用于电动汽车的双电机驱动的控制方法和系统与流程

本发明大体上涉及用于电动汽车的双电机驱动的控制方法和系统，尤其可以针对不同工况优化扭矩分配且能量利用效率更高。

背景技术：

随着能源危机和环境问题的日益严重，节能减排已经成为现今汽车行业发展的趋势。在推广新能源汽车的进程中，电动汽车以其高效无污染的优势成为新能源汽车推广的重点。

与传统的燃油发动机不同，电机具有优良的扭矩特性，因此电动汽车对于变速箱的要求大大降低。传统的电动汽车多采用单电机单速比的驱动方式。这种传统的电动汽车低速下的加速与爬坡要求电机在低速下输出大扭矩，而高速行驶则要求电机拥有很大的调速范围，目前电机设计上很难同时在低速与高速下均实现高效率运行，这就造成了采用此驱动方式的电动汽车往往无法在满足能量利用效率最高的前提下兼顾低速下的驱动和爬坡与高速行驶两方面的需求。

技术实现要素：

针对以上问题，本发明提出了一种新颖的电动汽车双电机驱动的控制方法和系统，根据不同的工况，将车辆总扭矩需求在两个电机之间进行合理分配，在满足车辆总扭矩需求的同时提升系统总体能量利用效率。

根据本发明的一个方面，提供了一种电动汽车、尤其纯电动汽车的双电机驱动控制方法，所述电动汽车包括第一动力电机以及第二动力电机；驱动轮；以及用于将动力在所述电机与所述驱动轮之间传递的传动装置，所述传动装置限定具有第一传动比的第一挡位以及具有第二传动比的第二挡位，并且所述传动装置能够在仅所述第一动力电 机以所述第二挡位与所述传动装置操作性相连的单电机驱动位置、所述第一动力电机以所述第二挡位并且所述第二动力电机以所述第一挡位同时与所述传动装置操作性相连的双电机一挡驱动位置、所述第一动力电机以所述第二挡位并且所述第二动力电机以所述第二挡位同时与所述传动装置操作性相连的双电机二挡驱动位置之间切换，所述方法包括：

确定所述电动汽车的当前车速以及需要由所述传动装置输出的需求扭矩；

在所述需求扭矩能够由所述第一动力电机满足的情况下，确定所述第一动力电机在单电机驱动位置时的能量利用效率；

依据所述当前车速判断所述第二动力电机的转速区间是否适用双电机一挡驱动位置的传动比；

在所述第二动力电机的转速区间适用双电机一挡驱动位置的传动比的情况下，以预定的扭矩间隔，确定满足所述需求扭矩的所述第一动力电机和所述第二动力电机的不同的扭矩组合，针对不同的扭矩组合，分别计算所述第一和第二动力电机在双电机一挡和二挡驱动位置时的总体能量利用效率；

从上述得到的单电机驱动位置时的、双电机一挡和二挡驱动位置时的能量利用效率中确定最高值，依据与所述最高值对应的驱动位置切换所述传动装置的挡位并对电机进行相应的扭矩控制。

可选地，在所述第二动力电机的转速区间不适用双电机一挡驱动位置的传动比的情况下，以预定的扭矩间隔，确定满足所述需求扭矩的所述第一动力电机和所述第二动力电机的不同的扭矩组合，针对不同的扭矩组合，分别计算所述第一和第二动力电机在双电机二挡驱动位置时的总体能量利用效率；

从上述计算得到的单电机驱动位置时的、双电机二挡驱动位置时的能量利用效率中确定最高值，依据与所述最高值对应的驱动位置切换所述传动装置的挡位并对电机进行相应的扭矩控制。

可选地，如果所述需求扭矩无法由所述第一动力电机满足，则依据所述电动汽车的当前车速判断所述第二动力电机的转速区间是否适 用双电机一挡驱动位置的传动比；

在所述第二动力电机的转速区间适用双电机一挡驱动位置的传动比的情况下，以预定的扭矩间隔，确定满足所述需求扭矩的所述第一动力电机和所述第二动力电机的不同的扭矩组合，针对不同的扭矩组合，分别计算所述第一和第二动力电机在双电机一挡和二挡驱动位置时的总体能量利用效率；

从上述计算得到的双电机一挡和二挡驱动位置时的能量利用效率中确定最高值，依据与所述最高值对应的驱动位置切换所述传动装置的挡位、并依据与所述最高值对应的扭矩组合对电机进行扭矩控制。

可选地，在所述第二动力电机的转速区间不适用双电机一挡驱动位置的传动比的情况下，以预定的扭矩间隔，确定满足所述需求扭矩的所述第一动力电机和所述第二动力电机的不同的扭矩组合，针对不同的扭矩组合，分别计算所述第一和第二动力电机在双电机二挡驱动位置时的总体能量利用效率；

从上述计算得到的双电机二挡驱动位置时的能量利用效率中确定最高值，将所述传动装置切换至双电机二挡驱动位置、并依据与所述最高值对应的扭矩组合对电机进行扭矩控制。

优选地，所述第一动力电机的功率大于所述第二动力电机的功率。

优选地，所述第二传动比小于所述第一传动比。

可选地，在所述电动汽车加速行驶时，所述第一和第二动力电机的总体能量利用效率的计算公式为：η双＝((t1×n1/9550)+(t2×n2/9550))/((t1×n1/9550)/η1+(t2×n2/9550)/η2)，其中，t1和t2分别为所述第一动力电机和所述第二动力电机的输出轴上的扭矩，单位：牛·米；n1和n2分别为所述第一动力电机和所述第二动力电机输出轴上的转速，单位：转数/分钟；η1和η2分别是所述第一动力电机和所述第二动力电机本身的效率值。

可选地，在所述电动汽车减速行驶或制动时，所述第一和第二动力电机的总体能量利用效率的计算公式为：η′双＝((t1×n1×η1/9550)+(t2×n2×η2/9550))/((t1×n1/9550+(t2×n2/9550))，其中，t1和t2分别为所述第一动力电机和所述第二动力电机的输出轴上的扭矩， 单位：牛·米；n1和n2分别为所述第一动力电机和所述第二动力电机输出轴上的转速，单位：转数/分钟；η1和η2分别是所述第一动力电机和所述第二动力电机本身的效率值。

优选地，所述传动装置为齿轮传动装置。

优选地，所述方法在所述电动汽车的行驶过程中以预定时间间隔实时地完成。

可选地，所述方法在所述电动汽车出厂时事先完成并针对不同车速和需求扭矩的传动装置的不同驱动位置调用以及电机的扭矩控制结果存储在所述电动汽车的存储器内，在所述电动汽车的行驶过程中以预定的时间间隔针对不同车速和需求扭矩调用所存储的结果来控制所述传动装置的驱动位置并对电机进行扭矩控制。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种电动汽车、尤其纯电动汽车的双电机驱动控制系统，所述系统包括第一动力电机以及第二动力电机；传动装置，所述传动装置的输入端与所述第二动力电机选择性相连，并且所述电动汽车的驱动轮与所述传动装置的输出端相连；以及控制单元，所述传动装置限定具有第一传动比的第一挡位与具有第二传动比的第二挡位，并且根据前述方法，所述控制单元控制所述传动装置在仅所述第一动力电机以所述第二挡位与所述传动装置的输入端相连的单电机驱动位置、所述第一动力电机以所述第二挡位并且所述第二动力电机以所述第一挡位同时与所述传动装置的输入端相连的双电机一挡驱动位置、所述第一动力电机以所述第二挡位并且所述第二动力电机以所述第二挡位同时与所述传动装置的输入端相连的双电机二挡驱动位置之间切换，并且所述控制单元控制电机的扭矩。

采用本发明的这种双电机扭矩分配方法，可实时优化电动汽车的扭矩分配策略，从而提高系统能量利用效率，延长车辆的续驶里程。

附图说明

从后述的详细说明并结合下面的附图将能更全面地理解本发明的前述及其它方面。需要指出的是，各附图的比例出于清楚说明的目的有可能不一样，但这并不会影响对本发明的理解。在附图中：

图1示意性示出了根据本发明的双电机驱动控制系统的框图；

图2示意性示出了如图1所示的传动装置的一个实施例的示意图；并且

图3示意性示出了根据本发明的双电机驱动控制方法的流程图。

具体实施方式

在本申请的各附图中，结构相同或功能相似的特征由相同的附图标记表示。

图1示意性示出了根据本发明的双电机驱动控制系统的框图。该驱动控制系统包括两个电机1、6，其中电机1与传动装置100的输入端总是连接，而电机6与传动装置100的输入端选择性动力连接，在车辆控制单元300的控制下将动力依据需要提供给电动汽车的驱动轮200。车辆控制单元300可以分别控制和监测电机1、6的操作参数，例如可以依据需要实时地调整每个电机的扭矩、监测电机的输出轴转速等。车辆控制单元300可以控制传动装置100与电机1、6的各自的动力连接、以及控制传动装置100的内部换挡动作。

除此以外，本发明的驱动控制系统还可以包括动力电池及其电池管理系统、换挡电机及其控制器等其它必要的部件。此外，本领域技术人员应当清楚，本申请所指的双电机驱动可以是纯电动汽车的双电机驱动，也可以是插电式混合汽车中的电动驱动部分中的双电机驱动。

如上所述，传动装置100的作用主要是实现电机1、6与驱动轮200的选择性动力连接和相关挡位转换。图2示意性示出了这种传动装置的一个实例的示意图。在该图中，传动装置100是以齿轮传动机构的方式示出。但是，本领域技术人员应当清楚，所述的实例并非是对传动装置100的唯一性限制，本领域技术人员在了解相关技术手段后也可以采用其它机构例如车用无级变速器、双离合变速器等传动机构应用于本发明。

如图2所示，传动装置100包括二挡主动齿轮2，其与电机1的输出轴固定相连，从而由电机1的输出轴输出的扭矩能够直接驱动二挡主动齿轮2旋转。二挡主动齿轮2形成有一个二挡同步齿轮3，该 二挡同步齿轮3能够与二挡主动齿轮2同步旋转。

在传动装置100内设有一主减速器，该主减速器包括彼此啮合的主减主动齿轮8和主减从动齿轮12。在传动装置100内。二挡从动齿轮10和一挡从动齿轮9与所述主减主动齿轮8同轴相连。主减从动齿轮12经由差速器11和转轴与驱动轮200相连。这样，扭矩能够从电机1的输出轴经由二挡主动齿轮2、二挡从动齿轮10、主减主动齿轮8和主减从动齿轮12传递至驱动轮200，用于驱动电动汽车行驶。应当清楚，当电动汽车减速或刹车时，车轮端的扭矩能够以上述相反的过程传递至电机1。

如图2所示，传动装置100还设有一同步器7，例如为一带有内齿的套筒。电机6的输出轴上固定地设置一齿轮，该齿轮与同步器7一直啮合。传动装置100还设有彼此相互固定不动的一挡同步齿轮4和一挡主动齿轮5。同步器7能够分别被移动处于与一挡和二挡同步齿轮4和3都不啮合的单电机驱动位置；与一挡同步齿轮4啮合的双电机一挡驱动位置；与二挡同步齿轮3啮合的双电机二挡驱动位置。一挡主动齿轮5与主减速器的一挡从动齿轮9啮合。

在正常行驶的情况下，当在双电机一挡驱动位置，除了以上提到的从电机1传递到驱动轮200的扭矩以外，附加的扭矩从电机6经由一挡主动齿轮5、一挡从动齿轮9、主减主动齿轮8和主减从动齿轮12传递至驱动轮200；当在双电机二挡驱动位置，附加的扭矩从电机6经由二挡主动齿轮2、二挡从动齿轮10、主减主动齿轮8和主减从动齿轮12传递至驱动轮200，用于驱动电动汽车行驶。应当清楚，当电动汽车减速或刹车时，车轮端的扭矩能够以上述相反的过程传递至电机1和6。

优选地，二挡主动齿轮与二挡从动齿轮之间的传动比可以小于一挡主动齿轮与一挡从动齿轮之间的传动比。但是应当清楚，传动装置100中的各挡位的传动比可以依需要另定。优选地，电机1的功率可以大于电机6的功率。

根据本发明的双电机驱动控制方法，电动汽车的车辆控制单元300可以针对某一确定的车速和总扭矩需求选择采用单电机还是双电机驱 动模式，并且在双电机驱动模式下可以依据需要进行两挡切换。

对于传统的单电机单速比的控制方式而言，针对电动汽车的低速、爬坡或高速行驶的不同扭矩要求工况，无法完全兼顾要求。但采用本发明的双电机驱动控制方法可以完美解决这一问题。

图3示意性示出了根据本发明的一个实施例的双电机驱动控制方法的流程图。

首先，在步骤s10，确定电动汽车的当前车速，并且根据当前工况确定所要求的扭矩t需求。扭矩t需求的确定例如可以通过综合考虑当前车速、加速踏板位置、制动踏板位置、巡航设定、车辆上坡或下坡状态等因素来确定，这项工作例如可以由车辆控制单元300来完成。此处的扭矩t需求为依据当前工况所要传动装置输出的扭矩。

然后，在步骤s11，车辆控制单元300根据所确定的扭矩需求来判断电机1是否能够满足要求。

如果步骤s11的判断结果为“是”，则在步骤s12确定电机1单独驱动时的电机效率/能量利用效率η单，该效率η单是电机1本身的与不同转速或扭矩相关的效率值，是电机本身已经事先确定的参数，例如存储在相应的电机存储器内，需要时直接调用即可。

与步骤s12同步进行的是步骤s13，在该步骤s13判断电机6的转速区间是否能够满足双电机一挡驱动位置的转速需求。例如，根据步骤s10所确定的车速由传动装置100在双电机一挡驱动位置的传动比反推电机的转速，判断该转速是否在电机6的转速区间内。

如果步骤s13的判断结果为“是”，则在步骤s14，确定在上述双电机一挡驱动位置的情况下、即在电机6以一挡驱动位置与电机1共同为驱动轮200提供扭矩的情况下，整个驱动控制系统的能量利用效率。

步骤s14的具体实现如下。

首先，基于车速确定电机1和6的扭矩范围[t1最小、t1最大]、[t6最小、t6最大]。例如，针对给定的转速，每个电机依据功率不同存在该扭矩范围。然后，以一定的步长δt(例如，5牛·米、10牛·米、15牛·米等；期望计算精度高，则该步长可选小些)在上述扭矩范围内改变电 机1和电机6的扭矩，从而确定可以涵盖在步骤s10确定的所要求总扭矩的所有可能的扭矩组合。然后，针对每个步长δt的扭矩组合，依次计算每种扭矩组合下的双电机驱动控制系统的能量利用效率。

例如，针对电动汽车加速的情况，计算公式可以为η双1＝(p1输出+p6输出)/(p1输入+p6输入)＝((t1×n1/9550)+(t6×n6/9550))/((t1×n1/9550)/η1+(t6×n6/9550)/η6)；而针对电动汽车刹车的情况，计算公式为η′双1＝(p1输出+p6输出)/(p1输入+p6输入)＝((t1×n1×η1/9550)+(t6×n6×η6/9550))/((t1×n1/9550+(t6×n6/9550))，其中，t1和t6分别为电机1和6的输出轴上的扭矩，单位：牛·米；n1和n6分别为电机1和6的输出轴上的转速，单位：转数/分钟；η1和η6分别是电机1和6本身的与不同转速或扭矩相关的效率值，它们是电机本身已经事先确定的参数，例如存储在相应的电机存储器内，需要时直接调用即可。

本领域技术人员应当清楚的是电机的总体能量利用效率也可以采用其它方式来确定。例如，在汽车加速行驶的情况下，考虑电机消耗电功率最少的情况作为总体能量利用效率最高的情况；而在汽车减速或制动的情况下，考虑电机回收电功率最多的情况作为总体能量利用效率最高的情况。

然后，在步骤s15，确定在上述双电机二挡驱动位置的情况下、即在电机6以二挡驱动位置与电机1共同为驱动轮200提供扭矩的情况下，整个驱动控制系统的能量利用效率。步骤s15的具体实现方式与步骤s14相同，在此不做冗述。

如果步骤s13的判断结果为“否”，则在步骤s16，确定在上述双电机二挡驱动位置的情况下、即在电机6以二挡驱动位置与电机1共同为驱动轮200提供扭矩的情况下，整个驱动控制系统的能量利用效率。步骤s16的具体实现方式与步骤s15相同，在此不做冗述。

接着，在步骤s17，针对单电机1驱动的电机效率(s12)、步长δt的不同扭矩组合下计算得到的多个双电机一挡驱动控制系统的能量利用效率(s14)、以及步长δt的不同扭矩组合下计算得到的多个双电机二挡驱动控制系统的能量利用效率(s15)，比较确定它们中的效率 最高值，然后依据这个效率最高值，确定如何切换动力。或者在步骤s17′，针对单电机1驱动的电机效率(s12)、步长δt的不同扭矩组合下计算得到的多个双电机二挡驱动控制系统的能量利用效率(s16)，比较确定它们中的效率最高值，然后依据这个效率最高值，确定如何切换动力。

例如，在电机6的转速区间能够满足当前车速的情况下，将步骤s12的结果与步骤s14和s15的结果进行比较，如果单电机1驱动的电机效率(s12)的值最大，则车辆控制单元300指令传动装置100维持单电机驱动位置不变并对电机进行扭矩控制(步骤s4)。

再例如，在电机6的转速区间能够满足当前车速的情况下，将步骤s12的结果与步骤s14和s15的结果进行比较，如果某个步长δt的扭矩组合下计算得到的双电机一挡驱动控制系统的能量利用效率(s14)的值最大，则车辆控制单元300指令传动装置100切换到双电机一挡驱动位置并以该扭矩组合对电机1和6进行扭矩控制(步骤s4)。这里对电机进行扭矩控制指的是依据与所确定的能量利用效率最大的那个扭矩组合，分别调节电机1和6的扭矩输出。例如，如果总扭矩需求为400牛·米并且电机1可以满足总扭矩需求且电机6的转速区间可以满足一挡需求，在这种情况下，如果某一扭矩组合在一挡驱动位置时所计算得到的能量利用效率最大，那么调节传动装置100的输入端与电机1和6均相连，同时电机6的挡位处于一挡，并且依照该扭矩组合分别调节电机1和6的扭矩输出。

再例如，在电机6的转速区间能够满足当前车速的情况下将步骤s12的结果与步骤s14和s15的结果进行比较，或者在电机6的转速区间无法满足当前车速的情况下将步长δt的不同扭矩组合下计算得到的多个双电机二挡驱动控制系统的能量利用效率进行比较，如果某个步长δt的扭矩组合下计算得到的双电机二挡驱动控制系统的能量利用效率(s14)的值最大，则车辆控制单元300指令传动装置100切换到双电机二挡驱动位置并以该扭矩组合对电机1和6进行扭矩控制(步骤s4)。扭矩控制的具体过程与上述类似。

如果步骤s11的判断结果为“否”，则在步骤s20判断电机6的转 速区间是否能够满足双电机一挡驱动位置的转速需求。步骤s20的实现方式与步骤s13类似，在此不作冗述。

如果步骤s20的判断结果为“是”，则在步骤s21依据与步骤14相同的方式确定步长δt的不同扭矩组合下计算得到的多个双电机一挡驱动控制系统的能量利用效率。

然后，在步骤s22依据与步骤s15相同的方式来确定步长δt的不同扭矩组合下计算得到的多个双电机二挡驱动控制系统的能量利用效率。

接着，在步骤s23，针对步长δt的不同扭矩组合下计算得到的多个双电机一挡驱动控制系统的能量利用效率(s21)以及步长δt的不同扭矩组合下计算得到的多个双电机二挡驱动控制系统的能量利用效率(s22)，比较确定它们中的效率最高值，然后依据这个效率最高值，确定如何切换动力。

例如，在电机6的转速区间能够满足当前车速的情况下，如果某个步长δt的扭矩组合下计算得到的双电机一挡驱动控制系统的能量利用效率(s21)的值最大，则车辆控制单元300指令传动装置100切换到双电机一挡驱动位置并以该扭矩组合对电机1和6进行扭矩控制(步骤s4)。扭矩控制的具体过程与上述类似。

如果步骤s20的判断结果为“否”，则在步骤s31依据与步骤s15相同的方式计算以确定步长δt的不同扭矩组合下计算得到的多个双电机二挡驱动控制系统的能量利用效率。

接着，在步骤s32，针对步长δt的不同扭矩组合下计算得到的多个双电机二挡驱动控制系统的能量利用效率(s31)，比较确定它们中的效率最高值，然后依据这个效率最高值，确定如何切换动力。

如果某个步长δt的扭矩组合下计算得到的双电机二挡驱动控制系统的能量利用效率(s31)的值最大，则车辆控制单元300指令传动装置100切换到双电机二挡驱动位置并以该扭矩组合对电机1和6进行扭矩控制(步骤s4)。扭矩控制的具体过程与上述类似。

这样，无论对于电动汽车加速行驶所需能量或是对于减速或制动时回收能量，都可以确保本发明的双电机驱动控制系统能够总是在最 高的整体能量利用效率的情况下运行。

本发明的上述方法可以在驱动控制系统内实时地完成，即以一定的时间间隔针对实测速度或设定的速度判断总扭矩需求，然后不断重复执行如图3所示的过程，从而确保本发明的双电机驱动控制系统能够针对真实工况实时地高效运行。

当然，对于无法提供实时计算的电动汽车，也可在本发明的这种双电机驱动控制系统出厂之前实现模拟各种工况，然后以如图3所示的方法计算不同工况下的控制策略，再将这种控制策略存储在车辆控制单元中。在电动汽车实际行驶时，依据实时监测的工况，再调用已事先存储的控制策略对双电机驱动控制系统进行控制。

尽管这里详细描述了本发明的特定实施方式，但它们仅仅是为了解释的目的而给出的，而不应认为它们对本发明的范围构成限制。在不脱离本发明精神和范围的前提下，各种替换、变更和改造可被构想出来。