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%。     

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.     

单轴并联式混合动力总成的设计

设计完成了驱动电机与电控共轨柴油机结合而成的混合动力汽车动力总成,该总成用于单轴并联式混合动力汽车。驱动电机既是电驱动装置,又是起动、发电一体化系统(ISG),基于MC 68H9S12DP256B单片机,研制了该总成的控制系统,通过CAN总线实现了联合控制,以电池充放电平衡和发动机燃油经济性为基础,应用了一种模糊逻辑控制策略,实现了混合动力系统的扭矩分配与不同工作模式以及模式间的切换,该总成能够在所要求的工作模式下运转。     

电动汽车复合制动控制研究现状综述

电动汽车复合制动由电机再生制动与机械摩擦制动两部分构成,其控制性能直接影响车辆的能量利用效率、制动安全性以及舒适性。围绕静态制动转矩分配控制、动态复合制动协调控制、制动换挡控制、智能辅助驾驶中的复合制动控制4个方面的研究现状与关键技术展开综述,并对复合制动控制未来研究方向进行了展望。对文献的梳理分析表明：制动转矩分配决定着复合制动系统能量回收能力与车辆制动稳定性,基于规则的分配策略面对复杂多变工况自适应性欠佳,而基于优化的分配策略各方面性能表现良好,但需要兼顾控制实时性与优化效果;利用电机响应迅速与控制精确的优势完成复合制动协调控制,能够提升制动模式切换过渡工况与紧急制动工况的控制性能,改善驾驶舒适性;制动过程中实施合理换挡可以进一步提升能量回收效率,同时通过补偿控制解决换挡过程中动力中断和转矩冲击等问题,保证换挡平顺性;随着电动汽车智能化和网联化发展,复合制动控制与驾驶人辅助系统相结合有助于在保证系统功能的同时实现能量回收效益最大化。     

双电机耦合驱动电动汽车驱动模式划分与优化

为充分发挥一款双电机耦合驱动系统电动汽车(DMCP-EV)多驱动模式的节能优势,制定了基于系统效率最优的驱动模式控制策略。根据该双电机耦合驱动系统的结构特点,定义了电机4种驱动模式并分别建立其动力学驱动模型和系统效率模型。在满足动力性要求的前提下,分析并划分了各驱动模式的工作范围,以系统效率为优化目标,采用粒子群优化算法进行优化,获得最佳的驱动模式切换控制和转矩分配策略。开展了Matlab/Simulink仿真和硬件在环试验验证。结果表明,经系统效率优化的驱动模式在满足动力性要求的前提下,有效提高了双电机耦合驱动系统的经济性,能耗降低11%。     

Electromagnetic valve train for gasoline engine exhaust system

Electromagnetic valve train (EMVT) in camless engine offers large potential for both part load fuel economy and high load engine torque. However, it is more difficult to be applied on exhaust system than intake system. Because the gas pressure brings high demands for driving force, especially at high engine speed and full load. Based on the working characters of actuator, a method by increasing the transient currents in windings during valve’s opening motion is suggested to overcome the gas pressure. But this will cause more energy losses and heat. In order to make the EMVT used on exhaust system better, quantitative analysis is carried out against the additional power consumption caused by gas pressure under different conditions. Furthermore, an approach is introduced to define the optimal exhaust valve opening motion at full load conditions. It aims at making a better compromise between the engine power output and exhaust valves’ power consumption, thus both the efficiency of EMVT and engine performance are enhanced.     

PID plus fuzzy logic method for torque control in traction control system

A Traction Control System (TCS) is used to control the driving force of an engine to prevent excessive slip when a vehicle starts suddenly or accelerates. The torque control strategy determines the driving performance of the vehicle under various drive-slip conditions. This paper presents a new torque control method for various drive-slip conditions involving abrupt changes in the road friction. This method is based on a PID plus fuzzy logic controller for driving torque regulation, which consists of a PID controller and a fuzzy logic controller. The PID controller is the fundamental component that calculates the elementary torque for traction control. In addition, the fuzzy logic controller is the compensating component that compensates for the abrupt change in the road friction. The simulation results and the experimental vehicle tests have validated that the proposed controller is effective and robust. Compared with conventional PID controllers, the driving performance under the proposed controller is greatly improved.     

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。     

基于多目标优化的混合动力城市物流车制动能量回收控制策略研究

针对混合动力城市物流车制动能量回收的安全与效率问题，提出了基于多目标优化的制动能量回收控制策略。建立了载荷估计和质心位置解析模型，使控制策略适应各种载荷变化。控制策略以制动安全性和能量回收性为优化目标，以制动力分配系数和电机制动力矩比例系数为控制变量，采用多目标遗传算法和基于模糊控制器的理想解决策法得到决策解。驾驶循环分析结果显示，所提控制策略具有较好的制动安全性和更高的制动能量回收性。     

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。     

基于遗传算法系统效率优化的PHEV电量保持模式控制策略

为了提高插电式混合动力汽车（PHEV）在电量保持下的燃油经济性,并解决插电式混合动力汽车在运行过程中动力元件效率对系统能量利用率影响的问题,制定了系统效率最优的控制策略。以PHEV关键动力部件的测试数据为基础,建立发动机、驱动电机、无级变速器（CVT）以及动力电池等关键部件的效率数值模型,并考虑了温度及荷电状态（SOC）对动力电池充放电功率的影响。设计以混合动力系统效率最优为适应度评价函数,将CVT速比、发动机转矩作为优化变量,以车速、加速度和SOC为状态变量,在动力性指标的约束下,运用遗传算法进行迭代寻优,PHEV的系统效率在第20代左右收敛于全局最优值。同时发动机转矩和CVT速比通过多代遗传进化,较快收敛于最佳值。将相关优化结果与车速、加速度拟合成相应的三维控制数表,综合数值建模和试验测试数据建模的方法,基于MATLAB/Simulink搭建插电式混合动力汽车整车控制策略仿真模型,采用新欧洲行驶循环工况进行仿真验证。结果表明：插电式混合动力汽车在电量保持模式下,利用遗传算法优化的系统效率最优控制策略相比优化前,动力电池SOC运行更为平稳,CVT效率有所提升,驱动电机及发动机转矩分配更为合理;百公里燃油消耗量从优化前的5.2 L降至4.5 L,燃油经济性提升了13.5%。     

智能分布式驱动汽车路径跟踪/制动能量回收协同控制策略研究

为了解决智能分布式驱动汽车路径跟踪与制动能量回收系统间的协同控制难题,充分考虑分布式驱动汽车四轮扭矩独立可控在智能驾驶系统中的优势,设计适应不同路面附着条件的智能分布式驱动汽车转向、制动分层协同控制策略。上层控制器依据不同的路面类型设计差异化的多目标代价函数,以综合优化各工况下的控制目标。高附路面下,制定满足最大能量回收值的全局参考车速,在线优化路径跟踪指令,实现最优能量回收的同时减小系统运算负荷;低附路面下,优先考虑车辆的路径跟踪性能和行驶稳定性,在多目标代价函数中取消对全局参考车速的跟随要求,增设终端速度约束与能量回收项性能指标并减小能量回收项性能指标的权重系数。上层控制器基于模型预测控制方法对多目标代价函数进行滚动优化与预测求解,得到期望的前轮转角及4个车轮的总制动扭矩需求。下层控制器根据制动扭矩需求对四轮的液压制动扭矩和电机制动扭矩进行分配,最终完成整个复合制动过程。基于MATLAB/Simulink和CarSim软件,搭建控制器在环仿真平台,并在高附和低附路面条件下对所提出的策略进行试验验证。研究结果表明：高附路面下,所提出的控制策略在准确跟踪期望路径的同时相较固定比例制动力分配方法可提升2.7%的能量回收值并减少约0.02 s的单次计算时间;低附路面下,与使用高附控制策略相比,能够保证车辆的路径跟踪准确性与行驶稳定性,同时可提升7.8%的能量回收值;控制器在环试验结果证明了该协同控制策略对车辆性能提升的有效性。     

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。     

P2结构混合动力系统协同控制

为了提高混合动力各系统的控制效率和响应性,针对P2结构混合动力系统控制对象的特点和整车的功能需求,提出了P2结构混合动力控制系统的构架和所有有效的工作模式,并从整车运行工况和模式转换效率的角度总结了所有有效的工作模式转换真值矩阵。为了满足各节点单元的协同控制要求,提出了P2混合动力控制系统的协同控制构架,约束了各控制单元的主要功能和接口定义,并对多个控制单元之间的复合控制过程进行描述。分析了2种不同动力源在液压控制的混合动力离合器的耦合过程以及混合动力离合器与换挡离合器控制过程重叠时所带来的动力迟滞,对离合器的压力控制和发动机的启动过程时序进行了优化。在不同的控制阶段定义了关键的控制目标,建立发动机扭矩、电机扭矩、混合动力离合器控制压力三者之间的关联。结果表明：发动机、电机、变速器之间通过HCU的协同控制方法能够高效地完成混动工作模式之间的转换。整车试验验证了各系统的系统控制效果,整个模式转换过程的时间为1.5 s,换挡品质和动力响应性满足驾驶需求。     

基于模糊逻辑控制策略的混合动力汽车仿真研究

以燃油经济性和排放性能为主要控制目标,提出一种基于模糊逻辑的能量分配控制策略,应用ADVISOR仿真软件,对制定的控制策略在不同的道路循环工况下进行仿真。仿真结果表明,所设计的模糊逻辑控制策略能够合理分配发动机和电机的转矩,可使发动机工作在效率较高、排放较低的中等负荷区,整车的燃油经济性较好、排放较低。     

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。     

基于小波控制的电动汽车稳定性研究（双语出版）

针对前轮独立驱动电动汽车,研究一种基于小波控制器的驱动稳定性控制系统。为提高车辆对开路面的行驶稳定性,根据驱动轮等转矩分配控制策略,提出基于神经网络PID的驱动轮滑移率相近为目标控制策略。针对矢量控制中的电流控制,提出基于离散小波变换的电流控制器。通过CarSim/Simulink建立前轮独立驱动电动汽车联合仿真平台,进行不同工况整车性能仿真与分析,并基于A&D5435快速原型开发平台进行实车试验。仿真与试验结果表明：基于小波控制器的驱动控制系统不仅提高了车辆对开路面行驶的稳定性,而且具有更平滑、更快速的转矩响应;对开路面工况下,提出的控制策略左侧、右侧驱动轮速度仿真结果与试验结果最大偏差分别为3.43%和3.56%;等转矩分配控制策略下,左侧、右侧驱动轮速度仿真结果与试验结果最大偏差分别为3.86%和3.25%,表明了试验与仿真的一致性;对开路面仿真工况下,相比于驱动轮等转矩分配控制策略,基于神经网络PID的驱动轮滑移率相近为目标控制策略的车辆峰值质心侧偏角降低了79.57%,侧向跑偏距离降低了73.39%。     

混合动力汽车转矩分配策略优化研究

以搭载改型后的Atkinson循环发动机并带有双离合器的单轴并联式混合动力三厢轿车为研究对象,采用逻辑门限值控制方法对发动机和电机的转矩进行合理分配,使混合动力系统在各种行驶工况模式下能够实时切换到高效工作区;引入各个驾驶工况模式控制策略的瞬时优化算法,进一步提高混合动力总成系统的整体效率。仿真和试验对比分析表明,提出的控制策略能够有效地降低NEDC循环工况百公里油耗,提高了搭载Atkinson循环发动机混合动力汽车的燃油经济性。     

分布式驱动电动汽车转向工况转矩分配控制研究

针对分布式驱动车辆转向工况在低速下期望提高转向机动性能,高速下期望保证行驶稳定性的需求,充分考虑转向行驶内外侧车轮的转向关系以及车辆动力学,制定了适应车速变化的四轮转矩分配策略,建立了四轮轮毂电机驱动模型以及二自由度参考模型。为了改善分布式驱动转向机动性能,建立自抗扰控制器调整内外侧车轮转矩,形成合理的转速差,减小转向半径,以提高转向机动性;对于高速转向行驶稳定性的需求,通过二次规划方法优化分配各车轮驱动力矩,分析轮胎纵横向附着裕度建立目标函数,并加入附加横摆力矩和路面附着力的限制,进行车轮驱动转矩的在线优化分配,提高车辆转向行驶的稳定性;另外为避免2种控制模式转换时驱动转矩突变,根据车速和稳定性参数制定模糊规则决策2种模式的协调系数,保证2种控制模式的平滑过渡。基于CarSim和MATLAB/Simulink进行联合仿真,并搭建硬件在环平台进行试验,对所提出的方法进行验证。结果表明：在低速转向工况下,提出的分配策略能够调节内外侧车轮产生差速效果,与转矩平均分配的策略相比,转向半径有所减小,提高车辆机动性;高速转向工况下,分配策略能够保证车辆稳定转向,与未考虑稳定性控制的分配策略相比,能更好地跟踪目标轨迹,且横摆角速度控制在参考横摆角速度附近,证明了所提控制策略的有效性。