前后軸雙電機(jī)電動(dòng)汽車轉(zhuǎn)矩分配優(yōu)化策略

漆星 王群京 陳龍 操進(jìn) 張倩 李國麗

摘 要：針對前后軸雙電機(jī)電動(dòng)汽車的效率提升問題，在對前后軸雙電機(jī)方案效率特性研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了基于電機(jī)效率最優(yōu)和基于電池效率最優(yōu)的前后輪雙電機(jī)轉(zhuǎn)矩分配方法。研究發(fā)現(xiàn)這兩種效率最優(yōu)的方法在轉(zhuǎn)矩分配上存在沖突現(xiàn)象，因此，采用一種多目標(biāo)粒子群優(yōu)化算法求得同時(shí)兼顧電機(jī)效率和電池效率的最優(yōu)策略，從而避免兩種策略同時(shí)工作時(shí)出現(xiàn)的競爭現(xiàn)象。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用多目標(biāo)粒子群優(yōu)化算法的前后軸雙電機(jī)轉(zhuǎn)矩分配方案可以提高電動(dòng)汽車的系統(tǒng)效率和續(xù)航里程。整車動(dòng)力學(xué)分析表明，采用多目標(biāo)粒子群優(yōu)化算法的前后軸雙電機(jī)轉(zhuǎn)矩分配方案不會(huì)對整車的穩(wěn)定性和平順性產(chǎn)生影響。

關(guān)鍵詞：分布式驅(qū)動(dòng);前后軸雙電機(jī);效率最優(yōu);轉(zhuǎn)矩分配;多目標(biāo)粒子群算法

DOI：10.15938/j.emc.2020.03.008

中圖分類號：TM 315文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1007-449X（2020）03-0062-09

Abstract：The promotion of front and rear independent drive strategy efficiency is discussed， and two efficiencyoptimized of front and rear motor torque distribution strategies are proposed， which concern not only the motor but also the battery′s efficiency. Meanwhile， a multiobjective particle swarm optimization was used to make sure both of the above efficiencyoptimized strategies work without conflict. The multiobjective particle swarm optimization strategy was verified both in simulation and experiment， and the results show that the proposed strategy can improve electrical vehicles efficiency and endurance mileage. Also， the vehicle dynamics analysis shows that the proposed strategy will not affect the stability and smoothness of the vehicle.

Keywords：distributed electrical vehicle drive; front and rear independently drive; efficiencyoptimized; torque distribution; multiobjective particle swarm optimization

0 引 言

隨著中國經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定的增長，汽車保有量也在不斷上升，但也導(dǎo)致了一系列污染和環(huán)境的問題，而電動(dòng)汽車的發(fā)展，可以有效的解決上述問題。相對于傳統(tǒng)車的集中驅(qū)動(dòng)方式，電動(dòng)汽車采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，具有結(jié)構(gòu)緊湊，響應(yīng)迅速，控制精確度高等特點(diǎn)，并且可以采取多個(gè)電機(jī)配置的分布式驅(qū)動(dòng)方式。相對于單電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式而言，分布式驅(qū)動(dòng)方式可以增強(qiáng)電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)力和地面附著力，同時(shí)，通過對多個(gè)電機(jī)的分別控制可以提高整車的行駛自由度，因此在近年來受到了學(xué)者們的關(guān)注。在分布式驅(qū)動(dòng)中，由于電機(jī)個(gè)數(shù)較多，需要合理的設(shè)計(jì)電機(jī)運(yùn)行策略，使所有電機(jī)盡量都運(yùn)行于高效區(qū)。余卓平等[1]提出了基于輪轂電機(jī)效率最優(yōu)的轉(zhuǎn)矩分配優(yōu)化策略，并對其進(jìn)行駕駛循環(huán)工況的模擬仿真，仿真結(jié)果表明可將總體能效提高3個(gè)百分點(diǎn)。鄒廣才等[2]為改善四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車輛的動(dòng)力學(xué)特性，提出一種縱向力優(yōu)化方法，基于模糊理論設(shè)計(jì)了以質(zhì)心側(cè)偏角為權(quán)重的多目標(biāo)優(yōu)化條件，從而提高了整車的穩(wěn)定性和操縱性。歐陽明高等[3]提出了基于永磁無刷輪轂電機(jī)損耗最優(yōu)模型的轉(zhuǎn)矩分配策略，并進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。續(xù)丹等[4]考慮到不同的駕駛需求，提出了經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性等多個(gè)目標(biāo)函數(shù)，并對此進(jìn)行優(yōu)化。

然而，現(xiàn)有的文獻(xiàn)中，大多僅僅針對電機(jī)的效率進(jìn)行優(yōu)化，并未考慮到電池的效率。例如，Yuan Xibo[5]和J.Kim[6]基于電機(jī)的總損耗最小原則，對不同結(jié)構(gòu)的分布式驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩分配策略進(jìn)行了研究。事實(shí)上，整車的效率和續(xù)航里程不僅和電機(jī)的效率相關(guān)，同時(shí)也和電池的效率相關(guān)。在分布式驅(qū)動(dòng)方案效率優(yōu)化中，不僅要考慮電機(jī)的總體效率，同時(shí)也要考慮電池的效率。鑒于此，本文設(shè)計(jì)了一種前后軸雙電機(jī)的分布式驅(qū)動(dòng)方案（front and rear independently drive，F(xiàn)RID），在此基礎(chǔ)上論證了基于電機(jī)效率最優(yōu)的轉(zhuǎn)矩分配策略和基于電池效率最優(yōu)的轉(zhuǎn)矩分配策略，進(jìn)而針對上述兩種策略的競爭沖突現(xiàn)象，研究了一種多目標(biāo)粒子群優(yōu)化算法，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)與電池的總體效率最優(yōu)，從而達(dá)到降低系統(tǒng)能耗，增加續(xù)航里程的要求。

1 前后軸雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案

1.1 分布式驅(qū)動(dòng)方案

分布式驅(qū)動(dòng)方案根據(jù)電機(jī)個(gè)數(shù)的不同具有多種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。雙電機(jī)左右輪驅(qū)動(dòng)方案結(jié)構(gòu)圖1（a）、圖1（b）所示，通過安裝在前（后）輪上的兩臺電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并進(jìn)行電子差速控制，從而使整車獲得轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性[7-8]。另一種四輪驅(qū)動(dòng)方案如圖1（c）所示，4個(gè)車輪均加裝輪轂電機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)[9-10]。

6 結(jié) 論

分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車方案充分利用了電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的靈活性，幾年來受到學(xué)者們的關(guān)注。在所有的分布式驅(qū)動(dòng)方案中，前后軸雙電機(jī)方案在成本，改裝難度上較其他分布式驅(qū)動(dòng)方案更具優(yōu)勢，更適合于現(xiàn)階段的開發(fā)。在前后軸雙電機(jī)的分布式驅(qū)動(dòng)方案中，前后軸電機(jī)的轉(zhuǎn)矩分配策略是研究的關(guān)鍵問題，特別是基于整體效率和續(xù)航里程提升的前后軸電機(jī)轉(zhuǎn)矩分配方案近年來更是電動(dòng)汽車發(fā)展的難點(diǎn)和重點(diǎn)問題?；谏鲜鰡栴}，本文所做的工作有：

1）基于電機(jī)效率最優(yōu)，設(shè)計(jì)了雙電機(jī)效率最優(yōu)轉(zhuǎn)矩分配方案，盡可能將電機(jī)運(yùn)行工況均配置在高效區(qū)內(nèi)，從而減少電機(jī)損耗。

2）基于電池效率最優(yōu)，設(shè)計(jì)了雙電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩/電流比轉(zhuǎn)矩分配策略，使得單位轉(zhuǎn)矩所消耗的電流最小，從而使電池效率盡可能提高。從而提高續(xù)航里程。

3）設(shè)計(jì)了一種多目標(biāo)優(yōu)化方案，有效解決了上述兩種策略的競爭問題，實(shí)現(xiàn)整體效率的優(yōu)化。為分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車的效率優(yōu)化策略提供了新的思路。

參 考 文 獻(xiàn)：

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（編輯：賈志超）