基于能耗視角下純電動(dòng)汽車雙電機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)控制策略分析

陳立新，陶崇瑾

（酒泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 酒泉 735000）

1 雙電機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)控制框架分析

想要實(shí)現(xiàn)及時(shí)高效控制雙電機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的目標(biāo)，首先需要做到的就是從加速踏板的開度以及車速等信息出發(fā)，將汽車所需的扭矩精準(zhǔn)確定，并以此為基礎(chǔ)將電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)矩分配策略確定下來，以便顯著提升電動(dòng)汽車的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性。這個(gè)雙電機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)控制策略具體是以下的兩個(gè)方面組成。

（1）計(jì)算所需轉(zhuǎn)矩。從駕駛?cè)藛T在加速踏板上的控制工作信息出發(fā)，并同步考慮包含瞬時(shí)車速及道路坡度等在內(nèi)的車輛狀態(tài)信息，以及包含電機(jī)啟停和轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速等在內(nèi)的電機(jī)狀態(tài)和包括溫度以及剩余電量等在內(nèi)的電池信息，借助計(jì)算機(jī)中設(shè)定的算法進(jìn)行轉(zhuǎn)矩計(jì)算工作。

（2）分配轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩以及劃分工作模式。在轉(zhuǎn)矩結(jié)果計(jì)算出來之后，在始終堅(jiān)持能耗最低的原則下，針對(duì)轉(zhuǎn)速耦合的兩種工作模式下的雙電機(jī)做到最優(yōu)分配轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速，并以此為基礎(chǔ)，尋求一個(gè)雙電機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)中各個(gè)工作點(diǎn)能耗最低的工作模式。

2 純電動(dòng)汽車基本轉(zhuǎn)矩需求的確定

純電動(dòng)汽車基本轉(zhuǎn)矩主要依靠加速踏板開度來確定，車輛運(yùn)行過程中加速踏板開啟40%之下的情況，將會(huì)占據(jù)到整車工況的90%多，這種設(shè)置方式無論是在經(jīng)濟(jì)性還是動(dòng)力性上都是不合理的，同時(shí)，也和人們的駕駛習(xí)慣有所沖突。但是，需要注意的一點(diǎn)就是，越是優(yōu)越的加速性能，就需要?jiǎng)恿﹄姵靥峁┹^大的放電速率，必然會(huì)導(dǎo)致動(dòng)力電池長(zhǎng)期處于一種較大放電速率的狀態(tài)下，不但會(huì)降低動(dòng)力電池的實(shí)際的使用壽命，同時(shí)，也會(huì)進(jìn)一步增加電動(dòng)汽車的能耗，從而導(dǎo)致電動(dòng)汽車的巡航里程有所下降。由此出發(fā)，在堅(jiān)持能耗最低原則基礎(chǔ)上，需要將之前的從標(biāo)準(zhǔn)工況出發(fā)計(jì)算扭矩的直線型曲線修正為下凹形的計(jì)算曲線，并以此為基礎(chǔ)計(jì)算出基本轉(zhuǎn)矩和加速踏板的開啟曲線。從電動(dòng)汽車的標(biāo)準(zhǔn)工況出發(fā)，根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，在電動(dòng)汽車的正常行駛過程中，大部分時(shí)間內(nèi)加速踏板的開度覆蓋基本維持在60%之內(nèi)，在這種情形下，借助下凹形計(jì)算曲線就可以很好地保障經(jīng)濟(jì)性以及動(dòng)力性二者之間的平衡。

3 基于能耗視角下的雙電機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的控制策略

3.1 基于低能耗原則的轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償策略

為了提升電動(dòng)汽車在爬坡以及急加速狀況下的動(dòng)力性，需要補(bǔ)償基本轉(zhuǎn)矩。同時(shí)也為了提升電動(dòng)汽車經(jīng)濟(jì)性，這個(gè)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償策略需要同時(shí)兼顧加速踏板信息、路況信息、電機(jī)及電池信息。在這其中，對(duì)于急加速以及爬坡情況反映最為精準(zhǔn)的就是加速踏板的開度變化率以及坡度信息。同時(shí)，這兩項(xiàng)信息也為補(bǔ)償電動(dòng)汽車的轉(zhuǎn)矩提供相應(yīng)的信號(hào)支持，而動(dòng)力電池以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)二者的實(shí)時(shí)信息則是最優(yōu)化補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩的約束條件。當(dāng)電動(dòng)汽車處于急加速或者是爬坡狀態(tài)下的時(shí)候，在補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩的過程中需要考慮電池及其溫度因素，在電池電量較大或者是放電電流較大的情況下，電池溫度就會(huì)出現(xiàn)顯著的升高，這個(gè)時(shí)候如若補(bǔ)償?shù)霓D(zhuǎn)矩過大則會(huì)導(dǎo)致電池的放電速度過快，會(huì)導(dǎo)致汽車的續(xù)航里程以及電池的使用壽命有所降低，為此，補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩的過程中，需要注意如下的兩個(gè)約束條件：①動(dòng)力電池的剩余實(shí)時(shí)電量需要大于等于補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩時(shí)動(dòng)力電池的最小剩余數(shù)值。在正常情況下，電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池剩余電量為10%左右的時(shí)候就是其動(dòng)力值最小的情況，因此，這個(gè)補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩時(shí)動(dòng)力電池的最小剩余數(shù)值需要維持整體電量的20%；②電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的實(shí)時(shí)溫度數(shù)值需要小于補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩之時(shí)的動(dòng)力電池臨界溫度。

除此之外，對(duì)電動(dòng)汽車能耗影響較高的另一因素就是電機(jī)的工作區(qū)間。當(dāng)電機(jī)處于較低負(fù)荷率狀態(tài)下的時(shí)候，合理適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償轉(zhuǎn)矩可以很好的讓電機(jī)保持在高效工作區(qū)間。而當(dāng)電機(jī)處于較高負(fù)荷率的狀況下不可以補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩，如果繼續(xù)補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩，反而會(huì)拉低電機(jī)的工作效率，不但會(huì)在續(xù)航里程提升方面產(chǎn)生反作用，甚至于會(huì)燒壞電機(jī)。通過深入分析電機(jī)效率MAP圖不難得出，在電機(jī)的實(shí)際負(fù)荷大于60%的時(shí)候，補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩很容易導(dǎo)致電機(jī)效率的降低，換言之，在補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩的過程中，電機(jī)的實(shí)際負(fù)荷率需要小于等于60%。與此同時(shí)，加速踏板信息能在一定程度上反映出汽車急加速的意圖，換言之，轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償?shù)臄?shù)值大小和加速的踏板開度以及加速踏板開度的變化率有必然聯(lián)系。借助下凹形動(dòng)力輸出策略的過程中加速踏板的開度變化率維持在0~30%之間，但是，因?yàn)閷?shí)際行駛中的車輛需求加速度略大于標(biāo)準(zhǔn)加速度，補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩的加速踏板開度變化率維持在0~60%之間即可。

3.2 轉(zhuǎn)矩分配策略

雙電機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)在轉(zhuǎn)矩耦合工作模式下，兩個(gè)電機(jī)會(huì)同時(shí)作用于齒圈上，由此出發(fā)，只要在兩個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速完全滿足汽車車速的情況下，兩個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)矩就會(huì)變?yōu)橄鄬?duì)獨(dú)立狀態(tài)，此時(shí)就可以在允許的工作范圍內(nèi)進(jìn)行電機(jī)之間的任意組合。借助之前轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償環(huán)節(jié)中的數(shù)據(jù)，經(jīng)過計(jì)算之后得出，在電動(dòng)汽車處于轉(zhuǎn)矩耦合工作狀態(tài)的時(shí)候，其車輪扭矩范圍是300~1200Nm之間，與之相對(duì)應(yīng)的汽車時(shí)速范圍是30~90km/h之間。

4 結(jié) 語

電動(dòng)汽車的出現(xiàn)也是一種順應(yīng)可持續(xù)發(fā)展及環(huán)境保護(hù)的表現(xiàn)，必須兼顧經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性兩大衡量指標(biāo)，為破解二者之間的矛盾，應(yīng)充分考慮電機(jī)、電池、溫度等諸多影響功能，提出了雙電機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)控制策略，在分析其框架體系的基礎(chǔ)上，就如何確定電動(dòng)汽車轉(zhuǎn)矩進(jìn)行了解析，并說明了轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償及分配策略，以期為今后的雙電機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)控制提供一些參考。