一種面向能耗的純電動汽車雙電機(jī)動力系統(tǒng)控制策略的制作方法

本發(fā)明涉及新能源汽車動力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種面向能耗的純電動汽車雙電機(jī)動力系統(tǒng)控制策略。

背景技術(shù)：

電動汽車的動力性和經(jīng)濟(jì)性一直作為電動汽車性能好壞的評價指標(biāo)，良好的動力性能滿足駕駛過程急加速的需求，較好的經(jīng)濟(jì)性能滿足汽車的續(xù)航里程需求。然而，由于電機(jī)效率在各個工作點(diǎn)上存在差異，導(dǎo)致汽車動力性和經(jīng)濟(jì)性之間存在著不可避免的矛盾，而電動汽車合理的控制策略能在一定程度上兼顧兩者在不同時刻的需求，調(diào)節(jié)兩者之間的矛盾。

因此，一些學(xué)者開始以考慮電動汽車動力性和經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)對動力總成系統(tǒng)的換擋控制策略展開研究。在單電機(jī)多檔動力系統(tǒng)換擋控制策略研究方面，Mousavi等提出了一種無動力中斷的兩檔變速器，以最短換擋時間和能量損失為目標(biāo)制定了最優(yōu)的換擋策略。Hu等在分析換擋前后扭矩波動的基礎(chǔ)上提出了兩檔變速器的換擋策略，并以減少換擋沖擊為目標(biāo)提出了換擋過程中的扭矩補(bǔ)償策略。江清華根據(jù)電池系統(tǒng)的荷電狀態(tài)，分別制定了基于車速、油門開度和加速度的三參數(shù)最佳動力性換擋規(guī)律和最佳經(jīng)濟(jì)性換擋規(guī)律。Nandi等提出了一種滿足駕駛舒適性的電動汽車駕駛策略，利用粒子群算法以最短加速時間和最小電池消耗為目標(biāo)尋求汽車最優(yōu)加速度。

雙電機(jī)動力系統(tǒng)由于其更優(yōu)的動力性能和經(jīng)濟(jì)性能得到廣泛的研究，然而雙電機(jī)動力系統(tǒng)存在多種工作模式，對雙電機(jī)的控制涉及兩個電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩的分配及工作模式的劃分，使得對雙電機(jī)動力系統(tǒng)的控制更加復(fù)雜。在雙電機(jī)動力系統(tǒng)控制策略研究方面，張運(yùn)昌通過計算動力模式和經(jīng)濟(jì)模式需求轉(zhuǎn)矩，基于最小電功率原則實(shí)現(xiàn)工作模式的劃分以及耦合模式轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的分配。Zhang等以最小能量消耗和模式更換頻率為目標(biāo)對雙電機(jī)動力系統(tǒng)的控制策略進(jìn)行優(yōu)化分析，得到了不同工作模式的工作點(diǎn)和電機(jī)功率分配策略。劉德春在提出控制策略框架的基礎(chǔ)上對需求轉(zhuǎn)矩和補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩進(jìn)行了分析計算，并對耦合模式下兩個電機(jī)轉(zhuǎn)矩的分配進(jìn)行了分析。Hu等提出一種新的雙電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩耦合構(gòu)型，并對其四種模式切換策略做了分析，仿真結(jié)果表明該雙電機(jī)動力系統(tǒng)比單電機(jī)兩檔傳動系統(tǒng)具有更高的能量利用率。

以上研究所提出的雙電機(jī)動力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩耦合模式都是通過太陽輪實(shí)現(xiàn)的，使得電動汽車在低速運(yùn)行時動力強(qiáng)勁，但中速時的動力性能較差。并且，以上研究中所提出的基于經(jīng)濟(jì)性的控制策略在轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償時并未充分考慮電池、電機(jī)的負(fù)荷信息，在電機(jī)高負(fù)荷或電池低電量時進(jìn)行補(bǔ)償極易造成電機(jī)、電池的損壞。

因此，本發(fā)明在前期研究工作中提出了一種新型的雙電機(jī)動力系統(tǒng)，其特點(diǎn)是避免了多個制動器、離合器的使用，而且轉(zhuǎn)矩耦合在齒圈上進(jìn)行，很好地解決了中速時動力不足的問題。本發(fā)明面向能耗對其控制策略展開研究：首先基于駕駛員對加速踏板的控制信息，同時考慮車輛狀態(tài)信息、電機(jī)狀態(tài)以及電池信息等對電動機(jī)需求轉(zhuǎn)矩進(jìn)行實(shí)時計算；其次對轉(zhuǎn)矩耦合和轉(zhuǎn)速耦合兩種工作模式下兩個電機(jī)基于最小能耗原則實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩的最優(yōu)分配；最后在轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩最優(yōu)分配的基礎(chǔ)上，基于最小能耗原則對雙電機(jī)動力系統(tǒng)進(jìn)行工作模式劃分，即獲得純電動車汽車雙電機(jī)動力系統(tǒng)控制策略，并通過Simulink對其可靠性進(jìn)行驗證。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是面向能耗對雙電機(jī)動力系統(tǒng)的工作模式和轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速分配進(jìn)行研究，以獲取該系統(tǒng)的最佳控制方案，實(shí)現(xiàn)能量利用率和動力性的綜合提升。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是這樣的，即一種面向能耗的純電動汽車雙電機(jī)動力系統(tǒng)控制策略，包括以下步驟：

步驟1：基于駕駛員對加速踏板的控制信息，同時考慮車輛狀態(tài)信息(實(shí)時車速，道路坡度等)、電機(jī)狀態(tài)(電機(jī)啟停、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速等)以及電池信息(溫度，剩余電量)等對電動機(jī)需求轉(zhuǎn)矩進(jìn)行實(shí)時計算；

步驟2：在需求轉(zhuǎn)矩的計算結(jié)果基礎(chǔ)上，對轉(zhuǎn)矩耦合和轉(zhuǎn)速耦合兩種工作模式下兩個電機(jī)基于最小能耗原則實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩的最優(yōu)分配。

步驟3：在轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩最優(yōu)分配的基礎(chǔ)上，基于最小能耗原則對雙電機(jī)動力系統(tǒng)進(jìn)行工作模式劃分，即獲得純電動車汽車雙電機(jī)動力系統(tǒng)控制策略，并通過Simulink對其可靠性進(jìn)行驗證。

優(yōu)選地，步驟1中，所述基于加速踏板信息、車輛狀態(tài)、電機(jī)狀態(tài)以及電池信息等對電動機(jī)需求轉(zhuǎn)矩進(jìn)行實(shí)時計算的過程為：

需求轉(zhuǎn)矩的獲取實(shí)質(zhì)上為不同道路情況下對駕駛員意圖進(jìn)行解析，以獲得汽車行駛所需求的轉(zhuǎn)矩，包括基本轉(zhuǎn)矩和補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩，其關(guān)系為：

T_req＝T_b+T_add

其中，T_b表示電動汽車行駛所需的基礎(chǔ)轉(zhuǎn)矩；T_add表示為提高電動汽車動力性能增加的補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩。雙電機(jī)動力系統(tǒng)需求扭矩計算流程如圖3。

(1)基本轉(zhuǎn)矩的確定

加速踏板開度與轉(zhuǎn)矩比例系數(shù)“直線型”方式控制較為簡單，常用在早期的驅(qū)動系統(tǒng)的控制策略中，能滿足汽車行駛的基本要求。然而，該方式未考慮汽車行駛過程中需求轉(zhuǎn)矩與電動汽車能提供的最大扭矩之間的關(guān)系，不能充分發(fā)揮雙電機(jī)動力系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)勢，根據(jù)新歐洲行駛循環(huán)工況NEDC(New European Driving Cycle)信息對其進(jìn)行修正過程如下：

為了對“直線型”踏板開度與電機(jī)轉(zhuǎn)矩比例系數(shù)圖進(jìn)行修正，首先對汽車在NEDC工況下行駛過程中加速踏板開度進(jìn)行統(tǒng)計。如圖4所示，橫坐標(biāo)表示工況時間，縱坐標(biāo)表示采用“直線型”加速踏板開度與驅(qū)動轉(zhuǎn)矩關(guān)系時，車輛所需扭矩與最大驅(qū)動扭矩比值，即此時的加速踏板開度。結(jié)果表明，若采用“直線型”加速踏板控制關(guān)系，在NEDC標(biāo)準(zhǔn)工況行駛過程中，91％的情況下加速踏板開度使用情況集中在40％以內(nèi)，該設(shè)置方式極不合理，不滿足駕駛習(xí)慣。

此外，若采用“上凸型”動力輸出策略，能使電動汽車在絕大部分時間內(nèi)保持較優(yōu)的加速性能。然而，較優(yōu)的加速性能需要動力電池時刻提供較大的放電倍率。電池大的放電倍率不僅可能降低電池的使用壽命而且增加了電動汽車的能耗，降低電動汽車?yán)m(xù)航里程。

基于此，基于標(biāo)準(zhǔn)工況需求轉(zhuǎn)矩統(tǒng)計信息對“直線型”曲線修正，采用“下凹型”轉(zhuǎn)矩負(fù)荷系數(shù)和加速踏板開度曲線的控制方式，如圖5中虛線所示。由標(biāo)準(zhǔn)工況統(tǒng)計信息表明，雙電機(jī)動力系統(tǒng)的工況轉(zhuǎn)矩負(fù)荷率幾乎均在40％以內(nèi)，同時，為了對急加速或爬坡過程中實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，設(shè)置系統(tǒng)總負(fù)荷率為95％，剩余5％的轉(zhuǎn)矩負(fù)荷可用于轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，即加速踏板開度0-100％對應(yīng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩負(fù)荷率0-95％。

由以上k-l圖可得，采用本發(fā)明提出的“下凹型”轉(zhuǎn)矩負(fù)荷系數(shù)和加速踏板開度曲線的控制方式，電動汽車標(biāo)準(zhǔn)工況行駛過程中，大部分時間油門開度能覆蓋60％以內(nèi)，具有較好駕駛舒適性的同時，也具有較好的經(jīng)濟(jì)性。

汽車基本轉(zhuǎn)矩表示汽車為達(dá)到目標(biāo)車速而需要的轉(zhuǎn)矩，其輸出值的大小與汽車加速踏板開度(k)信息密切相關(guān)，駕駛員能通過控制加速踏板開度直接控制汽車轉(zhuǎn)矩的輸出。令k-l曲線滿足l＝f(k)，則有基本轉(zhuǎn)矩T_b滿足

T_b＝l·T_vmax＝f(k)·T_vmax

其中，T_vmax為車速v下電動汽車能提供的最大扭矩。

為快速準(zhǔn)確獲得電動汽車在車速v時能提供的最大扭矩T_vmax，需根據(jù)雙電機(jī)動力系統(tǒng)參數(shù)繪制基于汽車時速和車輪扭矩的等效驅(qū)動力圖，并對工作模式進(jìn)行劃分，如圖6所示。

在整個汽車行駛速度范圍內(nèi)，最大驅(qū)動力可按照車速分為五個區(qū)間：

1)電機(jī)M₁單獨(dú)驅(qū)動時的峰值恒扭矩驅(qū)動力：

2)電機(jī)M₁單獨(dú)驅(qū)動時的恒功率驅(qū)動力：

其中v滿足v₁表示電機(jī)M₁單獨(dú)驅(qū)動和轉(zhuǎn)矩耦合驅(qū)動驅(qū)動力相等時的車速。

3)雙電機(jī)轉(zhuǎn)矩耦合驅(qū)動時峰值恒扭矩驅(qū)動力：

其中v滿足

4)雙電機(jī)轉(zhuǎn)矩耦合驅(qū)動時恒功率驅(qū)動力：

其中v滿足

5)雙電機(jī)轉(zhuǎn)速耦合驅(qū)動時，最大驅(qū)動力由電機(jī)M₂決定，此時滿足：

其中v滿足

因此通過加速踏板開度值查表可獲得轉(zhuǎn)矩負(fù)荷系數(shù)，從而根據(jù)車速信息求得該車速下最大驅(qū)動力，進(jìn)而獲得電動汽車雙電機(jī)動力系統(tǒng)基本扭矩T_b。

(2)基于低能耗原則獲取補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩

綜合考慮汽車在爬坡或者急加速情況，對所得的基本轉(zhuǎn)矩進(jìn)行一定的補(bǔ)償，在保證電動汽車經(jīng)濟(jì)性的前提下，提高電動汽車的動力性。

為降低電動汽車能耗，本發(fā)明制定的轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償策略與踏板信息、道路信息、電機(jī)信息以及電池信息相關(guān)，如圖7所示。其中，踏板開度變化率和坡度信息最能反映急加速和爬坡情況，為電動汽車轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償提供信號支持。而動力電池和驅(qū)動電機(jī)作為整車驅(qū)動系統(tǒng)的核心，其實(shí)時信息為轉(zhuǎn)矩最優(yōu)補(bǔ)償提供約束條件。因此，綜合考慮以上因素對雙電機(jī)動力系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，是本發(fā)明需求轉(zhuǎn)矩獲取的核心思想。下面對以上信息做詳細(xì)說明。

1)電池信息：急加速或者爬坡過程中，對轉(zhuǎn)矩進(jìn)行補(bǔ)償時，需考慮此時電池SOC以及電池溫度T。電池SOC較低或放電電流過大，造成電池溫度過高時，較大的補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩容易造成電池放電過快，降低電動汽車?yán)m(xù)航里程，甚至?xí)档碗姵氐氖褂脡勖?，不宜對轉(zhuǎn)矩進(jìn)行補(bǔ)償。因此，本發(fā)明對雙電機(jī)動力系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償時需滿足以下兩個條件：

其中，SOC(t)表示動力電池實(shí)時剩余電量，SOC_lim表示電動汽車進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償時動力電池的臨界剩余電量，考慮到電動汽車動力電池最低SOC值為10％左右，本文設(shè)置SOC_lim為20％；T(t)表示動力電池實(shí)時溫度，T_lim表示電動汽車進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償時動力電池的臨界溫度。

2)電機(jī)信息：由電動汽車效率特性分析可知，電機(jī)工作區(qū)間對電動汽車能耗有著重要的影響。電機(jī)負(fù)荷率較低時，適當(dāng)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償可讓電機(jī)工作在更高效的區(qū)間。而在少數(shù)工作情況下，電機(jī)負(fù)荷率較高，不宜進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，否則會降低電機(jī)工作效率，不利于提高續(xù)航里程，甚至損壞電機(jī)。

因此，由基礎(chǔ)轉(zhuǎn)矩和此時最大轉(zhuǎn)矩獲得實(shí)時電機(jī)負(fù)荷率，通過對電機(jī)效率MAP圖的分析可知，當(dāng)電機(jī)負(fù)荷率γ超過60％時，進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償易造成電機(jī)效率降低。故發(fā)明對雙電機(jī)動力系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償時需滿足以下條件：

3)踏板信息：

踏板信息能在一定程度上反映急加速意圖，故補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩T_add1的大小一方面和加速踏板開度有關(guān)，另一方面與加速踏板開度變化率有關(guān)，即

其中dk/dt表示加速踏板開度變化率。

為根據(jù)加速踏板開度變化率對轉(zhuǎn)矩提供準(zhǔn)確有效的補(bǔ)償，對NEDC標(biāo)準(zhǔn)工況下加速踏板開度變化情況進(jìn)行統(tǒng)計分析結(jié)果如圖8所示。

采用本發(fā)明提供的“下凹型”動力輸出策略，其加速踏板開度變化率范圍為0-30％。但考慮到實(shí)際路況下的車輛的需求加速度要大于NEDC標(biāo)準(zhǔn)工況下的車輛需求加速度，即實(shí)際路況下的加速踏板開度變化率要大于NEDC標(biāo)準(zhǔn)工況下的加速踏板開度變化率。因此，本發(fā)明設(shè)定實(shí)際加速踏板開度變化率范圍2倍于NEDC工況下。即設(shè)置加速踏板開度變化率范圍為0-60％時進(jìn)行扭矩線性補(bǔ)償，大于60％時進(jìn)行恒扭矩補(bǔ)償。即開度變化率為0時，補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩為0；開度變化率為60％及以上時，以電動汽車能輸出的最大轉(zhuǎn)矩進(jìn)行補(bǔ)償。令a為加速踏板開度變化率系數(shù)，其變化范圍為0-100％，與踏板開度變化率成正比，如圖9所示。

考慮到汽車行駛低速時扭矩補(bǔ)償應(yīng)較大，高速時扭矩補(bǔ)償應(yīng)適當(dāng)減小的特點(diǎn)，符合電動汽車最大驅(qū)動力隨車速變化的趨勢。因此針對加速踏板信息所設(shè)定的補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩滿足：

其中，T_add1表示急加速補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩，T_b(k)表示車速v下加速踏板開度為k時所對應(yīng)的基礎(chǔ)轉(zhuǎn)矩，a表示加速踏板開度變化率系數(shù)，m₁為急加速比例系數(shù)。

4)道路信息：根據(jù)道路坡度情況實(shí)時對基礎(chǔ)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)償，有利于提高電動汽車的駕駛舒適性。同時，補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩與爬坡時加速踏板開度k有關(guān)。即補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩滿足

T_add2＝f(k,θ)

根據(jù)設(shè)計指標(biāo)的要求，雙電機(jī)動力系統(tǒng)電動車的最大爬坡度為30％。與急加速時轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償策略類似，設(shè)置坡度θ與坡度系數(shù)b滿足正比關(guān)系，如圖10所示。

因此，可得電動汽車爬坡時的補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩為：

T_add2＝(T_vmax-T_b(k))·b＝(T_vmax-T_b(k))·m₂θ

其中，m₂為爬坡比例系數(shù)。

故電動汽車滿足電池約束和電機(jī)約束條件時，可在急加速或者爬坡時進(jìn)行一定的轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，以保證電動汽車在良好經(jīng)濟(jì)性同時具有較好的動力性。

因此，通過計算電動汽車基礎(chǔ)轉(zhuǎn)矩及補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩可獲得雙電機(jī)動力系統(tǒng)實(shí)時需求轉(zhuǎn)矩T_req

優(yōu)選地，步驟2中，所述對轉(zhuǎn)矩耦合和轉(zhuǎn)速耦合兩種工作模式下兩個電機(jī)基于最小能耗原則實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩的最優(yōu)分配過程為：

雙電機(jī)動力系統(tǒng)具有四種不同的工作模式：電機(jī)M₁接太陽輪，M₂接齒圈，M₁單獨(dú)工作，低速大扭矩工況工作模式；電機(jī)M₁不接入，M₂接齒圈，M₂單獨(dú)工作，中速小扭矩工況工作模式；電機(jī)M₁、M₂接齒圈，轉(zhuǎn)矩耦合，中速大扭矩工況工作模式；電機(jī)M₁接太陽輪，M₂接齒圈，轉(zhuǎn)速耦合，高速工況工作模式。

為確定雙電機(jī)動力系統(tǒng)最優(yōu)工作模式，需根據(jù)電動汽車行駛工況對四種工作模式下的能耗進(jìn)行計算，計算流程如圖11所示。

駕駛員通過控制加速踏板開度以達(dá)到目標(biāo)車速，根據(jù)需求轉(zhuǎn)矩公式可獲得電動汽車行駛需求扭矩。對轉(zhuǎn)速耦合和轉(zhuǎn)矩耦合工作模式進(jìn)行兩個電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩分配，進(jìn)而計算各個工作模式的最小能量消耗，并對結(jié)果進(jìn)行對比，得出能耗最小的工作模式，即為雙電機(jī)動力系統(tǒng)等效驅(qū)動力圖上對應(yīng)工作點(diǎn)的最優(yōu)工作模式。

為實(shí)現(xiàn)雙電機(jī)動力系統(tǒng)高效運(yùn)行，需對轉(zhuǎn)矩耦合以及轉(zhuǎn)速耦合模式進(jìn)行動力分配。

(1)轉(zhuǎn)矩耦合模式轉(zhuǎn)矩分配策略

雙電機(jī)轉(zhuǎn)矩耦合模式下電機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速滿足：

其中，T₁、T₂分別表示電機(jī)M₁、電機(jī)M₂的轉(zhuǎn)矩，n₁、n₂分別表示電機(jī)M₁、電機(jī)M₂的轉(zhuǎn)速，T_i、v_i分別表示汽車在工作點(diǎn)i時的車輪驅(qū)動力和車速。

由于本發(fā)明提出雙電機(jī)動力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩耦合原理為電機(jī)M₁和電機(jī)M₂同時作用在齒圈上，故只要兩電機(jī)轉(zhuǎn)速滿足汽車車速，兩電機(jī)轉(zhuǎn)矩相對獨(dú)立，可在自己允許工作范圍內(nèi)任意組合。為實(shí)現(xiàn)最小能量消耗，制定了兩電機(jī)轉(zhuǎn)矩最優(yōu)分配流程，如圖12所示。

以上流程中，電機(jī)M₁初始轉(zhuǎn)矩T₁₀取電機(jī)M₁轉(zhuǎn)矩范圍的最小值，ΔT表示每一次迭代過程中電機(jī)M₁轉(zhuǎn)矩增量，取值為1N·m。且對應(yīng)電機(jī)M₂轉(zhuǎn)矩T_2i＝T_req-T_1i。通過以上迭代流程，可尋找出滿足車速v₀的最小能耗組合，其所對應(yīng)的兩個電機(jī)轉(zhuǎn)矩即為該情況下最優(yōu)轉(zhuǎn)矩組合。

(2)轉(zhuǎn)速耦合模式轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩分配策略

轉(zhuǎn)速耦合模式工作時電機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速滿足：

式中α表示行星齒輪特征參數(shù)。

由于采用雙電機(jī)轉(zhuǎn)速耦合驅(qū)動時，電機(jī)M₁和電機(jī)M₂轉(zhuǎn)矩之間存在固定比例。可通過需求轉(zhuǎn)矩對電機(jī)各自轉(zhuǎn)速進(jìn)行約束。以電機(jī)能耗消耗最低為原則制定雙電機(jī)轉(zhuǎn)速分配流程，如圖13所示。

其中，初始轉(zhuǎn)速n₁₀取電機(jī)M₁轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)最小轉(zhuǎn)速，Δn表示每一次迭代過程中電機(jī)M₁轉(zhuǎn)速增量，取為5r/min。

在滿足電機(jī)轉(zhuǎn)矩的基礎(chǔ)上，需確定電機(jī)M₁和電機(jī)M₂工作轉(zhuǎn)速范圍。根據(jù)需求轉(zhuǎn)矩可得出電機(jī)M₁和電機(jī)M₂扭矩，進(jìn)而確定各自工作轉(zhuǎn)速。

因此兩電機(jī)最高轉(zhuǎn)速滿足：

優(yōu)選地，步驟3中，所述雙電機(jī)動力系統(tǒng)的工作模式劃分過程為：

基于電動汽車最少能量消耗的原則對雙電機(jī)動力系統(tǒng)工作模式進(jìn)行劃分，即確定等效驅(qū)動力圖上不同工作點(diǎn)能量消耗最少的工作模式。

E＝min(E₁,E₂,E₃,E₄)

其中E₁、E₂、E₃、E₄分別為四種工作模式工作時消耗的能量。

(1)工作模式一能耗

工作模式一的動力系統(tǒng)能耗主要與電機(jī)工作效率和減速器效率有關(guān)。在滿足電機(jī)最高轉(zhuǎn)速和最大轉(zhuǎn)矩的基礎(chǔ)上，此時系統(tǒng)能耗主要指電機(jī)M₁的輸入能量，則有

其中，電機(jī)轉(zhuǎn)速扭矩因此模式一消耗能量為

式中，η₁表示電機(jī)M₁工作點(diǎn)處的實(shí)時效率，Δt表示電機(jī)實(shí)時效率所對應(yīng)時間點(diǎn)的鄰域范圍。

(2)工作模式二能耗

雙電機(jī)動力系統(tǒng)工作模式二能量消耗計算方法與工作模式一相同，在滿足電機(jī)最高轉(zhuǎn)速和最大轉(zhuǎn)矩的基礎(chǔ)上，則有

式中，η₂表示電機(jī)M₂工作點(diǎn)處的實(shí)時效率。故此時模式一和模式二能量消耗主要由電機(jī)實(shí)時效率決定。

(3)工作模式三能耗

在雙電機(jī)動力系統(tǒng)工作模式三中，電機(jī)M₁和電機(jī)M₂可通過協(xié)調(diào)各自的轉(zhuǎn)矩以滿足需求轉(zhuǎn)矩，此時兩者轉(zhuǎn)速隨著車速自動調(diào)節(jié)。因此，此時雙電機(jī)動力系統(tǒng)能耗由兩個電機(jī)能耗之和構(gòu)成，即

其中E_M1、E_M2分別表示電機(jī)M₁、電機(jī)M₂的能耗。每個電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩可根據(jù)上節(jié)提到的雙電機(jī)動力系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩耦合下兩個電機(jī)轉(zhuǎn)矩的分配策略得出。

(4)工作模式四能耗

工作模式四中行星機(jī)構(gòu)太陽輪和齒圈上轉(zhuǎn)矩存在固定關(guān)系，故只需通過調(diào)節(jié)各自轉(zhuǎn)速以滿足車速要求。此時雙電機(jī)動力系統(tǒng)能耗由電機(jī)M₁電機(jī)M₂能耗共同組成。

每個電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩可根據(jù)前述雙電機(jī)動力系統(tǒng)轉(zhuǎn)速耦合下兩個電機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速的分配策略得出。

因此，根據(jù)以上各個模式能耗計算方法對等效驅(qū)動力圖中各個工作點(diǎn)能耗進(jìn)行計算，可確定在車速v_i和需求轉(zhuǎn)矩T_i的情況下，消耗的能量最小的工作模式。選擇各個工作點(diǎn)上能耗最小的工作模式作為電動汽車工作模式，從而實(shí)現(xiàn)對等效驅(qū)動力圖進(jìn)行模式劃分。

優(yōu)選地，步驟3中，所述驗證雙電機(jī)動力系統(tǒng)控制策略可靠性采用的是MATLAB/Simulink仿真分析：

雙電機(jī)動力系統(tǒng)仿真模型主要包括工況模型、駕駛員模型、整車動力學(xué)模型、主傳動系統(tǒng)模型、行星耦合機(jī)構(gòu)模型、控制策略模型、電機(jī)模型以及電池模型。借助MATLAB/Simulink模塊依次對各個模塊進(jìn)行建模，以對雙電機(jī)動力系統(tǒng)性能進(jìn)行仿真分析。正向仿真流程如圖14所示。

附圖說明

圖1雙電機(jī)動力耦合系統(tǒng)

圖2雙電機(jī)動力系統(tǒng)控制策略總體框架

圖3需求轉(zhuǎn)矩的計算流程

圖4 NEDC工況踏板開度

圖5踏板開度與負(fù)載系數(shù)曲線

圖6等效驅(qū)動力圖

圖7轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償影響因素

圖8 NEDC工況踏板開度變化率

圖9踏板開度變化率與開度變化率系數(shù)關(guān)系

圖10坡度系數(shù)曲線

圖11工作模式劃分流程

圖12轉(zhuǎn)矩分配流程

圖13轉(zhuǎn)速分配流程

圖14正向仿真流程

圖15轉(zhuǎn)矩分配策略

圖16轉(zhuǎn)速分配策略

圖17工作模式劃分

圖18車速跟蹤情況

圖19工況扭矩補(bǔ)償

圖20工作模式隨時間切換情況

圖21電機(jī)M₁轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩

圖22電機(jī)M₂轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩

圖23工況NEDC電池SOC

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)該理解為本發(fā)明上述主題范圍僅限于下述實(shí)施例。在不脫離本發(fā)明上述技術(shù)思想的情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識和慣用手段，做出各種替換和變更，均應(yīng)包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。

本實(shí)施例以重慶某汽車有限公司某型號純電動車為研究對象，其動力性指標(biāo)為：最高車速v_max為120km/h，百公里加速時間a_t為18s，最大爬坡度I_max為30％。該電動汽車整車基本參數(shù)如表1所示，并對其進(jìn)行雙電機(jī)動力系統(tǒng)參數(shù)匹配，如表2所示。

表1整車參數(shù)

表2動力系統(tǒng)參數(shù)

根據(jù)雙電機(jī)動力系統(tǒng)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩分配方法獲得以下數(shù)據(jù)：

圖15表示雙電機(jī)轉(zhuǎn)矩分配策略表部分?jǐn)?shù)據(jù)，其中行表示轉(zhuǎn)矩耦合工作時汽車車輪需求扭矩，列表示目標(biāo)時速范圍，表格中對應(yīng)的數(shù)值表示轉(zhuǎn)矩耦合時，電機(jī)M₁轉(zhuǎn)矩分配值，電機(jī)M₂轉(zhuǎn)矩可通過計算得到，此時電動汽車能耗最低。

圖16表示電動汽車轉(zhuǎn)速分配策略表，圖中對應(yīng)數(shù)值為效率較高時電機(jī)M₁所分配的轉(zhuǎn)速，電機(jī)M₂的轉(zhuǎn)速可通過計算可得。

對等效驅(qū)動力圖進(jìn)行模式劃分，具體劃分情況如圖17。

根據(jù)電動汽車仿真模型，輸入動力系統(tǒng)參數(shù)，以NEDC標(biāo)準(zhǔn)工況為例進(jìn)行仿真。圖18為雙電機(jī)動力系統(tǒng)工況車速跟隨情況，從圖中可看出整個工況過程中，汽車車速跟隨較好，同時在加速過程中具有一定的補(bǔ)償能力，具體補(bǔ)償情況如圖19所示。

采用雙電機(jī)動力系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動時，根據(jù)工況車速以及需求扭矩信息，基于兩電機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速分配規(guī)則，自動匹配雙電機(jī)的不同工作模式，從而在滿足動力需求的同時保證了較低的能耗。在仿真過程中，雙電機(jī)動力系統(tǒng)工作模式隨著NEDC工況切換情況如圖20所示，其中“0”表示汽車停車狀態(tài)；“1—4”分別表示四種工作模式。

因此，根據(jù)行駛過程中雙電機(jī)動力系統(tǒng)工作模式，可明確兩個電機(jī)工作轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩情況，如圖21、圖22所示。

通過以上仿真分析可知采用雙電機(jī)動力系統(tǒng)，電動汽車可滿足汽車道路行駛要求。同時，基于電池剩余電量對雙電機(jī)動力系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，NEDC工況下電池剩余電量曲線，如圖23所示。在電池SOC為10％時，雙電機(jī)動力系統(tǒng)的電動汽車行駛里程為189.2km，較原車采用單電機(jī)動力系統(tǒng)續(xù)航里程170km具有一定的提升。