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原文传递基于能耗优化的四驱电动汽车能量管理策略研究

论文题名：	基于能耗优化的四驱电动汽车能量管理策略研究
关键词：	四驱电动汽车;轮毂电机;能量管理;能耗优化;转矩分配
摘要：	随着能源紧张和环境污染的日益严峻，具有低碳、环保等优点的电动汽车迎来了空前的发展机遇，成为诸多传统汽车企业的产业转型方向。在电动汽车的多种构型中，四轮独立驱动电动汽车具有传动效率高、四轮转矩独立可控等特点，已经成为当下国内外的研究热点。四轮独立驱动电动汽车可以在总需求转矩不变的情况下，充分发挥其各轮独立驱动优势，通过各驱动轮之间的转矩协调分配，在满足车辆动力性和操纵稳定性要求的同时，扩大车辆的驱动系统节能空间。然而，如何通过开发优化控制策略，实现整车综合能耗最大限度的降低、延长续驶里程，同时提高策略的工况适应性，是目前需要解决的重点问题。针对上述问题，本文将从能耗优化的角度，重点研究基于四轮独立驱动电动汽车的能量管理策略。　　首先，本文对某电动四驱汽车整车动力系统进行了参数匹配，并对行驶能耗进行了分析。根据整车的目标设计值，以动力性需求为约束条件，通过对常用循环工况的数理统计分析，进一步确定了前后轴轮毂电机的特性参数与效率Map；接着根据续驶里程需求，对电池进行了匹配设计；然后在AVL-Cruise中搭建整车模型，对匹配设计结果的合理性进行仿真验证分析。在此基础上，本文对整车行驶过程中的能量耗散形式进行了分析，确定了驱动系统电机能耗和轮胎滑移能耗优化主体。为后文模型的搭建及能量管理策略的开发提供理论基础。　　接着，本文基于MATLAB/Simulink软件搭建了轮毂电机驱动电动汽车的整车仿真平台。首先对本文所研究的目标车辆搭建了其整车纵向动力学模型，包括车身模型和车轮模型；接着搭建了速度跟随驾驶员模型；然后根据驱动系统各部件的原理特性搭建了驱动电机与动力电池模型。最后在相同工况下，与AVL-Cruise整车模型进行对比，验证了本文所搭建仿真模型的准确性。为后文能量管理策略的实施提供可靠的仿真平台。　　然后，本文以四轮轮毂电机驱动电动汽车为研究对象，在特定工况下对基于电机能耗优化的整车能量管理策略进行了研究。首先从优化电机能耗的目标出发，通过对本文能量管理问题进行具体分析，从而选择合适的求解方法；在此基础上，制定了基于动态规划算法的全局能量管理策略，将其优化结果作为理论基准；接着制定了基于遗传算法的瞬时能量管理策略，重点对此优化控制策略进行研究，旨在开发工况适应性强、节能效果好的能量管理策略；最后通过NEDC、CLTC和WLTC循环工况下的仿真实验，对包括各轮平均分配的三种控制策略进行了对比验证。仿真结果表明，基于遗传算法的能量管理策略可以有效改善整车经济性，且工况适应性较好。在三种工况下相对主流平均分配方案可以分别降低5.2%、6.1%和6.4%的电机能耗。为后文进一步开发基于综合能耗优化的能量管理策略提供参考基础。　　最后，为了进一步挖掘轮毂电机驱动电动汽车在驱动过程中的节能潜力，本文对基于综合能耗优化的驱动能量管理策略进行了重点研究。首先对整车综合能耗优化问题的可行性进行了分析；在此基础上，将电机能耗和轮胎滑移能耗作为综合控制目标，同时设计了模糊控制器以动态调节两个控制目标之间的权重，并结合上文基于遗传算法的控制策略，提出了基于综合能耗优化的能量管理策略。该综合控制策略将影响电动汽车驱动效率的两个重要因素——电机能耗与滑移能耗统一起来，实现了两种控制目标的协同优化，从而有效地降低整车综合能耗；最后本文基于MATLAB/Simulink和CarSim软件搭建了联合仿真平台，并通过仿真实验分别对基于电机能耗优化的能量管理策略与基于综合能耗优化的能量管理策略的控制效果进行了对比验证。仿真结果表明，本文制定的综合控制策略在低附着路面工况和对接路面工况下可以分别降低4.9%和23.5%的整车综合能耗。可见，本文提出的基于综合能耗优化的能量管理策略可以在保证车辆稳定行驶的前提下，有效地减小轮胎的滑移能量损失，实现了整车综合能耗的降低，提高了整车的节能水平，最大化电动汽车节能潜力。
作者：	吕斯文
专业：	车辆工程
导师：	王军年
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2022