李勝琴，丁雪梅，于 博

(東北林業(yè)大學(xué) 交通學(xué)院， 黑龍江 哈爾濱 150040)

0 引 言

中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)在《節(jié)能與新能源汽車(chē)技術(shù)路線圖2.0》[1]報(bào)告中提出，至2035年，我國(guó)新能源汽車(chē)年銷(xiāo)量將占汽車(chē)總銷(xiāo)量的一半，汽車(chē)產(chǎn)業(yè)向電動(dòng)化轉(zhuǎn)型，新能源汽車(chē)逐漸成為主流產(chǎn)品，純電動(dòng)汽車(chē)作為新能源汽車(chē)的代表將占新能源汽車(chē)的95%以上。因此，在電池及充電技術(shù)取得重大突破之前，針對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行研究，使得動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性同時(shí)達(dá)到最優(yōu)，是目前研究的主要方向。

雙電機(jī)耦合驅(qū)動(dòng)純電動(dòng)汽車(chē)，兩個(gè)電機(jī)都可以作為動(dòng)力輸入源，可以實(shí)現(xiàn)多種工作模式，使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高效率區(qū)間擴(kuò)大，還可以保證每個(gè)電機(jī)工作在高負(fù)荷區(qū)間，提高續(xù)駛里程，進(jìn)而提升整車(chē)的經(jīng)濟(jì)性能，在純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)用比較廣泛。但是如何保證耦合驅(qū)動(dòng)過(guò)程中雙電機(jī)均工作在效率最優(yōu)的工作區(qū)間，以及雙電機(jī)工作模式的轉(zhuǎn)換策略，仍然是目前急需解決的技術(shù)難題。

針對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)均開(kāi)展了廣泛的研究，并已取得相應(yīng)的研究成果。李健彰[2]針對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)工作負(fù)荷率低的問(wèn)題，提出了一種具有電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)、電機(jī)轉(zhuǎn)矩耦合驅(qū)動(dòng)和電機(jī)轉(zhuǎn)速耦合驅(qū)動(dòng)等工作模式的雙驅(qū)純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，研究了電機(jī)多個(gè)工作模式之間切換的控制方法；王勇[3]利用多種循環(huán)工況的需求功率分布來(lái)進(jìn)行純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配，并在動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性雙重約束下，利用遺傳算法對(duì)匹配的參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化計(jì)算，提出了基于邏輯門(mén)限值的實(shí)時(shí)效率最優(yōu)控制策略以及基于駕駛意圖的實(shí)時(shí)優(yōu)化控制策略；WANG Da等[4]提出了純電動(dòng)汽車(chē)雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制策略，以能量損耗最小為原則，建立了前后軸的驅(qū)動(dòng)力矩分配方案,設(shè)計(jì)了自適應(yīng)決策控制系統(tǒng)，通過(guò)模糊邏輯實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)方式的切換,試驗(yàn)結(jié)果表明,該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以節(jié)約5%～6%的能耗; K.KWON等[5]設(shè)計(jì)一種雙電機(jī)兩檔動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，分別對(duì)傳動(dòng)比和轉(zhuǎn)矩分配控制策略進(jìn)行優(yōu)化，最后以加速時(shí)間和能量消耗率作為動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與原型車(chē)進(jìn)行對(duì)比分析，得出雙電機(jī)兩檔動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性具有明顯優(yōu)勢(shì)的結(jié)論。

筆者以某純電動(dòng)汽車(chē)為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)型，基于目標(biāo)車(chē)型動(dòng)力性要求及實(shí)際工況，進(jìn)行動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上，以整車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率最優(yōu)為控制目標(biāo)，確定電機(jī)多模式切換策略及最佳工作區(qū)間，進(jìn)行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力分配控制策略研究。

1 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)匹配設(shè)計(jì)

1.1 原車(chē)型參數(shù)及目標(biāo)車(chē)性能參數(shù)

在滿足動(dòng)力性需求的前提下，合理的參數(shù)匹配是提升整車(chē)性能的關(guān)鍵[6]。目標(biāo)車(chē)型的動(dòng)力性設(shè)計(jì)要求如表1，原車(chē)型整車(chē)基本參數(shù)如表2。

表1 目標(biāo)車(chē)動(dòng)力性設(shè)計(jì)要求Table 1 Dynamic requirements of Target vehicle

表2 原車(chē)型整車(chē)基本參數(shù)Table 2 Basic parameters of vehicle

1.2 目標(biāo)車(chē)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)型

參照筆者前期研究工作[7]，依據(jù)行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)特性，提出雙電機(jī)耦合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)型，如圖1。系統(tǒng)采用離合器與制動(dòng)器的開(kāi)合狀態(tài)控制電機(jī)的動(dòng)力輸出及系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方案。

1—太陽(yáng)輪；2—行星架；3—齒圈；4—離合器C1；5—離合器C2；6—制動(dòng) 器B1；7—制動(dòng)器B2；8—電機(jī)M1；9—電機(jī)M2；10—減速齒輪；11—主減速齒輪圖1 雙電機(jī)耦合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)型Fig. 1 Double motor coupling drive system configuration

筆者提出的雙電機(jī)耦合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由一套行星齒輪機(jī)構(gòu)、兩個(gè)電機(jī)(電機(jī)M1、電機(jī)M2)、離合器C1、離合器C2、制動(dòng)器B1、制動(dòng)器B2組成。其中電機(jī)M1、電機(jī)M2可以單獨(dú)或聯(lián)合作為系統(tǒng)的動(dòng)力輸入，電機(jī)M2與太陽(yáng)輪直接連接，電機(jī)M1通過(guò)減速齒輪與齒圈連接，行星架輸出動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)橋連接。離合器C2控制齒圈和太陽(yáng)輪之間的連接，離合器C1控制電機(jī)M1的動(dòng)力輸出，制動(dòng)器B1可以鎖死齒圈，制動(dòng)器B2可以控制電機(jī)M2的輸出同時(shí)可以鎖死太陽(yáng)輪[7]。

1.3 動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)匹配設(shè)計(jì)

1.3.1 電機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)

選取永磁同步電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，純電動(dòng)汽車(chē)在城市及市郊道路行駛時(shí)，可以按最高穩(wěn)定車(chē)速進(jìn)行電機(jī)額定功率的計(jì)算，如式(1)：

(1)

式中：Pmax1為最高車(chē)速下的電機(jī)峰值功率，kW；m為整車(chē)試驗(yàn)質(zhì)量，kg；f為滾動(dòng)阻力系數(shù)；CD為風(fēng)阻系數(shù)；A為迎風(fēng)面積，m2；ηt為傳動(dòng)系統(tǒng)效率；umax為最高車(chē)速，km/h。

根據(jù)GB/T18386—2017《電動(dòng)汽車(chē)能量消耗率和續(xù)駛里程試驗(yàn)方法》的規(guī)定，電動(dòng)汽車(chē)試驗(yàn)質(zhì)量為整備質(zhì)量與試驗(yàn)所需附加質(zhì)量之和，對(duì)于設(shè)計(jì)總質(zhì)量不超過(guò)3 500 kg的電動(dòng)汽車(chē)，附加質(zhì)量為100 kg。因此整車(chē)試驗(yàn)質(zhì)量m=1 859 kg，將整車(chē)基本參數(shù)帶入式(1)中，計(jì)算出Pmax1=65 kW。考慮到電氣損耗以及機(jī)械損耗，一般在匹配的電機(jī)參數(shù)上增大10%～20%，可求出驅(qū)動(dòng)電機(jī)的總功率取值為Pmax≥(1.1～1.2)Pmax1。

雙電機(jī)耦合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是通過(guò)兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)來(lái)滿足整車(chē)對(duì)電機(jī)的功率需求，故合理分配電機(jī)的功率是電機(jī)參數(shù)匹配的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的電機(jī)參數(shù)匹配根據(jù)動(dòng)力性指標(biāo)完成匹配。由于實(shí)際行駛工況的不同，對(duì)電機(jī)的動(dòng)力需求也不同，因此采用基于多種典型循環(huán)工況對(duì)電機(jī)參數(shù)進(jìn)行匹配，可以彌補(bǔ)依據(jù)動(dòng)力性指標(biāo)匹配帶來(lái)的不足。對(duì)4種典型運(yùn)行工況NEDC(歐洲市郊工況)、FTP75(美國(guó)城市工況)、WLTC(全球輕型車(chē)統(tǒng)一測(cè)試循環(huán)工況)和CLTC-P(中國(guó)乘用車(chē)行駛工況)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，計(jì)算出常用需求功率區(qū)間為0～15 kW，因此將電機(jī)M1的額定功率定為16 kW。

純電動(dòng)汽車(chē)經(jīng)常行駛在市區(qū)車(chē)流密度較大的情況下，電機(jī)M1需要滿足在城市工況中低速(30～50 km/h)巡航的條件，車(chē)速和電機(jī)轉(zhuǎn)速滿足式(2)：

(2)

式中：u為車(chē)輛行駛車(chē)速，km/h；N為電機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min；r為車(chē)輪滾動(dòng)半徑，m；i0為主減速器減速比。

當(dāng)車(chē)速在30～50 km/h區(qū)間內(nèi)時(shí)，由式(2)求得，電機(jī)M1對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速區(qū)間為2 298.63～4 597.27 r/min。假設(shè)此轉(zhuǎn)速為電機(jī)額定轉(zhuǎn)速，計(jì)算對(duì)應(yīng)的電機(jī)M1的峰值轉(zhuǎn)矩區(qū)間為66.48～132.64 N·m。

考慮電機(jī)的基速比一般選取在2～4之間，選取電機(jī)M1的額定轉(zhuǎn)速為3 000 r/min，峰值轉(zhuǎn)速為9 000 r/min。永磁同步電機(jī)過(guò)載系數(shù)一般在1.8～2.5 之間。根據(jù)整車(chē)動(dòng)力源總功率的需求，動(dòng)力源的額定功率需求為69.650～75.984 kW，電機(jī)M1的額定功率選定為16 kW，剩余功率區(qū)間為53.650～59.984 kW。因此電機(jī)M2的額定功率初步選定為56 kW，額定轉(zhuǎn)速為4 300 r/min，峰值轉(zhuǎn)速為13 000 r/min。根據(jù)以上選定參數(shù)，計(jì)算電機(jī)M1個(gè)電機(jī)M2的額定轉(zhuǎn)矩以及峰值轉(zhuǎn)矩。最終匹配設(shè)計(jì)結(jié)果如表3。

表3 電機(jī)基本參數(shù)Table 3 Basic parameters of motor

1.3.2 動(dòng)力電池參數(shù)匹配

動(dòng)力電池的參數(shù)不僅影響純電動(dòng)汽車(chē)行駛時(shí)的動(dòng)力性能，同時(shí)也影響整車(chē)的經(jīng)濟(jì)性能，因此合理選取動(dòng)力電池的參數(shù)至關(guān)重要。在設(shè)計(jì)電池組參數(shù)時(shí)，動(dòng)力電池組的容量需要滿足汽車(chē)?yán)m(xù)駛里程的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

相比于其他種類(lèi)電池，三元鋰離子電池在比能量高、比功率密度、比功率、循環(huán)壽命等方面更具有優(yōu)勢(shì)，綜合性能更優(yōu)異，因此采用三元鋰離子電池作為動(dòng)力電池組元件。

根據(jù)整車(chē)?yán)m(xù)駛里程的設(shè)計(jì)要求，依據(jù)GB/T18385—2016《電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力性能試驗(yàn)方法》的試驗(yàn)規(guī)定，以60 km/h勻速行駛320 km的續(xù)駛里程的要求對(duì)動(dòng)力電池容量進(jìn)行匹配，需求功率按式(3)計(jì)算：

(3)

式中：u1=60 km/h，帶入整車(chē)基本參數(shù)，計(jì)算得到P=7.16 kW。

動(dòng)力電池組的總能量Wess按式(4)進(jìn)行計(jì)算：

(4)

式中：ηk為電池有效放電系數(shù)，一般取ηk=0.8；S為續(xù)駛里程，m。

電池組容量按式(5)進(jìn)行計(jì)算：

(5)

式中：U為電池端電壓，V。

將計(jì)算得到的電池組總能量帶入式(5)，計(jì)算得到C=149.17 Ah。

目前市場(chǎng)上應(yīng)用較多的三元鋰離子電池，其單體電池額定電壓一般為3.7 V，單體電池容量為22.5 Ah。

根據(jù)式(6)計(jì)算電池串聯(lián)個(gè)數(shù)：

(6)

式中：Ub為單體電池電壓，V；n1為電池串聯(lián)個(gè)數(shù)。

根據(jù)式(7)計(jì)算電池并聯(lián)個(gè)數(shù)：

(7)

式中:C為電池容量，Ah；n2為電池并聯(lián)個(gè)數(shù)。

根據(jù)上述計(jì)算，得到動(dòng)力電池組參數(shù)匹配的結(jié)果如表4。

表4 動(dòng)力電池組參數(shù)匹配結(jié)果Table 4 Matching results of power battery pack parameters

為了驗(yàn)證匹配設(shè)計(jì)結(jié)果是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，利用AVL CRUISE軟件建立該雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)純電動(dòng)汽車(chē)仿真模型，進(jìn)行動(dòng)力性能試驗(yàn)驗(yàn)證。動(dòng)力性能仿真結(jié)果如圖2、圖3和表5。由表5、圖2和圖3可以看出，汽車(chē)百公里加速時(shí)間為7.88 s，最高車(chē)速約為175 km/h，以30 km/h速度行駛時(shí)最大爬坡度為38.79%，滿足表1中動(dòng)力性設(shè)計(jì)目標(biāo)。從動(dòng)力性仿真結(jié)果可以看出，汽車(chē)加速性能與爬坡性能均表現(xiàn)良好，說(shuō)明雙電機(jī)耦合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)匹配合理，且能夠很好地滿足車(chē)輛動(dòng)力性要求。

表5 加速性能仿真結(jié)果Table 5 Simulation results of acceleration performance

圖2 最高車(chē)速仿真結(jié)果Fig. 2 Simulation results of the maximum speed

圖3 爬坡度性能仿真結(jié)果Fig. 3 Simulation results of climbing slope performance

2 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制策略

筆者提出的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制策略總體構(gòu)架如圖4，包括駕駛員模型、需求轉(zhuǎn)矩計(jì)算模型、模式識(shí)別控制策略、動(dòng)力分配控制策略。其中駕駛員模型主要針對(duì)目標(biāo)車(chē)速和實(shí)際車(chē)速進(jìn)行分析，基于實(shí)際行駛工況，得到踏板開(kāi)度信號(hào)；需求轉(zhuǎn)矩即通過(guò)車(chē)輛狀態(tài)信息以及駕駛員的踏板開(kāi)度信號(hào)計(jì)算出驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需求轉(zhuǎn)矩；模式識(shí)別控制策略主要根據(jù)轉(zhuǎn)速與需求轉(zhuǎn)矩進(jìn)行模式選擇，選出驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率最優(yōu)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作模式；動(dòng)力分配控制策略在雙電機(jī)耦合工作模式下，對(duì)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行合理的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速分配。

圖4 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制策略架構(gòu)Fig. 4 Drive system control strategy architecture

2.1 需求轉(zhuǎn)矩求解

汽車(chē)在實(shí)際行駛過(guò)程中，需求轉(zhuǎn)矩主要由基準(zhǔn)轉(zhuǎn)矩和補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩兩部分組成，因此建立需求轉(zhuǎn)矩計(jì)算模型如圖5。

圖5 需求轉(zhuǎn)矩計(jì)算模型Fig. 5 Demand torque calculation model

2.2 電機(jī)工作模式識(shí)別

基于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率最優(yōu)原則進(jìn)行模式劃分，首先建立驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率的目標(biāo)函數(shù)，并在約束條件下，分別計(jì)算單電機(jī)工作與雙電機(jī)耦合工作模式下的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率，選取其中效率值最高的工作模式，作為雙電機(jī)的最優(yōu)工作模式。

2.2.1 驅(qū)動(dòng)效率求解

當(dāng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)處于單電機(jī)工作模式時(shí)，電機(jī)的工作點(diǎn)由汽車(chē)行駛的需求轉(zhuǎn)矩和行駛車(chē)速確定；當(dāng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)處于雙電機(jī)轉(zhuǎn)矩耦合工作模式時(shí)，電機(jī)的工作轉(zhuǎn)矩可以在允許范圍內(nèi)任意組合，電機(jī)的工作轉(zhuǎn)速由車(chē)速確定；當(dāng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)處于雙電機(jī)轉(zhuǎn)速耦合工作模式時(shí)，電機(jī)的工作轉(zhuǎn)矩由汽車(chē)行駛的需求轉(zhuǎn)矩確定，電機(jī)工作轉(zhuǎn)速可以在轉(zhuǎn)速允許范圍內(nèi)任意組合。

1)單電機(jī)工作時(shí)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)效率

已知電機(jī)的工作轉(zhuǎn)矩和工作轉(zhuǎn)速，則系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)效率可以按式(8)計(jì)算：

(8)

式中：ηsys為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)總效率；Pout為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)輸出功率，kW；Pin為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)輸入功率，kW；TM1、TM2分別為電機(jī)M1、M2轉(zhuǎn)矩，N·m；ωM1、ωM2分別為電機(jī)M1和電機(jī)M2的轉(zhuǎn)速，r/min；ηM為電機(jī)的工作效率。

2)雙電機(jī)工作時(shí)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)效率

雙電機(jī)耦合工作模式下，兩個(gè)電機(jī)的工作點(diǎn)可以任意組合，但是需要滿足汽車(chē)需求轉(zhuǎn)矩和行駛車(chē)速約束。因此筆者采用序列二次規(guī)劃優(yōu)化算法，基于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率最優(yōu)原則，尋求兩個(gè)電機(jī)的最優(yōu)工作點(diǎn)，進(jìn)而確定兩個(gè)電機(jī)的動(dòng)力分配方案。依據(jù)相關(guān)研究[7]，建立驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)如式(9):

f(x)=maxηsys

(9)

依據(jù)整車(chē)驅(qū)動(dòng)功率需求、電池壽命及額定電壓要求、電機(jī)輸出最大轉(zhuǎn)矩及最大工作轉(zhuǎn)速等，確定驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的約束條件如式(10)：

(10)

2.2.2 雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)最優(yōu)工作模式

依據(jù)2.2.1節(jié)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和約束條件，利用MATLAB軟件編寫(xiě)程序，可以求解出雙電機(jī)耦合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率最優(yōu)工作區(qū)域，得到雙電機(jī)工作點(diǎn)與工作模式分布情況如圖6。依據(jù)圖6，可以得出不同驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩需求或車(chē)速需求時(shí)雙電機(jī)的工作模式如表6。

圖6 雙電機(jī)耦合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)模式切換示意Fig. 6 Schematic diagram of mode switch of dual motor coupling drive system

表6 雙電機(jī)耦合工作模式Table 6 Coupling mode of dual motor

2.2.3 雙電機(jī)動(dòng)力分配控制策略

依據(jù)2.2.2節(jié)求解得到的模式識(shí)別及控制策略，在雙電機(jī)按照轉(zhuǎn)矩耦合模式工作時(shí)，基于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率最優(yōu)原則分配兩個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩。依據(jù)文獻(xiàn)[7]確定電機(jī)M1和M2的轉(zhuǎn)矩輸出特性，如圖7。在雙電機(jī)按照轉(zhuǎn)速耦合模式工作時(shí)，基于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率最優(yōu)原則分配電機(jī)M1和M2的轉(zhuǎn)速輸出特性，如圖8。

圖7 轉(zhuǎn)矩耦合模式下電機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出特性Fig. 7 Output characteristics of motor torque in torque coupling mode

圖8 轉(zhuǎn)速耦合模式下電機(jī)轉(zhuǎn)速輸出特性Fig. 8 Output characteristics motor speed in speed coupling mode

3 控制策略試驗(yàn)驗(yàn)證

建立雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)純電動(dòng)汽車(chē)仿真模型，按照GB/T18386—2017《電動(dòng)汽車(chē)能量消耗和續(xù)駛里程試驗(yàn)方法》分別對(duì)電動(dòng)汽車(chē)能量消耗、續(xù)駛里程及電機(jī)輸出特性進(jìn)行仿真分析[8]。

3.1 整車(chē)經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析

采用NEDC和WLTC兩種典型的循環(huán)工況，分別對(duì)系統(tǒng)缺省控制策略和效率最優(yōu)控制策略下電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)駛里程和百公里電耗水平進(jìn)行測(cè)試[9]，結(jié)果如表7。

表7 整車(chē)?yán)m(xù)駛里程和百公里電耗對(duì)比Table 7 Comparison of driving range and 100km power consumption of vehicle

由表7可以看出，效率最優(yōu)控制策略下汽車(chē)的續(xù)駛里程均高于缺省控制策略、同時(shí)百公里電耗水平更低，說(shuō)明效率最優(yōu)控制策略能夠提高電動(dòng)汽車(chē)的能量利用率。

3.2 整車(chē)動(dòng)力性對(duì)比分析

根據(jù)電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力性能試驗(yàn)規(guī)定，最高車(chē)速是指測(cè)試車(chē)輛能夠在往返兩個(gè)方向各持續(xù)行駛1 km以上距離的最高平均車(chē)速。同時(shí)還需要測(cè)試30 min最高車(chē)速，即測(cè)試車(chē)輛能夠持續(xù)行駛超過(guò)30 min的最高平均車(chē)速。仿真分析結(jié)果如圖9。由圖9可以看出：行駛1 km時(shí)最高車(chē)速在缺省控制時(shí)為170.70 km/h，而效率最優(yōu)控制時(shí)為182.22 km/h；行駛30 min后缺省控制下車(chē)輛的最高車(chē)速為169.00 km/h，而效率最優(yōu)控制下的最高車(chē)速為181.45 km/h，表明效率最優(yōu)控制策略下車(chē)輛動(dòng)力性得到了提高。

圖9 兩種控制方案的最高車(chē)速結(jié)果Fig. 9 Maximum speed results of two control schemes

兩種控制策略下電動(dòng)汽車(chē)以30 km/h速度行駛時(shí)，最大爬坡度仿真結(jié)果如圖10。由圖10可以看出，缺省控制下車(chē)輛的最大爬坡度為40.16%，而驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率最優(yōu)控制下車(chē)輛的最大爬坡度為42.57%。

圖10 兩種控制方案的最大爬坡度仿真結(jié)果Fig. 10 Maximum climbing slope simulation results of two control schemes

3.3 電機(jī)輸出特性對(duì)比分析

采用WLTC循環(huán)工況對(duì)電機(jī)輸出特性進(jìn)行對(duì)比分析。

圖11為WLTC循環(huán)工況下前200 s內(nèi)兩種驅(qū)動(dòng)控制方案的電機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出特性。由圖11(a)可以看出，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一直保持雙電機(jī)工作模式，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)按比例分配輸出轉(zhuǎn)矩， 總體輸出轉(zhuǎn)矩大小與車(chē)速變化趨勢(shì)相同。由圖11(b)可以看出，電機(jī)M1和電機(jī)M2交替工作，車(chē)輛高速行駛時(shí)，電機(jī)M2工作，車(chē)輛速度降低時(shí)，電機(jī)M1工作。兩個(gè)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩可以得到最大利用。

圖11 WLTC工況下兩種控制方案的電機(jī)輸出特性Fig. 11 Motor output characteristics of the two control schemes under WLTC condition

圖12為兩種控制策略下電機(jī)M1和M2工作點(diǎn)示意。由圖12可以看出，效率最優(yōu)控制策略下，兩個(gè)電機(jī)的工作點(diǎn)分布在高效區(qū)間的比重更大，電機(jī)工作點(diǎn)分布更優(yōu)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率提升明顯。

圖12 WLTC工況下兩種控制策的電機(jī)工作點(diǎn)分布Fig. 12 Motor working point distribution of two control strategies under WLTC condition

4 結(jié) 論

1)針對(duì)某型純電動(dòng)汽車(chē)，提出雙電機(jī)耦合驅(qū)動(dòng)方案，進(jìn)行動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)型設(shè)計(jì)，并對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力參數(shù)進(jìn)行匹配設(shè)計(jì)。

2)提出驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率最優(yōu)控制策略，利用序列二次規(guī)劃優(yōu)化算法，對(duì)兩個(gè)電機(jī)的最優(yōu)工作點(diǎn)進(jìn)行求解，進(jìn)而確定兩個(gè)電機(jī)的動(dòng)力分配方案。

3)選取NEDC工況和WLTC工況，對(duì)所提出的控制策略下整車(chē)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率最優(yōu)控制策略下，電動(dòng)汽車(chē)的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性指標(biāo)均有所提高。

4)選取WLTC工況，進(jìn)行兩種驅(qū)動(dòng)控制策略下電機(jī)工作特性分析，結(jié)果表明，在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率最優(yōu)驅(qū)動(dòng)方案時(shí)，電機(jī)工作在大于85% 的效率區(qū)間內(nèi)的工作點(diǎn)為55%，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率得到更大的提升。