雙電機(jī)電動(dòng)汽車扭矩分配的動(dòng)態(tài)控制策略

肖小城 王春麗 孔令靜 倪紹勇 沙文瀚

摘? 要：描述了一種雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車提高整車經(jīng)濟(jì)性的方法，以尋求雙電機(jī)系統(tǒng)效率最優(yōu)的目標(biāo)，通過(guò)仿真實(shí)現(xiàn)了雙電機(jī)扭矩隨車速、負(fù)荷共同決策分配的策略思想。針對(duì)不同的駕駛工況進(jìn)行了能耗的仿真分析，結(jié)果表明：扭矩動(dòng)態(tài)分配控制策略在不同的駕駛工況下均能提升整車驅(qū)動(dòng)的經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：雙電機(jī);動(dòng)態(tài)扭矩分配

中圖分類號(hào)：U469.72? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ?文章編號(hào)：1005-2550（2019）03-0018-04

Abstract： Represent a way to improve the economics of EV driven by the dual-motor， in order to reach the target on dual-motor system economics， achieved the strategy of torque distribution by the vehicle speed and power load. Completed the simulation on the energy consumption for the different drive cycle， and the simulation results demonstrated the torque dynamic distribution strategy is reliability to improve the vehicle economics for different drive cycle.

Key Words： Dual-Motor; Torque dynamic distribution

前言

電動(dòng)汽車在國(guó)家政策的支持下，已經(jīng)逐漸成為了汽車產(chǎn)業(yè)的支柱，同時(shí)電動(dòng)汽車的能效一直備受重視，國(guó)家補(bǔ)貼方案切實(shí)與能效緊密聯(lián)系。所以純電動(dòng)汽車能效提升一直是行業(yè)追逐的目標(biāo)。單電機(jī)單速比總成類型的純電動(dòng)汽車，由于電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及傳動(dòng)系統(tǒng)效率具有定型后無(wú)法改變的特點(diǎn)，所以，該類型動(dòng)力總成的效率優(yōu)化，只能從零部件自身的角度進(jìn)行突破，無(wú)法從系統(tǒng)層面，通過(guò)分配手段進(jìn)行能效的優(yōu)化。余卓平[1]等，通過(guò)研究四輪輪轂驅(qū)動(dòng)的總成類型下經(jīng)濟(jì)性改善的問(wèn)題，對(duì)四輪轉(zhuǎn)矩的合理分配來(lái)時(shí)先系統(tǒng)效率最優(yōu)的目的;李聰波[2]等通過(guò)機(jī)械耦合結(jié)構(gòu)，將雙電機(jī)輸出軸耦合作用于單軸驅(qū)動(dòng)，制定雙電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩分配策略;楊勝兵[3]等分析了前后雙電機(jī)動(dòng)總結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行了動(dòng)總匹配，制定了簡(jiǎn)易的控制策略，完成了有效性的驗(yàn)證，但并未考慮前后軸扭矩的分配策略，整車經(jīng)濟(jì)性也暫未考慮。

本文中描述了一種前后軸分別由一個(gè)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的雙電機(jī)總成類型的電動(dòng)車如圖1所示：

該類型電動(dòng)車具有以下特點(diǎn)：雙電機(jī)一般具有不同的效率區(qū)間，且峰值扭矩和峰值功率不同;前后軸配置一級(jí)減速機(jī)構(gòu)，一般前后速比不同。本文中研究了前后電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在不同車速下的效率特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了基于車速、整車負(fù)荷決策的前后軸扭矩分配控制。其控制思想為：在前后輪共同驅(qū)動(dòng)的情況，通過(guò)調(diào)整前后軸電機(jī)扭矩的分配，達(dá)到系統(tǒng)效率最佳的目的。本文采用理論分析對(duì)系統(tǒng)效率最優(yōu)進(jìn)行描述，用仿真手段針對(duì)某車型進(jìn)行分析。確定了前后軸電機(jī)轉(zhuǎn)矩最優(yōu)控制方法。針對(duì)不同駕駛工況的仿真分析，比較定比例分配和優(yōu)化的前后軸扭矩分配對(duì)系統(tǒng)效率的影響。分析結(jié)果表明：優(yōu)化的前后軸扭矩分配能夠提升雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)效率。同時(shí)，該方法易實(shí)現(xiàn)，具有較好的實(shí)用意義。

2? ? 系統(tǒng)效率最優(yōu)分析

前后軸電機(jī)選型后，車輛實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)功能，滿足駕駛員的扭矩請(qǐng)求，理論上，在前后軸之間可以任意比例進(jìn)行扭矩分配來(lái)滿足駕駛員扭矩的目標(biāo)，但是，從經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)的角度出發(fā)，可以找出不同車速、駕駛員扭矩請(qǐng)求下的最優(yōu)效率的前后軸扭矩分配。

以某在研車型為例，前后電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率如圖2所示，前減速比為i0igF后減速比i0igR，輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)半徑Rtyre，前軸分配扭矩占總需求比例為factor， 駕駛員總需求扭矩為tqaxlereq，前軸系統(tǒng)損失功率為PlossF，后軸系統(tǒng)損失功率為PlossR，假設(shè)當(dāng)前車速為VehSpd，nF，nR分別為該車速下對(duì)應(yīng)的前后電機(jī)的轉(zhuǎn)速，ηF和ηR分別為前后電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率。那么，前后軸系統(tǒng)最小能量損失，即優(yōu)化目標(biāo)為：Min（PlossF + PlossR）。

上述分析可知：不同的分配比例可以影響整車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率;通過(guò)設(shè)定對(duì)不同的車速，負(fù)荷扭矩可以計(jì)算出最優(yōu)效率分配系數(shù)。

3? ? 最優(yōu)效率下扭矩分配系數(shù)計(jì)算

上述分析，在驅(qū)動(dòng)模式對(duì)不同車速，負(fù)荷扭矩在工況涉及全范圍，依據(jù)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率曲線，進(jìn)行系統(tǒng)效率最優(yōu)化的計(jì)算，可以得到驅(qū)動(dòng)模式下車速、 系統(tǒng)負(fù)荷的最優(yōu)前后軸扭矩分配系數(shù)。如圖3所示，驅(qū)動(dòng)模式下最優(yōu)扭矩分配系數(shù)（前軸/總需求），最優(yōu)效率圖。計(jì)算最優(yōu)分配系數(shù)可以參考圖4的流程圖實(shí)現(xiàn)。

4? ? 仿真分析

以某車型為基礎(chǔ)，通過(guò)逆向仿真手段[4]，建立車輛型[5]。模型如圖5所示。本文通過(guò)在NEDC，J1015，UDDS三個(gè)工況各仿真運(yùn)行3個(gè)循環(huán)來(lái)分析

本文的扭矩分配動(dòng)態(tài)策略在整車驅(qū)動(dòng)工況下的能量損失效果。仿真中，車輛的質(zhì)量1810kg，動(dòng)總系統(tǒng)：前驅(qū)電機(jī)峰值功率40kw，前驅(qū)單減速比7.7，后驅(qū)電機(jī)峰值功率95kw，后驅(qū)單減速比9.1;總能量為67kwh，設(shè)計(jì)續(xù)航里程為450km，假設(shè)車輛的能量回收功率為零，只考慮驅(qū)動(dòng)工況下，車輛的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)扭矩最優(yōu)分配。在仿真中，以系統(tǒng)能量的損失來(lái)衡量算法的有效性，其中，系統(tǒng)能量損失定義為：用于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電能與用于驅(qū)動(dòng)的機(jī)械能差值。

本文仿真中可以將驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)打滑時(shí)對(duì)驅(qū)動(dòng)扭矩的限制等限制條件歸結(jié)為車輛負(fù)荷發(fā)生變化，當(dāng)車輛打滑時(shí)，車輛負(fù)荷請(qǐng)求減小，在負(fù)荷減小的情況，仍然可以計(jì)算出最優(yōu)的前后軸分配系數(shù)。本文通過(guò)對(duì)比固定前后分配（k= 15%， 35%， 50%， 65%， 85%），動(dòng)態(tài)分配方案，可以得到如下表1結(jié)果。從表1中可以看出，在前后軸共同驅(qū)動(dòng)時(shí)，前軸分配比例按照固定比例（15%，35%，50%，65%，85%等）系統(tǒng)能量損失均比扭矩分配動(dòng)態(tài)策略能量損失大，在NEDC工況下，扭矩分配動(dòng)態(tài)策略能量損失減少最多達(dá)25.9%（以分配系數(shù)65%系統(tǒng)損失能量為基礎(chǔ)），J1015工況，能量損失減少達(dá)25%（以分配系數(shù)85%系統(tǒng)損失能量為基礎(chǔ)），UDDS工況，能量損失減少25.9%（以分配系數(shù)50%系統(tǒng)損失能量為基礎(chǔ)）。圖6.1 為NEDC工況下，扭矩動(dòng)態(tài)分配系數(shù)變化情況;圖6.2為J1015工況下，扭矩動(dòng)態(tài)分配系數(shù)變化情況;圖6.3為UDDS工況下，扭矩動(dòng)態(tài)分配系數(shù)變化情況。

5 結(jié)論

本論文重點(diǎn)研究了雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車在不同工況下，通過(guò)動(dòng)態(tài)控制前后電機(jī)扭矩分配系數(shù)，讓系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)運(yùn)行效率的問(wèn)題，通過(guò)仿真數(shù)據(jù)分析，證實(shí)動(dòng)態(tài)扭矩分配系數(shù)的方法在整車經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)化問(wèn)題的有效性，對(duì)最優(yōu)分配系數(shù)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了簡(jiǎn)要描述，具有較好的工程適用性，簡(jiǎn)單易行。

參考文獻(xiàn)：

[1]余卓平，張立軍，熊璐，等.四驅(qū)電動(dòng)車經(jīng)濟(jì)性改善的最優(yōu)轉(zhuǎn)矩分配控制[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2005，33（10）：1355-1361.

[2]李聰波，陳文倩，趙來(lái)杰，肖衛(wèi)紅，等.面向能耗的純電動(dòng)汽車雙電機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)控制策略[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2018，24（5）：1098-1109.

[3]楊勝兵，宋鵬飛，毛沖沖，等.新型雙電機(jī)分時(shí)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的純電動(dòng)汽車仿真分析[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)（交通科學(xué)與工程版），2016，40（5）：651-655.

[4]王維.插電式四驅(qū)混合動(dòng)力汽車的匹配與仿真建模[D]. 重慶：重慶大學(xué)，2015.

[5]余志生.汽車?yán)碚揫M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.16-18.