双电机电动客车动力系统及该系统的转矩优化分配方法与流程

本发明涉及技术，尤其涉及一种双电机电动客车动力系统及该系统的转矩优化分配方法。

背景技术：

现今，电动汽车已经逐渐的走进人们的日常生活中。现在电动汽车大都是采用的是单电机对汽车进行驱动，这种驱动方式也被称为集中式驱动。采用单电机驱动的电动汽车的动力电机需经过减速器、差速器等传动机构传递到车轮。传递功率有一定的损失，传递效率相对较低。除此之外，采用集中式驱动的电机很有可能运行在电机的低效区，造成效率较低。

技术实现要素：

在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

鉴于此，本发明提供了一种双电机电动客车动力系统及该系统的转矩优化分配方法，以至少解决现有电动汽车所存在的传递效率低及其驱动电机的运行效率低的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种双电机电动客车动力系统，该双电机电动客车动力系统包括：前轮驱动电机、前轮驱动电机控制器、后轮驱动电机、后轮驱动电机控制器和整车控制器；其中，所述前轮驱动电机的输入端与所述前轮驱动电机控制器的输出端连接，所述后轮驱动电机的输入端与所述后轮驱动电机控制器的输出端进行连接，所述前轮驱动电机控制器的输入端与所述整车控制器的一个输出端连接，所述后轮驱动电机控制器的输入端与所述整车控制器的另一个输出端连接。

根据本发明的另一方面，还提供了一种双电机电动客车动力系统的转矩优化分配方法，该双电机电动客车动力系统的转矩优化分配方法包括：S1、检测所述电动客车的前后轮驱动电机控制器的输入端母线电压、输入端母线电流、前后轮驱动电机的转速信号以及电动客车实际运行所需总转矩；S2、根据所述前后轮驱动电机控制器的输入端母线电压、输入端母线电流、前后轮驱动电机的转速信号以及电动客车实际运行所需总转矩，利用抛物线插值法计算转矩最优分配系数，其中，所述转矩最优分配系数使得所述前轮驱动电机和所述后轮驱动电机的实时总效率最高；S3、利用所述转矩最优分配系数及S1中所检测到的电动客车实际运行所需总转矩计算前后轮驱动电机所需分配的转矩，根据前后轮驱动电机所需分配的转矩对所述电动客车的前轮驱动电机控制器和后轮驱动电机控制器进行控制，以控制所述前轮驱动电机和所述后轮驱动电机的转矩。

进一步地，所述计算转矩最优分配系数的步骤包括：S21、设置前轮转矩分配系数k，k为前轮驱动电机转矩与实时总转矩T_Total的比，其中，k的初始化搜索区间为[0,1]，搜索收敛精度为ε；执行步骤S22；S22、定义变量i，其初始值为1，并令opt(0)＝0；执行步骤S23；S23、取x₁＝0，x₃＝1，取x₂属于区间[0,1]，且满足1/η(x₂)<1/η(x₁)，1/η(x₂)<1/η(x₃)；执行步骤S24；S24、定义通过使得x₁、x₂和x₃三点处的1/η与相等来计算系数a、b和c的值，并令opt(i)＝-b/2c；执行步骤S25；S25、判断|1/η(opt(i))-1/η(opt(i-1))|与ε的大小：如果|1/η(opt(i))-1/η(opt(i-1))|<ε，执行步骤S26；否则，在x₁、x₂、x₃和opt(i)中选出令1/η最小的三个点，并将选出的令1/η最小的三个点重新标记为x₁、x₂和x₃，并令i＝i+1后返回执行步骤S24；S26、令前轮转矩分配系数k＝opt(i)，并将当前的k作为所述转矩最优分配系数。

进一步地，步骤S25中前后轮驱动电机的实时总效率值η通过如下过程获得：根据下式计算所述前轮驱动电机的输入功率和输出功率，

其中，t表示时间，P_in,i(t)表示t时刻对应的前轮驱动电机的输入功率，P_out,i(t)表示t时刻对应的前轮驱动电机的输出功率，U₁(t)表示t时刻对应的前轮驱动电机控制器的输入端母线电压，I₁(t)表示t时刻对应的前轮驱动电机控制器的输入端母线电流，k为前轮转矩分配系数，n₁(t)为t时刻对应的前轮驱动电机转速，T_Total(t)表示t时刻对应的实时总转矩；根据下式计算所述后轮驱动电机的输入功率和输出功率：

其中，P_in,2(t)表示t时刻对应的后轮驱动电机的输入功率，P_out,2(t)表示t时刻对应的后轮驱动电机的输出功率，U₂(t)表示t时刻对应的后轮驱动电机控制器的输入端母线电压，I₂(t)表示t时刻对应的后轮驱动电机控制器的输入端母线电流，n₂(t)为t时刻对应的后轮驱动电机转速；根据下式计算t时刻对应的实时总效率：

进一步地，前后轮驱动电机所需分配的转矩通过如下方式获得：

其中，T为电动客车实际运行所需总转矩，k_opt为转矩最优分配系数，T_f为前轮驱动电机所需分配的转矩，T_b为后轮驱动电机所需分配的转矩。

本发明的双电机电动客车动力系统及该系统的转矩优化分配方法，能够简化电动汽车动力输出部分的传动机构，减小传动机构造成的损耗，提高传递效率；通过所提出的优化分配方法，能够有效的提高电动汽车的运行效率。

通过以下结合附图对本发明的最佳实施例的详细说明，本发明的这些以及其他优点将更加明显。

附图说明

本发明可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解，其中在所有附图中使用了相同或相似的附图标记来表示相同或者相似的部件。所述附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分，而且用来进一步举例说明本发明的优选实施例和解释本发明的原理和优点。在附图中：

图1是示意性地示出本发明的双电机电动客车动力系统的一个示例的结构图；

图2是示意性地示出本发明的双电机电动客车动力系统的转矩优化分配方法的一个示例性处理的流程图；

图3是示出图2中计算转矩最优分配系数的步骤的详细过程的流程图。

本领域技术人员应当理解，附图中的元件仅仅是为了简单和清楚起见而示出的，而且不一定是按比例绘制的。例如，附图中某些元件的尺寸可能相对于其他元件放大了，以便有助于提高对本发明实施例的理解。

具体实施方式

在下文中将结合附图对本发明的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。

在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

本发明的实施例提供了一种双电机电动客车动力系统，双电机电动客车动力系统包括：前轮驱动电机、前轮驱动电机控制器、后轮驱动电机、后轮驱动电机控制器和整车控制器；其中，前轮驱动电机的输入端与前轮驱动电机控制器的输出端连接，后轮驱动电机的输入端与后轮驱动电机控制器的输出端进行连接，前轮驱动电机控制器的输入端与整车控制器的一个输出端连接，后轮驱动电机控制器的输入端与整车控制器的另一个输出端连接。

图1示出了根据本发明实施例的双电机电动客车动力系统的一个示例性结构。

在该实施例中，双电机电动客车动力系统包括前轮驱动电机4、前轮驱动电机控制器5、后轮驱动电机7、后轮驱动电机控制器6和整车控制器8。

此外，图1中还示出了用于给双电机电动客车动力系统中其他组成部分供电的单元，即，复合储能系统。如图1所示，复合储能系统包括能量管理模块1、超级电容2以及电池3。其中，电池3为由多个单电池串联而成的电池组，能量管理模块1的高电势端连接电池3的正极、低电势端连接电池3的负极。此外，能量管理模块1还与超级电容2相连接，其中，超级电容2由多个电容串联而成，用于防止系统短路而造成的损坏等。

如图1所示，前轮驱动电机4的输入端与前轮驱动电机控制器5的输出端连接，后轮驱动电机7的输入端与后轮驱动电机控制器6的输出端进行连接。此外，前轮驱动电机控制器5的输入端与整车控制器8的一个输出端连接，后轮驱动电机控制器6的输入端与整车控制器8的另一个输出端连接。

此外，需要说明的是，在图1中，两处最粗的实线(即前轮与前轮驱动电机4之间的连接线，后轮与后轮驱动电机之间的连接线)表示机械连接关系，而其余的实线均表示电气连接关系。另外，图1中的箭头虚线表示的是信号连接关系，即信号的传输方向。

此外，本发明的实施例还提供了一种双电机电动客车动力系统的转矩优化分配方法，双电机电动客车动力系统的转矩优化分配方法包括：S1、检测所述电动客车的前后轮驱动电机控制器的输入端母线电压、输入端母线电流、前后轮驱动电机的转速信号以及电动客车实际运行所需总转矩；S2、根据所述前后轮驱动电机控制器的输入端母线电压、输入端母线电流、前后轮驱动电机的转速信号以及电动客车实际运行所需总转矩，利用抛物线插值法计算转矩最优分配系数，其中，所述转矩最优分配系数使得所述前轮驱动电机和所述后轮驱动电机的实时总效率最高；S3、利用所述转矩最优分配系数及S1中所检测到的电动客车实际运行所需总转矩计算前后轮驱动电机所需分配的转矩，根据前后轮驱动电机所需分配的转矩对所述电动客车的前轮驱动电机控制器和后轮驱动电机控制器进行控制，以控制所述前轮驱动电机和所述后轮驱动电机的转矩。

图2示出了本发明的双电机电动客车动力系统的转矩优化分配方法的一个示例的处理流程。其中，该示例是基于上文结合图1所描述的双电机电动客车动力系统来实施的，双电机电动客车动力系统的结构参见图1以及上文对应的描述，这里不再赘述。

如图2所示，该处理流程开始之后，执行步骤S1。

在步骤S1中，检测电动客车的前后轮驱动电机控制器的输入端母线电压、输入端母线电流、前轮驱动电机和后轮驱动电机的转速信号以及电动客车实际运行所需总转矩(以下简称为实时总转矩，用T_Total表示)。然后，执行步骤S2。

下文中，为简便起见，将前轮驱动电机和后轮驱动电机简称为前后轮驱动电机。

其中，步骤S1中检测到的各种信号例如可以通过汽车总线(图1中未示出)传输至电动客车的整车控制器8，以通过整车控制器8执行接下来的处理。

在步骤S2中，根据步骤S1中检测到的电动客车前后轮驱动电机控制器的输入端母线电压、输入端母线电流、前后轮驱动电机的转速信号以及电动客车实际运行所需总转矩，利用抛物线插值法计算转矩最优分配系数，其中，转矩最优分配系数使得前后轮驱动电机的实时总效率最高。然后，执行步骤S3。

在步骤S3中，利用步骤S2中得到的转矩最优分配系数以及步骤S1中得到的电动客车实际运行所需总转矩，计算前后轮驱动电机所需分配的转矩(即，前轮驱动电机所需分配的转矩和后轮驱动电机所需分配的转矩)，根据前后轮驱动电机所需分配的转矩对电动客车的前轮驱动电机控制器和后轮驱动电机控制器进行控制，以控制前后轮驱动电机的转矩。结束该处理流程。

根据一种实现方式，步骤S2中所述的利用抛物线插值法计算转矩最优分配系数的处理可以通过如图3所示的步骤S21-S26来实现。

如图3所示，在步骤S21中，设置前轮转矩分配系数k，k等于前轮驱动电机转矩与实时总转矩T_Total的比，其中，k的初始化搜索区间为[0,1]，搜索收敛精度为ε。然后，执行步骤S22。

其中，ε的值例如可以根据经验来设定，或者也可以通过试验的方式来确定，这里不再详述。

在步骤S22中，定义变量i，其初始值为1，并令opt(0)＝0。然后，执行步骤S23。

η表示前后轮驱动电机的实时总效率值。

在步骤S23中，取x₁＝0，x₃＝1，以及取x₂属于区间[0,1]，且满足：1/η(x₂)<1/η(x₁)，以及1/η(x₂)<1/η(x₃)。然后，执行步骤S24。

其中，η(x₁)即k＝x₁时的η的值，η(x₂)即k＝x₂时的η的值，η(x₃)即k＝x₃时的η的值。

在步骤S24中，定义通过使x₁、x₂和x₃三点处的1/η与相等来计算系数a、b和c的值，并令opt(i)＝-b/2c。然后，执行步骤S25。

其中，x₁点处的1/η即1/η(x₁)，x₂点处的1/η即η(x₂)，x₃点处的1/η即η(x₃)。这样，根据以下三个方程可以计算得到a、b和c的值：

a+b x₁+cx₁²＝1/η(x₁)，

a+b x₂+cx₂²＝1/η(x₂)，

a+b x₃+cx₃²＝1/η(x₃)。

在步骤S25中，判断|1/η(opt(i))-1/η(opt(i-1))|与ε的大小：如果|1/η(opt(i))-1/η(opt(i-1))|<ε，执行步骤S26；否则，在x₁、x₂、x₃和opt(i)之中选出令1/η最小的三个点，并将选出的令1/η最小的三个点重新标记为x₁、x₂和x₃，并令i＝i+1(即图3中的步骤S255)后返回执行步骤S24。

需要说明的是，这里所说的“i＝i+1”可参考计算机编程语言解释(相当于“i++”)，也即，等号右边的i为执行“i＝i+1”语句之前的i值(称为本次计算的i值)，等号左边的i为执行“i＝i+1”语句之后的i值(称为下次计算的i值)，也就是说，“令i＝i+1”即令i的值增加1。例如，在执行“i＝i+1”语句之前，i值为2，则经过执行“i＝i+1”指令后，i值更新为2+1即3，然后再返回步骤S24。

在步骤S26中，令前轮转矩分配系数k＝opt(i)，并将当前的k作为转矩最优分配系数。

这样，通过步骤S21-S26的处理，在双电机驱动结构的基础上，得到前后轮电机的转矩分配系数，使得电动客车在运行过程中能效更高。

在一个例子中，步骤S24中前后轮驱动电机的实时总效率值η可以通过下面将要描述的过程来获得。

首先，根据公式一来计算前轮驱动电机的输入功率和输出功率。

公式一：

在公式一中，t表示时间，P_in,i(t)表示t时刻对应的前轮驱动电机的输入功率，P_out,i(t)表示t时刻对应的前轮驱动电机的输出功率，U₁(t)表示t时刻对应的前轮驱动电机控制器的输入端母线电压，I₁(t)表示t时刻对应的前轮驱动电机控制器的输入端母线电流，k为前轮转矩分配系数，n₁(t)为t时刻对应的前轮驱动电机转速，T_Total(t)表示t时刻对应的实时总转矩；

然后，根据公式二来计算后轮驱动电机的输入功率和输出功率。

公式二：

在公式二中，P_in,2(t)表示t时刻对应的后轮驱动电机的输入功率，P_out,2(t)表示t时刻对应的后轮驱动电机的输出功率，U₂(t)表示t时刻对应的后轮驱动电机控制器的输入端母线电压，I₂(t)表示t时刻对应的后轮驱动电机控制器的输入端母线电流，n₂(t)为t时刻对应的后轮驱动电机转速。

这样，可以根据公式三来计算t时刻对应的实时总效率。

公式三：

这样，利用以上三个公式计算求取前后轮驱动电机的实时总效率值η，能够有效地反应电动客车在运行过程中的能效。

根据一种实现方式，前后轮驱动电机所需分配的转矩可以通过如下方式获得：

其中，T为电动客车实际运行所需总转矩，k_opt为即转矩最优分配系数，T_f为前轮驱动电机所需分配的转矩，T_b为后轮驱动电机所需分配的转矩。

尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。