王印束,曾小華,陳慧勇,李曉建,李廣含

(1.鄭州宇通客車股份有限公司， 鄭州 450016； 2.吉林大學(xué)汽車仿真與控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)春 130025)

功率分流式電子無(wú)級(jí)變速混聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)(electrical variable transmission，EVT)基于行星齒輪機(jī)構(gòu)將電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)耦合，可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩雙解耦，相比于串聯(lián)混動(dòng)系統(tǒng)效率更高，同時(shí)相比于并聯(lián)混動(dòng)系統(tǒng)能夠更加順應(yīng)路載，具備較好的經(jīng)濟(jì)性能，近年來(lái)發(fā)展迅速。EVT系統(tǒng)首先在豐田普銳斯汽車上搭載并實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，普銳斯截至目前已銷售超過(guò)1 000×104輛[1]。

目前針對(duì)EVT系統(tǒng)的研究主要包括構(gòu)型拓?fù)湓O(shè)計(jì)、參數(shù)優(yōu)化匹配、能量管理以及動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)控制四個(gè)方面。在構(gòu)型設(shè)計(jì)方面，基于圖論理論實(shí)現(xiàn)行星式混合動(dòng)力系統(tǒng)綜合拓?fù)湓O(shè)計(jì)已成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)[2-5]；在能量管理方面，各種高級(jí)的節(jié)能優(yōu)化算法得以應(yīng)用，主要包括瞬時(shí)最優(yōu)、動(dòng)態(tài)規(guī)劃等[6-8]；在動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)控制方面，當(dāng)前研究主要針對(duì)系統(tǒng)模式切換過(guò)程，采用基于模型的設(shè)計(jì)方法完成發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩估計(jì)與電機(jī)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)控制[9]。

然而，目前針對(duì)EVT系統(tǒng)內(nèi)部雙電機(jī)控制特性及其對(duì)混合動(dòng)力系統(tǒng)特性影響的研究仍然較少。EVT系統(tǒng)所需布置空間相對(duì)較小，永磁同步電機(jī)正好符和這一需求，同時(shí)其控制特性、動(dòng)態(tài)品質(zhì)與電機(jī)控制系統(tǒng)性能也很優(yōu)異，這對(duì)EVT混合動(dòng)力系統(tǒng)性能提升具有重要影響。為了反映EVT系統(tǒng)的雙電機(jī)特性，仍需要建立更為細(xì)化的動(dòng)態(tài)細(xì)節(jié)模型。

以某城市公交車為研究對(duì)象，針對(duì)該車裝備的EVT混合動(dòng)力系統(tǒng)中的永磁同步電機(jī)，建立電機(jī)控制系統(tǒng)細(xì)節(jié)模型，并基于MATLAB/Simulink/Simscape仿真軟件建立電機(jī)、逆變器、行星機(jī)構(gòu)以及整車模型；基于EVT系統(tǒng)工作特性建立雙電機(jī)動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)控制算法；最后通過(guò)仿真測(cè)試，驗(yàn)證電機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性以及電機(jī)在EVT系統(tǒng)中的響應(yīng)特性。

1 系統(tǒng)構(gòu)型

EVT混合動(dòng)力系統(tǒng)應(yīng)用于某實(shí)車，具體構(gòu)型如圖1所示，主要部件有發(fā)動(dòng)機(jī)、動(dòng)力電池、前后行星排、電機(jī)MG1(motor/generator)和電機(jī)MG2，對(duì)于前行星排，其行星架連接于發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸，太陽(yáng)輪連接于電機(jī)MG1，對(duì)于后行星排，其太陽(yáng)輪連接于電機(jī)MG2，其齒圈被鎖止，兩行星排通過(guò)前排齒圈與后排行星架固連，并實(shí)現(xiàn)動(dòng)力輸出。

圖1 EVT 系統(tǒng)構(gòu)型Fig.1 EVT system configuration

通過(guò)控制策略可實(shí)現(xiàn)電機(jī)MG1或MG2處于電動(dòng)狀態(tài)或發(fā)電狀態(tài)。其中電機(jī)MG1主要調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)和啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，多數(shù)情況下工作于發(fā)電狀態(tài)；電機(jī)MG2主要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出到主減速器處的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行補(bǔ)償和在制動(dòng)時(shí)進(jìn)行能量回收，多數(shù)情況下工作于電動(dòng)狀態(tài)。

2 電機(jī)控制系統(tǒng)建模

2.1 電機(jī)控制系統(tǒng)

建立的電機(jī)控制系統(tǒng)如圖2所示。圖2中實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)閉環(huán)控制，分別為速度環(huán)和電流環(huán)，位于圖2中外圈和內(nèi)圈的位置。

nref和n分別為電機(jī)給定轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；isqref、isdref為d-q軸系電流參考分量；Vsαref、Vsβref為α-β軸系定子電壓矢量分量的參考值；UDC為供電電壓；Va、Vb、Vc為電機(jī)定子各相電壓； ia、ib為電機(jī)定子相電流；isα、isβ為α-β軸系定子電流矢量的分量；isd、isq為d-q軸系定子電流矢量的分量；θ為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)角度圖2 電機(jī)控制系統(tǒng)框圖Fig.2 Block diagram of motor control system

2.1.1 電流環(huán)

電流環(huán)包括兩種，分別為直軸電流id和交軸電流iq，其中控制id始終為零，iq則受到電機(jī)需求轉(zhuǎn)矩的影響，即電機(jī)控制策略所需轉(zhuǎn)矩的影響。為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)直軸電流和交軸電流的值，需要把電機(jī)繞組中的電流值作為原始量，進(jìn)行一系列坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)等變換，進(jìn)而可以將電機(jī)直軸電流和交軸電流的實(shí)際值求出，由此整個(gè)變換過(guò)程可形成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。為使得電流跟隨的效果更優(yōu)異，可以通過(guò)逆變器加入PID(proportional integral derivative)控制、坐標(biāo)變換及脈寬調(diào)制等方法，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)供電特性的調(diào)整。

2.1.2 速度環(huán)

為了使實(shí)際轉(zhuǎn)速跟隨目標(biāo)轉(zhuǎn)速，可以通過(guò)轉(zhuǎn)速偏差，經(jīng)過(guò)PID控制器得到控制轉(zhuǎn)矩。直軸電流id為零的情況下，電機(jī)轉(zhuǎn)矩與交軸電流iq呈線性關(guān)系，之后經(jīng)電流環(huán)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)。

根據(jù)圖2，為了建立電機(jī)控制系統(tǒng)的模型，分別運(yùn)用了坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換、PID調(diào)節(jié)、空間電壓脈沖寬度調(diào)制和弱磁控制等方法。

2.2 坐標(biāo)變換

首先，三相靜止坐標(biāo)系下的電流到兩相靜止坐標(biāo)系下的坐標(biāo)變換，如式(1)所示：

(1)

式(1)中：iα、iβ分別表示由三相靜止坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化為兩相靜止坐標(biāo)系后的相電流；iA、iB、iC分別為原始的三相靜止坐標(biāo)系下電機(jī)三相繞組的相電流。

根據(jù)電機(jī)三相繞組間的連接關(guān)系，無(wú)論是星形連接還是三角形連接，均存在：

iA+iB+iC=0

(2)

將式(1)與式(2)結(jié)合起來(lái)分析，可消除iC,將三相靜止坐標(biāo)系下的電流到兩相靜止坐標(biāo)系下的坐標(biāo)變換簡(jiǎn)化為

(3)

其次，兩相靜止坐標(biāo)系下的電流到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電流變換：

(4)

式(4)中：id表示直軸電流；iq表示交軸電流；θ表示兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系相對(duì)于兩相靜止坐標(biāo)系的角度。

最后，兩相旋轉(zhuǎn)到兩相靜止坐標(biāo)系下的電壓變換：

(5)

式(5)中：uα、uβ分別表示兩相靜止坐標(biāo)系下相電壓；ud、uq分別表示兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下直、交軸電壓。

2.3 抗飽和PID控制器

根據(jù)圖2，對(duì)于轉(zhuǎn)速閉環(huán)的電機(jī)控制系統(tǒng)而言，速度環(huán)的PI控制器調(diào)節(jié)q軸目標(biāo)電流，電流環(huán)的PI控制器輸?shù)膁、q軸目標(biāo)電壓。為了防止由于PI控制器的輸出達(dá)到極限值，而失去了控制作用，搭建可以抗飽和的PID控制器，可以根據(jù)飽和程度自動(dòng)降低PI的輸出，如圖3所示。

P為比例系數(shù)；I為積分系數(shù)；表示單位延遲模塊圖3 抗飽和PID控制器Fig.3 Anti-saturation PID controller

2.4 脈寬調(diào)制建模

圖4為電壓型逆變器[10]原理結(jié)構(gòu)圖，逆變器主要包括三個(gè)繞組以及六個(gè)功率開關(guān)，組成三相橋式電路。通過(guò)直流電源為逆變器供電，該直流電源的總電壓為UDC，三相橋式電路中三相繞組的各相電壓分別為UA、UB、UC。

圖4 逆變器拓?fù)鋱DFig.4 Inverter topology

由圖4可知，逆變器的任一橋臂上都存在兩個(gè)開關(guān)元件，而這兩個(gè)開關(guān)元件往往處于不同的開閉狀態(tài)，即每個(gè)橋臂存在兩種常見工作狀態(tài)，并定義為

(6)

每個(gè)橋臂對(duì)應(yīng)兩個(gè)開關(guān)狀態(tài)，則三個(gè)橋臂共有8種不同組合的開關(guān)狀態(tài)，對(duì)應(yīng)會(huì)有8個(gè)基本的電壓矢量u，如表1所示。圖5為基本電壓矢量在空間位置的矢量表達(dá)。

表1 開關(guān)狀態(tài)及相應(yīng)電壓矢量Table 1 Switching state and corresponding voltage vector

U1～U6為6個(gè)非零的基本電壓矢量；U0和U7為零電壓矢量；Ud為直流母線電壓；Ts為逆變器的開關(guān)周期；T4、T5和T6分別為U4、U5和U6對(duì)應(yīng)開關(guān)狀態(tài)持續(xù)的時(shí)間；Uref為合成電壓矢量；ω為轉(zhuǎn)子角速度圖5 基本電壓矢量Fig.5 Basic voltage vector

電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩控制主要通過(guò)控制電機(jī)轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系下ud、uq實(shí)現(xiàn)，根據(jù)圖5，假設(shè)ud、uq分別為某一空間電壓矢量Uref在轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系下映射到d軸和q軸的分量，為了獲得該空間矢量Uref，可以首先判斷該矢量所處的扇形區(qū)域，然后由組成該扇形區(qū)域的兩個(gè)基本電壓矢量組合而成。

以圖5所示的Uref為例說(shuō)明其合成原理。圖5中Uref處在U4和U6之間(第一扇區(qū))，其合成原理如式(7)所示。同理可以得到空間任意位置下Uref的合成方法。

(7)

式(7)中：Ts為逆變器的開關(guān)周期；U4、U6為基本電壓矢量；T4、T6為U4、U6對(duì)應(yīng)開關(guān)狀態(tài)持續(xù)的時(shí)間。通過(guò)計(jì)算T4/Ts、T6/Ts，可以得出逆變器開關(guān)狀態(tài)的占空比。

由式(7)計(jì)算出逆變器開關(guān)狀態(tài)的占空比，并進(jìn)一步計(jì)算出電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的控制。電機(jī)控制系統(tǒng)脈寬調(diào)制建模主要包括扇區(qū)判斷、矢量作用時(shí)間計(jì)算以及脈沖發(fā)生器三部分。

2.4.1 扇區(qū)判斷

通過(guò)uα、uβ的大小關(guān)系來(lái)判斷電壓矢量Uref所在的扇區(qū)位置。以圖5為例，沿著逆時(shí)針?lè)较蛏葏^(qū)的編號(hào)分別為Ⅰ～Ⅵ。這里定義一個(gè)變量N，同時(shí)給出N的計(jì)算公式為

N=A+2B+4C

(8)

根據(jù)式(8)，各扇區(qū)對(duì)應(yīng)的N的取值如表2所示。

表2 N對(duì)應(yīng)的空間位置Table 2 Spatial location of N

2.4.2 各空間位置矢量作用時(shí)間求解

不同空間位置的組合矢量各不相同，對(duì)應(yīng)的矢量作用時(shí)間的求解結(jié)果也不一致。由式(7)進(jìn)行計(jì)算，若處于Uref第一扇區(qū)，將其在兩相靜止坐標(biāo)系下的表示方式調(diào)整為標(biāo)量形式的表示方式，如式(9)：

(9)

可以求得：

(10)

同理可以得到空間任意位置下Uref的矢量作用時(shí)間，具體結(jié)果如表3所示。

表3 矢量作用時(shí)間Table 3 Vector action time

2.4.3 脈沖發(fā)生器

矢量作用時(shí)間實(shí)際表示逆變器開關(guān)處于某種狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間。利用表3所示的相鄰基本矢量作用時(shí)間Tx、Ty，可以將逆變器開關(guān)在任意狀態(tài)對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)計(jì)算出來(lái)。

從表1中可以看出，逆變器開關(guān)的所有狀態(tài)應(yīng)的電壓矢量，不僅僅包括基本矢量，在某些狀態(tài)下還會(huì)存在零矢量。這里以T0表示零矢量的時(shí)間，有：

T0=Ts-Tx-Ty

(11)

定義矢量作用開始時(shí)間的中間變量，如式(12)所示：

{Ta=T0/4

Tb=Ta+Tx/2

Tc=Tb+Ty/2

(12)

三相繞組A、B、C對(duì)應(yīng)的開關(guān)開始時(shí)間分別為Tc1、Tc2、Tc3，在不同扇區(qū)時(shí)，Tc1、Tc2、Tc3與Ta、Tb、Tc的關(guān)系如表4所示。

表4 Tc1、Tc2、Tc3與Ta、Tb、Tc的關(guān)系Table 4 The relationship between Tc1、Tc2、Tc3 and Ta、Tb、Tc

2.5 弱磁控制建模

若采用的電機(jī)為面裝式的永磁同步電機(jī)，則其整個(gè)動(dòng)作過(guò)程會(huì)受限于電壓極限圓和電流極限圓的限制，如式(12)、式(13)所示，詳見圖7中電壓極限圓與電流極限圓的重合部分。

(13)

(14)

式中：ψf表示轉(zhuǎn)子永磁體的磁鏈；ωr為轉(zhuǎn)子角速度；L表示電子電感；|us|max為電壓極限值；|is|max為電流極限值。

圖7 電壓、電流極限圓Fig.7 Voltage and current limit circle

圖7中，設(shè)定電流極限圓與iq軸相交于點(diǎn)A1，用來(lái)表示iq在電流極限值的情況，若是考慮電磁轉(zhuǎn)矩id=0的方面，則用來(lái)表示電機(jī)處于最大輸出轉(zhuǎn)矩的狀態(tài)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速變大，則會(huì)逐漸減小電壓極限圓的半徑，當(dāng)曲線與點(diǎn)A1相交并繼續(xù)縮小時(shí)，電流iq的值由于受限于電壓極限圓，會(huì)隨之變小，進(jìn)而降低電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。若使得電源電壓為恒定值，降低實(shí)際電流輸出值，則電機(jī)的實(shí)際輸出功率會(huì)受到限制而非可輸出的最大值。

如圖8所示，為了實(shí)現(xiàn)電機(jī)的輸出功率盡可能大，可以對(duì)d軸的電流進(jìn)行負(fù)反饋控制實(shí)現(xiàn)弱磁控制。

Usmax為電壓的極限值；idref、iqref為d-q軸系電流參考分量；nref為電機(jī)給定轉(zhuǎn)速圖8 反饋弱磁策略原理圖Fig.8 Principle diagram of feedback weakening strategy

3 EVT系統(tǒng)建模及控制算法

3.1 EVT系統(tǒng)建模

基于MATLAB/Simulink/Simscape軟件搭建EVT系統(tǒng)模型。首先在Simulink環(huán)境下搭建上述電機(jī)控制系統(tǒng)模型，利用Simscape軟件建立逆變器及電機(jī)本體模型、車身模型、發(fā)動(dòng)機(jī)模型、前后行星排模型、差速機(jī)構(gòu)模型和輪胎模型，并進(jìn)行集成，如圖9所示。

圖9 EVT系統(tǒng)模型Fig.9 EVT system model

3.2 EVT系統(tǒng)控制算法

建立EVT系統(tǒng)動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)控制算法，如圖10所示，主要包括以下部分。

3.2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)控制

發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷信號(hào)與車輪需求力矩分開討論，基于發(fā)動(dòng)機(jī)最優(yōu)曲線確定發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷，并通過(guò)電機(jī)MG1、MG2實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)調(diào)節(jié)。

3.2.2 電機(jī)MG1控制

針對(duì)MG1采用前饋加反饋的控制算法。首先計(jì)算前饋控制量：根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)扭矩以及行星排傳力特點(diǎn)確定MG1穩(wěn)態(tài)前饋控制轉(zhuǎn)矩；其次計(jì)算反饋控制量：根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速和MG2轉(zhuǎn)速計(jì)算MG1的目標(biāo)轉(zhuǎn)速，并基于PI控制器得到MG1的反饋轉(zhuǎn)矩控制增量。

3.2.3 電機(jī)MG2控制

針對(duì)MG2采用轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償控制算法，考慮系統(tǒng)模式切換的動(dòng)態(tài)過(guò)程，通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩估計(jì)，實(shí)現(xiàn)MG2協(xié)調(diào)控制。根據(jù)動(dòng)力學(xué)方程，已知MG1的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩值，求得發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩估計(jì)值。然后根據(jù)車輪驅(qū)動(dòng)所需的總負(fù)載需求，求出MG2需要進(jìn)行補(bǔ)償?shù)霓D(zhuǎn)矩量。

圖10 EVT系統(tǒng)控制算法Fig.10 EVT system control algorithms

4 仿真分析

4.1 電機(jī)及其控制系統(tǒng)仿真

首先進(jìn)行階躍負(fù)載工況下，電機(jī)及其控制系統(tǒng)仿真測(cè)試，驗(yàn)證電機(jī)模型動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。

電機(jī)模型仿真運(yùn)行條件：電機(jī)帶動(dòng)無(wú)阻尼均勻飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)，慣量為3.685 kg·m2，負(fù)載轉(zhuǎn)矩在0.4～0.6 s給定，為400 N·m。通過(guò)轉(zhuǎn)速控制的方式控制系統(tǒng)電機(jī)，將需求轉(zhuǎn)速控制在400 r/min，并保持穩(wěn)定，電機(jī)轉(zhuǎn)速仿真結(jié)果如圖11所示，此外電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩，直軸電流和交軸電流，以及定子電流的運(yùn)行結(jié)果，分別如圖12～圖14所示。

圖11 電機(jī)轉(zhuǎn)速Fig.11 Motor speed

圖12 電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩Fig.12 Electromagnetic torque of motor

圖13 電機(jī)直交軸電流Fig.13 Direct and quadrature axis current of motor

圖14 電機(jī)三相電流Fig.14 Three-phase current of motor

4.1.1 0～0.4 s空載啟動(dòng)

空載啟動(dòng)階段，電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速與電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速做差得到轉(zhuǎn)速偏差，將偏差輸入到PID控制器得到系統(tǒng)需求的交軸電流值iq，電流iq通過(guò)PID控制器的控制，在短時(shí)間內(nèi)迅速增加并穩(wěn)定在最大值，當(dāng)前時(shí)間段內(nèi)直軸電流id始終為0，如圖13所示。

觀察圖12、圖13可以發(fā)現(xiàn)，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與電機(jī)交軸電流的曲線變化趨勢(shì)基本一致，這是二者線性相關(guān)所致。受交軸電流的變化影響，電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩短時(shí)間內(nèi)增加極限值900 N·m，并持續(xù)保持該轉(zhuǎn)矩直到0.18 s，在0～0.18 s時(shí)間內(nèi)電機(jī)以最大加速度提升轉(zhuǎn)速。在0.18 s，電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速達(dá)到需求轉(zhuǎn)速，需求的電磁轉(zhuǎn)矩急劇降低，此時(shí)電機(jī)無(wú)負(fù)載，轉(zhuǎn)矩維持在0 N·m附近的較小值，如圖12所示。

根據(jù)圖14所示，當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩較大，電機(jī)三相定子電流變化曲線始終為正弦曲線，在電機(jī)的轉(zhuǎn)速增加階段，電機(jī)定子三相電流以較大變化值波動(dòng)，在電機(jī)的轉(zhuǎn)速恒定階段，電機(jī)定子三相電流以較小變化值波動(dòng)。

4.1.2 0.4～0.6 s階躍負(fù)載

當(dāng)仿真時(shí)刻達(dá)到0.4 s，給定電機(jī)一個(gè)階躍負(fù)載，大小為400 N·m觀察圖11可知,此時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)變小，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速的實(shí)際值與需求值之間的偏差變大，進(jìn)而使得由PID控制器控制的交軸電流iq隨之變大(圖13)，同時(shí)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩也收系統(tǒng)控制作用增加到400 N·m左右(圖12)。因此電機(jī)轉(zhuǎn)矩能夠跟隨負(fù)載的變化而迅速響應(yīng)，可見電機(jī)及其控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性較好。

4.2 EVT集成系統(tǒng)仿真

選取EVT系統(tǒng)集成仿真過(guò)程中，由純電動(dòng)模式切換至EVT模式的一段仿真結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明，如圖15～圖19所示。

圖15 車速跟隨Fig.15 Speed following

圖16 工作模式Fig.16 Working mode

圖17 三動(dòng)力源轉(zhuǎn)速變化Fig.17 Variation of rotation speed of three power sources

圖18 三動(dòng)力源轉(zhuǎn)矩變化Fig.18 Torque variation of three power sources

圖19 電機(jī)、電池母線電流Fig.19 Bus current of motor and battery

根據(jù)圖15，仿真過(guò)程中車速能夠較好跟隨仿真工況需求。根據(jù)圖16，仿真第8.9 s，整車由純電動(dòng)模式1切換至EVT模式2，需求電機(jī)MG1提供轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，由于此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)被拖動(dòng)，轉(zhuǎn)矩為負(fù)，表示阻力狀態(tài)；在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)階段，由MG2作為主動(dòng)件提供整車驅(qū)動(dòng)所需的力距，克服發(fā)動(dòng)機(jī)反拖所需的力矩，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)成功后，開始提供正力矩并作為主動(dòng)件向外輸出，整車進(jìn)入EVT模式，整個(gè)過(guò)程電機(jī)MG2始終為正輸出轉(zhuǎn)矩，電機(jī)MG1的轉(zhuǎn)矩隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的變化由正變?yōu)樨?fù)，如圖18所示。

MG1、MG2和發(fā)動(dòng)機(jī)在整車由純電動(dòng)至EVT模式的切換過(guò)程的轉(zhuǎn)速響應(yīng)情況如圖17所示，可以看到發(fā)動(dòng)機(jī)被啟動(dòng)轉(zhuǎn)速?gòu)?逐漸變大，電機(jī)MG1的轉(zhuǎn)速隨著發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)狀態(tài)的變化由負(fù)變?yōu)檎姍C(jī)MG2的轉(zhuǎn)速始終保持正值。

對(duì)于電動(dòng)機(jī)，正電流表示耗電，負(fù)電流表示發(fā)電，對(duì)于發(fā)電機(jī)，正電流表示發(fā)電，負(fù)電流表示放電。當(dāng)整車處于EVT模式，MG2為電動(dòng)機(jī)，MG1為發(fā)電機(jī)，則可在整個(gè)過(guò)程中對(duì)兩電機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行判斷。如圖19所示，在發(fā)動(dòng)機(jī)被電機(jī)反拖啟動(dòng)的過(guò)程中，電機(jī)MG1的功率由負(fù)值逐漸變成正值，即逐漸從發(fā)電狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楹碾姞顟B(tài)，MG2的輸出功率始終保持為正值，即MG2始終處于耗電狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)處于EVT模式時(shí)，電機(jī)MG1始終為發(fā)電狀態(tài)，電機(jī)MG2始終為耗電狀態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出驅(qū)動(dòng)功率。

5 結(jié)論

(1)根據(jù)永磁同步電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生原理，建立EVT混合動(dòng)力系統(tǒng)雙電機(jī)及其控制系統(tǒng)細(xì)節(jié)模型。

(2)針對(duì)EVT混合動(dòng)力系統(tǒng)，提出“電機(jī)MG1前饋+反饋”+“電機(jī)MG2轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償”雙電機(jī)動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)控制算法。

(3)根據(jù)仿真結(jié)果，電機(jī)轉(zhuǎn)矩能夠跟隨負(fù)載的變化而迅速響應(yīng)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)效果較好，能夠滿足EVT系統(tǒng)工作需求；將電機(jī)與EVT系統(tǒng)集成，系統(tǒng)仍然能夠跟隨工況運(yùn)行，各動(dòng)力源工作狀態(tài)正確；所提出的雙電機(jī)協(xié)調(diào)控制算法，可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)的調(diào)節(jié)和優(yōu)化，達(dá)到了較好的效果，從而證明了算法的可實(shí)施性。

(4)通過(guò)電機(jī)系統(tǒng)細(xì)節(jié)建模研究，為后續(xù)EVT混合動(dòng)力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)相關(guān)研究奠定了基礎(chǔ)。