基于道路线形的四轮驱动纯电动汽车节能研究

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节能和环保是时代发展的永恒主题,智能网联化和电动化给汽车节能与环保带来了发展的新契机。通过使用车联网技术可以准确获得汽车前方道路的线形信息,合理利用获得的一些坡道和弯道信息来规划出经济性的汽车行驶速度曲线能够有效提高汽车的续驶里程。随着电动化技术的发展,汽车变得更加的环保,但同时带来了里程焦虑等问题,这对电动汽车的续驶里程提出了新的要求,电动汽车节能化技术的重要性愈加凸显。四轮驱动纯电动汽车由于拥有更好的动力性与更高的自由度从而得到了广泛的采用,本文针对改制东风E70汽车进行节能技术研究。首先建立了典型四轮轮毂驱动电动汽车的电机能耗模型,包括力学响应特性与效率特性两个模块。完成了电池能耗模型的建模,使其能够准确反映汽车的电能消耗来作为后续算法的评价依据。在Carsim软件中完成了汽车整车能耗模型的建立,并将前面建立的能耗模型与之相连接。在所建模型的基础上,本文分别运用动态规划算法和模型预测控制算法来进行经济性速度规划与控制。在时间域和空间域上分别建立了汽车的纵向动力学方程,时间域方程用于模型预测控制算法的预测和滚动优化,空间域方程则作为状态转移方程运用于动态规划算法中。在弯道的工况中,综合考虑了弯道曲率和超高的信息,建立了安全车速的约束条件,十分方便地加入到动态规划算法和模型预测控制算法的约束中去。其中动态规划是全局的最优控制求解算法,可以用于辅助判断模型预测控制算法的有效性,速度规划作为一种中观节能技术,是后续力矩分配研究的基础。为了提高电驱动系统的效率,提出了一种通用的四轮驱动纯电动汽车的力矩分配策略。该策略建立在上述速度规划的基础之上,在规划算法给定的总期望力矩下,通过求解最优的前后力矩分配系数来动态分配所需力矩,属于微观层面的节能技术。该分配策略考虑了前后轮永磁同步电机和逆变器在大转矩和转速范围内的功率损失特性,采用6次幂函数对电机map中瞬时转速下对应的力矩与功率损失值进行函数拟合,建立了前后轮总功率损失函数并求解最优分配系数。由于电机建模考虑了驱动和制动的情况,可以体现出制动能量回收的特性。最后在Carsim软件中建立了坡道和弯道的多种道路线形,以评估不同驾驶场景下本文提出的节能技术的节能效果。结果表明:汽车在坡度约为10%的坡道中,动态规划算法的综合能耗优化约为10.91%,模型预测控制算法的综合能耗优化约为9.25%。弯道中,不同的曲率会导致不同的优化结果,一般曲率较大的优化效果更为明显。而基于电机效率的力矩分配算法相较于平均分配算法可带来约为4.29%的额外节能效果。
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