双电机一体化纯电动乘用车动力分配策略优化方法技术

本发明专利技术涉及一种双电机一体化纯电动乘用车动力分配策略优化方法，属于动力分配领域。通过合理的选择双电机一体化纯电动汽车的相关参数，分别应用基于优化方法的动力分配策略(包括动态规划策略和瞬时能耗最小策略)和基于规则的动力分配策略(双电机等转矩分配策略和主辅电机转矩分配策略)共4种策略进行相关的工况仿真，对比找出纯电动乘用车动力分配的最优策略，即瞬时优化应作为一体化双电机纯电机汽车动力模式分配的最佳方法。

Optimal Method of Power Distribution Strategy for Dual-motor Integrative Pure Electric Passenger Vehicle

【技术实现步骤摘要】
双电机一体化纯电动乘用车动力分配策略优化方法
本专利技术属于动力分配领域，涉及双电机一体化纯电动乘用车动力分配策略优化方法。
技术介绍
伴随着20世纪以来迅猛的工业化浪潮，人类正面临着越来越严峻的能源危机环境危机和生态危机，人们已经深刻认识到绿色节能低碳的生产生活方式是可持续发展的需要。大力发展电动汽车正是缓解和应对上述危机的重要手段，已成为汽车工业界的共识在公交车领域，纯电动汽车因零排放低噪声和不依赖化石燃料等优点而倍受青睐随着技术的进步，纯电动汽车在驱动形式上越来越多样化，既有集中式驱动，也有基于轮边电机、轮毂电机等分布式驱动形式，而集中式驱动又可根据电机数量和构型划分为单电机和双电机等类型这些构型不仅丰富了纯电动汽车的动力结构，也给其动力模式的优化提供了更多选择本文中的研究对象为一款已应用于城市公交领域的双电机一体化纯电动汽车，该动力系统由功率不同的两个电机组成一体化总成向外输出动力与传统的单电机形式相比，在坡道较多的道路上不使用变速器；且该动力系统在增大驱动系统功率的同时，提高了驱动的可靠性，当某一电机出现故障时，另一电机还可继续工作此外，与两个电机简单串联而成的双电机系统相比，一体化双电机系统的轴线尺寸更加紧凑，可节省布置空间并降低系统质量双电机一体化动力系统的上述优点使其受到了市场的高度关注。对含两个动力源的能量转换系统，为实现最小的能耗，需要进行动力的优化分配常见的动力分配策略有基于规则和基于优化理论的控制策略基于规则的策略即按照预先设定的模式进行动力或能量的分配基于优化理论的控制策略包括动态规划(dynamicprogramming，DP)等效能耗最小化策略和基于庞特里亚金极小值原理的策略动态规划是电动汽车能量或动力分配问题中应用最广泛的全局优化方法，已成为衡量其它策略的标准，但它要求事先给出行驶工况的信息另外，动态规划具有计算时间长精度依赖于状态变量网格划分的疏密程度和插值方法等不足之处而瞬时能耗最小策略(instantaneousconsumptionminimumstrategy，ICMS)能克服动态规划的难以实时应用的缺点，但其不足之处是在能耗方面逊色于全局优化因此，有必要对DP和ICMS两种策略进行比较并权衡两者的利弊同时，基于全局优化和瞬时优化的动力分配策略两者之间的关系也需要进一步分析另外，针对一体化双电机纯电动汽车，基于优化方法的动力分配策略与双电机等转矩分配(symmetrictorquedistribution，STD)主辅电机分配(main-auxiliarydistributionMAD)等基于规则的策略之间的能耗差异也需要对比。基于上述考虑，本专利技术中针对双电机一体化纯电动汽车的动力分配问题展开研究，分别应用双电机等转矩分配策略主-辅动力分配策略基于动态规划的动力分配策略和基于瞬时能耗最小的动力分配策略共4种策略进行车辆的能耗分析，并对4种策略进行对比，从而得出一种最优动力分配方案。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种双电机一体化纯电动乘用车动力分配策略优化方法，从而提升纯电动汽车的动力性和续航能力。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：双电机一体化纯电动乘用车动力分配策略优化方法，该方法包括以下步骤：S1：构建双电机一体化纯电动汽车模型；S2：分析双电机等转矩动力分配策略；S3：分析双电机主辅动力分配策略；S4：分析全局优化的动力分配策略；S5：分析瞬时优化的动力分配策略；S6：动力分配策略对比分析。进一步，在所述S1中，对整车结构与参数、电机模型、电池模型和整车动力学模型进行假设；电机模型两个驱动电机均为永磁同步电机，大电机效率表示为转矩和转速的函数：η1＝μ1(T1,n1)式中：η1为大电机效率；T1和n1分别为大电机的输出转矩和转速；小电机效率表示为转矩和转速的函数：η2＝μ2(T2,n2)式中：η2为小电机的效率；T2和n2分别为小电机的输出转矩和转速；电池看作由开路电压Uoc和等效内阻Rb串联组成的电路，且两者表示为SOC的函数：考虑内阻功耗的电池系统功率平衡方程为：Pbat＝Pb+P1式中：Pbat为电池总电耗；Pb为负载端电耗；P1为电池内部能耗；整车动力学模型中根据整车行驶过程中的功率平衡关系，得到如下方程：式中：P1'和P2'分别为大小电机消耗的电功率；P1和P2分别为大小电机的输出功率；Pr为驱/制动需求功率；Paux为包含转向电机和制动压缩机等附件消耗的电功率；m为车辆质量；g为重力加速度；f为滚动阻力系数；Cd为空气阻力系数；A为迎风面积；v为车速；δ为旋转质量换算系数；T为传动系统的机械效率；大小电机的转速n1和n2在不同工作模式下满足：进一步，在所述S2中，等转矩动力分配策略是指整车控制单元对大小两个电机发出相同的转矩命令，即：T1＝T2＝Tc式中Tc为整车控制器的命令转矩；因两个电机同轴而具有相同的转速，故驱/制动需求功率Pr为：且存在如下关系：则有：进一步，在所述S3中，电机主辅动力分配策略为：根据需求转矩与主电机能输出的最大转矩进行判断；如果需求转矩大于主电机最大转矩，则主电机以最大转矩输出，剩余需求转矩由辅助电机提供；反之，主电机输出需求转矩具体公式表达如下：且有：式中：Tmaxl为主电机最大转矩；为主电机外特性函数；n为电机输出轴转速；Tr为电机输出轴需求转矩。进一步，在所述S4中，将双电机一体化汽车的能量消耗过程看成一个动力系统，则系统动力学方程表示为：x＝f(x,u)式中：x为状态变量；u为输入变量；f为状态方程；选择电池的SOC为状态变量，则由电池模型得状态方程为：SOC＝f(SOC)由电池电流得选择大电机的输出功率为系统的输入变量，即：U＝P1另外，整车瞬时电耗表示为：即瞬时电耗归纳为：式中Δt为时间步长，计算中取值为1s；基于Bellman最优性原理，以整个行程中消耗的电能最小化为目标函数，建立离散形式的动态规划表达式：当k＝kmax时当k≤kmax-1时式中：i,h和k分别为指标量；P1,i为大电机的第i个输出功率；SOCh为第h个SOC离散值；Jk为第k阶段且第h个SOC离散值下到终止阶段的最小累计能耗值。进一步，在所述S5中，瞬时优化以当前步的电耗最小为目标函数，即等价于当前步的功率最小，即大小电机的最优功率选择为：式中：T1,i和P1,i为大电机可能输出的转矩和对应的功率；T2,i和P2,i为小电机可能输出的转矩和对应的功率；I和J分别为指标序列i和j的集合同时易知大小电机的功率满足如下条件：Pr,k＝P1,i+P2,j式中Pr,k为第k步的驱动或制动需求功率。进一步，在所述S6中，综合考虑S2～S5中的4种动力分配策略，在一定循环下电耗和行程终了的SOC值。本专利技术的有益效果在于：全局优化和瞬时优化结果一致，它的原因为：该双电机一体化纯电动汽车具有单一的能量源，即磷酸铁锂电池(而非包含电池和燃料的混合动力系统)；整个行驶工况中每个步长的能量分配不会对将来的动力分配产生的电耗造成影响，是互相独立的事件，即第k步的动力分配决策不会影响到第k+1，k+2，……，kmax步的决策从而使全局优化具有和瞬时优化相同的结果，即全局优化退化为瞬时优化。从使用的角度来看，DP算法要求事先给出工况，而瞬本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.双电机一体化纯电动乘用车动力分配策略优化方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：S1：构建双电机一体化纯电动汽车模型；S2：分析双电机等转矩动力分配策略；S3：分析双电机主辅动力分配策略；S4：分析全局优化的动力分配策略；S5：分析瞬时优化的动力分配策略；S6：动力分配策略对比分析。

【技术特征摘要】
1.双电机一体化纯电动乘用车动力分配策略优化方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：S1：构建双电机一体化纯电动汽车模型；S2：分析双电机等转矩动力分配策略；S3：分析双电机主辅动力分配策略；S4：分析全局优化的动力分配策略；S5：分析瞬时优化的动力分配策略；S6：动力分配策略对比分析。2.如权利要求1所述的双电机一体化纯电动乘用车动力分配策略优化方法，其特征在于：在所述S1中，对整车结构与参数、电机模型、电池模型和整车动力学模型进行假设；电机模型两个驱动电机均为永磁同步电机，大电机效率表示为转矩和转速的函数：η1＝μ1(T1,n1)式中：η1为大电机效率；T1和n1分别为大电机的输出转矩和转速；小电机效率表示为转矩和转速的函数：η2＝μ2(T2,n2)式中：η2为小电机的效率；T2和n2分别为小电机的输出转矩和转速；电池看作由开路电压Uoc和等效内阻Rb串联组成的电路，且两者表示为SOC的函数：考虑内阻功耗的电池系统功率平衡方程为：Pbat＝Pb+P1式中：Pbat为电池总电耗；Pb为负载端电耗；P1为电池内部能耗；整车动力学模型中根据整车行驶过程中的功率平衡关系，得到如下方程：式中：P1'和P2'分别为大小电机消耗的电功率；P1和P2分别为大小电机的输出功率；Pr为驱/制动需求功率；Paux为包含转向电机和制动压缩机等附件消耗的电功率；m为车辆质量；g为重力加速度；f为滚动阻力系数；Cd为空气阻力系数；A为迎风面积；v为车速；δ为旋转质量换算系数；T为传动系统的机械效率；大小电机的转速n1和n2在不同工作模式下满足：3.如权利要求1所述的双电机一体化纯电动乘用车动力分配策略优化方法，其特征在于：在所述S2中，等转矩动力分配策略是指整车控制单元对大小两个电机发出相同的转矩命令，即：T1＝T2＝Tc式中Tc为整车控制器的命令转矩；因两个电机同轴而具有相同的转速，故驱/制动需求功率Pr为：且存在如下关系：则有：4.如权利要求1所述的双电机一体化纯电动乘用车动力分配策略优...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡晓松，刘波，解少愽，唐小林，
申请(专利权)人：重庆大学，重庆长安新能源汽车科技有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50