基于能耗視角下純電動汽車雙電機動力系統控制策略分析

陳立新，陶崇瑾

（酒泉職業技術學院，甘肅 酒泉 735000）

1 雙電機動力系統控制框架分析

想要實現及時高效控制雙電機動力系統的目標，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，將汽車所需的扭矩精準確定，并以此為基礎將電機的轉速以及轉矩分配策略確定下來，以便顯著提升電動汽車的經濟性和動力性。這個雙電機動力系統控制策略具體是以下的兩個方面組成。

（1）計算所需轉矩。從駕駛人員在加速踏板上的控制工作信息出發，并同步考慮包含瞬時車速及道路坡度等在內的車輛狀態信息，以及包含電機啟停和轉矩轉速等在內的電機狀態和包括溫度以及剩余電量等在內的電池信息，借助計算機中設定的算法進行轉矩計算工作。

（2）分配轉速轉矩以及劃分工作模式。在轉矩結果計算出來之后，在始終堅持能耗最低的原則下，針對轉速耦合的兩種工作模式下的雙電機做到最優分配轉矩轉速，并以此為基礎，尋求一個雙電機動力系統中各個工作點能耗最低的工作模式。

2 純電動汽車基本轉矩需求的確定

純電動汽車基本轉矩主要依靠加速踏板開度來確定，車輛運行過程中加速踏板開啟40%之下的情況，將會占據到整車工況的90%多，這種設置方式無論是在經濟性還是動力性上都是不合理的，同時，也和人們的駕駛習慣有所沖突。但是，需要注意的一點就是，越是優越的加速性能，就需要動力電池提供較大的放電速率，必然會導致動力電池長期處于一種較大放電速率的狀態下，不但會降低動力電池的實際的使用壽命，同時，也會進一步增加電動汽車的能耗，從而導致電動汽車的巡航里程有所下降。由此出發，在堅持能耗最低原則基礎上，需要將之前的從標準工況出發計算扭矩的直線型曲線修正為下凹形的計算曲線，并以此為基礎計算出基本轉矩和加速踏板的開啟曲線。從電動汽車的標準工況出發，根據相關實驗數據顯示，在電動汽車的正常行駛過程中，大部分時間內加速踏板的開度覆蓋基本維持在60%之內，在這種情形下，借助下凹形計算曲線就可以很好地保障經濟性以及動力性二者之間的平衡。

3 基于能耗視角下的雙電機動力系統的控制策略

3.1 基于低能耗原則的轉矩補償策略

為了提升電動汽車在爬坡以及急加速狀況下的動力性，需要補償基本轉矩。同時也為了提升電動汽車經濟性，這個轉矩補償策略需要同時兼顧加速踏板信息、路況信息、電機及電池信息。在這其中，對于急加速以及爬坡情況反映最為精準的就是加速踏板的開度變化率以及坡度信息。同時，這兩項信息也為補償電動汽車的轉矩提供相應的信號支持，而動力電池以及驅動電機二者的實時信息則是最優化補償轉矩的約束條件。當電動汽車處于急加速或者是爬坡狀態下的時候，在補償轉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，電池溫度就會出現顯著的升高，這個時候如若補償的轉矩過大則會導致電池的放電速度過快，會導致汽車的續航里程以及電池的使用壽命有所降低，為此，補償轉矩的過程中，需要注意如下的兩個約束條件：①動力電池的剩余實時電量需要大于等于補償轉矩時動力電池的最小剩余數值。在正常情況下，電動汽車的動力電池剩余電量為10%左右的時候就是其動力值最小的情況，因此，這個補償轉矩時動力電池的最小剩余數值需要維持整體電量的20%；②電動汽車動力電池的實時溫度數值需要小于補償轉矩之時的動力電池臨界溫度。

除此之外，對電動汽車能耗影響較高的另一因素就是電機的工作區間。當電機處于較低負荷率狀態下的時候，合理適當的補償轉矩可以很好的讓電機保持在高效工作區間。而當電機處于較高負荷率的狀況下不可以補償轉矩，如果繼續補償轉矩，反而會拉低電機的工作效率，不但會在續航里程提升方面產生反作用，甚至于會燒壞電機。通過深入分析電機效率MAP圖不難得出，在電機的實際負荷大于60%的時候，補償轉矩很容易導致電機效率的降低，換言之，在補償轉矩的過程中，電機的實際負荷率需要小于等于60%。與此同時，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，轉矩補償的數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系。借助下凹形動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，因為實際行駛中的車輛需求加速度略大于標準加速度，補償轉矩的加速踏板開度變化率維持在0~60%之間即可。

3.2 轉矩分配策略

雙電機的動力系統在轉矩耦合工作模式下，兩個電機會同時作用于齒圈上，由此出發，只要在兩個電機的轉速完全滿足汽車車速的情況下，兩個電機轉矩就會變為相對獨立狀態，此時就可以在允許的工作范圍內進行電機之間的任意組合。借助之前轉矩補償環節中的數據，經過計算之后得出，在電動汽車處于轉矩耦合工作狀態的時候，其車輪扭矩范圍是300~1200Nm之間，與之相對應的汽車時速范圍是30~90km/h之間。

4 結 語

電動汽車的出現也是一種順應可持續發展及環境保護的表現，必須兼顧經濟性和動力性兩大衡量指標，為破解二者之間的矛盾，應充分考慮電機、電池、溫度等諸多影響功能，提出了雙電機動力系統控制策略，在分析其框架體系的基礎上，就如何確定電動汽車轉矩進行了解析，并說明了轉矩的補償及分配策略，以期為今后的雙電機動力系統控制提供一些參考。