面向能耗的純電動汽車雙電機動力系統控制策略

張智明，戴俊陽

（1.同濟大學，上海 201804；2.賽克大眾汽車有限公司，上海 201804）

1 雙電機電力系統能耗控制策略框架

1.1 問題描述

之前的研究提出了一種新的雙電機電力系統配置，既滿足車輛的轉速耦合要求，又滿足扭矩耦合要求。結構簡單，體積小，易于安排，避免同時使用多個剎車和離合器。

1.2 雙電機電力系統控制策略框架

實時和高效的主要目標控制的雙動力系統是準確獲取需求扭矩的電動汽車基于信息如油門踏板開度和車速，然后制定電動機轉速和轉矩分配策略來提高車輛的經濟性能和動態性能。

雙電機電力系統控制策略主要包括兩個方面：

（1）需求扭矩的計算是基于司機油門踏板的控制信息，考慮車輛狀態信息，運動狀態(電機啟動和停止、轉矩速度，等等)和電池信息、剩余量的實時計算電機轉矩需求。

（2）速度轉矩的需求分配，結合實際的能耗最小化情況，執行速度轉矩的最優分布在兩個汽車速度耦合的兩種模式，并在此基礎上，確定能耗的最低點為雙電機功率的系統工作點。

2 電動汽車需求轉矩的獲取

需求扭矩獲取的實質是分析駕駛員在不同路面條件下的意愿，獲取車輛行駛所需的扭矩，包括基本扭矩和補償扭矩。

式中：Tb表示電動汽車行駛所需的基礎轉矩；Tadd表示為提高電動汽車動力性能增加的補償轉矩。

2.1 基本轉矩的確定

油門踏板開啟在40%以內占到整車工況的90%。這種設置方式極不合理，不符合駕駛習慣。然而，優越的加速性能要求動力電池始終提供大的放電速率，這不僅會降低電池壽命，還會增加電動汽車的能耗，降低電動汽車的巡航距離。

在此基礎上，從降低能耗的角度出發，本節根據標準工況要求扭矩統計量對“直線”曲線進行修正，采用“下凹型”扭矩載荷因子和油門踏板開啟曲線控制方法。

本文在要求上提出的轉矩負荷率控制在40%以內，以低能耗消耗為出發點，進行系統總負載率控制到95%，可以實現在油門的開度上以0-100%情況下，其系統轉矩負荷率控制在0-95%之間，可以滿足汽車的正常加速爬升等需求。剩余5%的扭矩負載可用于扭矩補償。如表1所示為兩者之間存在的關系。

表1 踏板開度與負載系數關系

為了快速、準確地獲得最大轉矩Tvmax電動汽車能提供車輛速度 v，同等動力地圖根據車速和方向盤轉矩畫根據雙電機功率系統的參數。

2.2 基于低能耗的轉矩補償策略

為了提高汽車在爬升和加速工況下的動力性，需要對基本扭矩進行補償。細節如下：

（1）適當的扭矩補償可以使電機在更有效的范圍內運行。在電機負載因數較高的情況下，扭矩補償不合適，否則會降低電機的工作效率，因此，通過分析電機效率地圖地圖，當電動機負載因子γ超過60%，轉矩補償很容易降低發動機效率。

（2）道路信息根據道路坡度，實時對基本扭矩進行適當補償，有利于提高電動汽車的行駛舒適性。

3 面向能耗的雙電機動力系統動力分配策略

圖2 轉矩分配流程

為了實現最小能耗，開發了雙電機轉矩優化分配過程，如圖2所示。

根據圖4的轉矩分配流程圖可得，電機M1的初始轉矩T10取電機M1轉矩范圍的最小值，在這種情況下，對應的兩個電機扭矩是最優的扭矩組合。

4 基于Simulink的雙電機電力系統仿真策略控制

4.1 雙電機動力系統仿真模型的建立

動力系統仿真整體模型如圖3所示：

圖3 雙電機動力系統傳真模型

4.2 仿真結果分析

NEDC條件下剩余電池功率曲線如圖4所示。通過仿真的數據分析以及圖像顯示，在電池電量在只剩 10%，純電動車的雙電機動力系統在運行時間上比單機動力系統的運行時間較長，其能耗量較低，續航能力更強。

圖4 工況NEDC的電池剩余電量

5 結語

本文提出的雙電機電力系統控制策略主要是通過理論分析，通過仿真驗證雙電機電力系統控制策略的可靠性。原型分析沒有進行進一步的分析和驗證。因此，對雙電機電力系統的樣機試驗和加載實驗的驗證實踐是下一步工作的重點。