電動汽車在國家政策的支持下，已經(jīng)逐漸成為了汽車產(chǎn)業(yè)的支柱，同時電動汽車的能效一直備受重視，國家補(bǔ)貼方案切實與能效緊密聯(lián)系。所以純電動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汽車，由于電驅(qū)動系統(tǒng)及傳動系統(tǒng)效率具有定型后無法改變的特點，所以，該類型動力總成的效率優(yōu)化，只能從零部件自身的角度進(jìn)行突破，無法從系統(tǒng)層面，通過分配手段進(jìn)行能效的優(yōu)化。余卓平[1]等，通過研究四輪輪轂驅(qū)動的總成類型下經(jīng)濟(jì)性改善的問題，對四輪轉(zhuǎn)矩的合理分配來時先系統(tǒng)效率最優(yōu)的目的；李聰波[2]等通過機(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，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)動總結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行了動總匹配，制定了簡易的控制策略，完成了有效性的驗證，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電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動的雙電機(jī)總成類型的電動車如圖1所示：

圖1 雙電機(jī)總成類型電動車

該類型電動車具有以下特點：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)動系統(tǒng)在不同車速下的效率特點，實現(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)動的情況，通過調(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系統(tǒng)效率最優(yōu)進(jìn)行描述，用仿真手段針對某車型進(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)動的系統(tǒng)效率。同時，該方法易實現(xiàn)，具有較好的實用意義。

2 系統(tǒng)效率最優(yōu)分析

前后軸電機(jī)選型后，車輛實現(xiàn)驅(qū)動功能，滿足駕駛員的扭矩請求，理論上，在前后軸之間可以任意比例進(jìn)行扭矩分配來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)動系統(tǒng)效率如圖2所示，前減速比為

后減速比

，輪胎轉(zhuǎn)動半徑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分別為該車速下對應(yīng)的前后電機(jī)的轉(zhuǎn)速，ηF和ηR分別為前后電驅(qū)動系統(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：

將前后軸轉(zhuǎn)速用車速替代：

設(shè)定式中常數(shù)項為C：

即：

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

3 最優(yōu)效率下扭矩分配系數(shù)計算

上述分析，在驅(qū)動模式對不同車速，負(fù)荷扭矩在工況涉及全范圍，依據(jù)電驅(qū)動系統(tǒng)效率曲線，進(jìn)行系統(tǒng)效率最優(yōu)化的計算，可以得到驅(qū)動模式下車速、 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。計算最優(yōu)分配系數(shù)可以參考圖4的流程圖實現(xiàn)。

4 仿真分析

以某車型為基礎(chǔ)，通過逆向仿真手段[4]，建立車輛型[5]。模型如圖5所示。本文通過在NEDC，J1015，UDDS三個工況各仿真運行3個循環(huán)來分析本文的扭矩分配動態(tài)策略在整車驅(qū)動工況下的能量損失效果。仿真中，車輛的質(zhì)量1810kg，動總系統(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)動工況下，車輛的驅(qū)動系統(tǒng)扭矩最優(yōu)分配。在仿真中，以系統(tǒng)能量的損失來衡量算法的有效性，其中，系統(tǒng)能量損失定義為：用于驅(qū)動系統(tǒng)的電能與用于驅(qū)動的機(jī)械能差值。

圖2 前后電機(jī)效率曲線

圖3 驅(qū)動模式動態(tài)分配系數(shù)、最優(yōu)效率圖

圖4 最優(yōu)分配系數(shù)計算流程圖

圖5 車輛仿真模型

本文仿真中可以將驅(qū)動的驅(qū)動打滑時對驅(qū)動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，車輛負(fù)荷請求減小，在負(fù)荷減小的情況，仍然可以計算出最優(yōu)的前后軸分配系數(shù)。本文通過對比固定前后分配（k= 15%, 35%,50%, 65%, 85%），動態(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)動時，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態(tài)策略能量損失大，在NEDC工況下，扭矩分配動態(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，扭矩動態(tài)分配系數(shù)變化情況；圖6.2為J1015工況下，扭矩動態(tài)分配系數(shù)變化情況；圖6.3為UDDS工況下，扭矩動態(tài)分配系數(shù)變化情況。

圖6.1 NEDC工況動態(tài)分配系數(shù)

圖6.2 J1015工況動態(tài)分配系數(shù)

圖6.3 UDDS工況動態(tài)分配系數(shù)

表1 不同工況下，不同分配方案的效果分析

5 結(jié)論

本論文重點研究了雙電機(jī)驅(qū)動電動汽車在不同工況下，通過動態(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)運行效率的問題，通過仿真數(shù)據(jù)分析，證實動態(tài)扭矩分配系數(shù)的方法在整車經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)化問題的有效性，對最優(yōu)分配系數(shù)的實現(xiàn)進(jìn)行了簡要描述，具有較好的工程適用性，簡單易行。

參考文獻(xiàn)：

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