CN111002974A - 电动车双电机控制***扭矩分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动车双电机控制***扭矩分配方法，双电机驱动装置包括用于对第一车轮提供驱动力的第一电驱动总成和用于对第二车轮提供驱动力的第二电驱动总成，第一电驱动总成包括主驱动电机，第二电驱动总成包括辅驱动电机；基于驾驶性需求，可选择性的执行动力性驾驶策略和经济性驾驶策略，控制所述双电机驱动装置输出扭矩。本发明的电动车双电机控制***扭矩分配方法，基于驾驶性需求执行对应动力性或经济性驾驶策略，提高了驾乘的动力性和经济性体验感。

Description

电动车双电机控制***扭矩分配方法

技术领域

本发明属于新能源汽车技术领域，具体地说，本发明涉及一种电动车双电机控制***扭矩分配方法。

背景技术

随着纯电动车市场需求已逐步趋向大空间、性能强，B级、C级乘用车以及中大型SUV产品，配电量也在不断增加，其整备质量近2T甚至超过2T，驱动电机功率需求亦不断增大，目前市场上多数车型采用的单电机驱动方案，电机功率不断增大，体积及质量亦不断增大，母线电压及电流增大，使得在全速范围内使用，驱动***效率低、能耗高，增加部件制造难度，提高制造成本等缺陷日趋明显。故，双电机及多电机联合匹配驱动方案已成为技术发展趋势。

双电机及多电机联合匹配驱动方案主要有集成式与分体式两种：对于集成式方案，电机与电机之间采用机械结构连接耦合，转速耦合稳定，传动效率高，但其集成结构复杂，成本高，四驱方案还需传统式的动力分流及传动***，占用大量车身空间，不利于电动车电池包空间及能量密度的提高；对于分体式方案，结构简单紧凑，功率密度高，且驱动控制***独立，利于总布置和驾驶舒适性等优点。但现有的分体式方案，不能高效分配各电机间扭矩，同时四驱模式下不能保证各电机转速耦合同步，增大了功率损失，提高车辆安全性及经济性。

而且现有双电机车型依托于过多的人为驾驶模式设置，其***本身的耦合效率低，***成本高且驾驶经济性差。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种电动车双电机控制***扭矩分配方法，目的是提高驾乘的动力性和经济性。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：电动车双电机控制***扭矩分配方法，双电机驱动装置包括用于对第一车轮提供驱动力的第一电驱动总成和用于对第二车轮提供驱动力的第二电驱动总成，第一电驱动总成包括主驱动电机，第二电驱动总成包括辅驱动电机；基于驾驶性需求，可选择性的执行动力性驾驶策略和经济性驾驶策略，控制所述双电机驱动装置输出扭矩。

执行动力性驾驶策略时，所述主驱动电机和/或所述辅驱动电机的输出扭矩＝MIN(电机可输出扭矩，对应轴系车轮滑移临界扭矩)。

所述对应轴系车轮滑移临界扭矩＝F*ψ*r，其中，F为车轮法向力，r为车轮滚动半径，ψ为道路附着系数；

前轮法向力F_前＝G*(b*cosα/L-h*sinα/L)-C*A*Ρ*(u^2)/2-G*h*a’/(g*L)，后轴法向力F_后＝G*(a*cosα/L+h*sinα/L)-C*A*Ρ*(u^2)/2+G*h*a’/(g*L)’，其中，G为车辆重力，a为车辆质心与前轴的距离，b为车辆质心与后轴的距离，L为车辆轴距，L＝a+b，h为车辆质心高度，α为所处道路坡度的角度，C为车辆空气阻尼系数，A为车辆迎风面积，Ρ为空气密度，u为车速，a’为车辆加速度，g为重力加速度。

执行动力性驾驶策略时，根据车辆运行参数和车辆的工作模式，计算主驱动电机和辅驱动电机的输出扭矩。

所述车辆运行参数包括动力电池的电量SOC、车速以及第一电驱动总成和第二电驱动总成的传动效率。

所述车辆的工作模式包括辅助电机单独工作模式、主电机单独工作模式、双电机扭矩耦合工作模式和双电机转速耦合工作模式。

所述车辆处于双电机扭矩耦合工作模式时，VCU采集主驱动电机的当前转速，计算出辅驱动电机的期望转速，并通过修正主驱动电机与辅驱动电机的扭矩比使辅驱动电机的实际转速与期望转速一致。

所述车辆处于双电机扭矩耦合工作模式时，若ESP有扭矩补偿请求，以ESP扭矩补偿值为最高优先级执行，进行主驱动电机与辅驱动电机的扭矩比更新及调速。

本发明的电动车双电机控制***扭矩分配方法，基于驾驶性需求执行对应动力性或经济性驾驶策略，提高了驾乘的动力性和经济性体验感。

附图说明

本说明书包括以下附图，所示内容分别是：

图1是双电机控制***组成示意图；

图2是基于效率最优的驱动模式切换示意图；

图3是扭矩分配策略的模式选择示意图；

图中标记为：1、第一车轮；2、第二车轮；3、主驱动电机；4、辅驱动电机；5、主电机控制器；6、辅电机控制器；7、动力电池。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。

如图1至图3所示，本发明提供了一种电动车双电机控制***扭矩分配方法，双电机驱动装置包括用于对处于同排的第一车轮提供驱动力的第一电驱动总成和用于对处于同排的第二车轮提供驱动力的第二电驱动总成，第一电驱动总成包括主驱动电机，第二电驱动总成包括辅驱动电机；基于驾驶性需求，可选择性的执行动力性驾驶策略和经济性驾驶策略，控制双电机驱动装置输出扭矩。

具体地说，本发明为一种双电机分体式方案的控制***扭矩分配方法，旨在车辆各种驾驶路况及驾驶模式下，高效分配双电机间的扭矩，兼顾驾驶动力性、车辆使用经济性，以及提高车辆安全性。同时，该发明适用于双电机前后轴分布的增程式电动车，类似分体式结构方案的混合动力汽车和多电机轮边电机、轮毂电机驱动方案的控制***扭矩分配可参考使用。

如图1所示，第一车轮设置两个，第二车轮设置两个，两个第一车轮安装在第一传动轴上，两个第二车轮安装在第二传动轴上。第一电驱动总成还包括与主驱动电机连接的第一减速器，第一减速器通过差速器与第一传动轴连接，第一车轮设置在第一传动轴上。第二电驱动总成还包括与辅驱动电机连接的第二减速器，第二减速器通过差速器与第二传动轴连接，第二车轮设置在第二传动轴上。当第一车轮为电动车的前轮时，则第二车轮为电动车的后轮；相反，当第一车轮为电动车的后轮时，则第二车轮为电动车的前轮。

动力电池和电池管理***(BMS)集成于电池箱内，电池箱布置在车辆中部地板下方，动力电池为主驱动电机和辅驱动电机提供电能，扭矩分配控制***主要由整车控制器(VCU)、车身稳定***(ESP)、主电机控制器(MCU)、辅电机控制器(MCU)和电池管理***(BMS)通过CAN通讯连接组成。

如图1所示，第一电驱动总成还包括主电机控制器，主驱动电机与第一减速器和主电机控制器集成一体，或者主驱动电机与主电机控制器集成一体。第二电驱动总成还包括辅电机控制器，辅驱动电机与第二减速器和辅电机控制器集成一体，或者辅驱动电机与辅电机控制器集成一体。两套电驱动总成均为电机直连减速器，减速器中差速器直连传动轴，无需额外的离合器或动力耦合装置，***效率高，结构简单可靠，成本低。

在本发明中，主驱动电机和辅驱动电机可选用两个同类型或同型号的电机，也可选用不同类型或不同型号的电机。若主驱动电机和辅驱动电机选用不同型号的电机，则主驱动电机选用大功率电机，辅驱动电机选用小功率电机。若主驱动电机和辅驱动电机选用不同类型的电机，则主驱动电机选用永磁同步电机，辅驱动电机选用交流异步电机。若主驱动电机和辅驱动电机选用同类型、同型号的电机，选用轴荷大的电机作为主驱动电机，选用轴荷小的电机作为辅驱动电机。

车身稳定***(ESP)的主要功能是保持各道路形式工况车身稳定，四轮轮速形式正常不滑移，其功能实现主要通过四轮分别制动扭矩控制以或发出驱动扭矩补偿需求。

电池管理***(BMS)的主要功能是保持电池在全生命周期中安全、可靠的高效充放电，与本***关联的具体体现为实时发出电池电量(SOC)以及动力电池电压、电流，可允许的最大放电功率、充电功率等信号。

电机控制器的主要功能是接收***的扭矩指令或转速指令，并通过逆变器三相电流控制实现电机的扭矩及功率输出进行驱动，同时实时发出电驱***允许执行的最大功率及扭矩。

在本发明中，根据双电机结构特性，其双电机工作状态以车辆的四种工作模式体现，辅助电机单独工作模式、主电机单独工作模式、双电机扭矩耦合工作模式、双电机转速耦合工作模式，要求主电机单独工作区域大于辅电机工作区域，双电机联合工作区域大于单电机工作区域，其双电机***工作效率才有意义；具体如图2示意图所示，工作模式切换的相关车速、扭矩参数，根据电量SOC、电机及MCU***效率等参数变化而变化。

整车控制器(VCU)的主要功能为采集车辆信息，解析用户驾驶需求，计算需求扭矩，并根据相关***限制参数，结合相关算法分配最优主、辅MCU扭矩比，实现车辆的经济性驾驶和动力性驾驶需求(功能示意图如图3)。

VCU采集的车辆信息，主要包括车辆所处道路坡度、驾驶员设定的驾驶模式和加速踏板等信号；其坡道坡度可以为独立坡度传感器发出的信号，也可以是ESP或其他电子***发出的坡度信号；驾驶员设定的驾驶模式是指车辆具有独立设置的经济模式或动力模式等；加速踏板是指加速踏板踩踏深度的模拟量电压或计算后对应的踏板开度百分比。

VCU解析用户驾驶需求，若车辆有独立的驾驶模式设置，并设定为动力模式或四驱模式等，则扭矩分配控制***执行动力性驾驶策略；若车辆设定为经济驾驶模式或自动驾驶模式等，扭矩分配控制***检测到车辆加速踏板的开度大于设定值时，如加速踏板的开度大于75％，则扭矩分配控制***执行动力性驾驶策略，反之则执行经济性驾驶策略，其中加速踏板的开度“75％”为参考标定量，根据车辆驾驶及体验情况具体标定。

扭矩分配控制***执行动力性驾驶策略时，主驱动电机和/或辅驱动电机的输出扭矩＝MIN(电机可输出扭矩，对应轴系车轮滑移临界扭矩)，也即主驱动电机和/或辅驱动电机的输出扭矩取可输出扭矩和对应轴系车轮滑移临界扭矩两者中的最小值。例如，主驱动电机可输出扭矩和对应第一车轮滑移临界扭矩的最小值为主驱动电机的输出扭矩，此时主驱动电机、辅驱动电机执行相同策略计算的对应扭矩值；电机可输出扭矩为此时刻，主电机控制器根据对应第一电驱动总成的传动效率、传动速比、转速及BMS发出的***电压等参数，通过算法计算出的电机允许执行的最大轮边扭矩值。假如滑移临界扭矩值小，取滑移临界扭矩值为电机输出扭矩，以避免车轮急加速打滑；假如电机可输出扭矩小，取电机最大可输出扭矩为电机输出扭矩，以保护电机。一般低速情况下，电机可输出的轮边扭矩会大于滑移扭矩。

对应轴系车轮滑移临界扭矩＝F*ψ*r，其中，F为对应车轮法向力，r为车轮滚动半径，ψ为道路附着系数。

前轮法向力F_前＝G*(b*cosα/L-h*sinα/L)-C*A*Ρ*(u^2)/2-G*h*a’/(g*L)，后轮法向力F_后＝G*(a*cosα/L+h*sinα/L)-C*A*Ρ*(u^2)/2+G*h*a’/(g*L)’，其中，G为车辆重力，a为车辆质心与前轴的距离，b为车辆质心与后轴的距离，L为车辆轴距，L＝a+b，h为车辆质心高度，α为所处道路坡度的角度，C为车辆空气阻尼系数，A为车辆迎风面积，P为空气密度，u为车速，a’为车辆加速度，g为重力加速度。

则第一车轮对应轴系车轮滑移临界扭矩＝F_前*ψ*r_前，其中，F_前为前轮法向力，r_前为第一车轮的滚动半径，ψ为道路附着系数；第二车轮对应轴系车轮滑移临界扭矩＝F_后*ψ*r_后，其中，F_后为后轮法向力，r_后为第二车轮的滚动半径，ψ为道路附着系数。

扭矩分配控制***执行动力性驾驶策略时，根据车辆运行参数和车辆的工作模式，计算主驱动电机和辅驱动电机的输出扭矩。车辆运行参数包括动力电池的电量SOC、车速以及第一电驱动总成和第二电驱动总成的传动效率。

车辆的工作模式包括辅助电机单独工作模式、主电机单独工作模式、双电机扭矩耦合工作模式和双电机转速耦合工作模式。车辆处于辅助电机单独工作模式时，仅由第二电驱动总成输出扭矩，辅驱动电机提供使第二车轮转动的驱动力，第一电驱动总成停止运转；车辆处于主电机单独工作模式时，仅由第一电驱动总成输出扭矩，主驱动电机提供使第一车轮转动的驱动力，第二电驱动总成停止运转。

车辆处于双电机扭矩耦合工作模式时，VCU采集主驱动电机的当前转速，计算出辅驱动电机的期望转速，并通过修正主驱动电机与辅驱动电机的扭矩比使辅驱动电机的实际转速与期望转速一致；同时，若ESP有扭矩补偿请求，以ESP扭矩补偿值为最高优先级执行，进行主驱动电机与辅驱动电机的扭矩比更新及调速。

扭矩分配控制***执行经济性驾驶策略时，根据当前的电池SOC值、车速、MCU及电机传动系传递效率等参数，结合相关算法实时仿真计算需求扭矩情况，并结车辆的四种工作模式(如图2)综合效率最优的主、辅电机输出扭矩及扭矩比。

本发明的电动车双电机控制***扭矩分配方法，具有如下的优点：

1、本发明的双电机扭矩分配方法，基于驾驶性需求执行对应动力性或经济性驾驶策略，提高了驾乘的动力性和经济性体验感；

2、在无驾驶模式设置开关的车辆配置下，本发明即为自适应四驱控制***，兼顾动力性和经济性；在有驾驶模式设置开关且设置为经济模式时，***根据驾驶需求，自动判定驾驶的动力性驾驶需求，以使在超车、爬坡等特殊工况时，无需用户反复切换驾驶模式；

3、动力性驾驶策略，综合考虑了良好的车辆地面附着力，避免过于追求动力使车辆打滑等不安全因素出现，经济性驾驶策略基于规则的驾驶模式为参考，高效实现***最优效率驱动，提高了经济性；

4、***具备转速耦合功能策略，并结合ESP***，可实现越野、单轴系打滑及四驱脱困等工况的自适应调节，同时避免了四驱工况下前后轴电驱***转速不一致导致的功率损失，提高了车辆驾乘安全性、经济型及驾乘体验；

5、该发明为一种平台化策略架构，兼顾了同类型双电机的驱动方案和不同类型的双电机驱动方案；

6、该发明可应用于类似驱动结构的纯电动车、增程式及混合动力车，同时对于其他类型多电机驱动***亦可作为参考使用；

7、以双电机耦合方式，实现动力性与经济性综合兼顾的自适应四驱控制***，在无驾驶模式人为干预下，***亦不受影响；

8、基于双电机分主驱动电机和辅驱动电机，并基于双电机组合的四个驾驶模式，以最优耦合效率实现经济性驾驶策略，提高耦合***总效率；

9、基于加速踏板开度自动进入，或根据人为驾驶模式手动进入动力性驾驶策略，并综合前后轴滑移边界等因素，最大化实现双电机的扭矩输出，实现双电机最高效动力耦合，提高动力驾驶体验感。

以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.电动车双电机控制***扭矩分配方法，双电机驱动装置包括用于对第一车轮提供驱动力的第一电驱动总成和用于对第二车轮提供驱动力的第二电驱动总成，第一电驱动总成包括主驱动电机，第二电驱动总成包括辅驱动电机；其特征在于，基于驾驶性需求，可选择性的执行动力性驾驶策略和经济性驾驶策略，控制所述双电机驱动装置输出扭矩。

2.根据权利要求1所述的电动车双电机控制***扭矩分配方法，其特征在于，执行动力性驾驶策略时，所述主驱动电机和/或所述辅驱动电机的输出扭矩＝MIN(电机可输出扭矩，对应轴系车轮滑移临界扭矩)。

3.根据权利要求2所述的电动车双电机控制***扭矩分配方法，其特征在于，所述对应轴系车轮滑移临界扭矩＝F*ψ*r，其中，F为车轮法向力，r为车轮滚动半径，ψ为道路附着系数；

前轮法向力F_前＝G*(b*cosα/L-h*sinα/L)-C*A*Ρ*(u^2)/2-G*h*a’/(g*L)，后轮法向力F_后＝G*(a*cosα/L+h*sinα/L)-C*A*Ρ*(u^2)/2+G*h*a’/(g*L)’，其中，G为车辆重力，a为车辆质心与前轴的距离，b为车辆质心与后轴的距离，L为车辆轴距，L＝a+b，h为车辆质心高度，α为所处道路坡度的角度，C为车辆空气阻尼系数，A为车辆迎风面积，Ρ为空气密度，u为车速，a’为车辆加速度，g为重力加速度。

4.根据权利要求1至3任一所述的电动车双电机控制***扭矩分配方法，其特征在于，执行动力性驾驶策略时，根据车辆运行参数和车辆的工作模式，计算主驱动电机和辅驱动电机的输出扭矩。

5.根据权利要求4所述的电动车双电机控制***扭矩分配方法，其特征在于，所述车辆运行参数包括动力电池的电量SOC、车速以及第一电驱动总成和第二电驱动总成的传动效率。

6.根据权利要求4或5所述的电动车双电机控制***扭矩分配方法，其特征在于，所述车辆的工作模式包括辅助电机单独工作模式、主电机单独工作模式、双电机扭矩耦合工作模式和双电机转速耦合工作模式。

7.根据权利要求5所述的电动车双电机控制***扭矩分配方法，其特征在于，所述车辆处于双电机扭矩耦合工作模式时，VCU采集主驱动电机的当前转速，计算出辅驱动电机的期望转速，并通过修正主驱动电机与辅驱动电机的扭矩比使辅驱动电机的实际转速与期望转速一致。

8.根据权利要求7所述的电动车双电机控制***扭矩分配方法，其特征在于，所述车辆处于双电机扭矩耦合工作模式时，若ESP有扭矩补偿请求，以ESP扭矩补偿值为最高优先级执行，进行主驱动电机与辅驱动电机的扭矩比更新及调速。

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