一种防止电动汽车出现“死踏板现象”的扭矩控制方法

摘要

一种防止电动汽车的车辆出现“死踏板现象”的扭矩控制方法，包括动力电池单元，其技术要点是，动力电池单元与扭矩控制单元的输入端相连接，所述扭矩控制单元输入端还与加速踏板信号输出单元相连接；所述扭矩控制单元与电机驱动单元相连接；所述电机驱动单元通过由变速箱、传动轴和差速器组成的传动单元与驱动单元的输入端相连接。本发明扭矩控制根据动力系统最大扭矩能力和驾驶员可能出现的最大的扭矩请求，实时修改驾驶扭矩曲线，避免出现驾驶员扭矩请求超出动力系统最大扭矩能力的情况，即“死踏板现象”。所述的扭矩控制方法既能避免“死踏板现象”又能够保证动力系统最大扭矩能力，适用于需要使用动力电池的纯电动车和混合动力电动车。

说明书

技术领域

本发明涉及电动汽车及混合动力汽车技术领域，具体地说是一种防止电动汽车的车辆出现“死踏板现象”的扭矩控制方法。该控制方法适用于需要使用动力电池的纯电动车和混合动力电动车。

关键字：死踏板现象电动汽车扭矩控制。

背景技术

随着社会的不断发展，环境问题已经受到越来越多的关注，而汽车尾气的排放已经成为影响环境的主要因素之一，另外考虑到石油的不可再生性以及汽车保有量的持续增加，因此寻找一种清洁的石油代替能源是解决以上问题的唯一途径，环保型混合动力汽车及电动汽车应运而生。

目前电动汽车动力系统一般由锂离子动力电池、驱动电机等主要部分组成。锂离子电池的放电功率总是受到温度、SOC(StateofCharge，荷电状态)等因素的限制。驱动电机也总是由于过热保护而减小扭矩输出能力。所以随着工作时间加长电动汽车动力系统会存在温度增高、SOC下降而导致扭矩能力减小的客观条件。当系统扭矩能力减小到一定程度后如果驾驶员有更大的加速踏板需求则容易发生死踏板现象，即驾驶员深踩加速踏板但请求扭矩没有变化。因此，如何防止上述重大事故的发生，是本专业技术人员一直在研究的重要课题之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种避免电动汽车的车辆出现“死踏板现象”的扭矩控制方法，并具有扭矩请求平顺、不削减车辆动力系统最大扭矩能力等特点。

本发明的目的是通过如下技术方案来实现的：一种防止电动汽车的车辆出现“死踏板现象”的扭矩控制方法，它包括有动力电池单元，其特征在于，动力电池单元与扭矩控制单元的输入端相连接，所述扭矩控制单元输入端还与加速踏板信号输出单元相连接；所述扭矩控制单元与电机驱动单元相连接；所述电机驱动单元通过由变速箱、传动轴和差速器组成的传动单元与驱动单元的输入端相连接。

加速踏板信号输出单元：主要由加速踏板及其附属机构组成，负责输出加速踏板开度的电压信号，并将该信号传送给扭矩控制单元。

动力电池单元：主要由动力电池及其控制单元组成，负责将动力电池当前状态下最大放电功率传送给扭矩控制单元。

扭矩控制单元：扭矩控制单元负责接收加速踏板信号单元输出的电压信号并将电压信号转换为0-100％的开度信号，并根据加速踏板开度信号对电机驱动单元输出扭矩指令。同时，扭矩控制单元还接收动力电池单元发送的当前状态下最大放电功率以及电机驱动单元发送的电机转速和可执行的最大扭矩指令。

扭矩控制单元通过采集的动力电池单元的最大放电功率和电机的转速、可执行的最大扭矩指令，预判出加速踏板在0-100％等行程中是否会出现加速踏板的开度增加扭矩控制单元对电机驱动单元的扭矩指令不变的情况。如果预判会出现上述情况扭矩控制单元会采用提前限制扭矩控制单元的扭矩指令的方式，保证不会出现预判中出现的情况，即在扭矩控制单元输出的扭矩达到80％的系统最大扭矩能力之后开始修正扭矩请求曲线，保证加速踏板开度为100％时，扭矩控制单元对电机驱动单元的扭矩请求指令为100％的系统最大扭矩。

电机驱动单元：主要有电机及其控制器组成，负责接收扭矩控制单元的扭矩请求指令，并对传动单元输出扭矩；同时电机驱动单元还会向扭矩控制单元传送电机的转速和可执行的最大扭矩指令。

传动单元：主要有变速箱、传动轴和差速器部分组成，负责向驱动单元传递动力。

驱动单元：主由驱动轮及其附属部件组成，负责直接驱动车辆前进或后退。

为了实现上述目的，本发明的控制系统采集电池系统最大放电功率、电机系统扭矩能力、转速、加速踏板开度等信息；

首先，根据电池系统最大放电功率和电机系统扭矩能力计算出车辆动力系统最大输出扭矩，其计算方法为：

1、确定电池提供给电机用来驱动车辆的最大功率，该功率为电池系统最大放电功率减去其他负载的损耗；根据该功率计算尺电池系统可提供的最大扭矩。

P_e＝P_b-P_c(1)

式1、2中P_e为电池提供给电机的最大电功率；P_b为电池系统最大放电功率；P_c为系统其他附件功率，如DCDC功率、空调功率等；T为电池可提供给电机的最大电能装换为机械功的最大扭矩；η为电机系统效率取为0.9，N为电机转速。

2、比较T与电机系统最大扭矩能力T_m得到二者的最小值T_c，T_c为车辆动力系统最大扭矩；

其次，比较T_c和控制系统中加速踏板100％开度时扭矩请求T_r；

当T_r≤T_c时，不对控制系统扭矩请求进行自动修正；

当T_r＞T_c时，对控制系统扭矩请求进行自动修正；

对控制系统扭矩请求进行自动修正的方法为：

1、计算出控制系统输出扭矩为0.8*T_c时的加速踏板开度APP；

2、当加速踏板开度大于APP时，根据两个扭矩请求点(APP，0.8*T_c)和(100％，T_c)计算出一条直线，当加速踏板当前开度APP_r超过APP时，扭矩请求沿着该直线变化。

即：

本发明实时计算加速踏板扭矩请求、车辆动力系统最大扭矩能力、死踏板开度区；当驾驶员扭矩请求达到0.8倍的车辆动力系统最大扭矩能力时开始修改驾驶员扭矩请求曲线，重新拟合出一条直线线使加速踏板达到100％开度时驾驶员请求扭矩恰好为车辆动力系统最大扭矩能力。

综上所述，本发明所使用该扭矩控制方法的控制系统具有以下优点：

1、由于本控制方法提前预判是否会发生死踏板现象，所以当车辆动力系统扭矩能力受到限制时，能够有效避免驾驶员踩下加速踏板但是驱动扭矩没有增加的死踏板现象，改善车辆的驾驶性；

2、由于本控制方法充分考虑了动力电池、电机的最大能力，所以当驾驶员将加速踏板完全踩下时，控制系统的扭矩请求为车辆动力系统最大扭矩，这样就不影响车辆的最大扭矩输出，不会硬性车辆的加速性能；

3、由于本控制方法采用提前限制扭矩的方法，所以车辆动力系统扭矩能力受到限制时，当驾驶员请求扭矩不断增加时，提前对驾驶员请求扭矩做部分削减，更有力于保护电机、电池；

4、由于本控制方法在线实时自动修改驾驶员请求扭矩，不会增加车辆驾驶性、动力性标定的难度。

附图说明

图1是本发明的控制系统原理框图；

附图2是本发明的算法对扭矩需求曲线自动拟合前后的对比曲线图。

下面将结合附图通过实例，对本发明作进一步详细说明，但下述实例仅仅是本发明的例子而已，并不代表本发明所限定的权利保护范围，本发明的权利保护范围以权利要求书为准。

具体实施方式：

实例1

由图1-2所示，以一台纯电动汽车的电池容量为60Ah，电机的峰值功率为65kw，附件总功率P_c为8kw为实例。

所述的动力电池单元与扭矩控制单元的输入端相连接，所述扭矩控制单元输入端还与加速踏板信号输出单元相连接；所述扭矩控制单元与电机驱动单元相连接；所述电机驱动单元通过由变速箱、传动轴和差速器组成的传动单元与驱动单元的输入端相连接。

控制系统采集到的信息为：加速踏板开度为5％，电机转速为N＝2000r/min；由于受到温度、SOC等因素的影响电池的最大放电功率P_b为40kw，电机最大扭矩能力为220Nm；

首先，计算车辆动力系统的最大扭矩能力；

1、电池可提供给电机的最大电功率为：

P_e＝P_b-P_c＝40kw-8kw＝32kw；

电能装换为机械功后最大扭矩为

2、车辆动力系统最大扭矩能力为：

T_c＝137.52Nm

其次，比较T_c和控制系统中加速踏板100％开度时扭矩请求T_r；

1、控制系统在N＝2000r/min，加速踏板开度为100％时扭矩请求为T_r为220Nm；此时T_r＞T_c，并根据具控制系统内部标定参数计算得出，当控制系统输出扭矩请求为0.8*137.52Nm≈110Nm时加速踏板开度为APP为60％；

根据控制系统内部标定参数可知，扭矩请求曲线拟合之前当加速踏板为70％时扭矩请求约为137Nm，此时加速踏板的开度在70％-100％之间为死踏板区域，此时继续踩下加速踏板请求扭矩不变，出现死踏板状态；

2、驾驶员继续踩下加速踏板，当加速踏板开度大于60％后扭矩请求输出会根据拟合的扭矩请求曲线自动修正；

如加速踏板开度为90％；

扭矩请求曲线自动拟合之后为输出的扭矩请求为：

加速踏板开度为100％时，

T_r＝0.8*137.52+0.2*137.52Nm＝137.52Nm；

由图2所示，图中粗实线为控制系统原扭矩请求曲线，从图中可以看出由于车辆动力系统最大扭矩能力小于控制系统最大扭矩请求，所以随着加速踏板开度的增加，当扭矩请求等于车辆动力系统最大扭矩能力后，加速踏板开度的继续增加但扭矩请求不再继续增加，即图中死踏板区；而扭矩请求曲线自动修正之后实现了扭矩请求随加速踏板的线性变化，即随着加速踏板开度的增加，当扭矩请求等于0.8倍的车辆最大扭矩能力之后，随着加速踏板的继续增加，扭矩请求将沿着图中的虚线继续增加，当加速踏板开度达到100％开度时控制系统扭矩能力与车辆系统最大扭矩能力相等，有效的避免了死踏板现象。从而实现了本发明的目的。

本发明还具有以下特点：

1、驾驶员需求扭矩平顺，第一段需求扭矩曲线的终点为第二段需求扭矩曲线的起点，可以保证驾驶员需求没有突变保证车辆驾驶性能。

2、驾驶员需求扭矩最大值为系统最大扭矩能力，可以保证车辆的动力性能。

当然，本发明还可能有其他多种实施实例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。