提升纯电动客车续航里程的策略研究与仿真

唐金龙 费为伟

摘 要：文章以纯电动客车为例，分析了影响纯电动客车一次充电续航里程的因素，同时从控制策略方面提出了提高纯電动客车经济性，增加续航里程的方法，并利用CRUISE和SIMULINK联合仿真进行了验证。结果表明所提策略可以有效提高纯电动客车续航里程。

关键词：纯电动客车;续航里程;控制策略;建模仿真

中图分类号：U469.72  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）22-14-03

Abstract： Taking pure electric buses as an example， the factors that affect the economy of pure electric buses are analyzed. At the same time， from the perspective of control strategies， methods to improve the economy of pure electric buses and increase the cruising range are proposed. And using CRUISE and SIMULINK joint simulation to verify. The results show that the proposed strategy can increase the cruising range and improve the economy of pure electric buses.

Keywords： Pure electric bus; Continued driving range; Control Strategy; Modeling and simulation

CLC NO.： U469.72  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）22-14-03

前言

正如大家所熟知的能源危机和环境污染问题在当代已经显得十分突出。面对能源危机和环境污染这两方面如此严峻的形式，电动汽车的研究与发展在近年来又重新引起世界各国的广泛重视。与传统的车辆相比，电动车在排放等方面有很大优势，其动力性完全可以达到传统车辆的要求[1]。但是由于电动汽车电池等技术的限制，电动汽车的一次充电续航里程成为了电动车推广使用的一个制约因素，因此如何最大限度地提高纯电动的续航里程尤为重要。

1 续航里程影响因素分析

纯电动客车的续航里程是纯电动客车最核心的性能指标，该性能指标直接影响纯电动车的普及销售[2-3]。目前对纯电动客车的续航里程影响比较大的因素有整车设计、电池和电机性能以及控制策略。整车设计方面增加续航里程的方法有使用低滚阻轮胎和车身轻量化等。电池和电机方面增加续航里程的措施有增加电池总电量、比能量，提高电池放电效率和提高电机效率等。控制策略方面主要是通过制定相关策略实现续航里程的增加，如：最大限度控制电池、电机工作在高效区间;制定制动能量回收策略等。本文从控制策略方面优化纯电动客车的续航里程并进行仿真分析。

2 提升续航里程的控制策略

2.1 经济行驶控制策略

一般而言，纯电动客车的正常行驶模式有如图1所示的三种控制方式[4]。图中曲线A体现的是整车动力性优先的控制策略;曲线C体现的则是整车经济性优先的控制策略。曲线B是兼顾整车的经济性和动力性的线性控制策略，它能满足整车驱动的一般性要求。本文优化纯电动车的经济性，因此选择曲线C作为车辆行驶过程满足经济行驶条件时的控制策略。为了得到图1中C所示的经济曲线，需要尽可能的使电池和电机工作在高效区间内，根据电池的放电特点和电机MAP图得到其高效工作区域，计算出电机转矩负荷系数L和加速踏板开度S的关系拟合曲线如图2所示。

2.2 制动能量回收控制策略

研究认为影响公交车续航里程的关键在于能量回收控制策略，对其进行优化可使续航里程明显提升[5]。电动客车进行制动能量回收时，影响制动力分配的因素有很多，并且这些因素随着电动客车的行驶是不断变化的。在目前的控制方法中，模糊控制不依赖于研究对象的数学模型，适用于无法精确建立数学模型的情况[6]，因此本文基于模糊控制逻辑对所研究的电动客车制动时的制动力进行合理分配。

本文选取对制动能量回收影响最大的制动强度Z、电池荷电状态SOC和车速V作为模糊控制器的输入，制动力分配系数K作为输出。在模糊控制器中输入量的模糊子集和论域分别为：制动强度Z={L，M，H}，论域[0，1];电池荷电状态SOC={L，M，H}，论域[0，100%];车速V={L，M，H}，论域[0，80]，输出量的模糊子集为：制动力分配系数K={L，M，H}，论域[0，1]。输入和输出量的隶属度函数如图3所示。

3 整车与控制策略建模

3.1 整车参数

本文以一款纯电动公交客车为研究对象，整车主要技术参数如表1所示。

3.2 整车与控制策略建模

利用CRUISE软件搭建整车仿真模型如图4所示。利用Simulink搭建的控制策略模型如图5所示。

4 仿真结果分析

本文研究的车辆为一款城市公交客车，因此采用中国典型城市公交工况（CCBC）作为仿真工况。

（1）车速跟随情况

如图6所示为联合仿真的车速跟随结果，其中红色实线是车辆当前实际工况下的车速，绿色虚线是期望的目标车速，整个行驶工况下两曲线基本重合，反映出实际车速跟随情况良好。说明本文策略能够满足车辆行驶工况要求。

（2）循环仿真结果

如表2所示为本文在CCBC工况下的续航里程和耗电量在有无本文策略下的仿真结果。

从表2可以看出，采用本文的控制策略在CCBC工况下仿真车辆的续航里程提升了15.6%，相应的百公里耗电量降低了14.22%，说明采用本文的控制策略能有效的增加纯电动客车的续航里程，提升整车经济性。

5 结论

本文首先对影响纯电动客车续航里程的因素进行了分析。然后从控制策略方面提出了增加续航里程的方法，根据电池、电机特性得到经济行驶控制曲线，并基于模糊逻辑制定了制动能量回收策略。最后用CRUISE和Simulink进行了联合仿真，结果表明本文所提控制策略能明显增加纯电动客车的续航里程。

参考文献

[1] 李国良，初亮，鲁和安.电动汽车续驶里程的影响因素[J].吉林大学学报（工学版）， 2000， 030（003）：20-24.

[2] 刘新天，王昊，何耀，等.基于最优能量回收的再生制动控制策略[J]. 时代汽车，2018， 3：51-52.

[3] 王军，熊冉，杨振迁.纯电动大客车制动能量回收系统控制策略研究[J].汽车工程，2009，031（010）：932-937.

[4] 吴敏.电动汽车整车控制器基础软件开发及控制策略研究[D].吉林大学，2014.

[5] 谢晏，龚群英，何泽京，等.新能源公交车续航里程优化分析[J].客车技术，2019（05）：34-37.

[6] Maia R，Silva M，Araujo R，et al. Electrical vehicle modeling： A fuzzy logic model for regenerative braking[J]. Expert Systems with App -lication， 2015， 42（22上）：8504-8519.