一种面向能耗的纯电动汽车双电机动力系统控制策略技术方案

本发明专利技术的目的是面向能耗对双电机动力系统的工作模式和转矩转速分配进行研究，以获取该系统的最佳控制方案，实现能量利用率和动力性的综合提升，即公开了一种面向能耗的纯电动汽车双电机动力系统控制策略。首先基于驾驶员对加速踏板的控制信息、车辆状态信息、电机状态以及电池信息等对电动机需求转矩进行实时计算。其次，对转矩耦合和转速耦合两种工作模式下两个电机基于最小能耗原则实现转速转矩的最优分配。最后，基于最小能耗原则对双电机动力系统进行工作模式划分，即获得纯电动车汽车双电机动力系统控制策略，并通过Simulink对其可靠性进行验证。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及新能源汽车动力系统
，具体涉及一种面向能耗的纯电动汽车双电机动力系统控制策略。
技术介绍
电动汽车的动力性和经济性一直作为电动汽车性能好坏的评价指标，良好的动力性能满足驾驶过程急加速的需求，较好的经济性能满足汽车的续航里程需求。然而，由于电机效率在各个工作点上存在差异，导致汽车动力性和经济性之间存在着不可避免的矛盾，而电动汽车合理的控制策略能在一定程度上兼顾两者在不同时刻的需求，调节两者之间的矛盾。因此，一些学者开始以考虑电动汽车动力性和经济性为目标对动力总成系统的换挡控制策略展开研究。在单电机多档动力系统换挡控制策略研究方面，Mousavi等提出了一种无动力中断的两档变速器，以最短换挡时间和能量损失为目标制定了最优的换挡策略。Hu等在分析换挡前后扭矩波动的基础上提出了两档变速器的换挡策略，并以减少换挡冲击为目标提出了换挡过程中的扭矩补偿策略。江清华根据电池系统的荷电状态，分别制定了基于车速、油门开度和加速度的三参数最佳动力性换挡规律和最佳经济性换挡规律。Nandi等提出了一种满足驾驶舒适性的电动汽车驾驶策略，利用粒子群算法以最短加速时间和最小电池消耗为目标寻求汽车最优加速度。双电机动力系统由于其更优的动力性能和经济性能得到广泛的研究，然而双电机动力系统存在多种工作模式，对双电机的控制涉及两个电机转速转矩的分配及工作模式的划分，使得对双电机动力系统的控制更加复杂。在双电机动力系统控制策略研究方面，张运昌通过计算动力模式和经济模式需求转矩，基于最小电功率原则实现工作模式的划分以及耦合模式转速和转矩的分配。Zhang等以最小能量消耗和模式更换频率为目标对双电机动力系统的控制策略进行优化分析，得到了不同工作模式的工作点和电机功率分配策略。刘德春在提出控制策略框架的基础上对需求转矩和补偿转矩进行了分析计算，并对耦合模式下两个电机转矩的分配进行了分析。Hu等提出一种新的双电机转速转矩耦合构型，并对其四种模式切换策略做了分析，仿真结果表明该双电机动力系统比单电机两档传动系统具有更高的能量利用率。以上研究所提出的双电机动力系统的转矩耦合模式都是通过太阳轮实现的，使得电动汽车在低速运行时动力强劲，但中速时的动力性能较差。并且，以上研究中所提出的基于经济性的控制策略在转矩补偿时并未充分考虑电池、电机的负荷信息，在电机高负荷或电池低电量时进行补偿极易造成电机、电池的损坏。因此，本专利技术在前期研究工作中提出了一种新型的双电机动力系统，其特点是避免了多个制动器、离合器的使用，而且转矩耦合在齿圈上进行，很好地解决了中速时动力不足的问题。本专利技术面向能耗对其控制策略展开研究：首先基于驾驶员对加速踏板的控制信息，同时考虑车辆状态信息、电机状态以及电池信息等对电动机需求转矩进行实时计算；其次对转矩耦合和转速耦合两种工作模式下两个电机基于最小能耗原则实现转速转矩的最优分配；最后在转速转矩最优分配的基础上，基于最小能耗原则对双电机动力系统进行工作模式划分，即获得纯电动车汽车双电机动力系统控制策略，并通过Simulink对其可靠性进行验证。
技术实现思路
本专利技术的目的是面向能耗对双电机动力系统的工作模式和转矩转速分配进行研究，以获取该系统的最佳控制方案，实现能量利用率和动力性的综合提升。为实现本专利技术目的所采用的技术方案是这样的，即一种面向能耗的纯电动汽车双电机动力系统控制策略，包括以下步骤：步骤1：基于驾驶员对加速踏板的控制信息，同时考虑车辆状态信息(实时车速，道路坡度等)、电机状态(电机启停、转矩转速等)以及电池信息(温度，剩余电量)等对电动机需求转矩进行实时计算；步骤2：在需求转矩的计算结果基础上，对转矩耦合和转速耦合两种工作模式下两个电机基于最小能耗原则实现转速转矩的最优分配。步骤3：在转速转矩最优分配的基础上，基于最小能耗原则对双电机动力系统进行工作模式划分，即获得纯电动车汽车双电机动力系统控制策略，并通过Simulink对其可靠性进行验证。优选地，步骤1中，所述基于加速踏板信息、车辆状态、电机状态以及电池信息等对电动机需求转矩进行实时计算的过程为：需求转矩的获取实质上为不同道路情况下对驾驶员意图进行解析，以获得汽车行驶所需求的转矩，包括基本转矩和补偿转矩，其关系为：Treq＝Tb+Tadd其中，Tb表示电动汽车行驶所需的基础转矩；Tadd表示为提高电动汽车动力性能增加的补偿转矩。双电机动力系统需求扭矩计算流程如图3。(1)基本转矩的确定加速踏板开度与转矩比例系数“直线型”方式控制较为简单，常用在早期的驱动系统的控制策略中，能满足汽车行驶的基本要求。然而，该方式未考虑汽车行驶过程中需求转矩与电动汽车能提供的最大扭矩之间的关系，不能充分发挥双电机动力系统的节能优势，根据新欧洲行驶循环工况NEDC(NewEuropeanDrivingCycle)信息对其进行修正过程如下：为了对“直线型”踏板开度与电机转矩比例系数图进行修正，首先对汽车在NEDC工况下行驶过程中加速踏板开度进行统计。如图4所示，横坐标表示工况时间，纵坐标表示采用“直线型”加速踏板开度与驱动转矩关系时，车辆所需扭矩与最大驱动扭矩比值，即此时的加速踏板开度。结果表明，若采用“直线型”加速踏板控制关系，在NEDC标准工况行驶过程中，91％的情况下加速踏板开度使用情况集中在40％以内，该设置方式极不合理，不满足驾驶习惯。此外，若采用“上凸型”动力输出策略，能使电动汽车在绝大部分时间内保持较优的加速性能。然而，较优的加速性能需要动力电池时刻提供较大的放电倍率。电池大的放电倍率不仅可能降低电池的使用寿命而且增加了电动汽车的能耗，降低电动汽车续航里程。基于此，基于标准工况需求转矩统计信息对“直线型”曲线修正，采用“下凹型”转矩负荷系数和加速踏板开度曲线的控制方式，如图5中虚线所示。由标准工况统计信息表明，双电机动力系统的工况转矩负荷率几乎均在40％以内，同时，为了对急加速或爬坡过程中实现转矩补偿，设置系统总负荷率为95％，剩余5％的转矩负荷可用于转矩补偿，即加速踏板开度0-100％对应系统转矩负荷率0-95％。由以上k-l图可得，采用本专利技术提出的“下凹型”转矩负荷系数和加速踏板开度曲线的控制方式，电动汽车标准工况行驶过程中，大部分时间油门开度能覆盖60％以内，具有较好驾驶舒适性的同时，也具有较好的经济性。汽车基本转矩表示汽车为达到目标车速而需要的转矩，其输出值的大小与汽车加速踏板开度(k)信息密切相关，驾驶员能通过控制加速踏板开度直接控制汽车转矩的输出。令k-l曲线满足l＝f(k)，则有基本转矩Tb满足Tb＝l·Tvmax＝f(k)·Tvmax其中，Tvmax为车速v下电动汽车能提供的最大扭矩。为快速准确获得电动汽车在车速v时能提供的最大扭矩Tvmax，需根据双电机动力系统参数绘制基于汽车时速和车轮扭矩的等效驱动力图，并对工作模式进行划分，如图6所示。在整个汽车行驶速度范围内，最大驱动力可按照车速分为五个区间：1)电机M1单独驱动时的峰值恒扭矩驱动力：2)电机M1单独驱动时的恒功率驱动力：其中v满足v1表示电机M1单独驱动和转矩耦合驱动驱动力相等时的车速。3)双电机转矩耦合驱动时峰值恒扭矩驱动力：其中v满足4)双电机转矩耦合驱动时恒功率驱动力：其中v满足5)双本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向能耗的纯电动汽车双电机动力系统控制策略，其特征在于包括以下步骤：步骤1：基于驾驶员对加速踏板的控制信息，同时考虑车辆状态信息(实时车速，道路坡度等)、电机状态(电机启停、转矩转速等)以及电池信息(温度，剩余电量)等对电动机需求转矩进行实时计算；步骤2：在需求转矩的计算结果基础上，对转矩耦合和转速耦合两种工作模式下两个电机基于最小能耗原则实现转速转矩的最优分配。步骤3：在转速转矩最优分配的基础上，基于最小能耗原则对双电机动力系统进行工作模式划分，即获得纯电动车汽车双电机动力系统控制策略，并通过Simulink对其可靠性进行验证。

【技术特征摘要】
1.一种面向能耗的纯电动汽车双电机动力系统控制策略，其特征在于包括以下步骤：步骤1：基于驾驶员对加速踏板的控制信息，同时考虑车辆状态信息(实时车速，道路坡度等)、电机状态(电机启停、转矩转速等)以及电池信息(温度，剩余电量)等对电动机需求转矩进行实时计算；步骤2：在需求转矩的计算结果基础上，对转矩耦合和转速耦合两种工作模式下两个电机基于最小能耗原则实现转速转矩的最优分配。步骤3：在转速转矩最优分配的基础上，基于最小能耗原则对双电机动力系统进行工作模式划分，即获得纯电动车汽车双电机动力系统控制策略，并通过Simulink对其可靠性进行验证。2.根据权利要求1所述的一种面向能耗的纯电动汽车双电机动力系统控制策略，其特征在于：步骤1中，所述基于加速踏板信息、车辆状态、电机状态以及电池信息等对电动机需求转矩进行实时计算的过程为：需求转矩的获取实质上为不同道路情况下对驾驶员意图进行解析，以获得汽车行驶所需求的转矩，包括基本转矩和补偿转矩，其关系为：Treq＝Tb+Tadd其中，Tb表示电动汽车行驶所需的基础转矩；Tadd表示为提高电动汽车动力性能增加的补偿转矩。(1)考虑电池信息，对转矩补偿时应该满足：SOC(t)≥SOClimT(t)≤Tlim]]>式中，SOC(t)表示动力电池实时剩余电量，SOClim表示电动汽车进行转矩补偿时动力电池的临界剩余电量，T(t)表示动力电池实时温度，Tlim表示电动汽车进行转矩补偿时动力电池的临界温度。(2)考虑电机信息，对转矩补偿时应该满足：γ=TbTvmax≤60%]]>式中，Tvmax为车速v下电动汽车能够提供的最大扭矩，γ表示电机负荷率。(3)基本转矩的确定Tb＝l·Tvmax＝f(k)·Tvmax其中l为转矩负荷系数，f(k)为“下凹型”转矩负荷系数和加速踏板开度曲线中转矩负荷系数l与加速踏板开度k的函数关系。(4)基于低能耗原则获取补偿转矩Tadd＝Tadd1+Tadd2其中，Tadd1为针对加速踏板信息设定的补偿转矩，且满足：Tadd1=(Tvmax-Tb(k))·a=(Tvmax-Tb(k))·m1dkdt]]>式中，Tb(k)为车速v下加速踏板开度为k时所对应的基础转矩，a表示加速踏板开度变化率系数，m1为急加速比例系数，为踏板开度变化率。Tadd2为电动汽车爬坡时的补偿转矩，且满足：Tadd2＝(Tvmax-Tb(k))·b＝(Tvmax-Tb(k))·m2θ式中，b为坡度系数，m2为爬坡比例系数，θ为坡度。3.根据权利要求1所述的一种面向能耗的纯电动汽车双电机动力系统控制策略，其特征在于：步骤2中，所述对转矩耦合和转速耦合两种工作模式下两个电机基于最小能耗原则实现转速转矩的最优分配过程为：(1)转矩耦合模式转矩分配策略双电机转矩耦合模式下电机转矩转速满足：Treq＝T1+T2＝Ti，其中，T1、T2分别表示电机M1、电机M2的转矩，n1、n2分别表示电机M1、电机M2的转速，Ti、vi分别表示汽车在工作点i时的车轮驱动力和车速。由于本发明提出双电机动力系统的转矩耦合原理为电机M1和电机M2同时作用在齿圈上，故只要两电机转速满足汽车车速，两电机转矩相对独立，可在自己允许工作范围内任意组合。为实现最小能量消耗，制定了两电机转矩最优分配流程。通过该迭代流程，可寻找出满足车速v0的最小能耗组合，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：李聪波，胡捷，赵来杰，李月，胡芮，陈睿杰，朱道光，杨青山，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50