电动汽车及其扭矩换向时的能量分配方法、系统、控制器与流程

1.本技术涉及新能源汽车技术领域，尤其涉及一种电动汽车及其扭矩换向时的能量分配方法、系统、控制器。


背景技术：

2.电动汽车目前普遍配备能量回收功能，在汽车扭矩换向、进行能量回收时将动能转化为电能回充至动力电池。但是在一些特定的驱动电机扭矩换向、驱动电机进入能量回收工况下，可能会出现驾驶员需求扭矩将不能被满足，产生踩油门无动力输出的现象，如此影响驾驶安全和驾驶体验。
3.例如，相关技术会根据车辆的驱动电机转速值、当前驱动扭矩值确定驱动扭矩的正负信息和驱动电机转速的正负信息，然后再根据当前档位和两个正负信息进一步确定出车辆的目标扭矩方向。相关技术虽然能够提高车辆行驶的安全性，且对电池进行过充保护，但在扭矩换向、驱动电机进入能量回收工况时，驾驶员的需求扭矩可能会受到限制，车辆无法正常的按照驾驶员意图控制输出扭矩，造成驾驶安全隐患。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种电动汽车及其扭矩换向时的能量分配方法、系统、控制器，以解决或者部分解决在扭矩换向工况、动力电池能量回收状态下，会出现驾驶员需求扭矩不能满足，影响行车安全的技术问题。
5.为解决上述技术问题，根据本发明一个可选的实施例，提供了一种电动汽车扭矩换向时的能量分配方法，包括：
6.在检测到所述电动汽车处于扭矩换向工况，驱动电机处于能量回收状态时，获取目标对象温度、当前时刻的驾驶员需求功率和整车提供功率；所述整车提供功率根据当前时刻的动力电池充电功率确定；所述目标对象温度为环境温度或动力电池温度；
7.在所述驾驶员需求功率大于所述整车提供功率时，根据所述目标对象温度，控制预设车载设备以预设功率工作；所述预设车载设备包括空调加热器、空调压缩机、动力电池加热器中的至少一种。
8.可选的，所述扭矩换向工况包括：
9.所述电动汽车的实际档位为前进档，驱动电机转速为负，驾驶员请求扭矩为正。
10.可选的，所述扭矩换向工况包括：
11.所述电动汽车的实际档位为倒档，驱动电机转速为正，驾驶员请求扭矩为负。
12.可选的，所述整车提供功率根据所述动力电池充电功率和直流
‑
直流转换器dcdc消耗功率确定。
13.可选的，在所述目标对象温度为环境温度时，获取所述环境温度作为所述目标对象温度；
14.所述根据所述目标对象温度，控制预设车载设备以预设功率工作，包括：
15.当所述环境温度小于或等于第一预设值时，控制所述空调加热器以第一预设功率工作。
16.进一步的，当所述环境温度大于所述第一预设值时，所述能量分配方法还包括：
17.控制所述空调压缩机以第二预设功率工作。
18.可选的，在所述目标对象温度为动力电池温度时，获取所述动力电池温度作为所述目标对象温度；
19.所述根据所述目标对象温度，控制预设车载设备以预设功率工作，包括：
20.当所述动力电池温度小于第二预设值时，控制所述动力电池加热器以第三预设功率工作。
21.根据本发明又一个可选的实施例，提供了一种电动汽车扭矩换向时的能量分配系统，包括：
22.获取模块，用于在检测到所述电动汽车处于扭矩换向工况，驱动电机处于能量回收状态时，获取目标对象温度、当前时刻的驾驶员需求功率和整车提供功率，所述整车提供功率根据当前时刻的动力电池充电功率确定；所述目标对象温度为环境温度或动力电池温度；
23.能量分配模块，用于在所述驾驶员需求功率大于所述整车提供功率时，根据所述目标对象温度，控制预设车载设备以预设功率工作；所述预设车载设备包括空调加热器、空调压缩机、动力电池加热器中的至少一种。
24.根据本发明又一个可选的实施例，提供了一种整车控制器，所述整车控制器被用于编程实现前述技术方案中任一项所述的能量分配方法。
25.根据本发明又一个可选的实施例，提供了一种电动汽车，包括前述技术方案所述的整车控制器。
26.通过本发明的一个或者多个技术方案，本发明具有以下有益效果或者优点：
27.本发明提供了一种电动汽车扭矩换向时的能量分配方法，通过在扭矩换向、驱动电机处于能量回收状态时，若检测到整车可以提供的功率不满足驾驶员需求功率，则根据环境温度或动力电池温度，控制空调加热器、空调压缩机、动力电池加热器等预设车载设备以预设功率开始工作；一方面，通过优化系统能量管理策略，开启预设车载设备工作以消耗电能，从而在保证动力电池不被过充的前提下，增加整车可用的充电能力，提高整车可为驾驶员提供的功率上限或扭矩上限，最大化满足驾驶员需求，使车辆可以正常的按照驾驶员意图行驶，避免出现因为当前允许的动力电池充电功率低于驾驶员需求功率导致的驾驶员需求功率受到抑制的情况；另一方面，之所以结合环境温度或动力电池温度控制预设车载设备以预设功率开始工作，是为了保证用户驾驶安全和驾驶体验，同时避免设备损耗。
28.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
29.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明
的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
30.图1示出了根据本发明一个实施例的电动汽车扭矩换向时的能量分配方法流程示意图；
31.图2示出了根据本发明另一个实施例的应用于整车控制器的能量分配方法流程示意图；
32.图3示出了根据本发明又一个实施例的电动汽车扭矩换向时的能量分配系统示意图。
具体实施方式
33.为了使本技术所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本技术，下面结合附图，通过具体实施例对本技术技术方案作详细描述。在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。除非另有特别说明，本发明中用到的各种设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
34.研究表明，在扭矩换向、驱动电机进入能量回收状态下出现的驾驶员需求扭矩不能满足的原因，基本与此时的动力电池充电功率或回充功率密切相关。这是因为在能量回收时，动力电池管理系统从保护电池的角度出发，会根据电池的soc确定相应的动力电池充电功率，如果此时动力电池无回充功率或者允许的回充功率很小，那么此时必然会限制驾驶员需求扭矩的输出，从而造成驾驶员踩油门却无动力输出或很少的动力输出，影响驾驶安全和驾驶体验。
35.例如：当汽车实际档位在d挡，而此时车辆后溜，驾驶员踩刹车或者踩油门，驱动电机转速为负，驾驶员需求扭矩为正，驱动电机处于能量回收状态，如果此时电池无回充功率或者回充功率很小，驾驶员需求扭矩将不能被满足，可能出现踩油门无动力输出的现象；
36.又如，当汽车实际档位在r挡，而此时车辆前溜，驾驶员踩刹车或者踩油门，此时电机转速为正，驾驶员需求扭矩为负，驱动电机处于能量回收状态，如果电池无回充功率或者回充功率很小，驾驶员需求扭矩也将不能被满足，可能出现踩油门无动力输出的现象。
37.基于此，为了解决在扭矩换向工况、动力电池能量回收状态下出现的驾驶员需求扭矩不能满足的问题，本发明提供了一种电动汽车扭矩换向时的能量分配方法，其整体思路如下：
38.在检测到所述电动汽车处于扭矩换向工况，驱动电机处于能量回收状态时，获取目标对象温度、当前时刻的驾驶员需求功率和整车提供功率，所述整车提供功率根据当前时刻的动力电池充电功率确定；所述目标对象温度为环境温度或动力电池温度；在所述驾驶员需求功率大于所述整车提供功率时，根据所述目标对象温度，控制预设车载设备以预设功率工作；所述预设车载设备包括空调加热器、空调压缩机、动力电池加热器中的至少一种。
39.上述能量分配方法的控制原理是：在扭矩换向，电机进入能量回收状态时，整车能够提供给驾驶员的输出扭矩受到此时动力电池回充功率对应的回充扭矩的限制；因此在扭矩换向、驱动电机处于能量回收状态时，若检测到整车可以提供的功率不满足驾驶员需求
功率，则根据环境温度或动力电池温度，控制空调加热器、空调压缩机、动力电池加热器等预设车载设备以预设功率开始工作；一方面，通过优化系统能量管理策略，开启预设车载设备工作以消耗电能，从而在保证动力电池不被过充的前提下，增加整车可用的充电能力，提高整车可为驾驶员提供的功率上限或扭矩上限，最大化满足驾驶员需求，使车辆可以正常的按照驾驶员意图行驶，避免出现因为当前允许的动力电池充电功率低于驾驶员需求功率导致的驾驶员需求功率受到抑制的情况；另一方面，之所以结合环境温度或动力电池温度控制预设车载设备以预设功率开始工作，是为了保证用户驾驶安全和驾驶体验，同时避免设备损耗。
40.在接下来的内容中，结合具体实施方式，对上述方案进一步说明：
41.在一个可选的实施例中，如图1所示，将上述方案应用到电动汽车的整车控制器vcu，其步骤如下：
42.s1：在检测到所述电动汽车处于扭矩换向工况，驱动电机处于能量回收状态时，获取目标对象温度、当前时刻的驾驶员需求功率和整车提供功率，所述整车提供功率根据当前时刻的动力电池充电功率确定；所述目标对象温度为环境温度或动力电池温度；
43.具体的，扭矩换向工况，是指根据电机转速确定的扭矩方向，与驾驶员需求的扭矩方向相反。对于新能源汽车，驱动电机转速为正时，表示车辆向前行驶，驱动电机转速为负，表示车辆向后倒车。为了保证驾驶安全，本方案适用的扭矩换向工况包括：
44.第一种：实际档位为d档，且电机转速为负，但驾驶员请求扭矩为正，即车辆当前挂前进档，但车辆后溜(如坡道起步)，驾驶员踩油门期望车辆前进，需求正扭矩；
45.第二种，实际档位为r档，且电机转速为正，但驾驶员请求扭矩为负，即车辆当前挂倒档，但车辆前溜(如坡道倒车)，驾驶员踩油门期望车辆后退，需求负扭矩。
46.在上述两种扭矩换向工况下，驱动电机进入能量回收状态，对动力电池进行回充，回充功率由电池管理系统bms控制。
47.而对于正常行驶过程中的扭矩换向，如巡航过程中踩下制动踏板进入能量回收，但驾驶员的目的是减速而不是使车辆反向行驶，虽然此时扭矩反向，但无需启动后续方案。
48.驾驶员需求功率表示根据当前驾驶员的驾驶意图确定的需求功率的理论值，整车控制器可根据检测油门踏板开度，计算驾驶员请求扭矩，并转换为驾驶员需求功率。
49.整车提供功率表示在当前电动车辆的工况下，能够提供给驾驶员的功率上限，在驱动电机进入能量回收状态时，整车提供功率主要由动力电池充电(回充)功率确定。可选的，整车提供功率还可以包括直流
‑
直流转换器dcdc的实际消耗功率，即整车提供功率＝动力电池充电功率+dcdc消耗功率。
50.当获取的目标对象温度为环境温度时，所述环境温度可以是车外的大气温度，也可以是车内驾驶室内的实际温度，此处不作具体限定。
51.s2：在所述驾驶员需求功率大于所述整车提供功率时，根据所述目标对象温度，控制预设车载设备以预设功率工作；所述预设车载设备包括空调加热器、空调压缩机、动力电池加热器中的至少一种。
52.在驾驶员需求功率小于或等于整车提供功率时，说明此时整车可提供功率能够满足驾驶员需求扭矩，电动汽车能够按驾驶员的实际意图行驶。
53.在驾驶员需求功率大于整车提供功率时，说明此时整车可以提供给驾驶员的功率
不能满足驾驶员需求扭矩。这种需求矛盾，在动力电池电量较高、bms允许的电池充电能力极弱的情形下尤为突出。为了尽可能满足驾驶员驾驶意图，避免驾驶员踩油门而电动汽车无明显回馈导致的驾驶安全隐患，整车控制器此时根据获取的环境温度，进行如下的控制：
54.在所述目标对象温度为环境温度时，获取所述环境温度作为所述目标对象温度；当所述环境温度小于或等于第一预设值时，控制所述空调加热器以第一预设功率工作。
55.第一预设功率可以根据驾驶员请求功率与整车提供功率之间的功率缺口确定，也可以直接控制空调加热器以较大功率工作，以尽可能为驾驶员准备更多的可用扭矩。可选的，第一预设功率可以是所述空调加热器额定功率的90％～100％，优选最大功率。若当前空调加热器未开启，则先开启空调加热器再控制其按第一预设功率工作，若当前空调加热器已开启，则直接控制其按第一预设功率工作。
56.上述方案的控制原理是：在环境温度低于某一定值时，整车控制器可以开启空调以较大功率进行加热，通过增加此时电动汽车的能量消耗，以补偿满足驾驶员行驶意图时的回充电能，从而提高整车可以为驾驶员提供的功率上限。由于扭矩换向工况引起的电机能量回收时间并不长，因此可以在短时间内使空调加热器以最大功率工作，在扭矩换向完成，进入正常驾驶工况后关闭空调加热器。
57.之所以在环境温度较低时启动空调加热器，是为了避免在炎热环境下车内温度升高引起驾驶员的驾驶不适，产生安全隐患。第一预设值可以预先标定，例如，取值范围可以是10℃～20℃，以20℃为例，表示在环境温度低于20℃时，开启空调加热器进行加热。
58.与之对应的，当环境温度偏高时，开启空调制热便不太可取，但开启空调制冷是可以的。故而当所述环境温度大于所述第一预设值时，控制所述空调压缩机以第二预设功率工作。若当前空调压缩机未开启，则先开启空调压缩机再控制其按第二预设功率工作，若当前空调压缩机已开启，则直接控制其按第二预设功率工作。
59.同理，第二预设功率可以是空调压缩机额定功率的90％～100％，优选最大功率。
60.为了进一步增加用电消耗，在条件满足的情况下，还可以同时开启其它的高压用电设备，如动力电池加热器来增加整车可提供给驾驶员的扭矩。故而可选的，在所述目标对象温度为动力电池温度时，获取所述动力电池温度作为所述目标对象温度；当所述动力电池温度小于或等于第二预设值时，控制所述动力电池加热器以第三预设功率工作。若当前动力电池加热器未开启，则先开启动力电池加热器再控制其按第三预设功率工作，若当前动力电池加热器已开启，则直接控制其按第三预设功率工作。
61.可选的，所述第三预设功率可以是所述动力电池加热器额定功率的90％～100％，优选最大功率。
62.开启动力电池加热器的原理与开启空调加热器的原理相同，均是通过增加用电消耗，以提高整车可提供给驾驶员的功率上限或扭矩上限，以尽可能的响应驾驶员请求扭矩。第二预设值同样可以预先标定，如取值范围为0～20℃，以保证动力电池的安全加热。以第二预设值为20℃为例，表明在动力电池温度低于20℃时，开启动力电池加热器进行加热。
63.上述方案是以空调加热器、空调压缩机、动力电池加热器三种车载高压用电设备为例提高整车可提供功率。之所以选用这三种设备，是因为它们可以在满足驾驶员需求扭矩的同时，对驾驶过程的不利影响最小，在一些情况下还可以改善驾驶环境。实际上，其它的车载用电设备也可以用来实施上述方案，在此不做进一步的限定。
64.在一些扭矩换向工况下，例如在陡坡下，车辆挂前进档而车辆后溜且速度较快，此时若按照上述方案尽可能的响应驾驶员请求扭矩，可能导致动力电池回充功率过大。为了保护动力电池，可以设置一个电机转速阈值，如700～800rpm；只有在当前电机转速小于所述电机转速阈值时，才允许驱动电机在当前扭矩换向工况下进入能量回收状态，并通过s2步骤满足驾驶员需求扭矩。若当前电机转速超过所述电机转速阈值，此时不再允许系统去满足驾驶员需求扭矩，使电动车辆不在能量回收状态驱动，以作为动力电池系统保护的一个边界条件。
65.本实施例提供的方案，可应用于纯电、混动类型的新能源汽车。
66.在又一个可选的实施例中，对前述实施例提供的方案进行整合，得到一种通过整车控制器在扭矩换向时的能量分配方法，应用于某新能源车型。整车控制器中划分两个选择处理单元，用于处理两种不同的情况。
67.本实施例涉及到的参数：
68.动力电池充电功率：p1
69.dcdc实际消耗功率：p2
70.空调压缩机实际消耗功率：p3
71.空调加热器实际消耗功率：p4
72.动力电池加热器实际消耗功率：p5
73.驾驶员需求扭矩：t1
74.驾驶员需求扭矩限制值：t2
75.电机转速：n
76.当前电机状态下的效率：r
77.本实施例的能量分配方法，其流程示意图如图2所示，其包括如下的控制逻辑：
78.(1)工况识别
79.在检测到如下两种工况时，识别动力电池处于回充状态，可能需要调整驾驶员请求扭矩：
80.当实际档位为d档，且电机转速为负，但驾驶员请求扭矩为正；
81.当实际档位为r档，且电机转速为正，但驾驶员请求扭矩为负；
82.(2)第一选择处理单元控制逻辑：
83.当整车可以提供的给驾驶员消耗的功率：整体提供功率大于或等于驾驶员需求功率时，即(p1+p2)
×
r>(t1
×
n)/9550；
84.此时整车可以提供的驾驶员需求扭矩的限制值：
85.t2＝(p1+p2)
×
r
×
9550/n；
86.由于t1<t2，电动汽车此时可以按驾驶员意图行驶，无需开启车载高压用电设备。
87.其中，驾驶员需求扭矩t1可根据车辆动力学，结合车辆需要克服的滚动阻力、空气阻力、坡道阻力、加速阻力并结合车辆基本参数计算得到。
88.(3)第二选择处理单元控制逻辑：
89.当整车可以提供的给驾驶员消耗的功率：整体提供功率小于驾驶员需求功率时，即(p1+p2)
×
r<(t1
×
n)/9550；
90.此时的驾驶员需求扭矩的限制值：t2＝(p1+p2)
×
r
×
9550/n<t1；无法满足驾驶员
需求；
91.若空调未工作，空调状态正常的情况下，在当前环境温度小于第一预设值时，如15℃，整车控制器请求空调加热器开启并且以最大功率：空调加热器额定功率工作；若此时空调加热器已经在工作，且状态正常，则直接控制空调加热器按最大功率工作；
92.同理，当环境温度大于第一预设值，若空调未工作，且空调状态正常，整车控制器请求空调压缩机开启并且以最大功率：空调压缩机额定功率工作；若此时空调压缩机已经在工作，且状态正常，则直接控制空调压缩机按最大功率工作。
93.若动力电池加热器未工作，且状态正常情况下，当动力电池温度低于第二预设值，如10℃，整车控制器请求动力电池加热器开启并且以最大功率：动力电池加热器额定功率开始工作；若此时动力电池加热器已经在工作，且状态正常，则直接控制动力电池加热器按最大功率工作。
94.在开启预设车载设备后，此时整车可以提供给驾驶员使用的整车功率为：p1+p2+p3+p4+p5；
95.此时整车可以提供的驾驶员需求扭矩的限制值：
96.t2＝(p1+p2+p3+p4+p5)
×
r
×
9550/n；
97.从而在一定程度上，提高了整车提供给驾驶员的可用扭矩，使t2≥t1，满足驾驶员行驶意图。
98.注意，在此时整车可提供的整车功率：p1+p2+p3+p4+p5中，若某设备并没有开启，则对应的功率的取值为0。例如在环境温度低于第一预设值时，空调压缩机实际消耗功率p3＝0；在环境温度高于第一预设值时，空调加热器实际消耗功率p4＝0。
99.在扭矩换向完成后，电机脱离能量回收状态后，关闭上述高压用电设备，避免持续开启造成的设备损耗和对驾驶员产生的不利影响。
100.总的来说，本实施例提供的上述能量分配方法，在不增加成本的前提下，在保证整车安全，动力电池不过充的情况下，通过暂时性开启空调压缩机、空调加热器、动力电池加热器等高压电器的方式，增加整车可用充电能力，从而最大满足驾驶员需求扭矩，能够在动力电池电量较高、电池充电能力极弱的情形下，在d档后溜踩油门或者r档前溜踩油门的特定扭矩换向工况下，综合考虑系统充放电能力，使车辆仍可以正常的按照驾驶员意图行驶，消除驾驶安全隐患，提高驾驶体验。
101.基于前述实施例相同的发明构思，在又一个可选的实施例中，提供了一种电动汽车扭矩换向时的能量分配系统，包括：
102.获取模块10，用于在检测到所述电动汽车处于扭矩换向工况，驱动电机处于能量回收状态时，获取目标对象温度、当前时刻的驾驶员需求功率和整车提供功率，所述整车提供功率根据当前时刻的动力电池充电功率确定；所述目标对象温度为环境温度或动力电池温度；
103.能量分配模块20，用于在所述驾驶员需求功率大于所述整车提供功率时，根据所述目标对象温度，控制预设车载设备以预设功率工作；所述预设车载设备包括空调加热器、空调压缩机、动力电池加热器中的至少一种。
104.可选的，所述扭矩换向工况包括：
105.所述电动汽车的实际档位为前进档，驱动电机转速为负，驾驶员请求扭矩为正；或
所述电动汽车的实际档位为倒档，驱动电机转速为正，驾驶员请求扭矩为负。
106.可选的，所述获取模块10用于：
107.在所述目标对象温度为环境温度时，获取所述环境温度作为所述目标对象温度；
108.所述能量分配模块20用于：
109.当所述环境温度小于或等于第一预设值时，控制所述空调加热器以第一预设功率工作。
110.进一步的，所述能量分配模块20用于：
111.当所述环境温度大于所述第一预设值时，控制所述空调压缩机以第二预设功率工作。
112.可选的，所述获取模块10用于：
113.在所述目标对象温度为动力电池温度时，获取所述动力电池温度作为所述目标对象温度；
114.所述能量分配模块20用于：
115.当所述动力电池温度小于第二预设值时，控制所述动力电池加热器以第三预设功率工作。
116.基于前述实施例相同的发明构思，在另一个可选的实施例中，提供了一种整车控制器，所述整车控制器被用于编程实现前述实施例中的任一项所述的能量分配方法。
117.基于前述实施例相同的发明构思，在另一个可选的实施例中，提供了一种电动汽车，包括上述实施例的整车控制器。
118.通过本发明的一个或者多个实施例，本发明具有以下有益效果或者优点：
119.本发明提供了一种电动汽车及其扭矩换向时的能量分配方法、系统、整车控制器，通过在扭矩换向、驱动电机处于能量回收状态时，若检测到整车可以提供的功率不满足驾驶员需求功率，则根据环境温度或动力电池温度，控制空调加热器、空调压缩机、动力电池加热器等预设车载设备以预设功率开始工作；一方面，通过优化系统能量管理策略，开启预设车载设备工作以消耗电能，从而在保证动力电池不被过充的前提下，增加整车可用的充电能力，提高整车可为驾驶员提供的功率上限或扭矩上限，最大化满足驾驶员需求，使车辆可以正常的按照驾驶员意图行驶，避免出现因为当前允许的动力电池充电功率低于驾驶员需求功率导致的驾驶员需求功率受到抑制的情况；另一方面，之所以结合环境温度或动力电池温度控制预设车载设备以预设功率开始工作，是为了保证用户驾驶安全和驾驶体验，同时避免设备损耗。
120.尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。
121.显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。