一种电动 汽车制 动换挡控 制方法及 系统 技术 领域 本发 明属于新 能源汽 车制动领 域， 尤其涉及一 种电动汽 车制动 换挡控 制方 法及系统 。 背景 技术 电动 汽车是新 能源汽 车的一种 类型， 其依靠蓄电池储 能， 并经电机向 整车 提供动力 ， 从而驱使汽车 前行。 电机替代了传统 内燃机 ， 蓄电池替代 了传 统油箱 ， 并且作为可再生 能源的 电能来源 丰富。 电动汽车最大的特 点 是在 行驶过程 中实现 零排放 、 零污染、 噪声小、 结构简单、 维修方便 ， 所 以近 几年电动 汽车在 国内呈现 井喷式 发展。 但是蓄电 池容量有 限和充 电站 还未 普及， 让续驶里 程短成为 电动汽 车进一步 发展的重 要障碍 。 由于 短时期 内蓄电池 容量不能 有所提 高， 再生制动技 术开始出 现在大 家视 野中。 再生制动 发生在 电动汽车 减速制动 时， 或者在较长 下坡的 路况 下， 利用电机的可逆 状态， 让电机运 行在发 电模式， 在整车控 制器的作 用 下调 节电机侧 的电压 ， 这样发出的 电量能够流 向电压 侧， 进而回收并储 存 在蓄 电池里 ， 从而充分发挥蓄 电池 电能的利用 率， 提高电动汽 车的续驶 里 程 。 再生 制动一般 是在制 动踏板下 压或者 油门踏板 从下压位 置松开 时进行 控制 ， 制动力是在这 种分离过 程或者 释放过程 相结合 中产生 的。 电动汽车 进行 制动时未 考虑 电池在不 同 SOC值充电 效率， 只引入电机 充电功 率会导 致能 量回收率 不足， 而与传统的档位 固定的控 制策略 相比， 换挡前后等 加 速度 策略则 能够进一 步提高能 量回收 率， 因此在档位变 化并考 虑电机 电池 联合 运行效率 的控制 策略节能 效果会 有较大提 高。 换挡策略会 影响汽车 的 动力 性、 经济性， 选择两挡变 速器， 优化各档 位速比 以及升降 档速差的 确 定很 有必要 。 基于 此， 有必要提出 一种电动 汽车电 动汽车制 动等加速 度的经 济性换 挡策 略， 以回收能量 关于速 比的目标 函数来确 定变速器 各档速 比， 电机、 变速 器一体化 控制保 证汽车换 挡前后 加速度一 致， 在换挡前后 加速度 相等 的情 况下结合 电机在 变速器一 档二档分 别的效 率， 得到换挡判 别公式 ， 基 于 电机效率就 车辆再 生制动经 济性与 传统的换 挡方式 比较， 不仅经济 性有 提升 ， 换挡冲击较小 ， 换挡品质更优 ， 提高了其行驶里 程。 发明 内容 为了 克服背景 技术所述 电动汽 车再生 制动存在 的问题 ， 本发明提出一 种 电动汽车制 动换挡 控制方法 及系统 ， 是一种电动汽 车制动等 加速度 的经 济性 换挡控制 方法及 系统。 本发 明在同一 制动强度 Z下所得 到的需求 制动力 根据制动 力分配 策略, 得到 固定的再 生制动 力矩， 从而得到 在当前档 位下的 加速度， 而后在换挡 前后 速度不会 突变， 传动比的变化则 会带来 电机反转 转速的不 同， 而此时 就会 产生新 的再生制 动力矩 ， 同时产生新的加速度 ，令这两个 加速度相 等， 得到 前后再生 制动力 矩的关系 以及它 们在电机 效率曲 线图上 的分布， 从而 实现 经济性 的要求。 本发 明根据经 济性的 要求， 重新设计 了两档式 自动变速 器， 针对速比 进行 了优化方 案， 同时定义 了升档点 和降档点 的速差 ， 使换挡前后加速 度 不变 的情况 下， 冲击较小， 换挡品质 更优， 结果表明 ： 本文设计的考虑 电 机制 动力与档 位变化 的控制策 略比传 统固定档 位的控制 策略能 量回收率 能 够提 高， 增加了汽车 的续驶里 程。 本发 明解决其 技术问题 所采用 的技术方 案： 一种 电动汽车 制动换挡 控制方 法， 包括以下步 骤： 步骤 S1、 计算总需求制动力 ： 在制 动开始 时， 由车速传感 器采集 到的车速 U, 制动踏板传 感器采 集 到制 动强度 Z, 输入到制动力 计算模 块中， 得到总需求制动 力， 以及前后 轴制 动器制动 力分配 曲线； 步骤 S2、 根据步骤 S1所述前后 轴制动 器制动 力分配 曲线确定 制动力 分配 策略， 计算再生 制动力 ： 首先 得到 M点坐标和 N点的坐标， 然后进行前后轴 再生制动 力与液 压 制动 力的具体 分配， 首先分配前轴 电机再生制 动力、 满足最小前轴制 动力 限值 的初始 前轴液压 制动力 ， 再对前轴液压制 动力、 后轴液压制动力进 行 分配 ， 其中， M点为制 动强度 线与 I曲线的交 点， N点为制 动强度 线与 f 轴交 点、 制动强度线 与 CEC法规线 的交点或 制动强 度线与 X轴的交点 ； 步骤 S3、 速比优化： 根据 所述步骤 2得到再生 制动力 计算得 到再生制 动转矩及 再生制 动功 率， 再进一步得到匀 减速工况 下一段 制动时 间内的可 回收能量 ， 以可回收 能量 为目标 函数， 主减速器及 变速器 速比为决 策变量 ， 以车辆动力性 经济 性为 约束条件 ， 得到速比的优 化结果 ； 步骤 S4、 等加速度换挡控制 ： 在所述步骤 S3速比的优 化结果 基础上 根据 等加速度 换挡策 略进行换 挡。 上述 方案中 ， 所述步骤 1制动力 计算模块 在运算 过长中 ， 若车辆再减 速过 程中以车 速 ul匀减速 至车速 u2,减速时 间为 t,加速度 3 =气 也，将 t 分为 m个等分， 则第 k时刻的速 度为： 式中 ， io是主减速器速 比， igi是第 i档变速器速 比， r是车轮半 径; 在速 度为 M时电 机转速为 ： 风= *祟； 结合 具体车辆 参数， 得到前后轴 制动器 制动力分 配曲线 ， 其中， Ff是 滚动 阻力， Fw是空气 阻力， Fi是坡度阻力 ， Fb是地面制动 力。 上述 方案中 ， 所述步骤 2中 M点受 I曲线限制 ， 因此 M点坐标为 ： 式中 ： F此 i为制动强度为 Z时 I轴上前轴制动 器制动力 ，孔口为制动 强 度为 z时 I轴上后 轴制动器 制动力 ， F此 M， 孔 r_M分别为 M点横纵坐标。 上述 方案中 ， 所述步骤 2中当前 制动强度 z线与 f轴交点后轴 制动力 大于 0, 并且当前制 动强度 z线与 f轴交点的前 轴制动力 小于当 前制动 强 度 z线与 ECE轴交点 的前轴制 动力， 则 N点处于 f轴上， N点坐标 为： 若 N点不在 f线上， 如果当前制动 强度 Z线与 ECE轴交点 的后轴制 动 力大 于 0, 则 N点处于 ECE曲线上， N点坐标 为： Z + 0.07 G

（力+风）

0.85 1 Gz — F心 排除 N点在 f线以及 ECE线上， N点就在 x轴上 ， 此时 N点坐标为 ：

："N= GZ

F心 =。 其中 ， G车辆重力 ， L轴距， b质心到后 轴水平距 离， z是制动 强度, hg 是质心高 度; 经分 配后再生 制动力: 其中 Fmfjnax为电机能够提供的最大再生 制动力 ， F此 N为 N点横坐标。 上述 方案中 ， 所述步骤 3速比优 化具体为: 电机 再生制动 转矩： 再生 制动功率 ： 汽车 回收能量 为： 整个 制动过程 消耗的 能量: igi， i _g2 ) 其中 ， T|T是电机效率， He是传动系统效率， t是减速 时间， Uk是车速, n 是电机转 速， iO是主减 速器速 比， igl是第 1档变速器速 比， ig2是第 2 档变速器 速比； 再以 车辆的动 力性经济 性定义 约束条件 得到速 比的优化 结果。 上述 方案中 ， 所述步骤 4的等加 速度降档 策略中 ， 换挡前后加速度 一 致， 得到前后电机制 动转矩 的关系， 电机转矩又是制 动强度与 电机转速 的 函数 ， 得到在同一制 动强度下 电机转 矩和转速 的函数 关系， 电机效率是电 机转 矩和转速 的目标 函数， 根据降档 判别公式 一档效率 大于二 档效率的 要 求进 行换挡 。 上述 方案中 ， 所述步骤 4中在优 化的速 比基础上 根据等加 速度换 挡策 略进 行换挡具 体为： 假设 换当前 电机转速为 n, 制动强度为 z ,轮胎滚动半径 r ,传动比为 如， 此时的车速 为 u, 电机输出转矩为 Ttq , 换挡 前后加速 度： 21.15 式 中迫为换挡 后一档加 速度， a?换档时二档 的加速度, CD为风阻系数，

A 为迎风面 积，爪，爪'分别为 换挡前后 的传动 系统效率 ， Ttq , Ttq'分别为换 挡前 后的电机 转矩； 对于 轿车来说 ， 旋转质量系数 6利用下面的经验 公式进 行估算 ：

8 _n = 1 + 8i + S ₂ igi ² 上式 中， igi是 i档变速器传动比， 辅’取 0. 04, 的旋 转部件 的作用，取 0. 025 ,为了保证换档前后车辆加速度相 等有迫 = a ₂ , 代入 得到：

Ttq = aTtq + q 其 中 q是关于车 速 u的函 数， 代入制动过程 中的上 下限车速 得出该 值 波动 不大， 故取伤 得到：

Ttq = aTtq + P 其 中， a、 6通过代入车辆基本 参数得到 ； 在前 述的制 动力分配 策略下 ， 电机制动转矩 也是制 动强度 P和转速 n 的 函数:

Ttq = G (z, n) 则 即对应 于某一 制动强度 下 Ttq , n及 Ttq' , n'的函数关系； 又知 电机效率 T1是电机转矩 Ttq和转速 n的函数：

IT = f3（Rq，n） 其中 g 为 一档的 电机效率 ， 叼2为二档的电机 效率， 制动时降档的判 别公 式： 门口 > T|T2 即： f3（aRq + 6, n W） > f ₃ （T _tq , n） 得到 降档后的 电机特性 图，验证 电机工作在 高效区 ，经济性得 到改善 。 一种 实现所述 电动汽车 制动换 挡控制方 法的系 统， 包括车速传 感器、 制动 踏板传感 器和控 制器， 所述控制 器包括需 求制动 力预估模 块、 制动力 分配 模块、 速比优化 模块、 电机模块、 变速器模块和 电池模块 ； 所述 需求制动 力预估模 块用于 计算总 需求制动 力， 以及得到前 后轴制 动器 制动力分 配曲线 ； 所述 制动力分 配模块根 据需求 制动力预 估模块 得到的 前后轴制 动器制 动力 分配曲线 确定制 动力分配 策略， 计算再生 制动力 ； 所述速 比优化 模块用 于根据制 动力分配 模块得 到的再生 制动力 计算得 到再 生制动转 矩及再 生制动功 率， 再进一步得 到匀减速 工况下 一段制动 时 间 内的可回 收能量， 以可回收能量为 目标函数 ， 主减速器及变 速器速 比为 决策 变量， 以车辆动力性经济 性为约 束条件， 得到速比的优化 结果； 所述 电机模块 与变速器 模块用 于等加速 度换挡 控制， 在速比的 优化结 果基 础上根据 等加速 度换挡策 略进行 换挡； 所述 电池模块 用于接 收等加速 度换挡策 略换挡 后电机 的电流。 与现 有技术相 比， 本发明的有 益效果是 ： 本发 明电机 、 变速器一体化控 制能保证 汽车换 档前后加 速度一 致， 优 于传 统的经济 性换档 规律， 基于电机 效率就车 辆的经 济性及其 他综合特 性 较传 统经济性 换档规 律更优 。本发明制动过程 中保证 换挡前后 加速度 一致, 使得 换挡时冲 击更小 ， 换挡品质更优 。 附图 说明 图 1为本发明 电动汽车换 挡策略 流程示意 图； 图 2为本发明 电动汽车前 后轴制 动力可分 配范围 ； 图 3为本发明一 实施方式 的制动 工况下 ， 车速随时间变化 图； 图 4为本发明一 实施方式 的制动 工况下 ， 档位变化图； 图 5为本发明一 实施方式 的制动 工况下 ， 电池 soc变化曲线； 图 6为本发明 电动汽车再 生制动 控制系统 运行流程 图。 具体 实施方式 下面 详细描述 本发明 的实施例 ， 所述实施例的 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。 下面通过参考附 图描述的 实施例是 示例性 的， 旨在用于解释 本 发 明， 而不能理解为 对本发 明的限制 。 一种 电动汽车 制动换挡 控制方 法， 对电机、 变速器一 体化控制 ， 保证 换挡 前后加速 度一致 ， 使得换挡冲击 更小， 换挡品质 更优， 汽车行驶 经济 性得 到改善 ， 提高续驶里程 ， 包括如下步骤 ， 如图 1所示: 步骤 S1、 计算总需求制动力 ： 在制 动开始 时， 由车速传感 器采集 到的车速 U, 制动踏板传 感器采 集 到制 动强度 Z, 输入到制动力 计算模 块中， 得到总需求制动 力， 以及前后 轴制 动器制动 力分配 曲线； 步骤 S2、 根据步骤 S1所述前后 轴制动 器制动 力分配 曲线确定 制动力 分配 策略， 计算再生 制动力 ： 首先 得到 M点坐标和 N点的坐标， 然后进行前后轴 再生制动 力与液 压 制动 力的具体 分配， 首先分配前轴 电机再生制 动力 （考虑 N点对前轴制动 力的 最大限值 ） 、 满足最小前轴制动 力限值 的初始前 轴液压制 动力 （使得 前轴 分配的制 动力满 足 M点对前 轴制动 力的最小 限值） ， 再对前轴液压制 动力 、 后轴液压制动 力进行分 配， 若此时需求 制动力 还没有被 完全满 足， 则不 足部分 由前轴液 压制动力 和后轴 液压制动 力， 予以补足 。 此分配策略 在保 证前、 后轴制动 力在安全 制动范 围内分配 的同时 ， 可以最大程度 地利 用前 后电机 再生制动 潜力回 收制动 能量。 其中， M点为制 动强度 线与 I曲 线 的交点， N点为 制动强度 线与 f轴交点、 制动强度线与 CEC法规线的 交 点或 制动强度 线与 X轴的交点 ； 步骤 S3、 速比优化： 根据 所述步骤 2得到再生 制动力 计算得 到再生制 动转矩及 再生制 动功 率， 再进一步得到匀 减速工况 下一段 制动时 间内的可 回收能量 ， 以可回收 能量 为目标 函数， 主减速器及 变速器 速比为决 策变量 ， 以车辆动力性 经济 性为 约束条件 ， 得到速比的优 化结果 ； 步骤 S4、 等加速度换挡控制 ： 在所述步骤 S3速比的优 化结果 基础上 根据 等加速度 换挡策 略进行换 挡。 上述 方案中 ， 所述步骤 1制动力 计算模块 在运算 过长中 ， 若车辆再减 速过 程中以车 速 ul匀减速 至车速 u2 ,减速时间为 t ,加速度 3 =气也，将 t 分为 m个等分， 则第 k时刻的速 度为： 式中 ， io是主减速器速 比， igi是第 i档变速器速 比， r是车轮半 径; 在速 度为 M时电 机转速为 ： 风= *祟； 结合 具体车辆 参数， 得到前后轴 制动器 制动力分 配曲线 ， 其中， Ff是 滚动 阻力， Fw是空气 阻力， Fi是坡度阻力 ， Fb是地面制动 力。 防抱 死、 ECE法规制定 具体制 动力分配 策略如 下： 所提 出的再生 制动控 制策略 的目标是在 满足驾 驶员制 动需求、 保证制 动时 安全性 、 制动方向稳定性 的条件 下， 考虑路面附 着条件等 限制因 素， 结合 前后电机 外特性 对再生制 动力大 小的影响 ， 尽可能多的分 配再生制 动 力给 前后轴 以回收更 多的制动 能量。 图 2是制动强度 为 Z时， 前后轴制 动力可分 配范围 。 上述 方案中 ， 所述步骤 2中 M点受 I曲线限制 ， 因此 M点坐标为 ： 式中 ： F此 I为制动强度为 Z时 I轴上前轴制动 器制动力 ，孔口为制动 强 度为 z时 I轴上后 轴制动器 制动力 ， F此 M， 孔 r_M分别为 M点横纵坐标。 由 于 f轴是实时估 算出来 的， 因此 N点的位 置实时改 变。 这里提出一 种简化 方法 ， 可以快速确定 点 N是处 于 x轴、 ECE法规 还是前轴 峰值附 着系数 限 制之 下， 制动过程中 则默认前 后轴附着 系数相 同。 先确 定是否处 于 BC段制动 强度下 ，所述步骤 2中当前制动强 度 z线与 f 轴交点后 轴制动 力大于 0,并且当前制动 强度 z线与 f轴交点 的前轴制 动 力小 于当前制 动强度 z线与 ECE轴交点的前轴 制动力 ，则 N点处于 f轴上,

N 点坐标为 ： 若 N点不在 f线上， 如果当前制动 强度 z线与 ECE轴交点 的后轴制 动 力大 于 0, 则 N点处于 ECE曲线上， N点坐 标为: 其中 ， G车辆重力 ， L轴距， b质心到后 轴水平 距离， z是制动 强度, hg 是质心高 度; 获得 了 M、 N点坐标之后，可以进 行前后 轴再生制 动力与 液压制动 力的 具体 分配。 具体分配策略如 下： 首先分配前轴 电机再 生制动力 （考虑N 点 对前 轴制动 力的最大 限值） 、 满足最小前轴制动力限 值的初始 前轴液 压制 动力 （使得前轴分配 的制动力 满足 M点对前轴制 动力的 最小限值 ） ， 然后 分配 后轴电机 再生制 动力 （考虑 M点对后轴制动 力的最 大限值 ） 、 初始后 轴液 压制动力 （后轴分配的制 动力满 足 N点对后 轴制动力 的最小 限值） ， 前轴 液压制动 力、 后轴液压制 动力进 行最后分 配， 此分配策略 在保证 前、 后轴 制动力在 安全制 动范围 内分配的 同时， 可以最大程 度地利 用前后 电机 再生 制动潜力 回收制 动能量 。 经分 配后再生 制动力 ： < 其中 Fmfjnax为电机能够提供的最大再生 制动力 ， F此 N为 N点横坐标。 上述 方案中， 所述步骤 3速比优 化具体为 ： 电机 再生制动 转矩： Fmf 再生 制动功率 ： Fmf 汽车 回收能量 为： 其中 ， T|T是电机效率， He是传动系统效率， t是减速 时间， Uk是车速, n 是电机转 速， iO是主减 速器速 比， igl是第 1档变速器速 比， ig2是第

2 档变速器 速比； 再以 车辆的动 力性经济 性定义 约束条件 得到速 比的优化 结果。 上述 方案中 ， 所述步骤 4的等加 速度降档 策略中 ， 换挡前后加速度 一 致， 得到前后电机制 动转矩 的关系， 电机转矩又是制 动强度与 电机转速 的 函数 ， 得到在同一制 动强度下 电机转 矩和转速 的函数 关系， 电机效率是电 机转 矩和转速 的目标 函数， 根据降档 判别公式 一档效率 大于二 档效率的 要 求进 行换挡 ， 最终验证经济性 有所提 升。 上述 方案中 ， 所述步骤 4中在优 化的速 比基础上 根据等加 速度换 挡策 略进 行换挡具 体为： 假设 换当前 电机转速为 n, 制动强度为 z,轮胎滚动 半径 r ,传动比为 如， 此时的车速 为 u, 电机输出转矩为 Ttq, 换挡 前后加速 度: CDAU2 21.15 式 中刈为换挡 后一档加 速度， a?换档时二档 的加速度, CD为风阻系数，

A 为迎风面 积，爪，爪'分别为 换挡前后 的传动 系统效率 ， T _tq , Rq'分别为换 挡前 后的电机 转矩； 对于 轿车来说 ， 旋转质量系数 6利用下面的经验 公式进 行估算 ：

8 _n = 1 + 8i + S ₂ igi ² 上式 中， igi是 i档变速器传动比， 辅’取 0.04, 的旋 转部件 的作用，取 0. 025,为了保证换档前后车辆加 速度相 等有迫 = a ₂ , 代入 得到：

Ttq = aRq + q 其 中 q是关于车 速 u的函 数， 代入制动过程 中的上 下限车速 得出该 值 波动 不大， 故取伤 得到：

Ttq = aTtq + P 其 中， a、 6通过代入车辆基本 参数得到 ； 在前 述的制 动力分配 策略下 ， 电机制动转矩 也是制 动强度 P和转速 n 的 函数：

Ttq = G(z,n) 则

Ttq - 6 ₍ \

^^ = f2(z，n) 即对 应于某一 制动强 度下 Ttq, n及 Ttq', n'的函数关系； 又知 电机效率 T1是电机转矩 Ttq和转速 n的函数： IT = f3（Rq，n） 其中 g 为 一档的 电机效率 ， 叼2为二档的电机 效率 ， 制动时降档的判 别公 式： 门口 > T| _T2 若 T1T1 > T1T2则切换一档， 否则保持二档； 步骤 S5、 得到降档后的电机特 性图， 验证电机工 作在高 效区， 经济性 得到 改善。 如图 3、 4和 5所示， 在一个具体 工况下 ， 制动初始速度 为 50km/h, 制动 强度为 0. 3,制动直至纵向车速 为 0,初始状 态电池 SOC值为 70%, SOC 变化 如图 5所示， 相比于不换挡 换挡能量 回收率 更高。 如图 6所示， 一种实现所 述电动 汽车制动 换挡控 制方法 的系统， 包括 车速 传感器 、 制动踏板传感器 和控制 器， 所述控制器 包括需求 制动力 预估 模块 、 制动力分配模 块、 速比优化模 块、 电机模块、 变速器模块和电池 模 块； 所述 需求制动 力预估模 块用于 计算总 需求制动 力， 以及得到前 后轴制 动器 制动力分 配曲线 ； 所述 制动力分 配模块根 据需求 制动力 预估模块 得到的 前后轴制 动器制 动力 分配曲线 确定制 动力分配 策略， 计算再生 制动力 ； 所述 速比优化 模块用 于根据制 动力分 配模块得 到的再 生制动力 计算得 到再 生制动转 矩及再 生制动功 率， 再进一步得 到匀减速 工况下 一段制动 时 间 内的可回 收能量， 以可回收能量为 目标函数 ， 主减速器及变 速器速 比为 决策 变量， 以车辆动力性经济 性为约 束条件 ， 得到速比的优化 结果； 所述 电机模块 与变速器 模块用 于等加速 度换挡 控制， 在速比的 优化结 果基 础上根据 等加速 度换挡策 略进行 换挡； 所述 电池模块 用于接 收等加速 度换挡策 略换挡 后电机 的电流。 上文 所列出 的一系列 的详细说 明仅仅 是针对本 发明的 可行性实 施例的 具体 说明， 它们并非 用以限制 本发明 的保护范 围， 凡未脱离本 发明技 艺精 神所 作的等效 实施例 或变更均 应包含 在本发 明的保护 范围之 内。