Energy efficiency optimization of electric vehicle driven by in-wheel motors

Electric vehicle is considered to be the solution for energy and environment crisis, but it’s still not competitive enough with conventional vehicles because of the limited energy density and high cost of the power battery. So the energy efficiency is of the most importance for the control of electric vehicles. This paper looks into the energy efficiency optimization problem of electric vehicle driven by four in-wheel motors by developing a comprehensive energy efficiency model of the permanent magnet synchronous motor including the inverter. The calculated efficiency agrees with the measured data quite well. Based on the power loss analysis, the conclusion is drawn that in all driving or braking conditions the total torque requirement should be distributed evenly to all the motors in order to maximize the energy efficiency for electric vehicles driven by permanent magnet synchronous in-wheel motors. Vehicle test results show that the energy efficiency of the evenly distributed torque control is higher than the control strategy proposed by control allocation in literature.     

Dynamics characteristics analysis and control of FWID EV

Compared with internal combustion engine (ICE) vehicles, four-wheel-independently-drive electric vehicles (FWID EV) have significant advantages, such as more controlled degree of freedom (DOF), higher energy efficiency and faster torque response of an electric motor. The influence of these advantages and other characteristics on vehicle dynamics control need to be evaluated in detail. This paper firstly analyzed the dynamics characteristics of FWID EV, including the feasible region of vehicle global force, the improvement of powertrain energy efficiency and the time-delays of electric motor torque in the direct yaw moment feedback control system. In this way, the influence of electric motor output power limit, road friction coefficient and the wheel torque response on the stability control, as well as the impact of motor idle loss on the torque distribution method were illustrated clearly. Then a vehicle dynamics control method based on the vehicle stability state was proposed. In normal driving condition, the powertrain energy efficiency can be improved by torque distribution between front and rear wheels. In extreme driving condition, the electric motors combined with the electro-hydraulic braking system were employed as actuators for direct yaw moment control. Simulation results show that dynamics control which take full advantages of the more controlled freedom and the motor torque response characteristics improve the vehicle stability better than the control based on the hydraulic braking system of conventional vehicle. Furthermore, some road tests in a real vehicle were conducted to evaluate the performance of proposed control method.     

分布式驱动电动汽车回馈制动失效的液压补偿控制

分布式驱动电动汽车各驱动轮转速和转矩可以单独精确控制,便于实现整车动力学控制和制动能量回馈,从而提升车辆的主动安全性和行驶经济性。但车辆在回馈制动过程中,一旦1台电机突发故障,其他电机产生的制动力矩将对整车形成附加横摆力矩,从而造成车辆失稳,此时虽可通过截断异侧对应电机制动力矩输出来保证行驶方向,但会使车辆制动力大幅衰减或丧失,同样不利于行车安全。为了解决此问题,提出并验证一种基于电动助力液压制动系统的制动压力补偿控制方法,力图有效保证整车制动安全性。以轮毂电机驱动汽车为例,首先建立了整车动力学模型以及轮毂电机模型,通过仿真验证了回馈制动失效的整车失稳特性以及电机转矩截断控制的不足;然后,建立了电动助力液压制动系统模型,并通过原理样机的台架试验验证了模型的准确性;接着,基于滑模控制算法设计了制动压力补偿控制器,并在单侧电机再生制动失效后的转矩截断控制基础上完成了液压制动补偿控制效果仿真验证;最后,通过实车试验证明了所提控制方法的有效性和实用性。研究结果表明：在分布式驱动电动汽车单侧电机再生制动失效工况下,通过异侧电机转矩截断控制和制动系统的液压主动补偿,能够使车辆快速恢复稳定行驶并满足制动强度需求。     

Lateral stability control of dynamic steering for dual motor drive high speed tracked vehicle

In this paper, the torque and power required by dual motors for electric tracked vehicle during dynamic steering maneuvers with different steering radiuses are analyzed. A steering coupling drive system composed of a new type of center steering motor, two Electromagnetic (EM) clutches, two planetary gear couplers, and two propulsion motors is proposed for the dual motors drive high speed electric tracked vehicle (2MHETV), which aims to improve its lateral stability. An average torque direct distribution control strategy based on steering coupling and an optimization-distribution-based close-loop control strategy are designed separately to control the driving torque or regenerative braking torque of two propulsion motors for vehicle stability enhancement. Then models of the 2MHETV and the proposed control strategy are established in Recudyn and Matlab/Simulink respectively to evaluate the lateral stability of dynamic steering for the 2MHETV with different steering radiuses on hard pavement.The simulation results show that the lateral stability of the 2MHETV can be significantly improved by the proposed optimization-distribution-based close-loop control strategy based on steering coupling system.     

基于系统效率最优的CVT混合动力轿车转矩优化分配方法

无级变速器CVT消除了挡位概念,其速比在一定范围内连续可调。配备CVT的混合动力汽车能够实现动力源转矩和传动系统的优化匹配。针对此问题,提出了基于系统效率最优的CVT中度混合动力轿车动力源转矩优化分配方法:。该方法:综合考虑了各个关键部件的效率,以混合动力系统的总体效率为优化目标,以车速、车辆加速度、电池SOC为状态变量,优化分配了驱动工况下各动力源输出转矩,为整车能量管理策略的制定奠定了基础。     

分布式电驱动车辆力矩分配控制研究现状综述

分布式电驱动车辆具有控制灵活度高、传动链短、结构紧凑、传动效率高、空间布置利用率高等特点,独特的结构特点与驱动方式令其在充分挖掘车辆动力学控制潜力、增强车辆安全性、提升驱动效率、简化底盘结构等方面带来明显的技术革新,为高性能车辆控制技术提供硬件载体。然而,作为过驱动、多约束、车辆纵向-横向-垂向运动行为强非线性耦合系统,分布式电驱动车辆在车辆动力学控制、车辆行驶经济性控制、协同控制等方面仍面临理论与技术挑战。基于此,综合国内外前沿分布式电驱动车辆力矩分配控制策略研究,主要从控制框架、稳定性控制、能效控制、兼顾稳定性与经济性控制4个方面重点阐述当前发展现状,设计并对比分析应用案例,从不同角度对力矩分配的发展方向进行展望,旨在为先进分布式电驱动车辆高性能力矩分配控制器开发提供参考。     

Lateral handling improvement with dynamic curvature control for an independent rear wheel drive EV

The integrated longitudinal and lateral dynamic motion control is important for four wheel independent drive (4WID) electric vehicles. Under critical driving conditions, direct yaw moment control (DYC) has been proved as effective for vehicle handling stability and maneuverability by implementing optimized torque distribution of each wheel, especially with independent wheel drive electric vehicles. The intended vehicle path upon driver steering input is heavily depending on the instantaneous vehicle speed, body side slip and yaw rate of a vehicle, which can directly affect the steering effort of driver. In this paper, we propose a dynamic curvature controller (DCC) by applying a the dynamic curvature of the path, derived from vehicle dynamic state variables; yaw rate, side slip angle, and speed of a vehicle. The proposed controller, combined with DYC and wheel longitudinal slip control, is to utilize the dynamic curvature as a target control parameter for a feedback, avoiding estimating the vehicle side-slip angle. The effectiveness of the proposed controller, in view of stability and improved handling, has been validated with numerical simulations and a series of experiments during cornering engaging a disturbance torque driven by two rear independent in-wheel motors of a 4WD micro electric vehicle.     

一种提高轮边驱动客车经济性的驱动控制方法

轮边驱动电动客车采用4个永磁同步电机,通过减速器将驱动力传递至驱动轮。合适的转矩分配控制策略可以提升行车经济性。以轮边驱动电动客车为研究对象,采用加速踏板平滑处理和基于电机电动效率Map图的转矩优化分配方法,并通过AVL Cruise/Simulink联合仿真、dSPACE硬件在环和实车试验进行验证。结果表明,相比于平均转矩分配,采用加速踏板平滑处理和基于电机电动效率Map图的转矩最优分配方法可降低2.35%的能耗,且该控制算法在硬件在环和实车试验中有着较好的实时性,能够满足实车行驶的需求。     

纯电动物流车用PMSM降开关损耗控制

物流车是城市内部运送货物的重要交通工具,具有运行距离短、启停频率高、运行时间长的特点。城市内部物流车都逐步采用纯电动物流车代替传统的燃油车。针对物流车运行特点,文章对电动物流车电机控制算法进行优化,在考虑不同工况下使用不同的开关频率,降低开关损耗,减少控制器发热。通过对降低开关损耗控制方法与传统控制方法在不同车辆运行工况下对比,电机控制器发热均有所降低,同时电机控制器效率有所增加。     

电动汽车纯电里程试验的主要影响因素研究

随着电动车纯电里程的提升,干扰因素对纯电里程试验的影响也被进一步放大,导致纯电里程测试结果更容易产生较大偏差.文章介绍了纯电里程的分布规律,从能量流角度分析了潜在的影响因素,并重点针对影响转鼓加载的转鼓滑行前的热车时间、磨合里程以及转鼓滑行电机出扭一致性进行了研究.结果表明:转鼓滑行前的热车时间影响滑行时的车辆内阻,易...     

基于增益功率燃油系数的HEV能量管理策略

为了优化等效燃油最小能量管理策略的节油效果，以适用于工程批量应用为导向，制定基于增益功率燃油系数的混合动力汽车(HEV)能量管理策略。基于瞬时优化原理，提出基于增益功率燃油系数的工作模式决策机制，根据电机发电或电动引起的发动机功率与燃油消耗率的变化关系，分别给出电机充电和放电模式下增益功率燃油系数的计算方法。考虑发动机扭矩瞬态快速变化对油耗的影响和电机及电池包充放电效率特性，提出发动机高效区域扭矩滞回控制方法，建立基于增益功率燃油系数的能量管理策略算法架构。基于MATLAB/Simulink搭建控制策略软件模型，通过转鼓试验台进行实车试验验证。研究结果表明：相对于等效燃油最小能量管理策略，基于增益功率燃油系数的能量管理策略提升了节油率和舒适性，在全球轻型汽车测试循环(WLTC)工况下的百公里油耗降低了约4.8%，发动机的启停次数降低了约53%；相对于有效燃油消耗率(BSFC)最优工作点控制方法，发动机高效区域滞回控制方法降低百公里油耗约1.8%；与采用基于动态规划的全局优化能量管理策略的仿真结果对比，在不能提前预知工况的条件下，制定的能量管理策略在WLTC工况与新标欧洲测试循环(NEDC)工况下的油耗与理论最优值差距均较小。     

基于功能安全的分布式驱动电动汽车前轮失效补偿控制

分布式驱动电动汽车可以实现四轮转矩分配和差动转向,提升整车的动力学控制性能和经济性,但是四轮转矩独立可控的特点也对功能安全提出挑战。当前轮单侧电机出现执行器故障失效情况时,不仅会产生附加横摆力矩降低车辆安全性,差动转向功能的存在还会使车辆严重偏航。基于此,在设计分布式驱动-线控转向一体化底盘的基础上,基于功能安全提出一种分布式驱动电动汽车前轮失效补偿控制策略。首先建立分布式驱动失效动力学模型,分析前轮失效对车辆状态的影响机理,发现单一的驱动转矩截断控制无法满足车辆状态修正需求;其次设计一套备用的线控转向结构,通过变截距滑模控制算法提高切换状态下线控转向系统的转角跟踪性能,并用台架试验验证跟踪的准确性;然后设计自适应失效诊断观测器实时诊断驱动系统的电机故障,在将对应轮进行驱动转矩截断后,通过模型预测控制算法对车轮转矩重新分配实现纵向和侧向的状态跟踪;最后通过仿真和实车试验验证所提失效补偿控制策略的有效性和可用性。研究结果表明：分布式驱动电动汽车前轮单侧电机失效后,备用的线控转向系统能及时矫正前轮转角,所提出的失效补偿控制策略能够快速恢复车辆的稳定性和路径跟踪能力。     

分布式驱动电动汽车动力学集成控制研究进展及趋势

分布式驱动电动汽车具有四轮可独立控制和响应速度快等突出优势，对增强车辆操纵稳定性、安全性和经济性具有重要的意义。但车辆是一个非线性、强耦合的系统，需研究解决各个控制器相互耦合、过驱动系统复杂性和不确定性等核心问题，这依赖于多维 （纵向、横向和垂向） 集成控制模式和容错控制。对现有研究进行分类和总结，从传统单一维度控制到多维集成控制，综述分布式驱动电动汽车的关键技术和发展现状，重点归纳了汽车动力学集成控制的多层结构及其应用，特别是集成了纵向-横向-垂向动力学的综合控制。最后对分布式驱动电动汽车动力学控制系统所面临的挑战提出了一些建议。     

一种动态抑制驱动电机转速波动的控制系统

根据驱动电机系统在纯电动轿车中的应用特性,在复杂工况下,对整车行驶过程中的转矩需求值、速度变化值等参数进行分析,基于模糊控制算法思想,模拟道路路况和驾驶员意愿,线性化调节扭矩补偿值,有效抑制车辆的低速抖动,提高车辆的行驶平稳性。     

分布式驱动电动汽车转矩节能优化分配

为了提高分布式驱动电动汽车的经济性和续航里程,对4个轮毂电机驱动转矩优化分配问题进行研究。通过轮毂电机台架试验得到轮毂电机的驱动效率特性,分析转矩优化分配实现节约整车能耗的可行性;建立侧重提高电机效率的目标函数,使电机转矩处于电机效率Map图中的高效区;建立侧重提高电机响应速度的目标函数,减小转矩分配瞬间电流波动过大带来的能耗;基于模糊理论设计以电机效率为变量的权重函数,实时调节权重来协调2种目标函数,提出一种转矩节能优化分配方法,得到最优的轴间转矩分配系数。在后轴驱动、平均分配、优化分配3种分配方式下进行整车能耗的ECE城市循环工况对比仿真分析。结果表明：提出的节能优化分配方法通过实时优化驱动电机的转矩,避免了电机工作在转矩过大和过小的低效区,提高了整个驱动系统的能量利用率,相比于后轴驱动和平均分配整车能耗效率提高了5.91%和10.54%;实车试验验证了转矩节能优化分配算法的节能效果,优化分配相比另外2种分配方式整车能耗效率分别提高了3.66%和8.58%。     

基于直接转矩驱动的电动车动态特性分析

根据异步电机直接转矩控制原理,在Matlab/Simulink软件环境下建立了电动汽车用异步电机的仿真模型和定子磁场定向下的DTC控制系统模型.以实际电动汽车用电机为例,对电动汽车的几个典型工况进行仿真分析.仿真结果表明,该电机及控制模型具有良好的稳态、动态性能,是一个很好的电动车驱动选择方案.     

一种用于电动汽车的多重软开关双向DC/DC变换器

适用于电动汽车可变直流母线的电机控制系统,要求在电机不同工况下及时、准确和可靠地实时调节直流侧电压,并在突然制动时得以回馈能量.为此研究了一种新型的不添加额外半导体器件的软开关双向DC/DC变换器.采用此种软开关技术,可降低开关损耗,提高效率.采用多重拓扑结构,弥补该模式下变换器电压、电流纹波大的缺陷,并提高了可靠性.最后通过实验,验证了此变换器功能的正确性和有效性.     

基于纯电动汽车的驾驶性评价技术研究

纯电动汽车由电机直接驱动车辆,电机具备转矩动态响应快、低速时输出大转矩特性,对电机转矩控制不合理会造成车辆纵向窜动、驾乘人员眩晕的不适驾乘体验。基于纯电动汽车,对车辆驾驶性评价技术进行研究,分析了驾驶性主要影响因素,提出了驾驶性评价工况、主观评价指标、客观评价指标,同时根据客观评价方法可进行驾驶性验证优化,提升车辆驾驶性能及乘坐舒适性。     

纯电动汽车自动驾驶功能设计

针对纯电动车自动驾驶功能,设计一种利用PID算法对车辆的驱动扭矩进行控制的系统,使得车辆的实际速度与驾驶员的期望速度一致,实现车辆自动驾驶的功能。通过实车验证和调试,该控制系统具有良好的响应精度。相较于传统汽车通过控制喷油量的多少来控制车速,具有更好的鲁棒性和实时性。     

基于驾驶人转向意图的双电机驱动电动汽车稳定性控制策略

为了使双电机驱动电动车在车辆稳定性控制过程中能够精确解读驾驶意图,使车辆实际行驶状态与驾驶意图期望的车辆行驶状态尽可能相符合,提出一种基于驾驶人意图辨识的稳定性控制策略.利用基于支持向量机递归特征消除(SVM-RFE)得到的特征参数构建基于长短期记忆(LSTM)模型的驾驶人转向意图辨识模型;基于转向意图识别结果,以方向...