专利名称：一种驾驶员需求转矩的解析方法
技术领域：
本发明涉及驾驶员需求转矩的解析方法，具体涉及电动汽车中驾驶员对于车辆车轮处驱动需求转矩的解析方法。
背景技术：
在混合动力汽车、插电式混合动力汽车和纯电动汽车的控制系统中，通常是根据加速踏板开度和车速预测出驾驶员需求转矩，然后根据驾驶员需求转矩、车速和蓄电池荷电状态值(State of Charge, SOC)，确定出电机输出转矩、发动机输出转矩和变速器挡位。驾驶员需求转矩的解析方法对车辆的动力性、经济性及控制系统的稳定性有着重要的影响。 当前驾驶员转矩解析过程中，主要是参考发动机管理系统(Engine Managementsystem,EMS)中的预测方法，根据动力系统最大转矩曲线、加速踏板开度和车速(转速)，从单级减速器或变速箱的输入端、解析驾驶员的需求转矩。对于仅装备单级减速器的纯电动车辆，当前解析方法可满足要求；但对于装备5挡或6挡等有级式自动变速器(Automatictransmission, AT)的新能源车辆,根据当前的解析方法、解析的是变速箱输入端的需求转矩，这样会导致变速箱的换挡规律和转矩分配策略无法得到优化。
发明内容
为了解决变速箱换挡规律和转矩分配优化的问题，本发明提供了一种预测车辆车轮处驱动需求转矩的解析方法。本发明的工作原理是首先，计算电源系统的最大放电功率数值(Maximum Power, MP),该功率数值是指电源系统可释放出的最大功率数值；电源系统如果是单独的蓄电池或超级电容，MP为蓄电池或超级电容单独最大的放电功率；电源系统如果是由超级电容和蓄电池等电源组成的联合体，MP是指联合体中各单元的最大输出电功率之和；电源系统如果包括发动机和发电机组成的辅助动力单元(Auxiliary Power Unit,APU),以及蓄电池或超级电容等单独电源系统，MP是指APU与各电源系统最大放电功率之和。其次，根据电源系统的MP和电机的峰值转矩特性，计算驱动系统中各电机的最大输出转矩数组(Motor Maximum Torque Array, MTA);设定一个转速数组(Speed Array,SA)，SA是指从O到电机最高转速间、以某一固定转速(例如100r/min)为间隔的多个转速组成，根据SA和MP，计算出SA中各数值对应的转矩、组成ΜΤΑ,ΜΤΑ和SA中数值——对应；对于纯电动汽车、串联式和并联式混合动力汽车，一般只有一个驱动电机，按照电源系统的ΜΡ、计算出对应的ΜΤΑ，称之为电源系统限制的ΜΤΑ，同时，根据电机的峰值转矩特性、可插值得到转速数组对应的最大转矩，称之为电机特性限制的ΜΤΑ，每个转速时存在一个电源系统限制的最大转矩和一个电机特性限制的最大转矩，两个限制转矩取最小值、即可得到不同转速时最小值组成的MTA ;对于混联式混合动力汽车，存在两个电机，一个为主电机、功率大且用来驱动车辆，一个为从电机、功率较小且主要用于启停或发电，主、从两个电机都有可能同时驱动车辆，首先让电源系统放电功率满足主电机峰值功率需求，从电机获得的功率为电源系统最大放电功率与主电机峰值功率之差,在此条件下,主电机的MTA为其峰值转矩数组，按照从电机获得的功率和其峰值转矩，根据纯电动汽车电机MTA的计算方法，可以得到从电机的MTA。再次，根据电机MTA、发动机外特性转矩曲线、传动系统的挡位数比和传动效率，计算动力系统传递至前轴和后轴车轮处的最大转矩数组(Wheel Maximum Torque Array,WTA);对于单轴驱动、动力系统由电机和单级减速器(Motor and Reduction, MR)组成的纯电动汽车和串联式混合动力汽车，根据SA和单级减速速比、计算出车速数组(VelocityArray, VA)，电机MTA乘以单级减速速比和传动效率、可得到车轮处的最大转矩数组(WheelMaximum Torque Array, WTA)，如果车辆是前(后)轮驱动，前(后)轴车轮的驱动转矩为计算的WTA、后(前)轴车轮驱动转矩为0，VA和WTA数值一一对应；对于单轴驱动，动力系统由发动机、电机和自动变速器(Engine, Motor and Transmission, EMT)组成的并联式混合动力汽车，对电机MTA和发动机外特性转矩曲线进行求和、得到动力系统的复合转矩数 组，根据复合转矩数组、SA和变速器每个挡位速比，计算出每个挡位对应的VA和WTA，绘制出每个挡位VA和WTA曲线、求取转矩最大值的包络曲线，包络曲线对应的车速与转矩即为最终VA和WTA的对应关系，如果车辆是前(后)轮驱动，前(后)轴车轮的转矩数组为最终计算出的WTA，后(前)轴车轮驱动转矩为O ;对于前轴动力系统通常由发动机、电机和自动变速器组成，后轴动力系统由电机和单级减速器组成的混联式混合动力汽车，根据MR和EMT系统计算方法，分别计算出前轴和后轴的WTA，得到WTA随VA的变化关系；最后，根据地面最大附着能力对前轴和后轴转矩进行限制，计算加速踏板开度最大时车辆在车轮处获得的最大转矩数组(Vehicle Maximum Torque Array, VTA),根据汽车理论中前轴和后轴车轮地面附着力的计算方法、分别计算地面附着力提供的最大转矩数值(Maximum Adhesive Torque,MAT),前轴MAT根据加速度为O时的公式计算,根据常见行驶工况的最大加速度、计算后轴的MAT ;前(后)轴WTA中的每个数值与前(后)轴MAT取最小，得到附着力限制下前(后)轴车轮处的最大转矩数组(Maximum Adhesive LimitedWheel Torque Array, MAWA)，前轴和后轴MAWA之和为车辆的VTA，VTA和VA中数值是——对应；VTA随VA的变化关系，表示加速踏板开度为100 %时车轮处驾驶员需求转矩随车速的变化关系，设定加速踏板开度为O时每个车速对应的需求转矩均为0，利用线性插值方法、可确定出不同油门开度的需求转矩数组；给定加速踏板开度和车速，就可插值获得车轮处驾驶员需求转矩数值。本发明的优越功效在于直接预测车辆车轮处驾驶员的需求转矩，对于装备变速器的车辆，车轮处转矩与变速器输出端转矩成正比，车轮处需求转矩确定后、即可获得变速器输出端的需求转矩，根据变速器输出端需求转矩、利用电机(发动机)的效率曲线，选择合适挡位、可使电机(发动机)工作于较高效率区域。
图I是电机峰值转矩曲线；图2是发动机外特性转矩特性曲线；
图3为发动机和电机复合转矩的最大转矩曲线；图4是5个挡位的VA和WTA曲线；图5是5个挡位转矩最大值的包络曲线，以及根据前轴MAT绘制的曲线；图6是加速踏板开度为100%时车辆VTA随VA的变化曲线；图7是车轮处驾驶员需求转矩随车速和加速踏板开度的变化关系。
具体实施例方式请参阅附图所示，以前轴驱动EMT系统的并联式混合动力汽车为对象，对本发明作进一步的描述。首先，对象车型电源系统仅包括蓄电池、电池系统提供的MP为30kW ； 其次，SA由O到6000r/min、以500r/min为间隔的13个转速组成；根据SA和MP，计算出SA中各数值对应的转矩、组成ΜΤΑ,ΜΤΑ由13个转矩数值组成，此数组是电源系统限制的MTA ;同时，根据图I电机的峰值转矩特性、可插值得到转速数组对应的电机特性限制的MTA ;经过计算，电源系统限制MTA中的每个值均大于的电机特性限制MTA对应值，图I为最终MTA随SA的变化关系；再次，对电机MTA和发动机外特性转矩曲线(图2)进行求和、得到动力系统的复合转矩数组，复合转矩随SA变化曲线如图3所示；根据SA和变速器5个挡位速比，计算出每个挡位对应的VA和WTA，绘制出每个挡位VA和WTA曲线、如图4所示，求取车速与转矩最大值的包络曲线、如图5曲线I所示，曲线I为WTA随车速的变化关系，后轴车轮驱动转矩为O ;最后，加速度为O时前轴MT为2100Nm、为前轴获得的最大附着转矩，图5中曲线2是根据前轴MAT绘制而得，前轴WTA中的每个数值与2100Nm取最小，得到前轴车轮MAWA随车速变化关系、如图6所示，图6即为加速踏板开度100 %时车辆VTA随车速变化关系，设定加速踏板开度为O时每个车速对应的需求转矩均为0，利用线性插值方法、可确定出不同油门开度需求转矩数组随VA的变化关系，如图7所示；给定加速踏板开度和车速，根据图7、就可插值获得车轮处驾驶员需求转矩数值。
权利要求
1.一种驾驶员需求转矩的解析方法，该方法的步骤是 1)计算电源系统的最大放电功率数值(MaximumPower, MP)； 2)根据电源系统的MP和电机的峰值转矩特性，计算驱动系统中各电机的最大输出转矩数组(Motor Maximum Torque Array, MTA)； 3)根据电机MTA、发动机外特性转矩曲线、传动系统的挡位数比和传动效率，计算动力系统传递至前轴和后轴车轮处的最大转矩数组(Wheel Maximum Torque Array, WTA)； 4)根据地面最大附着能力对前轴和后轴转矩进行限制，计算加速踏板开度最大时车辆在车轮处获得的最大转矩数组(Vehicle Maximum Torque Array, VTA),并线性插值出其他踏板开度时的转矩数组。
所述的计算电源系统的最大放电功率数值(Maximum Power,MP)的设计方法如下所示该功率数值是指电源系统可释放出的最大功率数值，电源系统如果是单独的蓄电池或超级电容，MP为蓄电池或超级电容单独最大的放电功率；电源系统如果是由超级电容和蓄电池等电源组成的联合体，MP是指联合体中各单元的最大输出电功率之和；电源系统如果包括发动机和发电机组成的辅助动力单元(Auxiliary Power Unit,APU),以及蓄电池或超级电容等单独电源系统，MP是指APU与各电源系统最大放电功率之和； 所述的根据电源系统的MP和电机的峰值转矩特性，计算驱动系统中各电机的最大输出转矩数组(Motor Maximum Torque Array,MTA)的设计方法如下所示设定一个转速数组(Speed Array, SA)，SA是指从O到电机最高转速间、以某一固定转速(例如100r/min)为间隔的多个转速组成，根据SA和MP，计算出SA中各数值对应的转矩、组成MTA，MTA和SA中数值一一对应；对于纯电动汽车、串联式和并联式混合动力汽车，一般只有一个驱动电机，按照电源系统的MP、计算出对应的MTA，称之为电源系统限制的MTA，同时，根据电机的峰值转矩特性、可插值得到转速数组对应的最大转矩，称之为电机特性限制的MTA，每个转速时存在一个电源系统限制的最大转矩和一个电机特性限制的最大转矩，两个限制转矩取最小值、即可得到不同转速时最小值组成的MTA;对于混联式混合动力汽车，存在两个电机，一个为主电机、功率大且用来驱动车辆,一个为从电机、功率较小且主要用于启停或发电,主、从两个电机都有可能同时驱动车辆，首先让电源系统放电功率满足主电机峰值功率需求，从电机获得的功率为电源系统最大放电功率与主电机峰值功率之差，在此条件下，主电机的MTA为其峰值转矩数组，按照从电机获得的功率和其峰值转矩，根据纯电动汽车电机MTA的计算方法，可以得到从电机的MTA ； 所述的根据电机MTA、发动机外特性转矩曲线、传动系统的挡位数比和传动效率，计算动力系统传递至前轴和后轴车轮处的最大转矩数组(Wheel Maximum Torque Array,WTA)的设计方法如下所示对于单轴驱动、动力系统由电机和单级减速器(Motor andReduction, MR)组成的纯电动汽车和串联式混合动力汽车,根据SA和单级减速速比、计算出车速数组(Velocity Array，VA)，电机MTA乘以单级减速速比和传动效率、可得到车轮处的最大转矩数组(Wheel Maximum Torque Array, WTA),如果车辆是前(后)轮驱动,前(后)轴车轮的驱动转矩为计算的WTA、后(前)轴车轮驱动转矩为0，VA和WTA数值一一对应；对于单轴驱动，动力系统由发动机、电机和自动变速器(Engine,Motor and Transmission,EMT)组成的并联式混合动力汽车，对电机MTA和发动机外特性转矩曲线进行求和、得到动力系统的复合转矩数组，根据复合转矩数组、SA和变速器每个挡位速比，计算出每个挡位对应的VA和WTA，绘制出每个挡位VA和WTA曲线、求取转矩最大值的包络曲线，包络曲线对应的车速与转矩即为最终VA和WTA的对应关系，如果车辆是前(后)轮驱动，前(后)轴车轮的转矩数组为最终计算出的WTA，后(前)轴车轮驱动转矩为O;对于前轴动力系统通常由发动机、电机和自动变速器组成，后轴动力系统由电机和单级减速器组成的混联式混合动力汽车，根据MR和EMT系统计算方法，分别计算出前轴和后轴的WTA，得到WTA随VA的变化关系； 所述的根据地面最大附着能力对前轴和后轴转矩进行限制，计算加速踏板开度最大时车辆在车轮处获得的最大转矩数组(Vehicle Maximum Torque Array, VTA),并线性插值出其他踏板开度时的转矩数组的设计方法如下所示根据汽车理论中前轴和后轴车轮地面附着力的计算方法、分别计算地面附着力提供的最大转矩数值(Maximum Adhesive Torque,MAT) ，前轴MAT根据加速度为O时的公式计算，根据常见行驶工况的最大加速度、计算后轴的MAT;前(后)轴WTA中的每个数值与前(后)轴MAT取最小，得到附着力限制下前(后)轴车轮处的最大转矩数组(Maximum Adhesive Limited Wheel Torque Array, MAWA),前轴和后轴MAWA之和为车辆的VTA，VTA和VA中数值是——对应；VTA随VA的变化关系，表示加速踏板开度为100%时车轮处驾驶员需求转矩随车速的变化关系，设定加速踏板开度为O时每个车速对应的需求转矩均为0，利用线性插值方法、可确定出不同油门开度的需求转矩数组；给定加速踏板开度和车速，就可插值获得车轮处驾驶员需求转矩数值。
全文摘要
一种车轮处驾驶员需求转矩的解析方法，该方法首先计算电源系统的最大放电功率数值；根据电源系统的最大放电功率数值和电机的峰值转矩特性，计算驱动系统中各电机的最大输出转矩数组；按照电机的最大输出转矩数组、发动机外特性转矩曲线、传动系统的挡位数比和传动效率，计算动力系统传递至前轴和后轴车轮处的最大转矩数组；基于地面最大附着能力，对前轴和后轴转矩进行限制；计算加速踏板开度最大时车辆在车轮处获得的最大转矩数组，并线性插值出其他踏板开度时的转矩数组；给定加速踏板开度和车速，即可插值获得车轮处驾驶员需求转矩数值。
文档编号B62D6/10GK102897214SQ201210395528
公开日2013年1月30日 申请日期2012年10月18日 优先权日2012年10月18日
发明者杨伟斌 申请人:杨伟斌