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轮毂电机式三轴纯电动铰接客车扭矩优化分配控制策略研究

邵长江 杨坤 王杰 谭迪 付宏勋 刘国栋

邵长江, 杨坤, 王杰, 谭迪, 付宏勋, 刘国栋. 轮毂电机式三轴纯电动铰接客车扭矩优化分配控制策略研究[J]. 机械科学与技术, 2022, 41(8): 1261-1269. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200452
引用本文: 邵长江, 杨坤, 王杰, 谭迪, 付宏勋, 刘国栋. 轮毂电机式三轴纯电动铰接客车扭矩优化分配控制策略研究[J]. 机械科学与技术, 2022, 41(8): 1261-1269. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200452
SHAO Changjiang, YANG Kun, WANG Jie, TAN Di, FU Hongxun, LIU Guodong. Optimal Torque Distribution Control Strategy of In-wheel Motor Type Three-axle Pure-electric Articulated Bus[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2022, 41(8): 1261-1269. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200452
Citation: SHAO Changjiang, YANG Kun, WANG Jie, TAN Di, FU Hongxun, LIU Guodong. Optimal Torque Distribution Control Strategy of In-wheel Motor Type Three-axle Pure-electric Articulated Bus[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2022, 41(8): 1261-1269. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200452

轮毂电机式三轴纯电动铰接客车扭矩优化分配控制策略研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200452
基金项目: 

国家自然科学基金项目 51605265

国家自然科学基金项目 51775320

山东省重点研发计划项目 2018GGX105010

详细信息
    作者简介:

    邵长江(1995-), 硕士研究生, 研究方向为新能源汽车关键技术及汽车底盘电控技术, changjiang1314vip@163.com

    通讯作者:

    杨坤, 教授, 博士生导师, yangkun_sdut@163.com

  • 中图分类号: U469.72

Optimal Torque Distribution Control Strategy of In-wheel Motor Type Three-axle Pure-electric Articulated Bus

  • 摘要: 以三轴纯电动铰接客车为研究对象,针对单电机集中式驱动构型存在的动力系统布置困难、传动链长等问题,构建基于六轮毂电机分布式驱动的三轴纯电动铰接客车构型,完成关键总成参数匹配;针对前、中、后轴电机扭矩分配问题,提出以系统效率最佳为目标的扭矩优化分配策略,并基于MATLAB/Simulink搭建了扭矩优化分配模型;基于AVL Cruise和MATLAB/Simulink搭建了整车联合仿真模型,在满足整车动力性和经济性指标的前提下,通过与单电机集中式驱动构型的对比可知:整车0~50 km/h的加速时间减少3.1 s,最高车速提升5 km/h,最大爬坡度提高1.3%;满载CCBC工况下,百公里能耗降低11.51%,续驶里程增加27 km;提出的扭矩优化分配策略能将整车需求扭矩合理分配给各电机,并可优化电机工作区间,有效降低整车能耗。
  • 图  1  整车构型图

    图  2  前轴轮毂电机效率MAP图

    图  3  前轴电机扭矩优化分配

    图  4  中轴电机扭矩优化分配系数

    图  5  整车扭矩优化分配策略流程图

    图  6  驾驶员加速踏板请求扭矩

    图  7  六轮毂电机驱动型纯电动客车仿真模型原理图

    图  8  单电机集中式纯电动客车仿真模型原理图

    图  9  最高车速对比图

    图  10  最大爬坡度对比图

    图  11  CCBC工况下电量消耗曲线图

    图  12  整车扭矩需求和电机转速

    图  13  CCBC工况下的车速曲线

    图  14  前轴轮毂电机扭矩和机械制动扭矩

    图  15  中轴轮毂电机扭矩和机械制动扭矩

    图  16  后轴轮毂电机扭矩和机械制动扭矩

    图  17  电池电压/电流/功率图

    表  1  整车基本参数和性能指标

    参数 数值
    整备质量/kg 18 150
    满载质量/kg 28 000
    轴荷/kg 7 000/9 500/11 500
    最高车速/(km·h-1) ≥70
    0~50 km/h的加速时间/s ≤25
    最大爬坡度/% ≥15
    续驶里程/km ≥200
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    表  2  驱动电机参数

    参数 数值
    额定功率/kW 138.2
    最大功率/kW 295.4
    额定扭矩/Nm 8 800
    峰值扭矩/Nm 18 800
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    表  3  轮毂电机基本参数

    参数 前轴电机 中轴电机 后轴电机
    额定转速/(r·min-1) 150 150 150
    最高转速/(r·min-1) 400 400 400
    额定扭矩/Nm 1 100 1 480 1 820
    峰值扭矩/Nm 2 340 3 200 3 860
    额定功率/kW 17.3 23.4 28.4
    峰值功率/kW 37 50.1 60.6
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    表  4  电池单体性能参数

    参数
    单体电压/V 3.2
    单体容量/Ah 100
    持续放电倍率/C 3
    最大放电倍率/C 5
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    表  5  动力电池组基本参数

    参数 数值
    标称电压/V 540
    电压范围/V 400~650
    容量/Ah 800
    单体组合方式 8并169串
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    表  6  单电机集中式驱动系统参数

    参数 数值
    减速器速比 15
    电机额定转速和最高转速/(r·min-1) 2 500/6 000
    电机额定扭矩和峰值扭矩/Nm 587/1 254
    电机额定功率和峰值功率/kW 128.8/295.4
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    表  7  百公里耗电量对比

    驱动构型 百公里电耗/ (kWh) 节能/% 续驶里程/km
    单电机集中式驱动 167.53 0 202
    六轮毂电机分布式驱动 148.24 11.51 229
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  • 收稿日期:  2020-10-30
  • 刊出日期:  2022-08-25

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