國家工信部發(fā)布的《新能源汽車產業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035）》明確指出，“綠色”是新能源汽車的發(fā)展理念，“電動化”是新能源汽車的發(fā)展趨勢。針對純電動汽車，其動力性與操縱性長期是學界及工業(yè)界關注的重難點。迄今為止，學者已圍繞電動汽車的動力性能評價體系與評估細則展開了大量研究，主要涉及電動汽車在完整加速踏板行程工況下表現(xiàn)出的動力特性，但對非完整加速踏板行程工況考慮較少。然而，由于非完整加速踏板行程工況占據(jù)汽車使用壽命的絕大部分，因此研究電動車動力性不能僅局限于理想的完整加速踏板行程工況，還應當考慮駕駛員在不同行駛工況下對電動車動力性能的需求。與完整加速踏板行程時不同，在非完整加速踏板行程時，電動車的動力性不僅由傳動系參數(shù)匹配效果決定，還受到駕駛員意圖、電機驅動策略、轉矩分配方案等因素的影響。

純電動汽車電機驅動控制策略劃分為硬驅動控制特性、軟驅動控制特性及介于二者之間的線性驅動控制特性等三種。線性驅動控制特性是指，驅動電機輸出轉矩比例系數(shù)與加速踏板行程的曲線呈線性變化，即隨著加速踏板深度增加，電機輸出轉矩亦相應線性增加；硬驅動控制特性曲線與軟驅動控制特性曲線分別是位于線性驅動控制特性曲線上方的上凸和下凸曲線，即：對于前者，極小的加速踏板行程變化即可引起較大的電機輸出轉矩增減，后者反之。線性驅動控制特性和軟驅動控制特性均屬于偏軟的電機輸出轉矩變化特性，這類操縱特性易使駕駛員感到汽車動力性不足，尤其在需要較大驅動轉矩的工況下動力不足的缺陷可能更為突出。因此，根駕駛員意圖進行電動汽車操縱性能與動力性能的匹配設計是研究電機輸出轉矩控制特性的關鍵。

提升電動汽車工況適應性時，不僅須基于駕駛意圖匹配電動車操縱性與動力性，還要設計先進的電機轉矩分配策略，以提高電機分布式驅動性能和整車驅動效率。相比于單電機驅動，多電機驅動的電動汽車可通過控制電機間的轉矩分配來提高整車驅動系統(tǒng)的運行效率、穩(wěn)定性和平順性。

然而現(xiàn)有雙電機驅動電動汽車的轉矩分配研究鮮有將駕駛員起步意圖考慮在內，難以兼顧駕駛員起步時穩(wěn)定性與動力性需求。本文首先對駕駛員起步意圖進行識別，以計算不同起步意圖下的駕駛員總需求轉矩。其次，基于電機功效數(shù)據(jù)建立整車驅動系統(tǒng)效率數(shù)學模型，以前后驅動電機效率最大化為目標進行求解，進而制定了雙電機四驅電動汽車的轉矩分配策略。

01 目標車型參數(shù)及驅動結構布局

本文目標車型的主要參數(shù)如表1所示。雙電機驅動系統(tǒng)將總的功率需求拆分到前后兩個規(guī)格一致的電機上，整車驅動部分結構布局如圖1所示。

圖1 雙電機驅動部分結構布局

針對駕駛員不同起步意圖下的前后軸轉矩分配控制，設計了如圖2的分層控制架構。首先，上層根據(jù)加速踏板行程和加速踏板行程變化率信息識別出駕駛員的起步意圖，并計算出不同起步意圖下的駕駛員需求轉矩。下層基于效率最優(yōu)原則控制前后軸電機轉矩的分配方式，以實現(xiàn)上層給出的駕駛員需求轉矩。

圖2 分層控制架構

2.1 駕駛員意圖識別

前后雙電機電動汽車起步時轉矩分配的研究，大多是在駕駛員穩(wěn)態(tài)意圖下開展的，難以滿足駕駛員對動力性起步的需求。

為兼顧駕駛員穩(wěn)態(tài)起步意圖下的操控性和動態(tài)起步意圖下的動力性，本文將駕駛員起步意圖劃分為兩種，由加速踏板行程所代表的穩(wěn)態(tài)起步意圖和加速踏板行程變化率所代表的動態(tài)起步意圖。穩(wěn)態(tài)起步意圖反應的是駕駛員起步的平穩(wěn)性，以確保電動汽車具有較好的操控性，而動態(tài)起步意圖反應則是駕駛員起步的迫切程度，用于保證電動汽車的動力性。

本文采用模糊控制算法識別駕駛員動態(tài)起步意圖，取加速踏板行程及加速踏板行程變化率作為模糊控制器的輸入?yún)⒘?，最終計算出駕駛員期望沖擊度。其中的論域為[0,1]，表示加速踏板行程范圍為0~100%，假設駕駛員由踏板初始位置踩到末端位置最少需要0.5，則的論域為[-2,2]，依據(jù)國標取最大沖擊度為10，則的論域為[0,10]。

選取三個模糊語言來描述輸入?yún)⒘?/span>，以對其進行模糊化處理，選取的模糊語言為：小(S)、中(M)、大(B)。

選取七個模糊語言來描述輸入?yún)⒘?/span>，分別為：負很大(NV)，負大(NB)，負中(NM)，負小(NS)，零(ZO)，正小(PS)，正中(PM)，正大(PB)，正很大(PV)。

選取四個模糊語言來描述輸出參量分別為：零(ZO)，小(S)，中(M)，大(B)，很大(V)。

圖3為輸入、輸出參量的隸屬度函數(shù)，輸入、輸出參量的模糊邏輯規(guī)則表如表2所示。經過模糊推理過程得到輸出參量的模糊描述。隨后經過輸出參量反模糊化處理，計算得到駕駛員期望沖擊度的推理值，如圖4所示。

圖3 輸入、輸出參量的隸屬度函數(shù)

表2 輸入、輸出參量的模糊邏輯規(guī)則表

圖4 駕駛員期望沖擊度

2.2 需求轉矩計算

2.2.1 穩(wěn)態(tài)需求轉矩計算

在駕駛員起步意圖識別的基礎上計算了不同起步意圖下的駕駛員需求轉矩，駕駛員穩(wěn)態(tài)意圖識別算法結構如圖5所示。

圖5 駕駛員穩(wěn)態(tài)轉矩計算算法結構

純電動汽車的動力性驅動控制策略主要可以分為三類，如圖6所示。線1為硬踏板驅動控制策略，能夠較好地滿足駕駛員的加速感覺，但是其加速踏板過于靈敏，導致操控性較差。曲線3為軟踏板驅動控制策略，其操控性較好，但加速感覺整體偏軟，難以滿足駕駛員的動力性需求。曲線2為線性踏板驅動控制策略，控制效果介于軟、硬踏板控制策略效果之間，其操控性可滿足駕駛員要求，但整體加速感覺偏軟。本文制定如圖7所示的驅動控制策略。

圖6 三種純電動汽車驅動控制策略

圖7 穩(wěn)態(tài)需求轉矩比例系數(shù)識別模型

穩(wěn)態(tài)轉矩計算表達式為

.                            (1)

式中，為穩(wěn)態(tài)需求轉矩；為穩(wěn)態(tài)需求轉矩比例系數(shù)，是電機當前轉速下實際輸出轉矩與最大轉矩的比值；為電機轉速；為電機外特性曲線所得的轉矩，與電機轉速有關。即得到不同加速踏板開度及不同電機轉速下的穩(wěn)態(tài)需求轉矩。

2.2.2 動態(tài)補償轉矩計算

基于駕駛員動態(tài)起步加速意圖對穩(wěn)態(tài)需求轉矩進行動態(tài)補償。

1.穩(wěn)態(tài)車速計算

本文提出的穩(wěn)態(tài)車速指平路上在穩(wěn)態(tài)轉矩的驅動下，車輛持續(xù)穩(wěn)定行駛的速度，可由式子（2）計算：

.                      (2)

式中，為變速器傳動比；為主減速器傳動比；為傳動系統(tǒng)效率；為整車質量；為重力加速度；為滾動阻力系數(shù)；為車輪半徑；為風阻系數(shù)；為迎風面積；為穩(wěn)態(tài)車速。

2.動態(tài)補償轉矩策略

根據(jù)車輛行駛狀態(tài)與加速踏板行程狀態(tài)，可將車輛由起步到穩(wěn)態(tài)運行整個過程分為四個階段：①踏板穩(wěn)定車輛穩(wěn)態(tài)；②踏板變化車輛非穩(wěn)態(tài)；③踏板穩(wěn)定車輛非穩(wěn)態(tài)；④踏板穩(wěn)定車輛穩(wěn)態(tài)。由此制定了如圖8所示的動態(tài)轉矩補償策略算法邏輯。

圖8 動態(tài)轉矩補償策略算法邏輯

（1）踏板穩(wěn)定變化、車輛穩(wěn)態(tài)

若駕駛員期望沖擊度滿足：

.                            (3)

則令動態(tài)補償轉矩，不進行動態(tài)轉矩補償并初始化下一階段計算所需的部分變量：

  (4)

式中，為動態(tài)轉矩補償算法的沖擊度閾值；為調用動態(tài)轉矩最大補償值算法的次數(shù)；為最大期望沖擊度累積初始值。

（2）踏板變化不穩(wěn)定、車輛非穩(wěn)態(tài)

若駕駛員期望沖擊度、實際車速滿足：

且.                        (5)

則計算最大動態(tài)補償轉矩：

  (6)

式中，為動態(tài)最大補償轉矩計算的速度閾值；、、為第次調用動態(tài)轉矩最大補償值算法后的駕駛員最大期望沖擊度、最大期望沖擊度累積值、平均期望沖擊度；為沖擊度持續(xù)時間，取值一般不大于駕駛員反應時間；由于踩踏板加速時間很短，故該階段不進行轉矩補償。

（3）踏板變化穩(wěn)定、車輛非穩(wěn)態(tài)

該階段又可分為動態(tài)轉矩補償與動態(tài)轉矩歸零兩個階段。若駕駛員期望沖擊度、實際車速滿足：

且.                    (7)

則執(zhí)行最大動態(tài)轉矩補償：

  (8)

式中，為動態(tài)補償轉矩歸零的速度閾值。

若駕駛員期望沖擊度、實際車速滿足：

且.                        (9)

則執(zhí)行動態(tài)補償轉矩歸零：       

  (10)

（4）踏板穩(wěn)定、車輛穩(wěn)態(tài)

此時車輛已經完成加速，踏板穩(wěn)定且車輛到達穩(wěn)定的行駛狀態(tài)，停止動態(tài)轉矩補償算法。

在車輛由起步到穩(wěn)態(tài)運行過程中，動態(tài)補償轉矩計算公式為：

.                          (11)

為簡化計算，假設同一行駛工況下，前后驅動系統(tǒng)的輸出效率一致，同一驅動軸上左右車輪轉矩相等，則最優(yōu)轉矩分配問題簡化為求解前后軸轉矩分配系數(shù)λ最優(yōu)解問題：

.                            (12)

.                            (13)

式中，為前軸轉矩分配系數(shù)，；為前軸的需求轉矩；為駕駛員的總需求轉矩。

圖9為所選電機的MAP圖，電機的輸出效率可看作是電機轉速與電機轉矩的函數(shù)。電機的驅動效率為：

(14)   

即，驅動系統(tǒng)效率最優(yōu)的數(shù)學模型為：

 (15)

其約束條件為：

 (16)

式中，是當前轉速下電機可以提供的最大轉矩。為效率最優(yōu)的數(shù)學模型的約束條件，表示電機能夠提供的最大輸出特性的限制。

圖9 電機MAP圖與外特性曲線

依據(jù)該數(shù)學模型，并結合驅動電機的效率MAP，求解不同車速、不同駕駛員需求轉矩下的前軸轉矩分配系數(shù)和驅動效率最優(yōu)值，進而得到基于效率最優(yōu)的轉矩分配策略，如圖10所示，由圖可知：

1. 前軸轉矩分配系數(shù)為0.5和1所占面積較大，駕駛員需求轉矩較高時，前后電機均勻分配總需求轉矩，。在小需求轉矩時，動力由前軸電機獨自提供，。

2. 前軸電機單獨驅動與前后電機均分轉矩的過渡較為平滑，且過渡區(qū)域狹窄，符合電機效率MAP圖對應的電機功效特征。

圖10 最優(yōu)效率分配系數(shù)

本文采用模糊算法實現(xiàn)了駕駛員穩(wěn)定性起步意圖與動力性起步意圖的識別，在不同的起步意圖下計算得到了對應的駕駛員總需求轉矩。根據(jù)電機的效率特性曲線建立了整車驅動系統(tǒng)效率數(shù)學模型，通過求解最優(yōu)效率問題制定了前后軸轉矩分配策略。