面向能耗的纯电动汽车双电机动力系统控制策略

张智明，戴俊阳

（1.同济大学，上海 201804；2.赛克大众汽车有限公司，上海 201804）

1 双电机电力系统能耗控制策略框架

1.1 问题描述

之前的研究提出了一种新的双电机电力系统配置，既满足车辆的转速耦合要求，又满足扭矩耦合要求。结构简单，体积小，易于安排，避免同时使用多个刹车和离合器。

1.2 双电机电力系统控制策略框架

实时和高效的主要目标控制的双动力系统是准确获取需求扭矩的电动汽车基于信息如油门踏板开度和车速，然后制定电动机转速和转矩分配策略来提高车辆的经济性能和动态性能。

双电机电力系统控制策略主要包括两个方面：

（1）需求扭矩的计算是基于司机油门踏板的控制信息，考虑车辆状态信息，运动状态(电机启动和停止、转矩速度，等等)和电池信息、剩余量的实时计算电机转矩需求。

（2）速度转矩的需求分配，结合实际的能耗最小化情况，执行速度转矩的最优分布在两个汽车速度耦合的两种模式，并在此基础上，确定能耗的最低点为双电机功率的系统工作点。

2 电动汽车需求转矩的获取

需求扭矩获取的实质是分析驾驶员在不同路面条件下的意愿，获取车辆行驶所需的扭矩，包括基本扭矩和补偿扭矩。

式中：Tb表示电动汽车行驶所需的基础转矩；Tadd表示为提高电动汽车动力性能增加的补偿转矩。

2.1 基本转矩的确定

油门踏板开启在40%以内占到整车工况的90%。这种设置方式极不合理，不符合驾驶习惯。然而，优越的加速性能要求动力电池始终提供大的放电速率，这不仅会降低电池寿命，还会增加电动汽车的能耗，降低电动汽车的巡航距离。

在此基础上，从降低能耗的角度出发，本节根据标准工况要求扭矩统计量对“直线”曲线进行修正，采用“下凹型”扭矩载荷因子和油门踏板开启曲线控制方法。

本文在要求上提出的转矩负荷率控制在40%以内，以低能耗消耗为出发点，进行系统总负载率控制到95%，可以实现在油门的开度上以0-100%情况下，其系统转矩负荷率控制在0-95%之间，可以满足汽车的正常加速爬升等需求。剩余5%的扭矩负载可用于扭矩补偿。如表1所示为两者之间存在的关系。

表1 踏板开度与负载系数关系

为了快速、准确地获得最大转矩Tvmax电动汽车能提供车辆速度 v，同等动力地图根据车速和方向盘转矩画根据双电机功率系统的参数。

2.2 基于低能耗的转矩补偿策略

为了提高汽车在爬升和加速工况下的动力性，需要对基本扭矩进行补偿。细节如下：

（1）适当的扭矩补偿可以使电机在更有效的范围内运行。在电机负载因数较高的情况下，扭矩补偿不合适，否则会降低电机的工作效率，因此，通过分析电机效率地图地图，当电动机负载因子γ超过60%，转矩补偿很容易降低发动机效率。

（2）道路信息根据道路坡度，实时对基本扭矩进行适当补偿，有利于提高电动汽车的行驶舒适性。

3 面向能耗的双电机动力系统动力分配策略

图2 转矩分配流程

为了实现最小能耗，开发了双电机转矩优化分配过程，如图2所示。

根据图4的转矩分配流程图可得，电机M1的初始转矩T10取电机M1转矩范围的最小值，在这种情况下，对应的两个电机扭矩是最优的扭矩组合。

4 基于Simulink的双电机电力系统仿真策略控制

4.1 双电机动力系统仿真模型的建立

动力系统仿真整体模型如图3所示：

图3 双电机动力系统传真模型

4.2 仿真结果分析

NEDC条件下剩余电池功率曲线如图4所示。通过仿真的数据分析以及图像显示，在电池电量在只剩 10%，纯电动车的双电机动力系统在运行时间上比单机动力系统的运行时间较长，其能耗量较低，续航能力更强。

图4 工况NEDC的电池剩余电量

5 结语

本文提出的双电机电力系统控制策略主要是通过理论分析，通过仿真验证双电机电力系统控制策略的可靠性。原型分析没有进行进一步的分析和验证。因此，对双电机电力系统的样机试验和加载实验的验证实践是下一步工作的重点。