CN206155152U - 一种电动汽车动力总成 - Google Patents

Abstract

一种电动汽车动力总成，其可向汽车提供驱动动力，其包括：整机控制器、电机控制器和分别与其电连接的高速电机和低速电机，整机控制器向电机控制器发送转矩指令，所述电机控制器根据车速和路面状况发送转矩输出指令选择切换高速电机或低速电机驱动行驶，当车速较低或在爬坡时，电机控制器切换接通低速电机驱动行驶，当车速较高时，电机控制器切换接通高速电机驱动行驶。根据路况和驾驶需求，自动调整电机转矩输出状态，电机工作模式与车速相互关联，在不同状况下，自动切换选择合适的电机，满足电动汽车加速能力、爬坡能力和高速行驶需求，大大提高了系统可靠性和驾驶员的驾驶体验。

Description

一种电动汽车动力总成

技术领域

本实用新型涉及电动汽车，特别是指电动汽车动力总成。

背景技术

随着高能电池技术、现代电力电子技术、传感器技术、数字信号处理器技术、电机控制技术及现代控制理论的发展，燃料传统汽车逐渐被新型电动汽车所代替。

现代永磁同步电机具有低速恒转矩、高速恒功率驱动特点，非常适用于驱动汽车。但是，在高转速时，一般需要对电机进行弱磁控制，而电机的弱磁能力有限，且长期高速运转，机械系统可靠性差。因此，对于电动汽车而言，满足加速能力爬坡能力与满足高速运行是相互矛盾。现在市场上销售的电动汽车最高车速一般是100km/h，这与传统汽车相差甚远，严重影响用户体验，不利于电动汽车的市场化。

实用新型内容

基于现有技术的不足，为了提高电动汽车的爬坡能力加速能力同时满足电动汽车高速运行需求，我们开发一种新型电动汽车动力总成及其控制方法，可以根据路况及驾驶需求，自动调整电机转矩输出状态，满足电动汽车加速能力爬坡能力和高速行驶需求，大大提高系统可靠性。

本实用新型提供了一种电动汽车动力总成，其可向汽车提供驱动动力，其特征在于包括：整机控制器、电机控制器和分别与其电连接的高速电机和低速电机，整机控制器向电机控制器发送转矩指令，所述电机控制器根据车速和路面状况发送转矩输出指令选择切换高速电机或低速电机驱动行驶，当车速较低或在爬坡时，电机控制器切换接通低速电机驱动行驶，当车速较高时，电机控制器切换接通高速电机驱动行驶。

优选地，当前速度小于或等于基速时，所述电机控制器采用最大转矩电流比控制，发送目标直轴电流I_d信号，驱动低速电机发送目标转矩或转速信号；当前速度大于基速时，所述电机控制器采用弱磁控制，发送交流电流I_q信号，驱动高速电机发送目标转矩或转速信号，采用电压空间矢量脉宽调制进行控制PWM输出以控制电机。

其中，当电机控制器采用最大转矩电流比控制时，通过转速环调节给定的q轴电流I_q，所述目标直轴电流Id为：

当时，若I_q≤I_qmax1成立，则反之，若I_q≤I_qmax1不成立，则

其中，当电机控制器采用弱磁控制时，所述目标交流电流Iq为：

当时，输出和值；当时， 若成立，则若 不成立，则 输出I_d ^＊和I_q ^＊值。

所述基速为电机的额定转速，当坡度大于5％且加速度大于0.1m/s²，切换到低速电机工作。

优选地，所述整车控制器与油门、制动、仪表盘、座椅、电机控制器电连接，其采集加速信号、刹车信号、车速数据、人机环境信号，加速转矩抉择表输入信号是油门开度信号和车速信号，输出是当前目标转矩；减速转矩抉择表输入信号是制动踏板开度信号和车速信号，输出是当前目标转矩；通过人机环境信号判断是选择加速还是减速转矩抉择表，对于加速转矩抉择表而言，油门开度信号越大，车速越大，则所需转矩越大；对于减速转矩抉择表而言，制动踏板开度信号越大，车速越大，则所需转矩越大。当电动汽车启动时，若整车控制器采集到座椅加速度大于设定值，则调高整车控制器输出的转矩信号，反之，则调低转矩信号。

优选地，所述人机环境信号包括座椅加速度信号，所述座椅加速度信号包括座椅纵向加速度信号和座椅垂向加速度信号。

优选地，所述信号的优先等级依次为驾驶员驾驶状态、座椅加速度、制动/油门踏板。

本实用新型还提供了一种电动汽车动力总成控制方法，其包括以下步骤：

1)上电初始化，整机控制器和电机控制器自检，若自检正常，进入步骤2)，若自检故障，报警警示；

2)检测电机是否正常，若自检正常，进入步骤3)，若自检故障，报警警示；

3)整车控制器采集加速信号、刹车信号、车速数据、人机环境信号，通过逻辑运算获得最佳转矩信号，传输至电机控制器，电机控制器根据转矩信号、车速数据和路面状况发送转矩输出指令选择切换高速电机或低速电机驱动行驶，当车速较低或在爬坡时，电机控制器切换接通低速电机驱动行驶，当车速较高时，电机控制器切换接通高速电机驱动行驶。

与现有技术相比，本实用新型一种电动汽车动力总成及其控制方法，通过设计双电机电动力总成，采用电机控制器根据加速信息、车速信息、刹车信号、车速数据、人机环境信号等，通过综合各信号数据，控制输出目标转矩，切换电机工作，当车速低于基速时，或在爬坡状态时，切换至低速电机工作，反之，当车速高于基速时，切换至高速电机工作，这样，根据路况和驾驶需求，自动调整电机转矩输出状态，电机工作模式与车速相互关联，在不同状况下，自动切换选择合适的电机，满足电动汽车加速能力、爬坡能力和高速行驶需求，大大提高了系统可靠性和驾驶员的驾驶体验。

附图说明

图1为本实用新型一种电动汽车动力总成的模块框图；

图2为本实用新型一种电动汽车动力总成控制方法的工作流程图。

图3为本实用新型一种电动汽车动力总成控制方法的目标直轴电流Id

流程图。

图4为本实用新型一种电动汽车动力总成控制方法的目标交流电流Iq流程图。

具体实施方式

参照图1-2所示，本实用新型提供了一种电动汽车动力总成，其可向汽车提供驱动动力，其包括：整机控制器1、电机控制器2和分别与其电连接的高速电机3和低速电机4，整机控制器1向电机控制器2发送转矩指令，所述电机控制器2根据车速和路面状况发送转矩输出指令选择切换高速电机3或低速电机4驱动行驶，当车速较低或在爬坡时，电机控制器2切换接通低速电机驱动行驶，当车速较高时，电机控制器切换接通高速电机驱动行驶。

所述整机控制器1用于控制电动汽车的整体驱动控制；电机控制器2与整机控制器1电连接，其根据车速和路面状况切换控制高速电机3和低速电机4，高速电机3和低速电机4的转速基数不同。假设设定电动汽车在常规状态下的行驶基速为40Km/s,当前速度小于或等于基速时，所述电机控制器2采用最大转矩电流比控制，发送目标直轴电流I_d信号，驱动低速电机4发送目标转矩或转速信号；当前速度大于基速时，所述电机控制器2采用弱磁控制，发送交流电流I_q信号，驱动高速电机3发送目标转矩或转速信号，采用电压空间矢量脉宽调制进行控制PWM输出以控制电机。所述基速为电机的额定转速，当坡度大于5％且加速度大于0.1m/s²，切换到低速电机工作。

当电机控制器采用最大转矩电流比控制时，所述目标直轴电流I_d为，根据计算获得的I_d值，发送目标转矩或转速信号，控制低速电机采用合适的转矩和转速运转，提高低速电机的稳定性，如图3。

当电机控制器采用弱磁控制时，所述目标交流电流I_q为，根据计算获得的I_q值，发送目标转矩或转速信号，控制高速电机采用合适的转矩和转速运转，提高高速电机的稳定性，如图4。

当电机转速较低时，电机运行于恒转矩模式，根据最大转矩电流比曲线计算出目标直轴电流I_d和交轴电流I_q，经过坐标变换成三相电流施加给电机，从而驱动电机。此方法只需要最小的定子电流，从而使损耗下降，有利于变流器开关器件工作，提高了效率。

当电机在升速的过程中，随着电机电压逐渐接近系统最大能输出值，此时电机端电压与给定电压进行PI调节，自动输出一个负的直轴电流I_d，并与原来的I_d电流叠加，从而进行弱磁控制。实现升高电机转速的目的。

所述整车控制器1与油门、制动、仪表盘、座椅、电机控制器2电连接，其采集加速信号、刹车信号、车速数据、人机环境信号，经过大量的仿真计算和实车参数标定，加速转矩抉择表输入信号是油门开度信号和车速信号，输出是当前目标转矩；减速转矩抉择表输入 信号是制动踏板开度信号和车速信号，输出是当前目标转矩；通过人机环境信号判断是选择加速还是减速转矩抉择表，对于加速转矩抉择表而言，油门开度信号越大，车速越大，则所需转矩越大；对于减速转矩抉择表而言，制动踏板开度信号越大，车速越大，则所需转矩越大。所述人机环境信号包括座椅加速度信号，所述座椅加速度信号包括座椅纵向加速度信号和座椅垂向加速度信号。当电动汽车启动时，若整车控制器采集到座椅加速度大于设定值，则调高整车控制器输出的转矩信号，反之，则调低转矩信号。

所述信号的优先等级依次为驾驶员驾驶状态、座椅加速度、制动/油门踏板。驾驶员状态表示系统根据车速信号、加速度信号和制动/油门踏板信号，判断的驾驶员驾驶行为，分为正确操纵和误操作。例如，当采集到当前时间段车速快速减小和此时刻的急加速信号，则系统判断驾驶员是误操作，把急加速指令修改为持续1s的零加速指令。座椅加速度、制动/油门踏板信号是传感器采集到的信号，驾驶员状态则是由座椅加速度、制动/油门踏板信号判断得出。不会产生信号冲突。

电压空间矢量脉宽调制进行控制PWM输出控制电机的原理。当电机通以三相对称正弦电压时，交流电机内产生圆形磁链，电压空间矢量脉宽调制方法是以此圆形磁链为基准，利用逆变器功率器件的不同开关模式产生6路PWM。通过高压直流电和6路PWM,逆变器产生三相互差120°电角度的接近正弦波的电流从而驱动电机。

参照图2所示，本实用新型还提供了一种电动汽车动力总成控制方法，其包括以下步骤：

1)上电初始化，整机控制器和电机控制器自检，若自检正常，进入步骤2)，若自检故障，报警警示；

2)检测电机是否正常，若自检正常，进入步骤3)，若自检故障，报警警示；

3)整车控制器采集加速信号、刹车信号、车速数据、人机环境信号，通过逻辑运算获得最佳转矩信号，传输至电机控制器，电机控制器根据转矩信号、车速数据和路面状况发送转矩输出指令选择切换高速电机或低速电机驱动行驶，当车速较低或在爬坡时，电机控制器切换接通低速电机驱动行驶，当车速较高时，电机控制器切换接通高速电机驱动行驶。

本实用新型一种电动汽车动力总成及其控制方法，通过设计双电机电动力总成，采用电机控制器根据加速信息、车速信息、刹车信号、车速数据、人机环境信号等，通过综合各信号数据，控制输出目标转矩，切换电机工作，当车速低于基速时，或在爬坡状态时，切换至低速电机工作，反之，当车速高于基速时，切换至高速电机工作，这样，根据路况和驾驶需求，自动调整电机转矩输出状态，电机工作模式与车速相互关联，在不同状况下，自动切换选择合适的电机，满足电动汽车加速能力、爬坡能力和高速行驶需求，大大提高了系统可靠性和驾驶员的驾驶体验。

Claims (9)

1.一种电动汽车动力总成，其可向汽车提供驱动动力，其特征在于：包括整机控制器、电机控制器和分别与其电连接的高速电机和低速电机，整机控制器向电机控制器发送转矩指令，所述电机控制器根据车速和路面状况发送转矩输出指令选择切换高速电机或低速电机驱动行驶，当车速较低或在爬坡时，电机控制器切换接通低速电机驱动行驶，当车速较高时，电机控制器切换接通高速电机驱动行驶。

2.根据权利要求1所述的电动汽车动力总成，其特征在于：当前速度小于或等于基速时，所述电机控制器采用最大转矩电流比控制，发送目标直轴电流Id信号，驱动低速电机发送目标转矩或转速信号；当前速度大于基速时，所述电机控制器采用弱磁控制，发送交流电流Iq信号，驱动高速电机发送目标转矩或转速信号，采用电压空间矢量脉宽调制进行控制PWM输出以控制电机。

3.根据权利要求2所述的电动汽车动力总成，其特征在于：当电机控制器采用最大转矩电流比控制时，通过转速环调节给定的q轴电流I_q，所述目标直轴电流Id为：当时，若I_q≤I_qmax1成立，则反之，若I_q≤I_qmax1不成立，则 。

4.根据权利要求2所述的电动汽车动力总成，其特征在于：当电机控制器采用弱磁控制时，所述目标交流电流Iq为：当时，输出和值；当 时， 若成立，则若 不成立，则 输出I_d ^＊和I_q ^＊值。

5.根据权利要求2所述的电动汽车动力总成，其特征在于：所述基速为电机的额定转速，当坡度大于5％且加速度大于0.1m/s²，切换到低速电机工作。

6.根据权利要求1所述的电动汽车动力总成，其特征在于：所述整机控制器与油门、制动、仪表盘、座椅、电机控制器电连接，其采集加速信号、刹车信号、车速数据、人机环境信号，加速转矩抉择表输入信号是油门开度信号和车速信号，输出是当前目标转矩；减速转矩抉择表输入信号是制动踏板开度信号和车速信号，输出是当前目标转矩；通过人机环境信号判断是选择加速还是减速转矩抉择表，对于加速转矩抉择表而言，油门开度信号越大，车速越大，则所需转矩越大；对于减速转矩抉择表而言，制动踏板开度信号越大，车速越大，则所需转矩越大。

7.根据权利要求6所述的电动汽车动力总成，其特征在于：所述人机环境信号包括座椅加速度信号，所述座椅加速度信号包括座椅纵向加速度信号和座椅垂向加速度信号。

8.根据权利要求7所述的电动汽车动力总成，其特征在于：当电动汽车启动时，若整车控制器采集到座椅加速度大于设定值，则调高整车控制器输出的转矩信号，反之，则调低转矩信号。

9.根据权利要求6所述的电动汽车动力总成，其特征在于：所述信号的优先等级依次为驾驶员驾驶状态、座椅加速度、制动/油门踏板。