韓友國(guó) 王若飛 陶 穎 吳洪濤 楊玉梅 姚朝華

（奇瑞新能源汽車(chē)技術(shù)有限公司，安徽 蕪湖 241002）

1　整車(chē)參數(shù)確定

按照本課題對(duì)電動(dòng)汽車(chē)提出的設(shè)計(jì)目標(biāo)、傳動(dòng)系參考設(shè)計(jì)參數(shù)、動(dòng)力性要求等，整車(chē)參數(shù)確定如下表：

表1　

2　電機(jī)模型建模

眾所周知，所建模型的正確性與精確性是計(jì)算機(jī)仿真開(kāi)發(fā)成功的關(guān)鍵，而電機(jī)的轉(zhuǎn)矩、電壓、功率的運(yùn)行特性方程和平衡方程是電動(dòng)機(jī)建模的基礎(chǔ)。在使用計(jì)算機(jī)對(duì)電動(dòng)機(jī)建模過(guò)程中，我們不僅考慮電動(dòng)機(jī)內(nèi)的熱交換，以及電動(dòng)機(jī)性能的限制。還需要考慮不同類(lèi)型電機(jī)所具有的特性。其中，所建模型是否符合基本的數(shù)學(xué)關(guān)系關(guān)乎模型的正確性、是否全面正確考慮到實(shí)物運(yùn)行特性的影響因素關(guān)乎模型的精確性。在Matlab/Simulink平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)實(shí)物的仿真分析，不僅需要模型，還需要編寫(xiě)與其相配合運(yùn)行的數(shù)據(jù)文件。電動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)文件定義了電動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)，如最大電流、最大電壓、質(zhì)量及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等，還定義了電機(jī)在不同工作狀態(tài)下的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、功率圖。在仿真分析運(yùn)行過(guò)程中模型利用插值計(jì)算的方法；調(diào)用數(shù)據(jù)文件以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程仿真。電機(jī)順序系統(tǒng)如圖1所示。

3　電池模型建立

本文根據(jù)鋰電池充、放電過(guò)程的特性，建立電池模型，不考慮溫度的變化，極化反應(yīng)對(duì)電池的影響，建立最簡(jiǎn)單的單體電池等效電路Rint模型，。在不考慮各個(gè)單體電池的充放電差異時(shí)，建立整個(gè)電池組模塊的模型如圖 2。

4　整車(chē)驅(qū)動(dòng)控制策略

車(chē)輛控制器需要通過(guò)信號(hào)處理，以分析駕駛員意圖，同時(shí)需要滿(mǎn)足整車(chē)的動(dòng)力性、舒適性、駕駛平順性、以及其他基本性能?？刂撇呗缘倪x擇必須滿(mǎn)足以上基本前提。進(jìn)一步地，合適的控制策略需要實(shí)現(xiàn)車(chē)輛在不同運(yùn)行工況時(shí)，能量在電池與電機(jī)之間的合理且有效的分配，以控制整車(chē)系統(tǒng)的效率，在保證平穩(wěn)駕駛性能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)整車(chē)的最大經(jīng)濟(jì)性?；谝陨匣驹瓌t，制定整車(chē)控制策略的思路為：首先，實(shí)時(shí)考慮行駛工況，電池SOC值等影響因素，根據(jù)規(guī)則將轉(zhuǎn)矩合理地分配給電機(jī)。同時(shí)限定動(dòng)力電池的SOC值范圍和電機(jī)的工作區(qū)域，以確保動(dòng)力電池和電機(jī)能夠長(zhǎng)時(shí)間保持高效的狀態(tài)。當(dāng)行駛過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，系統(tǒng)可根據(jù)預(yù)先設(shè)定的規(guī)則對(duì)純電動(dòng)車(chē)輛系統(tǒng)的工作模式進(jìn)行判斷和選擇。這樣既能保證駕駛員的駕駛意圖得到充分理解，亦能保證車(chē)輛狀態(tài)在有效控制范圍內(nèi)，從而保證車(chē)輛行駛的安全性和舒適性。

圖1　電機(jī)順序系統(tǒng)

圖2　等效電路模型

5　加速轉(zhuǎn)矩控制策略

我們知道，整車(chē)駕駛的動(dòng)力性和舒適性主要取決于加速轉(zhuǎn)矩控制策略，而不同的加速轉(zhuǎn)矩控制策略取決于加速踏板開(kāi)度與加速轉(zhuǎn)矩函數(shù)關(guān)系。我們知道，加速踏板處理策略一般分為三種：踏板策略、軟踏板策略、線性踏板策略。其中硬踏板策略可以滿(mǎn)足駕駛員在中高負(fù)荷時(shí)的駕駛感覺(jué)，缺點(diǎn)時(shí)在低負(fù)荷時(shí)操控性欠佳。軟踏板策略在低負(fù)荷時(shí)操控性較好，但車(chē)輛加速感整體偏軟。而線性踏板策略，控制效果介于踏板策略和軟踏板策略之間，但該策略函數(shù)關(guān)系復(fù)雜，計(jì)算量較大。

6　制動(dòng)能量回饋控制策略

作為電動(dòng)汽車(chē)（包括純電動(dòng)車(chē)、混合動(dòng)力車(chē)和插電式燃料電池車(chē)）的標(biāo)志性功能，制動(dòng)能量回饋控制的原則是：最大程度提高能量回饋的同時(shí)，確保機(jī)械制動(dòng)與電制動(dòng)的協(xié)調(diào)控制，從而保證汽車(chē)制動(dòng)力的要求。由于本項(xiàng)目中機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)不可調(diào)整，因此僅實(shí)施了純軟件的輕度制動(dòng)能量回饋控制策略。

圖3　回饋制動(dòng)轉(zhuǎn)矩控制示意圖

如圖3所示，在車(chē)速很低的爬行區(qū)，回饋能量與回饋路徑能量損耗保持一致，回饋效率非常低，同時(shí)如果進(jìn)行能量回饋將明顯影響制動(dòng)性，因此該階段不建議進(jìn)行能力回饋。為不影響駕駛員制動(dòng)感覺(jué)，低速區(qū)，由于電機(jī)具有一定的轉(zhuǎn)速，因此可以較低的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行能量回饋；而在高速區(qū)時(shí)，可使用較高制動(dòng)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行能量回收。通常使用該策略時(shí)，具體數(shù)值需要通過(guò)實(shí)車(chē)標(biāo)定得到。同時(shí)，為了保護(hù)動(dòng)力電池，回饋電流必須滿(mǎn)足電池當(dāng)前的最大允許能力。

7　仿真測(cè)試

電動(dòng)汽車(chē)起步過(guò)程、電動(dòng)汽車(chē)加速、制動(dòng)過(guò)程的仿真結(jié)果如圖4所示。

圖5為利用xPC的在線調(diào)參功能對(duì)仿真模型進(jìn)行仿真過(guò)程中的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的仿真結(jié)果。仿真過(guò)程中，在宿主機(jī)上，利用圖形用戶(hù)接口，在程序?qū)崟r(shí)運(yùn)行的過(guò)程中，實(shí)時(shí)調(diào)整界面上的油門(mén)踏板和制動(dòng)踏板信號(hào)，跟蹤目標(biāo)驅(qū)動(dòng)循環(huán)，調(diào)節(jié)輸出的汽車(chē)速度仿真結(jié)果。結(jié)果表明，程序的仿真步長(zhǎng)采用1ms，在此時(shí)間間隔內(nèi)，所有的仿真模型程序運(yùn)行一個(gè)周期。由于，在車(chē)上的通信周期采用的是 50ms。

圖 4 (a)起步仿真曲線；(b)加速仿真曲線；(c)制動(dòng)仿真曲線

圖5　(a)xPC實(shí)時(shí)仿真界面；(b)利用在線調(diào)參進(jìn)行的實(shí)時(shí)仿真曲線

通過(guò)建立電動(dòng)機(jī)模型、電池模型，對(duì)整車(chē)驅(qū)動(dòng)控制策略、加速轉(zhuǎn)矩控制策略、制動(dòng)能量回饋控制策略進(jìn)行分析研究，并且基于Simulink以及xPC進(jìn)行仿真測(cè)試驗(yàn)證模型和控制策略準(zhǔn)確性。

8　總結(jié)

本文以某款純電動(dòng)轎車(chē)作為研究對(duì)象，根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)以及給定的基本參數(shù)，對(duì)純電動(dòng)轎車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行了選型和匹配。分析純電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)控制系統(tǒng)功能，根據(jù)動(dòng)力電池組荷電狀態(tài)和行駛工況，協(xié)調(diào)電機(jī)控制器與電池管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池組各種保護(hù)措施，提高動(dòng)力電池的安全性和壽命；同時(shí)還負(fù)責(zé)整車(chē)高壓防護(hù)、漏電檢測(cè)、故障診斷及處理等功能。

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