基于能耗视角下纯电动汽车双电机动力系统控制策略分析

陈立新，陶崇瑾

（酒泉职业技术学院，甘肃 酒泉 735000）

1 双电机动力系统控制框架分析

想要实现及时高效控制双电机动力系统的目标，首先需要做到的就是从加速踏板的开度以及车速等信息出发，将汽车所需的扭矩精准确定，并以此为基础将电机的转速以及转矩分配策略确定下来，以便显著提升电动汽车的经济性和动力性。这个双电机动力系统控制策略具体是以下的两个方面组成。

（1）计算所需转矩。从驾驶人员在加速踏板上的控制工作信息出发，并同步考虑包含瞬时车速及道路坡度等在内的车辆状态信息，以及包含电机启停和转矩转速等在内的电机状态和包括温度以及剩余电量等在内的电池信息，借助计算机中设定的算法进行转矩计算工作。

（2）分配转速转矩以及划分工作模式。在转矩结果计算出来之后，在始终坚持能耗最低的原则下，针对转速耦合的两种工作模式下的双电机做到最优分配转矩转速，并以此为基础，寻求一个双电机动力系统中各个工作点能耗最低的工作模式。

2 纯电动汽车基本转矩需求的确定

纯电动汽车基本转矩主要依靠加速踏板开度来确定，车辆运行过程中加速踏板开启40%之下的情况，将会占据到整车工况的90%多，这种设置方式无论是在经济性还是动力性上都是不合理的，同时，也和人们的驾驶习惯有所冲突。但是，需要注意的一点就是，越是优越的加速性能，就需要动力电池提供较大的放电速率，必然会导致动力电池长期处于一种较大放电速率的状态下，不但会降低动力电池的实际的使用寿命，同时，也会进一步增加电动汽车的能耗，从而导致电动汽车的巡航里程有所下降。由此出发，在坚持能耗最低原则基础上，需要将之前的从标准工况出发计算扭矩的直线型曲线修正为下凹形的计算曲线，并以此为基础计算出基本转矩和加速踏板的开启曲线。从电动汽车的标准工况出发，根据相关实验数据显示，在电动汽车的正常行驶过程中，大部分时间内加速踏板的开度覆盖基本维持在60%之内，在这种情形下，借助下凹形计算曲线就可以很好地保障经济性以及动力性二者之间的平衡。

3 基于能耗视角下的双电机动力系统的控制策略

3.1 基于低能耗原则的转矩补偿策略

为了提升电动汽车在爬坡以及急加速状况下的动力性，需要补偿基本转矩。同时也为了提升电动汽车经济性，这个转矩补偿策略需要同时兼顾加速踏板信息、路况信息、电机及电池信息。在这其中，对于急加速以及爬坡情况反映最为精准的就是加速踏板的开度变化率以及坡度信息。同时，这两项信息也为补偿电动汽车的转矩提供相应的信号支持，而动力电池以及驱动电机二者的实时信息则是最优化补偿转矩的约束条件。当电动汽车处于急加速或者是爬坡状态下的时候，在补偿转矩的过程中需要考虑电池及其温度因素，在电池电量较大或者是放电电流较大的情况下，电池温度就会出现显著的升高，这个时候如若补偿的转矩过大则会导致电池的放电速度过快，会导致汽车的续航里程以及电池的使用寿命有所降低，为此，补偿转矩的过程中，需要注意如下的两个约束条件：①动力电池的剩余实时电量需要大于等于补偿转矩时动力电池的最小剩余数值。在正常情况下，电动汽车的动力电池剩余电量为10%左右的时候就是其动力值最小的情况，因此，这个补偿转矩时动力电池的最小剩余数值需要维持整体电量的20%；②电动汽车动力电池的实时温度数值需要小于补偿转矩之时的动力电池临界温度。

除此之外，对电动汽车能耗影响较高的另一因素就是电机的工作区间。当电机处于较低负荷率状态下的时候，合理适当的补偿转矩可以很好的让电机保持在高效工作区间。而当电机处于较高负荷率的状况下不可以补偿转矩，如果继续补偿转矩，反而会拉低电机的工作效率，不但会在续航里程提升方面产生反作用，甚至于会烧坏电机。通过深入分析电机效率MAP图不难得出，在电机的实际负荷大于60%的时候，补偿转矩很容易导致电机效率的降低，换言之，在补偿转矩的过程中，电机的实际负荷率需要小于等于60%。与此同时，加速踏板信息能在一定程度上反映出汽车急加速的意图，换言之，转矩补偿的数值大小和加速的踏板开度以及加速踏板开度的变化率有必然联系。借助下凹形动力输出策略的过程中加速踏板的开度变化率维持在0~30%之间，但是，因为实际行驶中的车辆需求加速度略大于标准加速度，补偿转矩的加速踏板开度变化率维持在0~60%之间即可。

3.2 转矩分配策略

双电机的动力系统在转矩耦合工作模式下，两个电机会同时作用于齿圈上，由此出发，只要在两个电机的转速完全满足汽车车速的情况下，两个电机转矩就会变为相对独立状态，此时就可以在允许的工作范围内进行电机之间的任意组合。借助之前转矩补偿环节中的数据，经过计算之后得出，在电动汽车处于转矩耦合工作状态的时候，其车轮扭矩范围是300~1200Nm之间，与之相对应的汽车时速范围是30~90km/h之间。

4 结 语

电动汽车的出现也是一种顺应可持续发展及环境保护的表现，必须兼顾经济性和动力性两大衡量指标，为破解二者之间的矛盾，应充分考虑电机、电池、温度等诸多影响功能，提出了双电机动力系统控制策略，在分析其框架体系的基础上，就如何确定电动汽车转矩进行了解析，并说明了转矩的补偿及分配策略，以期为今后的双电机动力系统控制提供一些参考。