雙電機電動汽車扭矩分配的動態控制策略

肖小城 王春麗 孔令靜 倪紹勇 沙文瀚

摘? 要：描述了一種雙電機驅動的電動汽車提高整車經濟性的方法，以尋求雙電機系統效率最優的目標，通過仿真實現了雙電機扭矩隨車速、負荷共同決策分配的策略思想。針對不同的駕駛工況進行了能耗的仿真分析，結果表明：扭矩動態分配控制策略在不同的駕駛工況下均能提升整車驅動的經濟性。

關鍵詞：雙電機;動態扭矩分配

中圖分類號：U469.72? ? 文獻標識碼：A? ? ?文章編號：1005-2550（2019）03-0018-04

Abstract： Represent a way to improve the economics of EV driven by the dual-motor， in order to reach the target on dual-motor system economics， achieved the strategy of torque distribution by the vehicle speed and power load. Completed the simulation on the energy consumption for the different drive cycle， and the simulation results demonstrated the torque dynamic distribution strategy is reliability to improve the vehicle economics for different drive cycle.

Key Words： Dual-Motor; Torque dynamic distribution

前言

電動汽車在國家政策的支持下，已經逐漸成為了汽車產業的支柱，同時電動汽車的能效一直備受重視，國家補貼方案切實與能效緊密聯系。所以純電動汽車能效提升一直是行業追逐的目標。單電機單速比總成類型的純電動汽車，由于電驅動系統及傳動系統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化，只能從零部件自身的角度進行突破，無法從系統層面，通過分配手段進行能效的優化。余卓平[1]等，通過研究四輪輪轂驅動的總成類型下經濟性改善的問題，對四輪轉矩的合理分配來時先系統效率最優的目的;李聰波[2]等通過機械耦合結構，將雙電機輸出軸耦合作用于單軸驅動，制定雙電機轉速轉矩分配策略;楊勝兵[3]等分析了前后雙電機動總結構，并進行了動總匹配，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，整車經濟性也暫未考慮。

本文中描述了一種前后軸分別由一個電機進行驅動的雙電機總成類型的電動車如圖1所示：

該類型電動車具有以下特點：雙電機一般具有不同的效率區間，且峰值扭矩和峰值功率不同;前后軸配置一級減速機構，一般前后速比不同。本文中研究了前后電驅動系統在不同車速下的效率特點，實現了基于車速、整車負荷決策的前后軸扭矩分配控制。其控制思想為：在前后輪共同驅動的情況，通過調整前后軸電機扭矩的分配，達到系統效率最佳的目的。本文采用理論分析對系統效率最優進行描述，用仿真手段針對某車型進行分析。確定了前后軸電機轉矩最優控制方法。針對不同駕駛工況的仿真分析，比較定比例分配和優化的前后軸扭矩分配對系統效率的影響。分析結果表明：優化的前后軸扭矩分配能夠提升雙電機驅動的系統效率。同時，該方法易實現，具有較好的實用意義。

2? ? 系統效率最優分析

前后軸電機選型后，車輛實現驅動功能，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行扭矩分配來滿足駕駛員扭矩的目標，但是，從經濟性最優的角度出發，可以找出不同車速、駕駛員扭矩請求下的最優效率的前后軸扭矩分配。

以某在研車型為例，前后電驅動系統效率如圖2所示，前減速比為i0igF后減速比i0igR，輪胎轉動半徑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，前軸系統損失功率為PlossF，后軸系統損失功率為PlossR，假設當前車速為VehSpd，nF，nR分別為該車速下對應的前后電機的轉速，ηF和ηR分別為前后電驅動系統的效率。那么，前后軸系統最小能量損失，即優化目標為：Min（PlossF + PlossR）。

上述分析可知：不同的分配比例可以影響整車電驅動系統的效率;通過設定對不同的車速，負荷扭矩可以計算出最優效率分配系數。

3? ? 最優效率下扭矩分配系數計算

上述分析，在驅動模式對不同車速，負荷扭矩在工況涉及全范圍，依據電驅動系統效率曲線，進行系統效率最優化的計算，可以得到驅動模式下車速、 系統負荷的最優前后軸扭矩分配系數。如圖3所示，驅動模式下最優扭矩分配系數（前軸/總需求），最優效率圖。計算最優分配系數可以參考圖4的流程圖實現。

4? ? 仿真分析

以某車型為基礎，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個循環來分析

本文的扭矩分配動態策略在整車驅動工況下的能量損失效果。仿真中，車輛的質量1810kg，動總系統：前驅電機峰值功率40kw，前驅單減速比7.7，后驅電機峰值功率95kw，后驅單減速比9.1;總能量為67kwh，設計續航里程為450km，假設車輛的能量回收功率為零，只考慮驅動工況下，車輛的驅動系統扭矩最優分配。在仿真中，以系統能量的損失來衡量算法的有效性，其中，系統能量損失定義為：用于驅動系統的電能與用于驅動的機械能差值。

本文仿真中可以將驅動的驅動打滑時對驅動扭矩的限制等限制條件歸結為車輛負荷發生變化，當車輛打滑時，車輛負荷請求減小，在負荷減小的情況，仍然可以計算出最優的前后軸分配系數。本文通過對比固定前后分配（k= 15%， 35%， 50%， 65%， 85%），動態分配方案，可以得到如下表1結果。從表1中可以看出，在前后軸共同驅動時，前軸分配比例按照固定比例（15%，35%，50%，65%，85%等）系統能量損失均比扭矩分配動態策略能量損失大，在NEDC工況下，扭矩分配動態策略能量損失減少最多達25.9%（以分配系數65%系統損失能量為基礎），J1015工況，能量損失減少達25%（以分配系數85%系統損失能量為基礎），UDDS工況，能量損失減少25.9%（以分配系數50%系統損失能量為基礎）。圖6.1 為NEDC工況下，扭矩動態分配系數變化情況;圖6.2為J1015工況下，扭矩動態分配系數變化情況;圖6.3為UDDS工況下，扭矩動態分配系數變化情況。

5 結論

本論文重點研究了雙電機驅動電動汽車在不同工況下，通過動態控制前后電機扭矩分配系數，讓系統達到最優運行效率的問題，通過仿真數據分析，證實動態扭矩分配系數的方法在整車經濟性最優化問題的有效性，對最優分配系數的實現進行了簡要描述，具有較好的工程適用性，簡單易行。

參考文獻：

[1]余卓平，張立軍，熊璐，等.四驅電動車經濟性改善的最優轉矩分配控制[J].同濟大學學報：自然科學版，2005，33（10）：1355-1361.

[2]李聰波，陳文倩，趙來杰，肖衛紅，等.面向能耗的純電動汽車雙電機動力系統控制策略[J].計算機集成制造系統，2018，24（5）：1098-1109.

[3]楊勝兵，宋鵬飛，毛沖沖，等.新型雙電機分時獨立驅動的純電動汽車仿真分析[J].武漢理工大學學報（交通科學與工程版），2016，40（5）：651-655.

[4]王維.插電式四驅混合動力汽車的匹配與仿真建模[D]. 重慶：重慶大學，2015.

[5]余志生.汽車理論[M].北京：機械工業出版社，2009.16-18.