基于模型的电动汽车增程控制系统前后驱动-制动力分配

基于模型的电动汽车增程控制系统前后驱动-制动力分配

提出了一种基于模型的电动汽车增程控制系统。在考虑了车轮滑移率和电动机铜铁损失的情况下，系统优化了前后驱动-制动力分配，达到最小的能量消耗。由于驱动-制动力最优分配完全取决于车辆的加速度和速度，因此该系统不仅适于恒速模式，也适用于加速和制动模式。研究表明，该系统可以增加电动汽车的续驶里程，并可以准确测量能量消耗，仿真和试验结果证明了该系统的有效性。

在运动控制方面，电动汽车相对于内燃机车有以下几方面优点：

（1）电动汽车的电动机驱动-制动力控制的响应比发动机要快（大约100倍）；

（2）轮毂电机可以对每个车轮的驱动-制动力进行单独控制；

（3）可以通过电流精确测量电机力矩。

假设车辆运行环境为平直路面，车轮的转向角为0°。由于在高速工况下，车辆的行驶阻力和电机损失相对于总体损失大，该系统的有效性只在低速工况下获得了验证。研究中所用的电动汽车为FPEV-2 Kanon，这种汽车装有4个外转子式轮毂电机。

在建模方面，研究中使用的是4轮驱动车辆模型，在直线行驶的情况下，左右车轮上的力相等；驱动-制动力分配模型中，总驱动-制动力被分配到每一个车轮，模型中的关键变量是前后驱动-制动力分配比率；在获得前后分配比率的过程中，考虑滑移率和电机损失，使逆变器的输入功率达到最小。

进行了台架试验、场地试验和计算机仿真验证。为了准确控制仿真结果，通过场地试验得到汽车的实际行驶阻力，用于台架试验和仿真中（图1）。

图1　试验车和实车仿真台架

在不同的前后驱动-制动力分配比率下，分别进行逆变器输入功率的对比，试验结果表明，调整分配比率可以使逆变器的输入功率达到最小。在场地和台架试验中，利用同样的驾驶循环进行评估。仿真结果和两种测试的结果对比表明，能量消耗基本相同；在分配比率为0.5时，场地试验和台架试验的能量消耗分别减少8%和9%。

刊名：IEEE Transactions on Industrial Electronics（英）

刊期：2015年第5期

作者：Hiroshi Fujimoto et al

编译：何云廷