專利名稱：一種駕駛員需求轉矩的解析方法
技術領域：
本發明涉及駕駛員需求轉矩的解析方法，具體涉及電動汽車中駕駛員對于車輛車輪處驅動需求轉矩的解析方法。
背景技術：
在混合動力汽車、插電式混合動力汽車和純電動汽車的控制系統中，通常是根據加速踏板開度和車速預測出駕駛員需求轉矩，然后根據駕駛員需求轉矩、車速和蓄電池荷電狀態值(State of Charge, SOC)，確定出電機輸出轉矩、發動機輸出轉矩和變速器擋位。駕駛員需求轉矩的解析方法對車輛的動力性、經濟性及控制系統的穩定性有著重要的影響。 當前駕駛員轉矩解析過程中，主要是參考發動機管理系統(Engine Managementsystem,EMS)中的預測方法，根據動力系統最大轉矩曲線、加速踏板開度和車速(轉速)，從單級減速器或變速箱的輸入端、解析駕駛員的需求轉矩。對于僅裝備單級減速器的純電動車輛，當前解析方法可滿足要求；但對于裝備5擋或6擋等有級式自動變速器(Automatictransmission, AT)的新能源車輛,根據當前的解析方法、解析的是變速箱輸入端的需求轉矩，這樣會導致變速箱的換擋規律和轉矩分配策略無法得到優化。
發明內容
為了解決變速箱換擋規律和轉矩分配優化的問題，本發明提供了一種預測車輛車輪處驅動需求轉矩的解析方法。本發明的工作原理是首先，計算電源系統的最大放電功率數值(Maximum Power, MP),該功率數值是指電源系統可釋放出的最大功率數值；電源系統如果是單獨的蓄電池或超級電容，MP為蓄電池或超級電容單獨最大的放電功率；電源系統如果是由超級電容和蓄電池等電源組成的聯合體，MP是指聯合體中各單元的最大輸出電功率之和；電源系統如果包括發動機和發電機組成的輔助動力單元(Auxiliary Power Unit,APU),以及蓄電池或超級電容等單獨電源系統，MP是指APU與各電源系統最大放電功率之和。其次，根據電源系統的MP和電機的峰值轉矩特性，計算驅動系統中各電機的最大輸出轉矩數組(Motor Maximum Torque Array, MTA);設定一個轉速數組(Speed Array,SA)，SA是指從O到電機最高轉速間、以某一固定轉速(例如100r/min)為間隔的多個轉速組成，根據SA和MP，計算出SA中各數值對應的轉矩、組成ΜΤΑ,ΜΤΑ和SA中數值——對應；對于純電動汽車、串聯式和并聯式混合動力汽車，一般只有一個驅動電機，按照電源系統的ΜΡ、計算出對應的ΜΤΑ，稱之為電源系統限制的ΜΤΑ，同時，根據電機的峰值轉矩特性、可插值得到轉速數組對應的最大轉矩，稱之為電機特性限制的ΜΤΑ，每個轉速時存在一個電源系統限制的最大轉矩和一個電機特性限制的最大轉矩，兩個限制轉矩取最小值、即可得到不同轉速時最小值組成的MTA ;對于混聯式混合動力汽車，存在兩個電機，一個為主電機、功率大且用來驅動車輛，一個為從電機、功率較小且主要用于啟停或發電，主、從兩個電機都有可能同時驅動車輛，首先讓電源系統放電功率滿足主電機峰值功率需求，從電機獲得的功率為電源系統最大放電功率與主電機峰值功率之差,在此條件下,主電機的MTA為其峰值轉矩數組，按照從電機獲得的功率和其峰值轉矩，根據純電動汽車電機MTA的計算方法，可以得到從電機的MTA。再次，根據電機MTA、發動機外特性轉矩曲線、傳動系統的擋位數比和傳動效率，計算動力系統傳遞至前軸和后軸車輪處的最大轉矩數組(Wheel Maximum Torque Array,WTA);對于單軸驅動、動力系統由電機和單級減速器(Motor and Reduction, MR)組成的純電動汽車和串聯式混合動力汽車，根據SA和單級減速速比、計算出車速數組(VelocityArray, VA)，電機MTA乘以單級減速速比和傳動效率、可得到車輪處的最大轉矩數組(WheelMaximum Torque Array, WTA)，如果車輛是前(后)輪驅動，前(后)軸車輪的驅動轉矩為計算的WTA、后(前)軸車輪驅動轉矩為0，VA和WTA數值一一對應；對于單軸驅動，動力系統由發動機、電機和自動變速器(Engine, Motor and Transmission, EMT)組成的并聯式混合動力汽車，對電機MTA和發動機外特性轉矩曲線進行求和、得到動力系統的復合轉矩數 組，根據復合轉矩數組、SA和變速器每個擋位速比，計算出每個擋位對應的VA和WTA，繪制出每個擋位VA和WTA曲線、求取轉矩最大值的包絡曲線，包絡曲線對應的車速與轉矩即為最終VA和WTA的對應關系，如果車輛是前(后)輪驅動，前(后)軸車輪的轉矩數組為最終計算出的WTA，后(前)軸車輪驅動轉矩為O ;對于前軸動力系統通常由發動機、電機和自動變速器組成，后軸動力系統由電機和單級減速器組成的混聯式混合動力汽車，根據MR和EMT系統計算方法，分別計算出前軸和后軸的WTA，得到WTA隨VA的變化關系；最后，根據地面最大附著能力對前軸和后軸轉矩進行限制，計算加速踏板開度最大時車輛在車輪處獲得的最大轉矩數組(Vehicle Maximum Torque Array, VTA),根據汽車理論中前軸和后軸車輪地面附著力的計算方法、分別計算地面附著力提供的最大轉矩數值(Maximum Adhesive Torque,MAT),前軸MAT根據加速度為O時的公式計算,根據常見行駛工況的最大加速度、計算后軸的MAT ;前(后)軸WTA中的每個數值與前(后)軸MAT取最小，得到附著力限制下前(后)軸車輪處的最大轉矩數組(Maximum Adhesive LimitedWheel Torque Array, MAWA)，前軸和后軸MAWA之和為車輛的VTA，VTA和VA中數值是——對應；VTA隨VA的變化關系，表示加速踏板開度為100 %時車輪處駕駛員需求轉矩隨車速的變化關系，設定加速踏板開度為O時每個車速對應的需求轉矩均為0，利用線性插值方法、可確定出不同油門開度的需求轉矩數組；給定加速踏板開度和車速，就可插值獲得車輪處駕駛員需求轉矩數值。本發明的優越功效在于直接預測車輛車輪處駕駛員的需求轉矩，對于裝備變速器的車輛，車輪處轉矩與變速器輸出端轉矩成正比，車輪處需求轉矩確定后、即可獲得變速器輸出端的需求轉矩，根據變速器輸出端需求轉矩、利用電機(發動機)的效率曲線，選擇合適擋位、可使電機(發動機)工作于較高效率區域。
圖I是電機峰值轉矩曲線；圖2是發動機外特性轉矩特性曲線；
圖3為發動機和電機復合轉矩的最大轉矩曲線；圖4是5個擋位的VA和WTA曲線；圖5是5個擋位轉矩最大值的包絡曲線，以及根據前軸MAT繪制的曲線；圖6是加速踏板開度為100%時車輛VTA隨VA的變化曲線；圖7是車輪處駕駛員需求轉矩隨車速和加速踏板開度的變化關系。
具體實施例方式請參閱附圖所示，以前軸驅動EMT系統的并聯式混合動力汽車為對象，對本發明作進一步的描述。首先，對象車型電源系統僅包括蓄電池、電池系統提供的MP為30kW ； 其次，SA由O到6000r/min、以500r/min為間隔的13個轉速組成；根據SA和MP，計算出SA中各數值對應的轉矩、組成ΜΤΑ,ΜΤΑ由13個轉矩數值組成，此數組是電源系統限制的MTA ;同時，根據圖I電機的峰值轉矩特性、可插值得到轉速數組對應的電機特性限制的MTA ;經過計算，電源系統限制MTA中的每個值均大于的電機特性限制MTA對應值，圖I為最終MTA隨SA的變化關系；再次，對電機MTA和發動機外特性轉矩曲線(圖2)進行求和、得到動力系統的復合轉矩數組，復合轉矩隨SA變化曲線如圖3所示；根據SA和變速器5個擋位速比，計算出每個擋位對應的VA和WTA，繪制出每個擋位VA和WTA曲線、如圖4所示，求取車速與轉矩最大值的包絡曲線、如圖5曲線I所示，曲線I為WTA隨車速的變化關系，后軸車輪驅動轉矩為O ;最后，加速度為O時前軸MT為2100Nm、為前軸獲得的最大附著轉矩，圖5中曲線2是根據前軸MAT繪制而得，前軸WTA中的每個數值與2100Nm取最小，得到前軸車輪MAWA隨車速變化關系、如圖6所示，圖6即為加速踏板開度100 %時車輛VTA隨車速變化關系，設定加速踏板開度為O時每個車速對應的需求轉矩均為0，利用線性插值方法、可確定出不同油門開度需求轉矩數組隨VA的變化關系，如圖7所示；給定加速踏板開度和車速，根據圖7、就可插值獲得車輪處駕駛員需求轉矩數值。
權利要求
1.一種駕駛員需求轉矩的解析方法，該方法的步驟是 1)計算電源系統的最大放電功率數值(MaximumPower, MP)； 2)根據電源系統的MP和電機的峰值轉矩特性，計算驅動系統中各電機的最大輸出轉矩數組(Motor Maximum Torque Array, MTA)； 3)根據電機MTA、發動機外特性轉矩曲線、傳動系統的擋位數比和傳動效率，計算動力系統傳遞至前軸和后軸車輪處的最大轉矩數組(Wheel Maximum Torque Array, WTA)； 4)根據地面最大附著能力對前軸和后軸轉矩進行限制，計算加速踏板開度最大時車輛在車輪處獲得的最大轉矩數組(Vehicle Maximum Torque Array, VTA),并線性插值出其他踏板開度時的轉矩數組。
所述的計算電源系統的最大放電功率數值(Maximum Power,MP)的設計方法如下所示該功率數值是指電源系統可釋放出的最大功率數值，電源系統如果是單獨的蓄電池或超級電容，MP為蓄電池或超級電容單獨最大的放電功率；電源系統如果是由超級電容和蓄電池等電源組成的聯合體，MP是指聯合體中各單元的最大輸出電功率之和；電源系統如果包括發動機和發電機組成的輔助動力單元(Auxiliary Power Unit,APU),以及蓄電池或超級電容等單獨電源系統，MP是指APU與各電源系統最大放電功率之和； 所述的根據電源系統的MP和電機的峰值轉矩特性，計算驅動系統中各電機的最大輸出轉矩數組(Motor Maximum Torque Array,MTA)的設計方法如下所示設定一個轉速數組(Speed Array, SA)，SA是指從O到電機最高轉速間、以某一固定轉速(例如100r/min)為間隔的多個轉速組成，根據SA和MP，計算出SA中各數值對應的轉矩、組成MTA，MTA和SA中數值一一對應；對于純電動汽車、串聯式和并聯式混合動力汽車，一般只有一個驅動電機，按照電源系統的MP、計算出對應的MTA，稱之為電源系統限制的MTA，同時，根據電機的峰值轉矩特性、可插值得到轉速數組對應的最大轉矩，稱之為電機特性限制的MTA，每個轉速時存在一個電源系統限制的最大轉矩和一個電機特性限制的最大轉矩，兩個限制轉矩取最小值、即可得到不同轉速時最小值組成的MTA;對于混聯式混合動力汽車，存在兩個電機，一個為主電機、功率大且用來驅動車輛,一個為從電機、功率較小且主要用于啟停或發電,主、從兩個電機都有可能同時驅動車輛，首先讓電源系統放電功率滿足主電機峰值功率需求，從電機獲得的功率為電源系統最大放電功率與主電機峰值功率之差，在此條件下，主電機的MTA為其峰值轉矩數組，按照從電機獲得的功率和其峰值轉矩，根據純電動汽車電機MTA的計算方法，可以得到從電機的MTA ； 所述的根據電機MTA、發動機外特性轉矩曲線、傳動系統的擋位數比和傳動效率，計算動力系統傳遞至前軸和后軸車輪處的最大轉矩數組(Wheel Maximum Torque Array,WTA)的設計方法如下所示對于單軸驅動、動力系統由電機和單級減速器(Motor andReduction, MR)組成的純電動汽車和串聯式混合動力汽車,根據SA和單級減速速比、計算出車速數組(Velocity Array，VA)，電機MTA乘以單級減速速比和傳動效率、可得到車輪處的最大轉矩數組(Wheel Maximum Torque Array, WTA),如果車輛是前(后)輪驅動,前(后)軸車輪的驅動轉矩為計算的WTA、后(前)軸車輪驅動轉矩為0，VA和WTA數值一一對應；對于單軸驅動，動力系統由發動機、電機和自動變速器(Engine,Motor and Transmission,EMT)組成的并聯式混合動力汽車，對電機MTA和發動機外特性轉矩曲線進行求和、得到動力系統的復合轉矩數組，根據復合轉矩數組、SA和變速器每個擋位速比，計算出每個擋位對應的VA和WTA，繪制出每個擋位VA和WTA曲線、求取轉矩最大值的包絡曲線，包絡曲線對應的車速與轉矩即為最終VA和WTA的對應關系，如果車輛是前(后)輪驅動，前(后)軸車輪的轉矩數組為最終計算出的WTA，后(前)軸車輪驅動轉矩為O;對于前軸動力系統通常由發動機、電機和自動變速器組成，后軸動力系統由電機和單級減速器組成的混聯式混合動力汽車，根據MR和EMT系統計算方法，分別計算出前軸和后軸的WTA，得到WTA隨VA的變化關系； 所述的根據地面最大附著能力對前軸和后軸轉矩進行限制，計算加速踏板開度最大時車輛在車輪處獲得的最大轉矩數組(Vehicle Maximum Torque Array, VTA),并線性插值出其他踏板開度時的轉矩數組的設計方法如下所示根據汽車理論中前軸和后軸車輪地面附著力的計算方法、分別計算地面附著力提供的最大轉矩數值(Maximum Adhesive Torque,MAT) ，前軸MAT根據加速度為O時的公式計算，根據常見行駛工況的最大加速度、計算后軸的MAT;前(后)軸WTA中的每個數值與前(后)軸MAT取最小，得到附著力限制下前(后)軸車輪處的最大轉矩數組(Maximum Adhesive Limited Wheel Torque Array, MAWA),前軸和后軸MAWA之和為車輛的VTA，VTA和VA中數值是——對應；VTA隨VA的變化關系，表示加速踏板開度為100%時車輪處駕駛員需求轉矩隨車速的變化關系，設定加速踏板開度為O時每個車速對應的需求轉矩均為0，利用線性插值方法、可確定出不同油門開度的需求轉矩數組；給定加速踏板開度和車速，就可插值獲得車輪處駕駛員需求轉矩數值。
全文摘要
一種車輪處駕駛員需求轉矩的解析方法，該方法首先計算電源系統的最大放電功率數值；根據電源系統的最大放電功率數值和電機的峰值轉矩特性，計算驅動系統中各電機的最大輸出轉矩數組；按照電機的最大輸出轉矩數組、發動機外特性轉矩曲線、傳動系統的擋位數比和傳動效率，計算動力系統傳遞至前軸和后軸車輪處的最大轉矩數組；基于地面最大附著能力，對前軸和后軸轉矩進行限制；計算加速踏板開度最大時車輛在車輪處獲得的最大轉矩數組，并線性插值出其他踏板開度時的轉矩數組；給定加速踏板開度和車速，即可插值獲得車輪處駕駛員需求轉矩數值。
文檔編號B62D6/10GK102897214SQ201210395528
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月18日 優先權日2012年10月18日
發明者楊偉斌 申請人:楊偉斌