新型双电机耦合驱动系统参数匹配和模式切换控制

作     者：倪健土 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王军年

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：双电机耦合 转矩定向分配 电动驱动桥 参数匹配 模式切换 经济性控制 

摘      要：人民的生活日益富裕,消费水平不断提高,汽车也从奢侈品变成了必需品,成为了人们日常生活中不可替代的一部分。汽车保有量越来越高,随之而来的能源消耗增加和排放污染加剧也变成了不可避免的问题。为了实现节能减排,各个国家及车企正在向新能源汽车方向发展,并且将更多的节能技术应用于车辆上。电动车凭借其自身优势一跃走在了汽车发展的最前沿。相比于传统燃油车,电动汽车可以更好的和各种提高性能的技术手段相结合来实现节能减排的目的。除了增加电池容量,对现有结构进行优化之外,还有电动四驱技术、轮毂电机分布式驱动、转矩定向分配驱动技术和双电机耦合驱动等,这些都是提高汽车性能的重要技术手段。为了充分发挥双电机耦合驱动的优势并最大程度利用双电机构型,在保证动力性的前提下提高整车的经济性,本文在此提出一种新型双电机耦合驱动系统,根据需要提供多种驱动模式,旨在最大限度发挥电机的性能,为电动汽车的未来画上浓墨重彩的一笔。本文首先对现有的双电机驱动构型进行了讨论研究,归纳总结了现有构型的缺点和不足,在充分利用双电机优势的前提下,将其与转矩定向分配技术相结合而提出了一种新型双电机耦合驱动系统,旨在保证动力性的前提下进一步提高经济性。针对新型双电机耦合驱动系统,首先对其双电机耦合三种直线驱动模式进行分析,分别为主驱动电机单独驱动,TV(torque-vectoring)电机单独驱动和双电机转矩耦合驱动,并简要阐述了其节能原理。接下来根据动力性要求进行了单电机的参数匹配,为后面的经济性对比做铺垫。在此基础上,对双电机耦合驱动系统进行参数匹配。由于两电机的功能不同,对主驱动电机和TV电机提出了各自的匹配原则,并且两个电机还有兼顾直线行驶和转矩定分向配功能的需求。完成参数匹配后,在MATLAB/Simulink中搭建了汽车七自由度模型和新型双电机耦合驱动系统模型对转矩定向分配功能进行了初步的验证。然后利用Car Sim和MATLAB/Simulink联合仿真进行了进一步的验证。为充分发挥双电机耦合构型的节能潜力,设计了符合该构型的模式切换控制策略。搭建了车速跟随模块,需求转矩求解模块,以及最优驱动模式判断模块。车速跟随模块便于后续仿真时的车速跟随。需求转矩求解模块根据驾驶员需求提供了运动模式和经济模式。最优驱动模式判断模块根据需求转速和需求转矩对双电机等效外特性进行了遍历,将三种驱动模式中所需电功率最小的作为最优驱动模式。另外基于逻辑门限值方法对双电机等效外特性map进行了区域划分,最大限度发挥节能优势。最后,为了验证新型双电机耦合驱动系统及模式切换控制策略的有效性,基于AVL Cruise和MATLAB/Simulink联合仿真平台,在Cruise中搭建了装有新型双电机耦合驱动系统的车辆模型,与MATLAB/Simulink中搭建好的控制策略进行联合仿真。首先对其是否满足动力性指标进行了验证,结果表明满足动力性需求。然后分别设置了NEDC循环工况以及FTP-75循环工况,并将单电机驱动,双电机转矩均分驱动和双电机模式切换控制驱动进行了对比。结果表明,无论在哪种工况中,双电机模式切换控制策略所消耗的能源均最小,充分发挥了双电机的节能潜力。