多軸電驅(qū)動(dòng)車輛驅(qū)動(dòng)力優(yōu)化分配策略

喬帥鵬，胡明輝,，曹開斌，傅春耘,

(重慶大學(xué) a.機(jī)械傳動(dòng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,b.汽車工程學(xué)院,重慶 400044)

多軸輪邊電驅(qū)動(dòng)型卡車可以省去變速箱、傳動(dòng)軸及差速器等結(jié)構(gòu)，大大簡(jiǎn)化了傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提升驅(qū)動(dòng)效率，相比于傳統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)車輛，可以顯著提高整車經(jīng)濟(jì)性，已經(jīng)成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)[1-2]。研究表明，雙軸電驅(qū)動(dòng)車輛的驅(qū)動(dòng)模式(兩驅(qū)或者四驅(qū))對(duì)整車經(jīng)濟(jì)性具有較大的影響[3-4]，當(dāng)電驅(qū)動(dòng)軸增加后，驅(qū)動(dòng)力分配方式對(duì)整車經(jīng)濟(jì)性的影響將進(jìn)一步增加。所以，為充分發(fā)揮多軸電驅(qū)動(dòng)車輛高效驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)，需要對(duì)其各軸間驅(qū)動(dòng)力的分配方式進(jìn)行深入研究。

目前，國內(nèi)外針對(duì)多軸車輛驅(qū)動(dòng)力分配的研究，已取得一些成果。文獻(xiàn)[5]分析了多軸獨(dú)立驅(qū)動(dòng)車輛在各驅(qū)動(dòng)工況下宜采用的驅(qū)動(dòng)方式，并指出在一般良好路面上應(yīng)采用基于經(jīng)濟(jì)性的驅(qū)動(dòng)力分配方式。文獻(xiàn)[6-7]針對(duì)3軸3電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)越野車，提出了一種基于電機(jī)系統(tǒng)效率最優(yōu)的驅(qū)動(dòng)力分配控制策略，并制定了驅(qū)動(dòng)力分層控制方法來抑制驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)，可以提高整車驅(qū)動(dòng)經(jīng)濟(jì)性和通過性，但在優(yōu)化過程中，預(yù)設(shè)前軸、中軸和后軸轉(zhuǎn)矩分配系數(shù)(分別表示為Kf，Km，Kr)的關(guān)系為Kf≤Km≤Kr，無法涵蓋所有分配情況，當(dāng)驅(qū)動(dòng)軸數(shù)繼續(xù)增加時(shí)，是否仍然是驅(qū)動(dòng)輪盡量在后更有利于車輛的驅(qū)動(dòng)，有待進(jìn)一步驗(yàn)證。文獻(xiàn)[8]針對(duì)某6輪驅(qū)動(dòng)純電動(dòng)車輛，在不同車速下，將每個(gè)電機(jī)的效率轉(zhuǎn)化成其轉(zhuǎn)矩的多項(xiàng)式函數(shù)，在此基礎(chǔ)上對(duì)整車驅(qū)制動(dòng)過程的轉(zhuǎn)矩分配進(jìn)行優(yōu)化，該策略可以使車輛工作過程中6輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率最優(yōu)，但未考慮驅(qū)制動(dòng)過程中軸荷轉(zhuǎn)移對(duì)車輪附著力的影響，當(dāng)車輪發(fā)生滑轉(zhuǎn)時(shí)可能無法響應(yīng)最優(yōu)轉(zhuǎn)矩。

針對(duì)當(dāng)前研究現(xiàn)狀，提出一種應(yīng)用于某型10×10增程式電動(dòng)卡車(extended-range electric truck, ERET)的驅(qū)動(dòng)力優(yōu)化分配策略。在常規(guī)驅(qū)動(dòng)模式下，以電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率最優(yōu)為核心，采用瞬時(shí)優(yōu)化算法對(duì)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的分配進(jìn)行離線優(yōu)化，生成可實(shí)時(shí)應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)模式表并對(duì)其進(jìn)行規(guī)則化處理，通過查表插值可以確定驅(qū)動(dòng)軸數(shù)；基于整車軸荷分布情況，確定具體驅(qū)動(dòng)軸，以充分利用地面附著力；利用Matlab/Simulink搭建整車后向仿真模型，在調(diào)整的世界重型商用車循環(huán)(adapted world transient vehicle cycle,C-WTVC)工況上進(jìn)行仿真，分析所提出的驅(qū)動(dòng)力優(yōu)化分配策略對(duì)整車經(jīng)濟(jì)性的影響。

1 ERET結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

ERET為10×10輪邊電驅(qū)動(dòng)形式，每根驅(qū)動(dòng)軸上均配備2臺(tái)相同的輪邊永磁同步電機(jī)，整車結(jié)構(gòu)如圖1所示，實(shí)線表示機(jī)械連接，虛線表示電氣部件之間的電氣連接。ERET的供電系統(tǒng)由柴油機(jī)輔助動(dòng)力系統(tǒng)(auxiliary power unit, APU)和動(dòng)力電池組成，其中APU系統(tǒng)由柴油機(jī)、變速機(jī)構(gòu)和1臺(tái)發(fā)電機(jī)組成，動(dòng)力電池采用高性能鋰電池。動(dòng)力電池電量充足時(shí)可以單獨(dú)為輪邊電機(jī)提供動(dòng)力，當(dāng)其電量低于一定值時(shí)，APU會(huì)介入工作，為電池充電或者直接驅(qū)動(dòng)輪邊電機(jī)，從而延長續(xù)駛里程。

圖1 ERET整車結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig. 1 Vehicle structure diagram

2 電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率優(yōu)化

2.1 優(yōu)化目標(biāo)

APU與動(dòng)力電池組單獨(dú)或者協(xié)同向電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供能量，當(dāng)負(fù)載一定時(shí)，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率越高，則其對(duì)能量源的功率需求相對(duì)越低，即系統(tǒng)越節(jié)能。電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以根據(jù)工況需求，靈活采用單軸驅(qū)動(dòng)、雙軸驅(qū)動(dòng)、3軸驅(qū)動(dòng)、4軸驅(qū)動(dòng)或5軸驅(qū)動(dòng)模式，不同驅(qū)動(dòng)模式對(duì)應(yīng)不同的功率分配方式，會(huì)影響電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率。當(dāng)前ERET采用驅(qū)動(dòng)力平均分配控制策略，控制簡(jiǎn)單，對(duì)控制器內(nèi)存占用較小，但無法充分發(fā)揮電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高效驅(qū)動(dòng)能力。

因此，當(dāng)負(fù)載一定時(shí)，需要對(duì)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行優(yōu)化分配。10臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過路面進(jìn)行耦合，輪邊減速機(jī)構(gòu)速比i0相同，在同一車速下，10臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速一樣，對(duì)驅(qū)動(dòng)力的分配即為對(duì)當(dāng)前車速下的驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行分配。筆者基于圖2所示永磁同步電機(jī)穩(wěn)態(tài)效率圖，采用瞬時(shí)優(yōu)化算法對(duì)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。

圖2 電機(jī)效率圖Fig. 2 Diagram of motor efficiency

汽車行駛阻力包括滾動(dòng)阻力、坡度阻力、空氣阻力和加速阻力，其計(jì)算公式為

(1)

式中：Fr為車輛運(yùn)行總阻力，N；m為整車質(zhì)量，kg；g為重力加速度，m/s2；f為滾動(dòng)阻力系數(shù)；α為坡度，(°)；CD為空氣阻力系數(shù)；A為迎風(fēng)面積，m2；ua為車速，km/h；u為車速，m/s；r為車輪半徑，m；δ為旋轉(zhuǎn)質(zhì)量轉(zhuǎn)換系數(shù)。

整車需求功率Preq為

Preq=Fru/1 000。

(2)

電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的輸入功率Pin為

Pin=∑Tmiωmi/ηmi，

(3)

式中：Tmi為第i臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，N·m，i=1,2，…，10；ωmi為第i臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子的角速度，rad/s；ηmi為第i臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)效率，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)插值獲取，ηmi=f(Tmi,ωmi)。

因此電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率ηm_sys可以定義為

ηm_sys=Preq/Pin。

(4)

驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速與車速的關(guān)系為

(5)

式中：n為驅(qū)動(dòng)電機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速，r/min；i0為輪邊減速機(jī)構(gòu)的減速比。

電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)為

maxηm_sys。

(6)

公式(1)～(6)約束條件如下：

(7)

式中：Pbat為需求的動(dòng)力電池放電功率，kW；Pbat_max為動(dòng)力電池能提供的最大放電功率，kW；PAPU為需求的APU功率，kW；PAPU_max為APU能發(fā)出的最大功率，kW；Ubat為動(dòng)力電池的端電壓，V；Umax_dis和Umin_dis分別為動(dòng)力電池端電壓的最大和最小值，V；Tmi(nmi)為第i臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的需求轉(zhuǎn)矩，N·m；Tmi_max(nmi)為轉(zhuǎn)速nmi時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)i能發(fā)出的峰值轉(zhuǎn)矩，N·m；nmi_max為驅(qū)動(dòng)電機(jī)i的最高轉(zhuǎn)速，r/min。

2.2 優(yōu)化過程

基于上述優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和約束條件，在每一個(gè)工況點(diǎn)(車速—整車需求轉(zhuǎn)矩)下，分別計(jì)算單軸驅(qū)動(dòng)、雙軸驅(qū)動(dòng)、3軸驅(qū)動(dòng)、4軸驅(qū)動(dòng)和5軸驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的電機(jī)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)效率，選擇效率最高的驅(qū)動(dòng)方式為目標(biāo)驅(qū)動(dòng)模式，優(yōu)化流程如圖3所示。

圖3 各工況點(diǎn)優(yōu)化流程Fig. 3 Optimization process of each operating point

圖4 各模式下電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率圖Fig. 4 Efficiency diagram of electric drive system in each mode

圖5 電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率最優(yōu)的驅(qū)動(dòng)模式表Fig. 5 Driving mode table for optimal efficiency of electric drive system

2.3 優(yōu)化結(jié)果對(duì)比分析

分別采用轉(zhuǎn)矩最優(yōu)化分配策略和轉(zhuǎn)矩平均分配策略，遍歷所有可行工況范圍內(nèi)的工況點(diǎn)效率，可以得到圖6所示效率分布圖。對(duì)比圖6(a)和(b)，可以看出采用最優(yōu)化轉(zhuǎn)矩分配策略時(shí)，高效區(qū)(85%及以上)向中高速的低轉(zhuǎn)矩區(qū)擴(kuò)展，增大了高效工作區(qū)的范圍，可以使車輛在低轉(zhuǎn)矩區(qū)運(yùn)行時(shí)保持較高的驅(qū)動(dòng)效率。對(duì)兩種策略下工作在高效區(qū)內(nèi)的工作點(diǎn)比例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見表1，可以看出，采用最優(yōu)驅(qū)動(dòng)力分配策略和轉(zhuǎn)矩分配策略時(shí)，工作點(diǎn)在高效區(qū)的比例分別為70.57%和62.70%，經(jīng)過優(yōu)化的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)高效區(qū)比例提升了7.87%。

圖6 不同轉(zhuǎn)矩分配方式下的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率分布Fig. 6 Efficiency distribution of electric drive system with different torque distribution modes

表1 高效區(qū)對(duì)比

2.4 驅(qū)動(dòng)模式表規(guī)則化處理

由于所選用的高性能驅(qū)動(dòng)電機(jī)存在局部高效區(qū)，使得驅(qū)動(dòng)模式表分布不均勻，易引起驅(qū)動(dòng)模式頻繁切換。模式切換過程中，驅(qū)動(dòng)軸會(huì)發(fā)生改變。當(dāng)總的需求轉(zhuǎn)矩增加時(shí)，低數(shù)量的驅(qū)動(dòng)軸無法滿足驅(qū)動(dòng)力需求，需要更多的驅(qū)動(dòng)軸介入工作；當(dāng)總的需求轉(zhuǎn)矩減小時(shí)，需要減少驅(qū)動(dòng)軸數(shù)，以提高單個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的負(fù)荷率，從而保證整車運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。所以，模式切換時(shí)，會(huì)存在新工作電機(jī)的介入或者當(dāng)前工作電機(jī)的退出。由于永磁同步電機(jī)在介入工作時(shí)升扭響應(yīng)速度要慢于其在退出工作時(shí)的降扭響應(yīng)速度，會(huì)導(dǎo)致切換過程中總的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生波動(dòng)，進(jìn)而可能引起較大的沖擊[12-13]。如果頻繁出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的啟停，也會(huì)增加對(duì)各電機(jī)控制器的控制難度。所以，應(yīng)盡可能減少車輛運(yùn)行過程中驅(qū)動(dòng)模式的切換頻率，以降低整車沖擊和控制難度。這里采用兩種措施來改善模式頻繁切換的狀況：

1)兩種不同驅(qū)動(dòng)模式相交的區(qū)域，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率相差很小，所以，為了控制效果更佳，并改善模式頻繁切換問題，將原始驅(qū)動(dòng)模式表中出現(xiàn)的局部模式進(jìn)行臨近整合，使驅(qū)動(dòng)模式表趨于規(guī)則化。

2)若驅(qū)動(dòng)模式邊界為嚴(yán)格的單閾值線，當(dāng)車輛運(yùn)行工況在模式邊界線上時(shí)，加速踏板的輕微抖動(dòng)就可能使需求驅(qū)動(dòng)模式發(fā)生切換。因此，需要對(duì)模式邊界進(jìn)行擴(kuò)展，擴(kuò)展的邊界跨度速度維度為2 km/h，整車需求轉(zhuǎn)矩維度為1 200 N·m。當(dāng)控制器判定驅(qū)動(dòng)模式落在模式交界的帶狀區(qū)域后(模式為“0”)，不進(jìn)行模式切換；當(dāng)識(shí)別結(jié)果在上邊界以上時(shí)，才會(huì)由模式Nop向模式(Nop+1)切換；當(dāng)識(shí)別結(jié)果在下邊界以下時(shí)，才會(huì)由模式Nop向模式(Nop-1)切換。通過這種方式可以在一定程度上降低模式切換的頻率[14-15]。

按照上述兩種措施對(duì)圖5中的最優(yōu)驅(qū)動(dòng)模式表進(jìn)行處理，結(jié)果如圖7所示。

圖7 規(guī)則化的驅(qū)動(dòng)模式表Fig. 7 Regularized drive mode table

3 基于軸荷約束的驅(qū)動(dòng)軸選擇及轉(zhuǎn)矩分配

從圖7可以插值得出最經(jīng)濟(jì)的驅(qū)動(dòng)模式Nop(Nop=1，2，3，4或5)，即采用幾根驅(qū)動(dòng)軸進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，但具體采用哪些軸進(jìn)行驅(qū)動(dòng)需要考慮實(shí)時(shí)軸荷的變化，以保證車輛驅(qū)動(dòng)過程中可以留有較大的附著余量，減小出現(xiàn)滑轉(zhuǎn)的概率。

所研究的ERET工作時(shí)即為滿載，驅(qū)動(dòng)過程中可能會(huì)因速度變化引起軸荷轉(zhuǎn)移。軸荷轉(zhuǎn)移會(huì)造成某一軸甚至多軸出現(xiàn)垂向載荷不足，進(jìn)而引起該軸上附著利用率減小，使車輪因滑轉(zhuǎn)而無法響應(yīng)最優(yōu)驅(qū)動(dòng)力。因此，需要在不考慮滑轉(zhuǎn)帶來的力矩重新分配基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)時(shí)軸荷分布情況優(yōu)先選擇質(zhì)量較大的車軸作為驅(qū)動(dòng)軸。將所制定的轉(zhuǎn)矩分配控制策略用流程圖8表示。

圖8 轉(zhuǎn)矩分配控制策略流程圖Fig. 8 Flow chart of torque distribution control strategy

軸荷傳感器會(huì)將軸荷分布狀態(tài)傳遞給控制器，控制器根據(jù)當(dāng)前工況查表得到需求驅(qū)動(dòng)軸數(shù)Nop，將驅(qū)動(dòng)指令分配到軸荷大小排在前Nop位的軸。在確定了具體驅(qū)動(dòng)軸以后，整車控制器會(huì)將總的需求轉(zhuǎn)矩均分給目標(biāo)驅(qū)動(dòng)軸，這種分配方式有利于提高驅(qū)動(dòng)效率[16-17]。同一根軸上對(duì)分配到的轉(zhuǎn)矩，會(huì)再平均分配給左右2個(gè)輪邊電機(jī)，保證車輛橫向穩(wěn)定性。

例如，當(dāng)控制器確定的最優(yōu)驅(qū)動(dòng)軸數(shù)Nop=3，而軸荷傳感器得到的軸荷大小順序依次為第5軸、第3軸、第1軸、第2軸和第4軸，則控制器將選擇第5軸、第3軸和第1軸為驅(qū)動(dòng)軸，然后將整車需求轉(zhuǎn)矩均分到3根軸上，每根驅(qū)動(dòng)軸上的轉(zhuǎn)矩經(jīng)過折算后平均分配給左右2臺(tái)輪邊電機(jī)來對(duì)車輛進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

4 經(jīng)濟(jì)性仿真驗(yàn)證

4.1 仿真模型搭建

目前最具代表性的2種電動(dòng)汽車仿真方式為前向仿真和后向仿真，兩者在建模的方法以及仿真的運(yùn)行上均具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。后向仿真不包括駕駛員模型，排除了駕駛行為對(duì)經(jīng)濟(jì)性的影響，較適合用于車輛設(shè)計(jì)階段，可以用來指導(dǎo)零部件和控制策略選擇；而前向仿真更適合于車輛設(shè)計(jì)的后期，用來調(diào)整、優(yōu)化參數(shù)或控制策略，以完善車輛性能?？紤]到經(jīng)濟(jì)性仿真更適合采用后向仿真，所以利用MATLAB/Simulink平臺(tái)建立了后向仿真模型來對(duì)提出的驅(qū)動(dòng)力優(yōu)化分配策略進(jìn)行驗(yàn)證。

由于ERET在電量充足情況下可以長時(shí)間工作在純電動(dòng)工作模式，當(dāng)動(dòng)力電池電量降低到某一設(shè)定值后APU系統(tǒng)才會(huì)介入工作，并且電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)只能通過電能來進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，故可在純電動(dòng)模式下對(duì)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的最優(yōu)化轉(zhuǎn)矩分配策略進(jìn)行驗(yàn)證，建模過程中可以假設(shè)APU始終處于關(guān)閉狀態(tài)，車輛也就簡(jiǎn)化為多軸純電動(dòng)汽車，不必再對(duì)APU系統(tǒng)進(jìn)行建模。

ERET后向仿真模型架構(gòu)如圖9所示，在靜態(tài)軸荷(見表2)基礎(chǔ)上，建立了動(dòng)態(tài)軸荷轉(zhuǎn)移模型[18-19]來模擬ERET運(yùn)行時(shí)的軸荷狀態(tài)，以軸荷轉(zhuǎn)移引起的最大附著力的變化作為轉(zhuǎn)矩分配模塊的約束條件之一。轉(zhuǎn)矩分配模塊中，以經(jīng)過離線優(yōu)化的驅(qū)動(dòng)模式表作為插值基準(zhǔn)，得到各工況下最優(yōu)的驅(qū)動(dòng)模式，并在各約束條件下生成驅(qū)動(dòng)指令，發(fā)送給相應(yīng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。由于從電機(jī)輸出軸到車輪只有一個(gè)減速器和半軸，傳動(dòng)鏈短，效率高，所以將傳動(dòng)系統(tǒng)模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化，按照固定傳動(dòng)比和機(jī)械傳動(dòng)效率進(jìn)行仿真計(jì)算。

圖9 整車后向仿真模型框架Fig. 9 Vehicle backward simulation model framework

表2 ERET滿載時(shí)靜態(tài)軸荷分布

圖9中，a為車輛瞬時(shí)加速度，m/s2；Larray為動(dòng)態(tài)軸荷大小排列序列；Taxj為分配到各軸的轉(zhuǎn)矩，N·m；Imi為各電機(jī)工作電流，A；Itot為動(dòng)力電池工作電流，A。

4.2 仿真結(jié)果對(duì)比分析

選擇C-WTVC工況進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性仿真，以對(duì)最優(yōu)驅(qū)動(dòng)力分配控制策略、轉(zhuǎn)矩平均分配控制策略及基于軸荷比的轉(zhuǎn)矩分配控制策略進(jìn)行對(duì)比研究，工況特征如圖10所示。

圖10 C-WTVC工況速度曲線Fig. 10 Velocity curve of C-WTVC

1)工作點(diǎn)分布對(duì)比。

3種控制策略下各驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作點(diǎn)分布分別如圖11(a)(b)和(c)所示。從圖11(a)可以看出，采用轉(zhuǎn)矩平分策略時(shí)，10臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作點(diǎn)始終相同，而且集中在低轉(zhuǎn)矩范圍，效率較低；圖11(b)顯示按軸荷比進(jìn)行分配時(shí)，在常規(guī)驅(qū)動(dòng)工況下，動(dòng)態(tài)載荷變化并不大，所以工作點(diǎn)仍然集中在低效區(qū)；而采用最優(yōu)化轉(zhuǎn)矩分配策略時(shí)，電機(jī)工作點(diǎn)則集中在較為高效的區(qū)域，如圖11(c)所示，在起步等低轉(zhuǎn)矩工況下，優(yōu)先采用第5軸上的電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，這是因?yàn)槠鸩綍r(shí)車輛重心會(huì)后移，而且隨著需求轉(zhuǎn)矩的變化，驅(qū)動(dòng)軸也會(huì)相應(yīng)發(fā)生變化，使得電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)始終以最經(jīng)濟(jì)模式運(yùn)行。

圖11 不同控制策略下驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作點(diǎn)分布Fig. 11 Distribution of driving motor operating points under different control strategies

2)能耗對(duì)比。

采用3種控制策略所得百公里電耗值見表3?？梢?，在C-WTVC工況下，采用電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率最優(yōu)化轉(zhuǎn)矩分配控制策略時(shí)，較其他兩種策略，可以節(jié)能6.12%～9.18%，效果明顯。

表3 經(jīng)濟(jì)性仿真結(jié)果

3)模式識(shí)別結(jié)果分析。

以0～200 s工況段為例，對(duì)效率最優(yōu)化轉(zhuǎn)矩分配控制策略仿真分析過程中的模式識(shí)別問題進(jìn)行分析。采用圖5所示不經(jīng)處理的驅(qū)動(dòng)模式表時(shí)，得到的模式識(shí)別結(jié)果如圖12(b)所示，采用圖7所示經(jīng)規(guī)則化處理的驅(qū)動(dòng)模式表時(shí)，得到的模式識(shí)別結(jié)果如圖12(c)所示，采用兩種驅(qū)動(dòng)模式表得到的C-WTVC工況能耗如表4所示。

圖12 模式識(shí)別結(jié)果對(duì)比Fig. 12 Comparison of mode recognition results

表4 驅(qū)動(dòng)模式表處理前后能耗對(duì)比

5 結(jié) 論

為提高某5軸電驅(qū)動(dòng)車輛的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，提出了一種基于電機(jī)系統(tǒng)效率最優(yōu)的驅(qū)動(dòng)力分配控制策略，該策略以電機(jī)系統(tǒng)效率最優(yōu)為目標(biāo)，分別計(jì)算同一工況點(diǎn)下單軸驅(qū)動(dòng)、雙軸驅(qū)動(dòng)、3軸驅(qū)動(dòng)、4軸驅(qū)動(dòng)和5軸驅(qū)動(dòng)模式下的電機(jī)系統(tǒng)效率，選擇效率最高的驅(qū)動(dòng)模式為目標(biāo)模式，然后以電機(jī)外特性為約束條件，遍歷計(jì)算所有工況點(diǎn)下的最優(yōu)驅(qū)動(dòng)模式，生成“車速—需求轉(zhuǎn)矩—最優(yōu)驅(qū)動(dòng)模式表”，并對(duì)其進(jìn)行規(guī)則化處理。在此基礎(chǔ)上，考慮整車動(dòng)態(tài)軸荷變化來選取目標(biāo)驅(qū)動(dòng)軸，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的驅(qū)動(dòng)控制?；贛ATLAB/Simulink平臺(tái)進(jìn)行仿真，得出如下結(jié)論：

1)采用基于電機(jī)系統(tǒng)效率最優(yōu)的轉(zhuǎn)矩分配控制策略可以提高各工作電機(jī)的負(fù)荷率及工作效率，相對(duì)轉(zhuǎn)矩平均分配控制策略和按軸荷比例分配的控制策略具有更好的經(jīng)濟(jì)性。

2)基于動(dòng)態(tài)軸荷實(shí)時(shí)變化情況來選擇驅(qū)動(dòng)軸，可以使車輛充分利用輪胎與地面之間的附著力，保證車輛以最優(yōu)驅(qū)動(dòng)力穩(wěn)定運(yùn)行。

3)采用“離線優(yōu)化+在線應(yīng)用”思想，首先對(duì)ERET驅(qū)動(dòng)模式表進(jìn)行離線優(yōu)化，并對(duì)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)規(guī)則化處理，仿真結(jié)果表明該方案可以減小車輛運(yùn)行過程中驅(qū)動(dòng)模式切換的頻率，在保證經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上兼顧車輛運(yùn)行的舒適性，并降低了對(duì)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制難度，有利于工程化應(yīng)用。