提升純電動客車續(xù)航里程的策略研究與仿真

唐金龍 費為偉

摘 要：文章以純電動客車為例，分析了影響純電動客車一次充電續(xù)航里程的因素，同時從控制策略方面提出了提高純電動客車經(jīng)濟性，增加續(xù)航里程的方法，并利用CRUISE和SIMULINK聯(lián)合仿真進行了驗證。結(jié)果表明所提策略可以有效提高純電動客車續(xù)航里程。

關鍵詞：純電動客車;續(xù)航里程;控制策略;建模仿真

中圖分類號：U469.72? 文獻標識碼：A? 文章編號：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機和環(huán)境污染問題在當代已經(jīng)顯得十分突出。面對能源危機和環(huán)境污染這兩方面如此嚴峻的形式，電動汽車的研究與發(fā)展在近年來又重新引起世界各國的廣泛重視。與傳統(tǒng)的車輛相比，電動車在排放等方面有很大優(yōu)勢，其動力性完全可以達到傳統(tǒng)車輛的要求[1]。但是由于電動汽車電池等技術的限制，電動汽車的一次充電續(xù)航里程成為了電動車推廣使用的一個制約因素，因此如何最大限度地提高純電動的續(xù)航里程尤為重要。

1 續(xù)航里程影響因素分析

純電動客車的續(xù)航里程是純電動客車最核心的性能指標，該性能指標直接影響純電動車的普及銷售[2-3]。目前對純電動客車的續(xù)航里程影響比較大的因素有整車設計、電池和電機性能以及控制策略。整車設計方面增加續(xù)航里程的方法有使用低滾阻輪胎和車身輕量化等。電池和電機方面增加續(xù)航里程的措施有增加電池總電量、比能量，提高電池放電效率和提高電機效率等。控制策略方面主要是通過制定相關策略實現(xiàn)續(xù)航里程的增加，如：最大限度控制電池、電機工作在高效區(qū)間;制定制動能量回收策略等。本文從控制策略方面優(yōu)化純電動客車的續(xù)航里程并進行仿真分析。

2 提升續(xù)航里程的控制策略

2.1 經(jīng)濟行駛控制策略

一般而言，純電動客車的正常行駛模式有如圖1所示的三種控制方式[4]。圖中曲線A體現(xiàn)的是整車動力性優(yōu)先的控制策略;曲線C體現(xiàn)的則是整車經(jīng)濟性優(yōu)先的控制策略。曲線B是兼顧整車的經(jīng)濟性和動力性的線性控制策略，它能滿足整車驅(qū)動的一般性要求。本文優(yōu)化純電動車的經(jīng)濟性，因此選擇曲線C作為車輛行駛過程滿足經(jīng)濟行駛條件時的控制策略。為了得到圖1中C所示的經(jīng)濟曲線，需要盡可能的使電池和電機工作在高效區(qū)間內(nèi)，根據(jù)電池的放電特點和電機MAP圖得到其高效工作區(qū)域，計算出電機轉(zhuǎn)矩負荷系數(shù)L和加速踏板開度S的關系擬合曲線如圖2所示。

2.2 制動能量回收控制策略

研究認為影響公交車續(xù)航里程的關鍵在于能量回收控制策略，對其進行優(yōu)化可使續(xù)航里程明顯提升[5]。電動客車進行制動能量回收時，影響制動力分配的因素有很多，并且這些因素隨著電動客車的行駛是不斷變化的。在目前的控制方法中，模糊控制不依賴于研究對象的數(shù)學模型，適用于無法精確建立數(shù)學模型的情況[6]，因此本文基于模糊控制邏輯對所研究的電動客車制動時的制動力進行合理分配。

本文選取對制動能量回收影響最大的制動強度Z、電池荷電狀態(tài)SOC和車速V作為模糊控制器的輸入，制動力分配系數(shù)K作為輸出。在模糊控制器中輸入量的模糊子集和論域分別為：制動強度Z={L，M，H}，論域[0，1];電池荷電狀態(tài)SOC={L，M，H}，論域[0，100%];車速V={L，M，H}，論域[0，80]，輸出量的模糊子集為：制動力分配系數(shù)K={L，M，H}，論域[0，1]。輸入和輸出量的隸屬度函數(shù)如圖3所示。

3 整車與控制策略建模

3.1 整車參數(shù)

本文以一款純電動公交客車為研究對象，整車主要技術參數(shù)如表1所示。

3.2 整車與控制策略建模

利用CRUISE軟件搭建整車仿真模型如圖4所示。利用Simulink搭建的控制策略模型如圖5所示。

4 仿真結(jié)果分析

本文研究的車輛為一款城市公交客車，因此采用中國典型城市公交工況（CCBC）作為仿真工況。

（1）車速跟隨情況

如圖6所示為聯(lián)合仿真的車速跟隨結(jié)果，其中紅色實線是車輛當前實際工況下的車速，綠色虛線是期望的目標車速，整個行駛工況下兩曲線基本重合，反映出實際車速跟隨情況良好。說明本文策略能夠滿足車輛行駛工況要求。

（2）循環(huán)仿真結(jié)果

如表2所示為本文在CCBC工況下的續(xù)航里程和耗電量在有無本文策略下的仿真結(jié)果。

從表2可以看出，采用本文的控制策略在CCBC工況下仿真車輛的續(xù)航里程提升了15.6%，相應的百公里耗電量降低了14.22%，說明采用本文的控制策略能有效的增加純電動客車的續(xù)航里程，提升整車經(jīng)濟性。

5 結(jié)論

本文首先對影響純電動客車續(xù)航里程的因素進行了分析。然后從控制策略方面提出了增加續(xù)航里程的方法，根據(jù)電池、電機特性得到經(jīng)濟行駛控制曲線，并基于模糊邏輯制定了制動能量回收策略。最后用CRUISE和Simulink進行了聯(lián)合仿真，結(jié)果表明本文所提控制策略能明顯增加純電動客車的續(xù)航里程。

參考文獻

[1] 李國良，初亮，魯和安.電動汽車續(xù)駛里程的影響因素[J].吉林大學學報（工學版）， 2000， 030（003）：20-24.

[2] 劉新天，王昊，何耀，等.基于最優(yōu)能量回收的再生制動控制策略[J]. 時代汽車，2018， 3：51-52.

[3] 王軍，熊冉，楊振遷.純電動大客車制動能量回收系統(tǒng)控制策略研究[J].汽車工程，2009，031（010）：932-937.

[4] 吳敏.電動汽車整車控制器基礎軟件開發(fā)及控制策略研究[D].吉林大學，2014.

[5] 謝晏，龔群英，何澤京，等.新能源公交車續(xù)航里程優(yōu)化分析[J].客車技術，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.