基于电驱动系统动态损耗模型的转矩分配策略研究

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目前纯电动汽车基于电机台架实验建立的稳态数值模型,仅考虑了电机和逆变器损耗进行转矩分配策略的研究存在缺陷,不能使电驱动系统损耗最小;同时也未考虑电池的动态特性和电机温度变化对电驱动系统损耗的影响,导致转矩分配策略无法在任一工况下保证整车实时经济性最优。因此,本文将分析逆变器、电机和传动系统损耗机理,综合考虑电池动态特性和电机温度的影响,建立“三合一”电驱动系统的动态损耗模型,基于电驱动系统动态损耗模型对纯电动汽车进行实时最优的转矩分配策略研究。首先,分析电驱动系统的结构及控制架构;基于逆变器、电机和传动系统损耗机理,通过MOTOR_CAD与MATLAB/SIMULINK软件相结合,建立电驱动系统损耗模型;建立考虑动力电池开路电压特性和内阻特性的电池等效电路模型描述电池动态特性;结合驾驶员和整车动力学模型,建立整车前向仿真模型,为转矩分配策略的研究奠定基础。然后,基于电驱动系统损耗模型,采用粒子群算法以电驱动系统损耗最小为目标对各驱/制动工况下电机转矩分配系数进行优化计算,得到电驱动系统损耗最小的离线转矩分配策略;同时基于电机和逆变器稳态效率数值模型,以电机和逆变器效率最优为目标,采用遍历寻优的方法,得到电机系统效率最优的离线转矩分配策略;通过仿真对比分析两种离线优化的转矩分配策略,验证基于电驱动系统损耗最小的离线转矩分配策略的优越性。接着,基于电池等效电路模型和电机矢量控制理论,分析电池不同端电压对电机电流控制策略的影响;通过电机有限元模型,分析电机温度对电机损耗和转矩性能的影响规律;根据电机生热和传热机理,建立电机等效热网络模型实现对电机绕组温度和永磁体温度的估计;综合考虑电池端电压、内阻特性和电机绕组、永磁体温度变化对电驱动系统损耗的影响,建立电驱动系统动态损耗模型。最后,基于电驱动系统动态损耗模型,结合在线寻优思路,提出一种实时电驱动系统损耗最小的在线转矩分配策略,并分析电池端电压和电机温度对转矩分配系数的影响;对比分析在线转矩分配策略和两种离线转矩分配策略的经济性,并基于采集的试验道路数据,构建典型道路行驶工况,验证在线转矩分配策略的工况适应性。
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