一种纯电动汽车的动力性经济性挡位控制方法及系统

摘要

本发明提出一种纯电动汽车的动力性经济挡位控制方法及系统。该系统包括整车控制器、换挡器、加速踏板、制动踏板、驱动电机控制器和动力电池控制器。整车控制器根据换挡器的挡位信号、加速踏板开度信号、制动踏板开关信号、以及车速信号等判定车辆处于动力行驶状态还是经济行驶状态，驱动、制动或是滑行状态，并制定相应的转矩计算策略，同时采集换挡器故障、加速踏板故障、驱动电机控制器反馈的故障、动力电池控制器反馈的故障等信号，进行故障诊断，最终发送目标转矩控制车辆动力输出。本发明通过挡位的切换能够在满足车辆动力性能目标的同时，降低系统能耗率，提高整车续驶里程。

说明书

技术领域

本发明涉及车辆动力系统控制技术领域，特别涉及纯电动汽车动力系统控制 技术。

背景技术

随着全球石油资源的逐渐匮乏和环境问题的日益突出，纯电动汽车以其低噪 声、零排放等优势逐步迈入产业化阶段，相关研究对其性能的关注也从单纯行驶 功能的实现而越来越倾向于动力性、经济性、操纵稳定性、驾驶舒适性等性能的 全面提高。

目前纯电动汽车的动力传动系统多采用驱动电机结合单级减速器的结构形 式，且在驱动挡位的设置上只设置一个动力挡位，来满足车辆行驶的要求。此方 式虽能满足整车最高车速、加速时间、最大爬坡度等性能指标，却往往忽视了对 动力系统高效区的利用，尤其在车辆中高速行驶时，整车后备功率过大，造成动 力系统功率的浪费，能耗率偏大，影响整车续驶里程，难以兼顾车辆动力性和经 济性的目标。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种纯电动汽车的动力性经济性挡位控制方法及系 统，通过该系统及控制方法能够对纯电动汽车输出的动力进行调节，在满足最大 爬坡度、最高车速、加速时间等动力性要求的同时，能够减少整车能量的消耗， 提高能量回收率，有效地增加整车续驶里程。

本方法的技术方案如下，包括有以下步骤：

步骤1）整车控制器根据换挡器挡位状态，判定当前挡位是动力挡位还是经 济挡位。其中在动力挡位下，车辆能够获得更快的加速度、转矩响应快、爬坡能 力强，满足驾驶员的动力需求；在经济挡位下，车辆能够更好地利用电机高效区， 提高动力电池的充放电效率，并且更多地利用电制动进行能量回收，满足整车的 经济性能。

步骤2）整车控制器根据相应的挡位、加速踏板开度和实时车速查找驾驶员 MAP图，即加速踏板开度-车速-驱动转矩关系图，得到目标驱动转矩。其中动力 挡位对应动力性驾驶员MAP图，经济挡位对应经济性驾驶员MAP图，动力性驾驶员 MAP图相比经济性驾驶员MAP图，在加速踏板（4）为中低开度时，具有更大的转 矩输出。

步骤3）整车控制器根据制动踏板状态判定整车是否制动，如果处于制动状 态，查找制动能量回收MAP图，即车速-制动电制动转矩关系图，得到目标制动回 收转矩，并通过CAN总线发送给驱动电机控制器。其中制动能量回收MAP图根据挡 位确定，动力挡位对应动力性制动能量回收MAP图，经济挡位对应经济性制动能 量回收MAP图，经济性制动能量回收MAP图相比动力性制动能量回收MAP图，具有 更大的制动电转矩输出。

步骤4）在步骤3）中，如果制动踏板处于非制动状态，而且整车控制器同时 检测到加速踏板开度为零，查找滑行能量回收MAP图，即车速-滑行电制动转矩关 系图，得到目标滑行回收转矩，并通过CAN总线发送给驱动电机控制器。其中滑 行能量回收MAP图根据挡位确定，动力挡位对应动力性滑行能量回收MAP图，经济 挡位对应经济性滑行能量回收MAP图，经济性滑行能量回收相比动力性滑行能量 回收MAP图，具有更大的滑行制动电转矩输出。

步骤5）在步骤3）中，如果制动踏板处于非制动状态，而且整车控制器同时 检测到加速踏板开度大于零，则根据步骤2）得到的目标驱动转矩通过CAN总线发 送给驱动电机控制器。

6）在步骤3)-5)中，当发生影响驱动或制动的故障时，如加速踏板故障、 换挡器故障、驱动电机控制器发送的故障、动力电池控制器发送的故障等，整车 控制器进行判别，将目标驱动转矩设置为零，通过CAN总线发送给驱动电机控制 器。

实现上述控制方法的控制系统，其包括：

整车控制器：接收加速踏板信号、制动踏板信号和换挡器信号等驾驶员操作 信息和车辆状态信息，判断车辆处于动力行驶状态还是经济行驶状态，驱动状态、 制动状态还是滑行状态，得到相应的目标转矩，发送到CAN总线上。

换挡器：能够进行驱动、倒退、驻车、空挡等挡位的选择，尤其是在驱动部 分的挡位具有动力挡位和经济挡位的选择，并将所有挡位信号及挡位故障向整车 控制器反馈。

加速踏板：能够通过踏板开度的变化反映驾驶员驱动行驶的意愿，并将踏板 开度信号和踏板故障信号向整车控制器反馈。

制动踏板：能够通过制动踏板的开关状态反映驾驶员制动车辆的需求，并将 制动开关信号向整车控制器反馈。

驱动电机控制器：接收CAN总线上的目标转矩等信息，控制驱动电机的转矩 变化等动作，并将驱动电机的故障信息发送到CAN总线上。

动力电池控制器：控制动力电池进行充电和放电，将动力电池的故障信息发 送到CAN总线上。

本发明的优点在于：

本发明在不改变纯电动汽车现有动力系统结构的条件下，通过设置动力挡位 和经济挡位两个驱动挡位，并通过整车控制实现动力挡和经济挡的切换，既能够 满足最高车速、加速性能、爬坡度等动力性要求，又能使整个动力系统工作在高 效区，提高系统效率，降低能量消耗，提升整车的经济性。

试验证明：本发明能够满足整车动力性能指标和经济性能指标，且有效提升 整车续驶里程，达到了预期的目的。

附图说明

图1为本发明的纯电动汽车动力性经济性挡位控制结构框图。

图2为本发明的纯电动汽车动力挡位控制方法流程图。

图3为本发明的纯电动汽车经济挡位控制方法流程图。

具体实施方式：

结合附图对本发明的纯电动汽车动力性经济性挡位控制系统进行具体描 述。

如图1所示，本系统包括整车控制器1、换挡器2、加速踏板3、制动踏板 4、驱动电机控制器5和动力电池控制器6。其中整车控制器1接收换挡器2的 挡位信号、加速踏板3的开度信号和制动踏板4的开关信号等，判断车辆的动力 性/经济性行驶状态，并做出相应的决策，得到目标转矩发送到CAN总线上。驱 动电机控制器5接收CAN总线上的目标转矩信息，控制驱动电机的转矩进行相应 变化。当发生影响驱动或制动的故障时，如加速踏板故障、换挡器故障、驱动电 机控制器5发送的故障、动力电池控制器6发送的故障等，整车控制器1控制车 辆转矩输出为零。

如图2或图3所示，系统的工作流程为：整车控制器根据换挡器发送的信 号判定当前是动力挡位还是经济挡位，如果是动力挡位，查找动力挡位下的驾驶 员MAP图，在加速踏板开度大于零且没有转矩故障存在的情况下，输出驱动转矩； 在踩下制动踏板且没有转矩和回收故障存在的情况下，输出制动能量回收转矩； 在加速踏板开度为零、制动踏板未踩下且没有转矩和回收故障存在的情况下，输 出滑行能量回收转矩；在转矩和回收故障存在的情况下，输出零转矩。其中转矩 故障由加速踏板故障、换挡器故障、驱动电机控制器发送的故障、动力电池控制 器发送的故障判别得到；回收故障由换挡器故障、驱动电机控制器发送故障、动 力电池控制器发送故障判别得到。

经济挡位相比动力挡位而言，具有更大的制动能量回收转矩和滑行能量回 收转矩，而在加速踏板为中低开度时，具有更小的驱动转矩，这些区别通过MAP 图进行标定。

如图2所示，本发明的纯电动汽车动力挡位控制方法具体内容如下：

在步骤201，整车控制器根据换挡器状态判定当前挡位为动力挡位。

在步骤202，整车控制器根据加速踏板开度和实时车速查动力挡位下的驾 驶员MAP图，即加速踏板开度-车速-驱动转矩关系图，得到目标驱动转矩。

在步骤203，整车控制器根据加速踏板故障、换挡器故障、驱动电机控制 器发送的故障、动力电池发送的故障等信号判别是否存在转矩故障，如果不存在 转矩故障，执行步骤204；如果存在转矩故障，则转入步骤213。

在步骤204，整车控制器根据制动踏板状态判定整车是否制动，如果制动 踏板被踩下，车辆处于制动状态，执行步骤205，否则转入步骤208。

在步骤205，整车控制器根据实时车速查找动力挡位下的制动能量回收MAP 图，得到目标制动回收转矩。

在步骤206，整车控制器根据换挡器故障、驱动电机控制器发送的故障、 动力电池发送的故障等信号判别是否存在回收故障，如果不存在回收故障，执行 步骤207；如果存在回收故障，则转入步骤213。

在步骤207，整车控制器通过CAN总线将目标制动能量回收转矩发送给驱 动电机控制器，驱动电机控制器控制驱动电机的转矩输出。

在步骤208，整车控制器根据加速踏板开度进行判别，如果加速踏板开度 大于零，执行步骤209；如果加速踏板未被踩下，开度为零，则转入步骤210。

在步骤209，整车控制器将步骤202中得到的目标驱动转矩通过CAN总线 发送给驱动电机控制器，驱动电机控制器控制驱动电机的转矩输出。

在步骤210，整车控制器根据实时车速查找动力挡位下的滑行能量回收MAP 图，得到目标滑行回收转矩。

在步骤211，整车控制器根据换挡器故障、驱动电机控制器发送的故障、 动力电池发送的故障等信号判别是否存在回收故障，如果不存在回收故障，执行 步骤212；如果存在回收故障，则转入步骤213。

在步骤212，整车控制器将目标滑行回收转矩通过CAN总线发送给驱动电 机控制器，驱动电机控制器控制驱动电机的转矩输出。

在步骤213中，整车控制器将零转矩指令发送给驱动电机控制器，使得驱 动电机不输出动力。

与图2工作流程及控制方法具体内容类似，如图3是本发明的纯电动汽车 经济性挡位控制方法，具体内容如下：

在步骤301，整车控制器根据换挡器状态判定当前挡位为经济挡位。

在步骤302，整车控制器根据加速踏板开度和实时车速查经济挡位下的驾 驶员MAP图，即加速踏板开度-车速-驱动转矩关系图，得到目标驱动转矩。

在步骤303，整车控制器根据加速踏板故障、换挡器故障、驱动电机控制 器发送的故障、动力电池发送的故障等信号判别是否存在转矩故障，如果不存在 转矩故障，执行步骤304；如果存在转矩故障，则转入步骤313。

在步骤304，整车控制器根据制动踏板状态判定整车是否制动，如果制动 踏板被踩下，车辆处于制动状态，执行步骤305，否则转入步骤308。

在步骤305，整车控制器根据实时车速查找经济挡位下的制动能量回收MAP 图，得到目标制动回收转矩。

在步骤306，整车控制器根据换挡器故障、驱动电机控制器发送的故障、 动力电池发送的故障等信号判别是否存在回收故障，如果不存在回收故障，执行 步骤307；如果存在回收故障，则转入步骤313。

在步骤307，整车控制器通过CAN总线将目标制动能量回收转矩发送给驱 动电机控制器，驱动电机控制器控制驱动电机的转矩输出。

在步骤308，整车控制器根据加速踏板开度进行判别，如果加速踏板开度 大于零，执行步骤309；如果加速踏板未被踩下，开度为零，则转入步骤310。

在步骤309，整车控制器将步骤302中得到的目标驱动转矩通过CAN总线 发送给驱动电机控制器，驱动电机控制器控制驱动电机的转矩输出。

在步骤310，整车控制器根据实时车速查找经济挡位下的滑行能量回收MAP 图，得到目标滑行回收转矩。

在步骤311，整车控制器根据换挡器故障、驱动电机控制器发送的故障、 动力电池发送的故障等信号判别是否存在回收故障，如果不存在回收故障，执行 步骤312；如果存在回收故障，则转入步骤313。

在步骤312，整车控制器将目标滑行回收转矩通过CAN总线发送给驱动电 机控制器，驱动电机控制器控制驱动电机的转矩输出。

在步骤313中，整车控制器将零转矩指令发送给驱动电机控制器，使得驱 动电机不输出动力。