电动汽车驱动电机扭矩控制系统、控制方法及电动汽车

技术领域

本发明涉及电动汽车控制技术领域，具体涉及一种电动汽车驱动电机扭矩控制系统、控制方法及电动汽车。

背景技术

电动汽车整车控制器(VCU,Vehicle Control Unit)是电动汽车(如混合动力汽车、纯电动汽车)动力系统的总成控制器，负责协调发动机、驱动电机、变速箱、动力电池等各部件的工作，具有提高车辆的动力性能、安全性能和经济性等作用。电机控制器是电动汽车驱动电机的微机控制器，由微处理器CPU、存储器ROM.RAM、输入/输出接口、模数转换器以及整形、驱动等集成电路组成。

整车的主要用电设备就是驱动电机，驱动电机是由整车控制器根据油门踏板开度和当前的整车状况进行控制的。油门踏板开度是驾驶员的驾驶意图传递到整车的一种信号。现有的电动汽车发动机扭矩控制时，整车控制器接收整车油门踏板信号，根据整车油门踏板信号计算发动机所需扭矩，电子控制单元接收到整车控制器发送的外部扭矩需求进行发动机控制。但油门踏板信号的获取没有考虑实时的油门踏板开度位移量，导致驱动电机扭矩控制波动较大，电动汽车能耗高，不能满足高续航能力，驾驶舒适度差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种降低了驱动电机扭矩波动、降低了整车能耗、提高了电动汽车续驶里程的电动汽车驱动电机扭矩控制系统、控制方法及电动汽车，以解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

一方面，本发明提供的一种电动汽车驱动电机扭矩控制系统，包括：

整车控制器，用于根据油门踏板位移量实时统计完整计算周期内实际车速不为零的时间段内的油门踏板状态信息，选择对应解析方式，获取油门踏板开度，结合驱动电机的转速，查找驱动电机MAP表，获取驱动电机的需求扭矩；

电机控制器，用于根据需求扭矩控制所述驱动电机的扭矩。

优选的，所述整车控制器集成有计算单元、模数转换单元、统计单元、解析单元以及查找单元；

所述计算单元，用于根据驱动电机的转速，计算当前实际车速；

所述模数转换单元，用于将实时采集的油门踏板开度模拟信号经模数转换后的数字量0～100作为油门踏板位移量；

所述统计单元，用于根据油门踏板位移量实时统计完整计算周期内当前实际车速不为零的时段内的油门踏板状态信息；

所述解析单元，用于根据油门踏板状态信息，选择对应的解析方式，获取油门踏板开度；

所述查找单元，用于结合解析的油门踏板开度和驱动电机的转速，查找驱动电机MAP表，获取驱动电机需求扭矩。

优选的，油门踏板状态信息包括：油门踏板位移量最大值、油门踏板位移量平均值、不同油门踏板位移量占比和油门踏板位移量变化率平均值。

优选的，

当油门踏板位移量最大值＞95且油门踏板位移量平均值≤9且油门踏板位移量为50-100的位移量占比＜1％且油门踏板位移量变化率平均值＞3/s时，采用第一解析方式获取油门踏板开度信息；

当油门踏板位移量最大值＞50且油门踏板位移量平均值＜9且油门踏板位移量为50-100的位移量占比＜1％且油门踏板位移量变化率平均值＜2/s时，采用第二解析方式获取油门踏板开度信息；

当油门踏板位移量最大值＞50且油门踏板位移量平均值＜15且油门踏板位移量为50-100的位移量占比＜1％且油门踏板位移量变化率平均值＞2.5/s时，采用第三解析方式获取油门踏板开度信息；

当油门踏板位移量最大值＞95且油门踏板位移量平均值＞15且油门踏板位移量为50-100的位移量占比＞15％且油门踏板位移量变化率平均值＞4/s时，采用第四解析方式获取油门踏板开度信息。

优选的，

第一解析方式为：油门踏板开度与油门踏板位移量为正比例关系，呈现为斜率是1的直线。假设油门踏板开度为y,油门踏板位移量为x，则y

第二解析方式为：油门踏板开度与油门踏板位移量是非线性关系，在油门踏板开度小于30％范围内斜率从0.5依次增加到1.2，在油门踏板开度大于30％，小于75％范围内为斜率为1.2的正比例关系，在油门踏板开度大于75％的范围内，斜率依次减小到0.5，呈现为S型曲线。设x为油门踏板位移量，y为油门踏板开度，k为斜率，可以使用如下公式计算得到：

y

最后使用y＝y

第三解析方式为：油门踏板开度与油门踏板位移量是非线性关系，在油门踏板开度小于30％范围内斜率从0.4依次增加到1.3，在油门踏板开度大于30％，小于75％范围内为斜率为1.3的正比例关系，在油门踏板开度大于75％的范围内，斜率依次减小到0.4，呈现为S型曲线。设x为油门踏板位移量，y为油门踏板开度，k为斜率，可以使用如下公式计算得到。

y

最后使用y＝y

第四解析方式为：油门踏板开度与油门踏板位移量是非线性关系，在油门踏板开度小于30％范围内斜率从0.3依次增加到1.5，在油门踏板开度大于30％，小于75％范围内为斜率为1.5的正比例关系，在油门踏板开度大于75％的范围内，斜率依次减小到0.3，呈现为S型曲线。设x为油门踏板位移量，y为油门踏板开度，k为斜率，可以使用如下公式计算得到。

y

最后使用y＝y

优选的，所述油门踏板开度模拟信号为电压信号。

第二方面，本发明提供一种电动汽车驱动电机扭矩控制方法，包括：

根据油门踏板位移量实时统计完整计算周期内实际车速不为零的时间段内的油门踏板状态信息，选择对应解析方式，获取油门踏板开度，结合驱动电机的转速，查找驱动电机MAP表，获取驱动电机的需求扭矩；

根据需求扭矩控制所述驱动电机的扭矩。

优选的，获取驱动电机的需求扭矩包括：

根据驱动电机的转速，计算当前实际车速；

将实时采集的油门踏板开度模拟信号经模数转换后的数字量0～100作为油门踏板位移量；

根据油门踏板位移量实时统计完整计算周期内当前实际车速不为零的时段内的油门踏板状态信息；

根据油门踏板状态信息，选择对应的解析方式，获取油门踏板开度；

结合解析的油门踏板开度和驱动电机的转速，查找驱动电机MAP表，获取驱动电机需求扭矩。

优选的，所述油门踏板开度模拟信号为电压信号。

第三方面，本发明提供一种电动汽车，包括如上所述的电动汽车驱动电机扭矩控制系统。

本发明有益效果：在保证整车满足驾驶员意图的基础上，降低了驱动电机扭矩的波动，增强驾驶的舒适性，提高了动力性能，降低了整车能耗，提高了续航能力。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所述的电动汽车驱动电机扭矩控制系统功能原理框图。

图2为本发明实施例所述的电动汽车驱动电机扭矩控制方法流程图。

图3为本发明实施例所述的第一解析方式曲线图。

图4为本发明实施例所述的第二解析方式曲线图。

图5为本发明实施例所述的第三解析方式曲线图。

图6为本发明实施例所述的第四解析方式曲线图。

具体实施方式

下面详细叙述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。

还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件和/或它们的组。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

为便于理解本发明，下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步解释说明，且具体实施例并不构成对本发明实施例的限定。

本领域技术人员应该理解，附图只是实施例的示意图，附图中的部件并不一定是实施本发明所必须的。

实施例1

如图1所示，本发明实施例1提供一种电动汽车驱动电机扭矩控制系统，该电动汽车驱动电机扭矩控制系统包括：整车控制器，用于根据油门踏板位移量实时统计完整计算周期内实际车速不为零的时间段内的油门踏板状态信息，选择对应解析方式，获取油门踏板开度，结合驱动电机的转速，查找驱动电机MAP表，获取驱动电机的需求扭矩；电机控制器，用于根据需求扭矩控制所述驱动电机的扭矩。

在本实施例1中，所述整车控制器集成有计算单元、模数转换单元、统计单元、解析单元以及查找单元。

计算单元，用于根据驱动电机的转速，计算当前实际车速；

所述模数转换单元，用于将实时采集的油门踏板开度模拟信号(电压信号)经模数转换后的数字量0～100作为油门踏板位移量；

所述统计单元，用于根据油门踏板位移量实时统计完整计算周期内当前实际车速不为零的时段内的油门踏板状态信息；

所述解析单元，用于根据油门踏板状态信息，选择对应的解析方式，获取油门踏板开度；

所述查找单元，用于结合解析的油门踏板开度和驱动电机的转速，查找驱动电机MAP表，获取驱动电机需求扭矩。

在本实施例1中，油门踏板状态信息包括：油门踏板位移量最大值、油门踏板位移量平均值、不同油门踏板位移量占比和油门踏板位移量变化率平均值。

所述的油门踏板位移量最大值为完整计算周期内统计的油门踏板位移量中的最大数值；所述的油门踏板位移量平均值为完整计算周期内统计的油门踏板位移量中的平均数值；所述的油门踏板位移量占比为选定一个油门踏板位移量区间，统计油门踏板位移量落在当前区间与落在整个位移量区间中的比例；所述油门踏板位移量变化率为单位时间内油门踏板位移量的变化量。

在本实施例1中，当油门踏板位移量最大值＞95且油门踏板位移量平均值≤9且油门踏板位移量为50-100的位移量占比＜1％且油门踏板位移量变化率平均值＞3/s时，采用第一解析方式获取油门踏板开度信息。

当油门踏板位移量最大值＞50且油门踏板位移量平均值＜9且油门踏板位移量为50-100的位移量占比＜1％且油门踏板位移量变化率平均值＜2/s时，采用第二解析方式获取油门踏板开度信息。

当油门踏板位移量最大值＞50且油门踏板位移量平均值＜15且油门踏板位移量为50-100的位移量占比＜1％且油门踏板位移量变化率平均值＞2.5/s时，采用第三解析方式获取油门踏板开度信息。

当油门踏板位移量最大值＞95且油门踏板位移量平均值＞15且油门踏板位移量为50-100的位移量占比＞15％且油门踏板位移量变化率平均值＞4/s时，采用第四解析方式获取油门踏板开度信息。

如图3所示，第一解析方式为：油门踏板开度与油门踏板位移量为正比例关系，呈现为斜率是1的直线。假设油门踏板开度为y,油门踏板位移量为x，则y

如图4所示，第二解析方式为：油门踏板开度与油门踏板位移量是非线性关系，在油门踏板开度小于30％范围内斜率从0.5依次增加到1.2，在油门踏板开度大于30％，小于75％范围内为斜率为1.2的正比例关系，在油门踏板开度大于75％的范围内，斜率依次减小到0.5，呈现为S型曲线。设x为油门踏板位移量，y为油门踏板开度，k为斜率，可以使用如下公式计算得到：

y

最后使用y＝y

如图5所示，第三解析方式为：油门踏板开度与油门踏板位移量是非线性关系，在油门踏板开度小于30％范围内斜率从0.4依次增加到1.3，在油门踏板开度大于30％，小于75％范围内为斜率为1.3的正比例关系，在油门踏板开度大于75％的范围内，斜率依次减小到0.4，呈现为S型曲线。设x为油门踏板位移量，y为油门踏板开度，k为斜率，可以使用如下公式计算得到。

y

最后使用y＝y

如图6所示，第四解析方式为：油门踏板开度与油门踏板位移量是非线性关系，在油门踏板开度小于30％范围内斜率从0.3依次增加到1.5，在油门踏板开度大于30％，小于75％范围内为斜率为1.5的正比例关系，在油门踏板开度大于75％的范围内，斜率依次减小到0.3，呈现为S型曲线。设x为油门踏板位移量，y为油门踏板开度，k为斜率，可以使用如下公式计算得到。

y

最后使用y＝y

如图2所示，在本实施例1中，利用上述的系统实现了电动汽车驱动电机的扭矩控制方法，该方法包括如下步骤：

根据油门踏板位移量实时统计完整计算周期内实际车速不为零的时间段内的油门踏板状态信息，选择对应解析方式，获取油门踏板开度，结合驱动电机的转速，查找驱动电机MAP表，获取驱动电机的需求扭矩；

根据需求扭矩控制所述驱动电机的扭矩。

在本实施例1中，获取驱动电机的需求扭矩包括如下步骤：

根据驱动电机的转速，计算当前实际车速；

将实时采集的油门踏板开度模拟信号经模数转换后的数字量0～100作为油门踏板位移量；

根据油门踏板位移量实时统计完整计算周期内当前实际车速不为零的时段内的油门踏板状态信息；

根据油门踏板状态信息，选择对应的解析方式，获取油门踏板开度；

结合解析的油门踏板开度和驱动电机的转速，查找驱动电机MAP表，获取驱动电机需求扭矩。

最终，将需求扭矩发送给电机控制器，由电机控制器根据需求扭矩控制驱动电机的扭矩，驱动车辆行驶。

实施例2

本发明实施例2提供一种电动汽车驱动电机扭矩控制系统，该系统基于油门踏板开度自适应解析方法，针对车辆在不同路况、不同驾驶员驾驶时，统计驾驶过程中的油门踏板位移量信息、车速等信息，根据司机的驾驶习惯和路况特征对能耗的影响，整车控制器自动选择油门踏板解析方式，达到车辆运营过程中自动降低能耗的目的。

在本实施例2中，利用电动汽车驱动电机扭矩控制系统实现扭矩控制包括如下步骤：车速计算，油门踏板位移量计算，油门踏板开度自适应解析，驱动电机扭矩管理与分配。

进行车速计算具体步骤为：

整车控制器通过接收电机控制器发出的电机转速信号n，根据车辆轮胎半径r、主减速器传动比i，计算当前车辆实际行驶速度V，计算公式如下：

所述的油门踏板位移量计算具体步骤为：

整车控制器与油门踏板相连接，采集油门踏板的电压模拟量信号，并经过模数转换后发出0～100的数字量作为油门踏板位移量。0表示油门踏板未踩下，100表示油门踏板踩到底，中间数值为踩下不同的深度。

在本实施例2中，所述的油门踏板自适应解析，具体步骤为：

在车辆行驶过程中整车控制器以每1小时为一个计算小周期，以连续3小时为一个完整周期，在周期内统计车速不等于0的时间段内的油门最大位移量、油门平均位移量、油门百分占比和油门变化率平均值；

在整车控制器程序中预置第一解析方式、第二解析方式、第三解析方式、第四解析方式的4种逻辑解析表。整车控制器根据油门踏板最大位移量、平均位移量、油门踏板位移变化率等信息自动选择不同的油门解析方式，获得油门踏板开度。

所述的驱动电机扭矩管理，具体步骤为：

整车控制器结合当前的电机转速、解析后的油门踏板开度和电机的MAP曲线进行需求扭矩请求，并将需求扭矩信息发送给电机控制器，由电机控制器驱动车辆行驶。

实施例3

本发明实施例3提供一种纯电动客车的驱动电机扭矩控制方法，其步骤为：整车控制器根据电机发送的电机转速计算当前车速，整车控制器根据油门踏板踩下的深度进行油门踏板位移量计算，整车控制器统计油门踏板位移量信息，整车控制器根据制定的控制策略自动切换油门踏板解析方式，并根据解析后的油门踏板开度进行驱动电机的扭矩管理。

当前车速计算，整车控制器根据电机控制器发送的电机转速n，轮胎滚动半径r，主减速器传动比i，根据如下公式计算当前车辆实际行驶速度V：

油门踏板位移量计算：整车控制器采集油门踏板发出的开度模拟信号，经过整车控制器模数转换后发出0～100％的数字量作为油门踏板位移量。0％为油门踏板未踩下，100％为油门踏板踩到底，中间数值为踩下不同的深度。所述的开度模拟信号为电压信号。

油门踏板位移量信息统计：整车控制器在车辆行驶过程中实时统计油门踏板的位移量信息，以每1小时为一个计算小周期，以连续3小时为一个完整周期，在每个周期内统计车速≠0的时间段内的油门踏板最大位移量、油门踏板平均位移量、油门踏板不同位移量占比和油门变化率平均值，并进行存储。

所述的油门踏板最大位移量为统计的油门踏板位移量中的最大数值；所述的油门踏板平均位移量为统计的油门踏板位移量中的平均数值；所述的油门踏板不同位移量占比为选定一个油门踏板位移量区间，统计油门踏板位移量落在当前区间与落在整个位移量区间中的比例；所述油门变化率为单位时间内油门踏板位移量的变化量。

本实施例3中，进行扭矩控制时，不同的油门踏板状态信息下进行不同的油门踏板开度自适应解析：整车控制器程序中预置4种解析方式程序，4种解析方式如图3-图6中曲线所示，图中横轴为油门踏板位移量，纵轴为油门踏板解析开度。根据统计的油门踏板位移量信息选择不同的解析方式，将油门踏板位移量解析为相应的油门踏板开度。

自适应解析的方法如下：

(1)当油门最大位移量＞95且油门平均位移量≤9且油门50-100位移量占比＜1％且油门变化率平均值＞3/s时，保持解析方式1；

(2)当油门最大位移量＞50且油门平均位移量＜9且油门50-100位移量占比＜1％且油门变化率平均值＜2/s时，自动切换解析方式2；

(3)当油门最大位移量＞50且油门平均位移量＜15且油门50-100位移量占比＜1％且油门变化率平均值＞2.5/s时，自动切换解析方式3；

(4)当油门最大位移量＞95且油门平均位移量＞15且油门50-100位移量占比＞15％且油门变化率平均值＞4/s时，自动切换解析方式4。

所述油门踏板开度为解析后的油门踏板信号量，0％为油门踏板未踩下，对应油门踏板位移量为0；100％为油门踏板完全踩下，对应油门踏板位移量为100；中间数值为相应的解析开度。

驱动电机的扭矩管理：整车控制器根据自适应解析后的油门踏板开度、电机当前转速、查找电机MAP表得出电机的需求扭矩，并将需求扭矩发送给电机控制器，由电机控制器控制电机驱动车辆行驶。

实施例4

本发明实施例4提供一种电动汽车，该电动汽车包括如上实施例所述的电动汽车驱动电机扭矩控制系统。利用该电动汽车驱动电机扭矩控制系统实现了电动汽车驱动电机扭矩控制方法，该方法包括：

根据油门踏板位移量实时统计完整计算周期内实际车速不为零的时间段内的油门踏板状态信息，选择对应解析方式，获取油门踏板开度，结合驱动电机的转速，查找驱动电机MAP表，获取驱动电机的需求扭矩；

根据需求扭矩控制所述驱动电机的扭矩。

获取驱动电机的需求扭矩包括：

根据驱动电机的转速，计算当前实际车速；

将实时采集的油门踏板开度模拟信号经模数转换后的数字量0～100作为油门踏板位移量；

根据油门踏板位移量实时统计完整计算周期内当前实际车速不为零的时段内的油门踏板状态信息；

根据油门踏板状态信息，选择对应的解析方式，获取油门踏板开度；

结合解析的油门踏板开度和驱动电机的转速，查找驱动电机MAP表，获取驱动电机需求扭矩。

综上所述，本发明实施例所述的电动汽车驱动电机扭矩控制系统及控制方法，根据电机当前转速计算车辆行驶速度；在驾驶员踩下油门踏板后，整车控制器进行油门踏板的位移量计算；统计车辆行驶速度不为0的时段内的油门踏板位移量状态信息，进行自适应油门踏板开度解析；整车控制器根据解析后的油门踏板开度进行驱动电机的扭矩管理与分配。使用了该扭矩控制系统的电动汽车，可以在保证整车满足驾驶员意图的基础上，尽最大可能降低整车能耗，降低驱动扭矩的波动，增强驾驶的舒适性，在满足整车动力性能基础上增加续驶里程。

以上所述仅为本公开的优选实施例，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域技术人员在不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形，都应涵盖在本发明的保护范围之内。