电动汽车两档变速器换档方法、存储介质、电子设备及电动汽车与流程

本申请涉及汽车技术领域，尤其涉及一种电动汽车两档变速器换档方法、存储介质、电子设备及电动汽车。

背景技术：

目前电动汽车基本都是驱动电机通过一个主减速器(只有一个档位，固定速比)直接驱动车轮，这对电机及减速器的选型增加了难度。一方面，如果选用较大速比的减速器，但是选用较大速比的减速器要求电机具备更高运行转速，这就增加了电机及相关零部件的设计成本，并且较大速比的减速器会降低电机高效运行的占比，不经济；另一方面，如果选用较小速比的减速器，则无法满足整车对动力系的要求。

所以，为了兼顾整车动力性、经济性及成本，一方面是选用一个比较恰当速比的减速器，但是这样就无法同时保证整车动力性和经济性的最优控制；另一方面，采用两档变速器替代固定速比减速器，将两档变速器的两个速比设计成一个大速比、一个小速比，以便同时整车动力性和经济性。

目前，基于两档变速器的电动汽车换挡控制均考虑的比较简单，主要体现在如下几个方面。

一是仅仅基于车速维度的单参数换挡控制，它主要出于对电机在高速比下有转速超速风险的考虑，从而设置了一个与电机最高转速相对应的车速阈值，低于该阈值时采用大速比档位，高于该阈值时采用小速比档位，这种控制不考虑电机实际工作时扭矩和各个车速下的效率，不能做到经济性和动力性的最优控制。

二是基于加速踏板开度和车速的两参数换挡控制，借鉴了传统燃油汽车变速箱的换挡控制规律，增加了加速踏板开度对换挡控制的影响，这种方法反映了驾驶员的驾驶意图，通过升、降档曲线调整是可以在满足动力性的前提下保证一定经济性的。但是这种方法并没有考虑电动汽车电机驱动与传统发动机驱动的区别，电动汽车电机扭矩输出不像传统汽车发动机扭矩输出与加速踏板开度呈强相关的线性关系，电动汽车的电机扭矩输出依赖于动力电池电量的多少，在高、中、低电量下，电机扭矩输出呈现较大的区别，低电量时较大加速踏板开度对应的电机扭矩输出可能比高电量时较小加速踏板开度对应的电机扭矩输出要小，那么基于加速踏板开度和车速的换挡控制不能真正保证电机始终工作在高效区间，尤其是对于纯电动四驱动的车辆，该换挡方法经济性较低。

申请内容

本申请实施例的目的在于克服现有技术中的电动汽车的换档控制经济性低的不足，提供一种结合电池电量进行换挡的电动汽车两档变速器换档方法、存储介质、电子设备及电动汽车。

本申请实施例的技术方案提供一种电动汽车两档变速器换档方法包括，

获取驱动电机的车轮端需求扭矩，根据所述车轮端需求扭矩分别计算两个档位下实现所述车轮端需求扭矩的轴端目标扭矩和轴端目标转速；

获取当前母线电压，根据所述当前母线电压、所述两个档位下的轴端目标扭矩和所述轴端目标转速得到两个档位下的电机运行效率；

将所述两个档位中所述电机运行效率较高的档位作为目标档位；

将所述电动汽车的档位切换至所述目标档位。

进一步地，所述获取驱动电机的车轮端需求扭矩，包括：

根据当前踏板开度和当前车速计算驾驶员需求扭矩；

根据当前动力电池的功率和当前车速计算最大驱动扭矩；

根据当前车速计算驱动电机能够提供的最大动力扭矩；

将所述驾驶员需求扭矩、所述最大驱动扭矩和所述最大动力扭矩中的最小值做为所述车轮端需求扭矩。

进一步地，所述最大动力扭矩为所述当前车速下，且所述电动汽车处于减速比较大的档位时所述驱动电机的最大车轮端扭矩。

进一步地，所述驾驶员需求扭矩由当前转速下驱动电机所能发出的最大扭矩乘以踏板开度百分比得到。

进一步地，所述最大驱动扭矩为当前电池能够提供到车轮端的可用扭矩，通过如下公式计算：

其中，t2为最大驱动扭矩(包括加速和减速扭矩，单位为nm)，p为当前动力电池的可用功率(正值代表驱动功率，负值代表回收功率，单位为kw)，r为车轮半径(单位为m)，v为当前车速(单位为km/h)。

进一步地，所述根据所述当前母线电压、两个档位下的所述轴端目标扭矩和所述轴端目标转速得到两个档位下的电机运行效率，包括：

根据不同电压、轴端扭矩和轴端转速下的驱动电机运行效率，预设电机效率数据模型；

将所述当前母线电压、每个档位下的轴端目标扭矩和轴端目标转速输入所述电机效率数据模型，输出对应档位的电机运行效率。

进一步地，所述变速器设置有第一档位和第二档位，所述第一档位的减速比大于所述第二档位的减速比；

所述电动汽车变速器换档方法，还包括：

计算所述第二档位下驱动电机的所述轴端目标转速对应的外特性扭矩；

若所述第二档位下驱动电机的所述轴端目标扭矩大于所述外特性扭矩，则将所述第一档位作为目标档位；

若否，则获取当前母线电压，根据所述当前母线电压、两个档位下的所述轴端目标扭矩和所述轴端目标转速得到两个档位下的电机运行效率；

将所述电机运行效率较高的档位作为目标档位。

本申请实施例还提供一种存储介质，所述存储介质用于存储计算机程序，当计算机执行所述计算机程序时，用于执行如前所述的电动汽车两档变速器换档方法的所有步骤。

本申请实施例还提供一种电子设备，包括：

处理器；以及，

与所述处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行，以使所述处理器能够执行如前所述的电动汽车两档变速器换档方法。

本申请实施例还提供一种电动汽车，所述电动汽车包括汽车主体和安装在所述汽车主体上的如前所述的电子设备。

采用上述技术方案后，具有如下有益效果：

本申请中通过计算出两个档位下的轴端目标扭矩和轴端目标转速，结合母线电压得出两个档位下的电机运行效率，基于电机运行效率选择档位，可以保证驱动电机在动力电池不同的电量下均工作在高效区间。

附图说明

参见附图，本申请的公开内容将变得更易理解。应当理解：这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在对本申请的保护范围构成限制。图中：

图1是本申请一实施例中电动汽车两档变速器换档方法的流程图；

图2是本申请一优选实施例中电动汽车两档变速器换档方法的流程图；

图3是本申请一优选实施例中执行两档变速器换挡的系统结构示意图；

图4是本申请一实施例中用于实现电动汽车两档变速器换档方法的电子设备的硬件结构图。

具体实施方式

下面结合附图来进一步说明本申请的具体实施方式。

容易理解，根据本申请的技术方案，在不变更本申请实质精神下，本领域的一般技术人员可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本申请的技术方案的示例性说明，而不应当视为本申请的全部或视为对申请技术方案的限定或限制。

在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。

图1示出了本申请实施例中电动汽车两档变速器换档方法的流程图，具体包括，

s101：获取驱动电机的车轮端需求扭矩，根据所述车轮端需求扭矩分别计算两个档位下实现所述车轮端需求扭矩的轴端目标扭矩和轴端目标转速；

s102：获取当前母线电压，根据所述当前母线电压、所述两个档位下的轴端目标扭矩和所述轴端目标转速得到两个档位下的电机运行效率；

s103：将所述两个档位中所述电机运行效率较高的档位作为目标档位；

s104：将所述电动汽车的档位切换至所述目标档位。

本申请实施例通过驱动电机的车轮端需求扭矩，结合两个档位不同的减速比，分别计算两个档位下的轴端目标扭矩和轴端目标转速。而驱动电机的电压、轴端扭矩和轴端转速均会影响电机运行效率，本申请中根据当前母线电压，结合两个档位下的轴端目标扭矩和轴端目标转速获取电机运行效率，根据两个档位下的电机运行效率确定目标档位，能够保证动力电池在不同的电量下均工作在高效区间，具有较高的经济性。

在其中一个实施例中，所述获取驱动电机的车轮端需求扭矩，包括：

根据当前踏板开度和当前车速计算驾驶员需求扭矩；

根据当前动力电池的功率和当前车速计算最大驱动扭矩；

根据当前车速计算驱动电机能够提供的最大动力扭矩；

将所述驾驶员需求扭矩、所述最大驱动扭矩和所述最大动力扭矩中的最小值做为所述车轮端需求扭矩。

具体的，所述驾驶员需求扭矩通过踏板开度百分比与当前转速下驱动电机所能发出的最大扭矩相乘得到。

所述最大驱动扭矩为当前电池能够提供到车轮端的可用扭矩，通过如下公式计算：

其中，t2为最大驱动扭矩(包括加速和减速扭矩，单位为nm)，p为当前动力电池的可用功率(正值代表驱动功率，负值代表回收功率，单位为kw)，r为车轮半径(单位为m)，v为当前车速(单位为km/h)。

所述最大动力扭矩为所述当前车速下，且所述电动汽车处于减速比较大的档位时所述驱动电机的最大车轮端扭矩。最大动力扭矩用于表征当前电机系统的最大驱动能力，减速比较大的档位能提供较大的扭矩，因此，根据当前车速，计算减速比较大的档位下驱动电机的最大车轮端扭矩即为所述最大动力扭矩。

上述驾驶员需求扭矩、最大驱动扭矩和最大动力扭矩中的最小值即为车轮端需求扭矩。

本实施例中所得出的车轮端需求扭矩结合了驾驶员需求、电池电量和电机系统的驱动能力，当根据踏板开度计算出的驾驶员需求扭矩大于最大驱动扭矩和/或最大动力扭矩时，则以最大驱动扭矩和最大动力扭矩的最小值作为车轮端需求扭矩。相较于直接根据踏板开度和当前转速计算出的驾驶员需求扭矩作为车轮端需求扭矩，本实施例的计算方法具有更高的准确率。

在其中一个实施例中，所述根据所述当前母线电压、两个档位下的所述轴端目标扭矩和所述轴端目标转速得到两个档位下的电机运行效率，包括：

根据不同电压、轴端扭矩和轴端转速下的电机运行效率，预设电机效率数据模型；

将所述当前母线电压、每个对应档位下的轴端目标扭矩和轴端目标转速输入所述电机效率数据模型，输出对应档位的电机运行效率。

具体的，电机运行效率与电压、轴端扭矩和轴端转速相关，本实施例将不同电压、轴端扭矩和轴端转速下的电机运行效率预设在电机效率数据模型中，该电机效率数据模型可以通过驱动电机台架试验获得。

本实施例中，通过实验，结合电压、轴端扭矩和轴端转速预设电机效率数据模型，在获取电机运行效率时将母线电压、对应档位下的轴端目标扭矩和轴端目标转速输入电机效率数据模型，通过查表即可得电机运行效率，执行步骤简单，能够快速获取电机运行效率。

在其中一个实施例中，所述变速器设置有第一档位和第二档位，所述第一档位的减速比大于所述第二档位的减速比；

所述电动汽车变速器换档方法，还包括：

计算所述第二档位下驱动电机的所述轴端目标转速对应的外特性扭矩；

若所述第二档位下驱动电机的所述轴端目标扭矩大于所述外特性扭矩，则将所述第一档位作为目标档位；

若否，则获取当前母线电压，根据所述当前母线电压、两个档位下的所述轴端目标扭矩和所述轴端目标转速得到两个档位下的电机运行效率；

将所述电机运行效率较高的档位作为目标档位。

具体的，减速比越大的档位，输出的扭矩越大，因此，本实施例中第二档位能输出的车轮端最大扭矩大于第一档位能输出的车轮端最大扭矩。

因此，根据驱动电机的车轮端需求扭矩，计算出第二档位下的轴端目标扭矩和轴端目标转速，若轴端目标扭矩小于轴端目标转速对应的外特性扭矩，则说明在第二档位下，驱动电机无法同时满足转速等于所述轴端目标转速和扭矩等于所述轴端目标扭矩，此时，目标档位只能设置为扭矩更大的第一档位。

若轴端目标扭矩大于或等于轴端目标转速对应的外特性扭矩，则说明在第二档位下，若驱动电机能同时满足转速等于所述轴端目标转速和扭矩等于所述轴端目标扭矩，此时，目标档位可以设置为第一档位，也可设置为第二档位，则根据电机运行效率设置目标档位，保证驱动系统的经济性。

本实施例考虑到驱动电机在两个档位下输出扭矩的区别，在保证驱动系统的经济性时优先保证了汽车的驱动力。

图2示出了本申请一优选实施例中的电动汽车两档变速器换档方法的流程图，具体包括，

s201：根据当前踏板开度和当前车速计算驾驶员需求扭矩；

s202：根据当前动力电池的功率和当前车速计算最大驱动扭矩；

s203：根据当前车速计算驱动电机能够提供的最大动力扭矩；

s204：将所述驾驶员需求扭矩、所述最大驱动扭矩和所述最大动力扭矩中的最小值作为车轮端需求扭矩；

s205：根据所述车轮端需求扭矩计算第一档位下的第一轴端目标扭矩和第一轴端目标转速和第二档位下的第二轴端目标扭矩和第二轴端目标转速；

s206：计算第二轴端目标转速对应的外特性扭矩；

s207：若第二轴端目标扭矩大于外特性扭矩，则将电动汽车的档位切换至第一档位，若否，则执行步骤s208-s209；

s208：获取当前母线电压，将当前母线电压、第一轴端目标扭矩和第一轴端目标转速输入电机效率数据模型，输出第一电机运行效率；将所述当前母线电压、第二轴端目标扭矩和第二轴端目标转速输入电机效率数据模型，输出第二电机运行效率；

s209：判断第一电机运行效率是否大于第二电机运行效率，若是，则将第一档位作为目标档位，若否，则切换电动汽车至第二档位。

具体来说，如图3所示，完成本实施例中两档变速器换挡的系统包括整车控制器vcu，电池管理系统bms，电机控制单元mcu，变速箱控制器tcu和电子稳定系统esp。其中电池管理系统bms、电机控制单元mcu、变速箱控制器tcu、电子稳定系统esp均和整车控制器vcu通过can总线通信连接。

其中，加速踏板开度的采集通过传感器获得，并将踏板开度数据传送给整车控制器vcu；电子稳定系统esp用于获取当前车速信号并通过can总线发送给整车控制器vcu；电池管理系统bms用于获取动力电池功率并通过can总线发送给整车控制器vcu；电机控制单元mcu用于获取驱动电机转速和母线电压并通过can总线发送给整车控制器vcu；整车控制器vcu通过执行如图2所示的工作流程，获取目标档位，并通过can线发送目标档位给变速箱控制器tcu，变速箱控制器tcu完成变速箱目标档位的切换并通过can总线发送变速箱实际档位给整车控制器vcu。

本申请实施例的存储介质，所述存储介质用于存储计算机程序，当计算机执行所述计算机程序时，用于执行如前所述的任一方法实施例中的电动汽车两档变速器换档方法的所有步骤。

图4示出了本申请中用于实现电动汽车两档变速器换档方法的电子设备的硬件结构图，包括：

处理器401；以及，

与所述处理器401通信连接的存储器402；其中，

所述存储器402存储有可被所述处理器401执行的指令，所述指令被所述处理器401执行，以使所述处理器401能够执行如前所述的任一方法实施例中的电动汽车两档变速器换档方法的所有步骤。

图4中以一个电子设备为例。电子设备优选为电子控制单元(electroniccontrolunit，ecu)。

电子设备还可以包括：输入装置403和输出装置404。

处理器401、存储器402、输入装置403及显示装置404可以通过总线或者其他方式连接，图中以通过总线连接为例。

存储器402作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，如本申请实施例中的电动汽车两档变速器换档方法对应的程序指令/模块，例如，图1-2所示的方法流程。处理器401通过运行存储在存储器402中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述实施例中的电动汽车两档变速器换档方法。

存储器402可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据电动汽车两档变速器换档方法的使用所创建的数据等。此外，存储器402可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器402可选包括相对于处理器401远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至执行电动汽车两档变速器换档方法的装置。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

输入装置403可接收输入的用户点击，以及产生与电动汽车两档变速器换档方法的用户设置以及功能控制有关的信号输入。显示装置404可包括显示屏等显示设备。

在所述一个或者多个模块存储在所述存储器402中，当被所述一个或者多个处理器401运行时，执行上述任意方法实施例中的电动汽车两档变速器换档方法。

本申请实施例的电动汽车，所述电动汽车包括汽车主体和安装在所述汽车主体上的如前述的电子设备。

以上所述的仅是本申请的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在本申请原理的基础上，还可以做出若干其它变型，也应视为本申请的保护范围。