G1+M2G2工况下的电机2扭矩分配表Tm2_1122。以电机1扭矩分配表Tm1_1122为例,具体计算方法如下:
表6电机1扭矩分配表Tm1_1122
如表6所示,为该工况边界下,电机1扭矩分配表Tm1_1122。
其中,Tfitting(i)为车轮需求扭矩,i=1,2,…,k;ωfitting(j)为车轮转速,j=1,2,…,p。
对于每个(Tfitting(i),ωfitting(j))对应的电机1分配扭矩T”m1_ij,使用表4中的数据进行拟合:确定Tfitting(i)在表4的Tsample维度的位置,确定ωfitting(j)在表4的ωsample1维度的位置。此处假设Tsample1<Tfitting(i)<Tsample2,ωsample1<ωfitting(j)<ωsample2,则电机1扭矩分配表Tm1_1122中对应的T”m1_ij为:
T”m1_ij=T’m1_11/(Tsample2-Tsample1)/(ωsample2-ωsample1)×(Tsample2-Tfitting(i))×(ωsample2-ωfitting(j))+T’m1_12/(Tsample2-Tsample1)/(ωsample2-ωsample1)×(Tfitting(i)-Tsample1)×(ωsample2-ωfitting(j))+T’m1_21/(Tsample2-Tsample1)/(ωsample2-ωsample1)×(Tsample2-Tfitting(i))×(ωfitting(j)-ωsample1)+T’m1_22/(Tsample2-Tsample1)/(ωsample2-ωsample1)×(Tfitting(i)-Tsample1)×(ωfitting(j)-ωsample1) (68)
以此类推,可得到如表6所示的电机1扭矩分配表Tm1_1122中所有的元素。
采用上述同样方法,可得到电机2扭矩分配表Tm2_1122。
步骤3.5参照步骤3.4,得到步骤2.5工况的电驱动效率MAP1322、M1G3+M2G2工况下的电机1扭矩分配表Tm1_1322、M1G3+M2G2工况下的电机2扭矩分配表Tm2_1122。
步骤3.6参照步骤3.4,得到步骤2.6工况的电驱动效率MAP1323、M1G3+M2G3工况下的电机1扭矩分配表Tm1_1323、M1G3+M2G3工况下的电机2扭矩分配表Tm2_1323。
步骤4:制定双电机挡位控制表。
步骤4.1在步骤2.8中绘制的各挡位组合的工况边界图中,统计步骤2.1~2.7的各工况在坐标系中重叠部分与非重叠部分。
步骤4.2在各重叠部分,统计重叠部分中各工况中,由步骤3.1~3.6得到的电驱效率表,选取其中电机驱效率最高的挡位组合的挡位作为目标挡位。
步骤4.3在非重叠部分,由当前的挡位组合的挡位作为目标挡位。
步骤4.4将重叠部分与非重叠部分的目标挡位组合,绘制在以轮端转速为横轴,轮端扭矩为纵轴的坐标系中。
步骤5:制定双电机扭矩分配表。
步骤5.1在步骤4.1分析出的工况重叠部分中,对应每一个轮端转速ω与轮端需求扭矩Tω,根据步骤4.2选择出的最佳挡位组合,确定驱动类型为单电机驱动还是双电机联合驱动。若是单电机驱动,则相应的工作电机输出扭矩为Tm=Tω/Rx,其中Rx为单电机驱动下对应挡位的速比(从电机到轮端),非工作电机扭矩输出为0N·m。若是双电机联合驱动,选择由步骤3.4~3.6中得到在该挡位组合下最佳驱动效率的电机1目标扭矩表与电机2目标扭矩表,确定双电机扭矩分配关系。
步骤5.2在步骤4.3中分析的非重叠部分,对应每一个轮端转速ω与轮端需求扭矩Tω,确定驱动类型为单电机驱动还是双电机联合驱动。若是单电机驱动,由步骤5.1中所述的单电机驱动下的工作电机输出扭矩确定方法得到电机输出目标扭矩。若是双电机联合驱动,重复步骤5.1所述的双电机扭矩分配方法得到电机1与电机2的目标扭矩。
为更清楚地理解本具体实施例,在上述步骤1.1中,以10N·m为步长,选取M个电机扭矩采样点,10,20,…,TorqM,同时,以一定步长200rpm,在电机设计工作转速范围内,选取N个电机转速采样点:300,500,…,ωN,并按照步骤1对双电机驱动系统中的待测电机在上述采样点的电机驱动效率进行测试,测试结果如图表7所示。同时,通过对测试得到的电机驱动效率进行线性拟合,得到对应的电机驱动效率函数MAP,如图11所示。
表7电机驱动效率表
接着,按照步骤2对该双电机驱动系统中的工况边界进行确定,得到如图12所示的双电机驱动系统在各挡位组合下的工况边界。
表8电机1在变速器1的1挡时的电机驱动效率
其次,在得到的工况边界内,按照上述步骤3所示内容确定该双电机电驱系统在各挡位组合下的电机驱动效率,如表8中所示的电机1在变速器1的1挡时的电机驱动效率以及表9、表10和表11中M1G1+M2G2工况下电机的最佳驱动效率表和电机1、电机2的目标扭矩。
表9 M1G1+M2G2工况的最佳驱动效率表
表10 M1G1+M2G2工况最佳效率下的电机1目标扭矩
表11 M1G1+M2G2工况最佳效率下的电机2目标扭矩
最后,按照上述步骤4和步骤5获取该双电机电驱系统的挡位控制表和扭矩分配表,并根据获取到的挡位控制表和扭矩分配表对电机进行驱动。
在本实施例中,根据双电机电驱桥构型,通过获取该双电机电驱桥系统的电机驱动效率,得到各挡位组合下满足轮端需求的最佳电机驱动效率的双电机的目标挡位,从而得到与之对应的各电机输出的目标扭矩,进而根据获取到的各电机的目标挡位和目标扭矩控制电机运行,使得在满足车辆动力需求的情况下,达到电机高效率驱动的目的。
应该理解的是,虽然如上所述的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示,但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明,这些步骤的执行并没有严格的顺序限制,这些步骤可以以其它的顺序执行。而且,如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段,这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成,而是可以在不同的时刻执行,这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行,而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
基于同样的发明构思,本申请实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的电机控制方法的电机控制装置。该装置所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似,故下面所提供的一个或多个电机控制装置实施例中的具体限定可以参见上文中对于电机控制方法的限定,在此不再赘述。
在一个实施例中,如图13所示,提供了一种电机控制装置,包括工况边界确定模块、电机驱动效率计算模块、挡位控制表获取模块、目标确定模块和电机运行模块,其中:
工况边界确定模块,用于获取各电机的挡位组合,根据挡位组合确定工况边界。
电机驱动效率计算模块,用于在工况边界内,计算得到与挡位组合对应的电机驱动效率表。
挡位控制表获取模块,用于根据电机驱动效率表得到电机的挡位控制表。
目标确定模块,用于获取负载的需求转速和需求扭矩,根据需求转速计算得到电机的目标转速,并在挡位控制表中匹配与需求转速和需求扭矩对应的电机的目标扭矩。
电机运行模块,用于根据目标转速和目标扭矩控制电机运行。
在一个实施例中,挡位控制表获取模块包括获取单元、电机驱动效率表获取单元、第一目标挡位获取单元、第二目标挡位获取单元和挡位控制表获取单元,其中:
获取单元,用于获取工况边界的重叠部分和非重叠部分。
电机驱动效率表获取单元,用于在工况边界重叠部分,得到各挡位组合对应的电机驱动效率表。
第一目标挡位获取单元,用于在各电机驱动效率表中选取最高电机驱动效率对应的挡位组合作为工况边界重叠部分的目标挡位。
第二目标挡位获取单元,用于将当前挡位组合作为工况边界非重叠部分的目标挡位。
挡位控制表获取单元,用于根据工况边界重叠部分的目标挡位和工况边界非重叠部分的目标挡位,得到电机的挡位控制表。
在一个实施例中,目标确定模块包括目标转速获取单元、驱动方式获取单元、第一目标扭矩获取单元和第二目标扭矩获取单元,其中:
目标转速获取单元,用于根据获取到的需求转速和预设速比得到电机的目标转速。
驱动方式获取单元,用于根据获取到的需求扭矩转速和需求扭矩以及挡位控制表得到负载的驱动方式。
第一目标扭矩获取单元,用于当驱动方式为单电机驱动时,根据需求扭矩和预设速比得到当前挡位组合对应的输出扭矩,将输出扭矩作为电机的目标扭矩。
第二目标扭矩获取单元,用于当驱动方式为两个以上电机驱动时,根据电机驱动效率表得到当前挡位组合下,各电机的目标扭矩。
在一个实施例中,电机驱动效率计算模块包括负载转速和扭矩获取单元、第一电机驱动效率表获取单元和第二电机驱动效率表获取单元,其中:
负载转速和扭矩获取单元,用于在工况边界内,以预设步长在负载的转速范围与负载的扭矩范围内进行采样,得到负载转速和负载扭矩。
第一电机驱动效率表获取单元,用于当工作的电机数量为两个以上时,根据负载转速、负载扭矩、预设扭矩关系和标准电机驱动效率,得到各挡位组合对应的电机驱动效率表。
第二电机驱动效率表获取单元,用于当工作的电机数量为一个时,根据负载转速、负载扭矩和标准电机驱动效率函数得到当前电机对应的电机驱动效率表。
在一个实施例中,工况边界确定模块包括电机转速范围和扭矩范围获取单元、负载转速范围和扭矩范围获取单元和工况边界获取单元,其中:
电机转速范围和扭矩范围获取单元,用于获取电机在各挡位组合工作下的电机转速范围和电机扭矩范围。
负载转速范围和扭矩范围获取单元,用于根据电机转速范围得负载的转速范围,根据电机扭矩范围得到负载的扭矩范围。
工况边界获取单元,用于根据负载的转速范围和扭矩范围,得到工况边界。
在一个实施例中,电机转速范围包括电机转速最大值和电机转速最小值,电机扭矩范围包括电机扭矩最大值和电机扭矩最小值,负载转速范围和扭矩范围获取单元包括负载转速范围获取子单元和负载扭矩范围获取子单元,其中:
负载转速范围获取子单元,用于根据电机转速最大值、电机转速最小值和预设速比得到负载的转速范围。
负载扭矩范围获取子单元,用于根据电机扭矩最大值、电机扭矩最小值和预设速比得到负载的扭矩范围。
上述电机控制装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中,也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中,以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
上述电机控制装置,通过获取到的各电机的挡位组合确定对应的工况边界,并在该工况边界内,计算得到与挡位组合对应的电机驱动效率表,进而根据电机驱动效率表得到电机的挡位控制表,使得负载可以根据获得的挡位控制表获取与电机驱动效率对应的电机挡位组合,同时,通过获取负载的需求转速和需求扭矩,并根据需求转速和预设速比得到电机的目标转速,且在挡位控制表中匹配与需求转速和需求扭矩对应的电机的目标扭矩,根据目标转速和目标扭矩控制电机运行,使得在满足负载动力需求的基础上,通过获取到的与负载需求扭矩和需求转速对应的电机的目标转速和目标扭矩对电机进行驱动,进而达到电机高效率驱动的目的。
在一个实施例中,该计算机设备可以是终端,其内部结构图可以如图14所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口。其中,该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信,无线方式可通过WIFI、移动蜂窝网络、NFC(近场通信)或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现一种电机控制方法。
本领域技术人员可以理解,图14中示出的结构,仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图,并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定,具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件,或者组合某些部件,或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中,提供了一种计算机设备,包括存储器和处理器,存储器存储有计算机程序,该处理器执行计算机程序时实现上述各方法实施例中的步骤。
在一个实施例中,提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。
在一个实施例中,提供了一种计算机程序产品,包括计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程,是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中,该计算机程序在执行时,可包括如上述各方法的实施例的流程。其中,本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用,均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-OnlyMemory,ROM)、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器(ReRAM)、磁变存储器(Magnetoresistive Random Access Memory,MRAM)、铁电存储器(Ferroelectric Random Access Memory,FRAM)、相变存储器(Phase Change Memory,PCM)、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory,RAM)或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限,RAM可以是多种形式,比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory,SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic RandomAccess Memory,DRAM)等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等,不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等,不限于此。
以上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申请的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种电机控制方法,其特征在于,所述电机的数量为两个以上,所述电机用于驱动负载,所述方法包括:
获取各所述电机的挡位组合,根据所述挡位组合确定工况边界;所述工况边界为所述电机在各所述挡位组合工作下对应驱动的负载的转速范围与扭矩范围所围成的区域;
在所述工况边界内,计算得到与所述挡位组合对应的电机驱动效率表;
根据所述电机驱动效率表得到所述电机的挡位控制表;
获取所述负载的需求转速和需求扭矩,根据所述需求转速计算得到所述电机的目标转速,并在所述挡位控制表中匹配与所述需求转速和所述需求扭矩对应的所述电机的目标扭矩;
根据所述目标转速和所述目标扭矩控制所述电机运行。
2.根据权利要求1所述的电机控制方法,其特征在于,所述根据所述电机驱动效率表得到所述电机的挡位控制表,包括:
获取所述工况边界的重叠部分和非重叠部分;
在所述工况边界重叠部分,得到各所述挡位组合对应的电机驱动效率表;
在各所述电机驱动效率表中选取最高电机驱动效率对应的挡位组合作为所述工况边界重叠部分的目标挡位;
在所述工况边界非重叠部分,将当前挡位组合作为所述工况边界非重叠部分的目标挡位;
根据所述工况边界重叠部分的目标挡位和所述工况边界非重叠部分的目标挡位,得到所述电机的挡位控制表。
3.根据权利要求1所述的电机控制方法,其特征在于,所述获取所述负载的需求转速和需求扭矩,根据所述需求转速计算得到所述电机的目标转速,并在所述挡位控制表中匹配与所述需求转速和所述需求扭矩对应的所述电机的目标扭矩,包括:
根据获取到的所述需求转速和预设速比得到所述电机的目标转速;
根据获取到的所述需求转速和所述需求扭矩以及所述挡位控制表得到所述负载的驱动方式;
当所述驱动方式为单电机驱动时,根据所述需求扭矩和预设速比得到当前挡位组合对应的输出扭矩,将所述输出扭矩作为所述电机的目标扭矩;
当所述驱动方式为两个以上电机驱动时,根据所述电机驱动效率表得到当前挡位组合下,各所述电机的目标扭矩。
4.根据权利要求1所述的电机控制方法,其特征在于,所述在所述工况边界内,计算得到与所述挡位组合对应的电机驱动效率表,包括:
在所述工况边界内,以预设步长在所述负载的转速范围与所述负载的扭矩范围内进行采样,得到负载转速和负载扭矩;
当工作的电机数量为两个以上时,根据所述负载转速、所述负载扭矩、预设扭矩关系和标准电机驱动效率,得到各所述挡位组合对应的电机驱动效率表;所述标准电机驱动效率为根据预设转速和预设扭矩驱动所述电机运行得到;
当工作的电机数量为一个时,根据所述负载转速、所述负载扭矩和标准电机驱动效率函数得到当前电机对应的电机驱动效率表;所述标准电机驱动效率函数为对所述标准电机驱动效率进行线性拟合得到。
5.根据权利要求1所述的电机控制方法,其特征在于,所述获取各所述电机的挡位组合,根据所述挡位组合确定工况边界,包括:
获取所述电机在各所述挡位组合工作下的电机转速范围和电机扭矩范围;
根据所述电机转速范围得到所述负载的转速范围,根据所述电机扭矩范围得到所述负载的扭矩范围;
根据所述负载的转速范围和扭矩范围,得到所述工况边界。
6.根据权利要求5所述的电机控制方法,其特征在于,所述电机转速范围包括电机转速最大值和电机转速最小值,所述电机扭矩范围包括电机扭矩最大值和电机扭矩最小值,所述根据所述电机转速范围得到所述负载的转速范围,根据所述电机扭矩范围得到所述负载的扭矩范围,包括:
根据所述电机转速最大值、所述电机转速最小值和预设速比得到所述负载的转速范围;
根据所述电机扭矩最大值、所述电机扭矩最小值和预设速比得到所述负载的扭矩范围。
7.一种电机控制装置,其特征在于,所述电机的数量为两个以上,所述电机用于驱动负载,所述装置包括:
工况边界确定模块,用于获取各所述电机的挡位组合,根据所述挡位组合确定工况边界;所述工况边界为所述电机在各所述挡位组合工作下对应驱动的负载的转速范围与扭矩范围所围成的区域;
电机驱动效率计算模块,用于在所述工况边界内,计算得到与所述挡位组合对应的电机驱动效率表;
挡位控制表获取模块,用于根据所述电机驱动效率表得到所述电机的挡位控制表;
目标确定模块,用于获取所述负载的需求转速和需求扭矩,根据所述需求转速计算得到所述电机的目标转速,并在所述挡位控制表中匹配与所述需求转速和所述需求扭矩对应的所述电机的目标扭矩;
电机运行模块,用于根据所述目标转速和所述目标扭矩控制所述电机运行。
8.根据权利要求7所述的电机控制装置,其特征在于,所述挡位控制表获取模块包括:
获取单元,用于获取工况边界的重叠部分和非重叠部分;
电机驱动效率表获取单元,用于在工况边界重叠部分,得到各挡位组合对应的电机驱动效率表;
第一目标挡位获取单元,用于在各所述电机驱动效率表中选取最高电机驱动效率对应的挡位组合作为工况边界重叠部分的目标挡位;
第二目标挡位获取单元,用于将当前挡位组合作为工况边界非重叠部分的目标挡位;
挡位控制表获取单元,用于根据工况边界重叠部分的目标挡位和工况边界非重叠部分的目标挡位,得到电机的挡位控制表。
9.一种计算机设备,包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。
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