所以论文综合国内外的双电机驱动构型，通过分析三种典型双电机构型的结构和动力学关系，本文提出了一种能够同时实现转矩耦合和转速耦合的双电机动力系统新构型。

（2）双电机构型纯电动汽车动力系统参数匹配

首先对双电机构型纯电动车的动力系统参数进行初步匹配。其次以OPPeD仿真软件为基础，探索了一种获得电机效率MAP的方法，并将其作为参数优化和控制策略研究的基础。最后为了更好的分配双电机的功率，本文采取了粒子群优化算法对初步匹配的参数进行了参数优化。具体流程图如图15所示。

图15 参数匹配流程图

（3）双电机耦合驱动系统驱动控制与能量管理策略研究

图16 整车控制策略软件构架

完成两个驱动电机和传动系统的参数匹配后，接着要完成的是双电机的驱动控制与能量管理策略的设计，重点完成双动力源驱动下的能量管理策略制定，目的是使双电机耦合驱动系统驱动整车时较传统单电机驱动时在满足动力性指标的基础上实现经济性的更优。下面主要针对驱动控制策略的架构进行分析，其组成架构如上图16所示。

整车控制策略软件架构主要由驾驶员模块、需求转矩计算模块和能量管理模块组成。

驾驶员模块在实际的整车控制器中是不存在的，本文为了验证整车控制策略的正确性，在仿真平台架构中人为的增加了驾驶员模块。该模块能够根据目标车速和车辆当前的车速模拟此时的加速踏板和制动踏板开度，模拟驾驶员在实际驾车时对制动和加速踏板的操纵习惯。

需求转矩计算模块能够根据当前的电池SOC状态、加速踏板开度及其变化率、电机电池的温度和实际车速计算出车辆此时的需求转矩。需求转矩主要包含两部分：基础转矩部分和转矩补偿部分。

能量管理模块是多动力源驱动系统的核心部分，该模块主要包含两个模块：模式识别模块和动力分配模块。模式识别模块能够根据当前的需求转矩和车速制定当前的驱动模式，动力分配模块制定在耦合模式下电机的转矩转速分配策略。

（4）双电机耦合驱动系统仿真模型的搭建

双电机耦合驱动系统仿真平台拟在仿真软件cruise中搭建，将整车参数和控制策略都输入到cruise中，进行整车性能验证。系统仿真模型拟在Simulink中建立，其包含整车模型、功率总线模型和控制策略模型。

整车模型主要根据工况循环的车速需求提出各部件的扭矩和转速需求或功率需求，按照控制策略，控制系统对所提出的功率需求在电机MG1、电机MG2之间进行合理分配。电机MG1、电机MG2根据当前实际情况以及控制策略情况决定各自所输出的实际功率，此功率决定了其它各部件的实际扭矩和转速输出或功率输出，最终确定车辆的车速—时间历程。

功率总线模型包含3组相对应的输入/输出信号：需求的输出功率/总线可利用的输出功率、电池组能提供的功率/电池组需提供的功率、电机MG1、电机MG2能提供的功率/电机MG1、电机MG2需提供的功率。

控制策略模型是在AVL Cruise中传统并联混合动力汽车控制策略的基础上通过修改发动机开/关模型、发动机工作状态模型和均衡功率模型，双电机耦合驱动系统的控制策略。

2.3拟解决的关键问题

（1）提出能同时实现转矩和转速耦合联合驱动的双电机总成新构型。综合国内外的双电机驱动构型，通过分析几种典型双电机构型的结构和动力学关系，提出了一种能够同时实现转矩耦合和转速耦合的双电机动力系统新构型。

（2）提出双电机耦合驱动系统驱动控制与能量管理策略，重点完成双动力源驱动下的能量管理策略制定，目的是使双电机耦合驱动系统驱动整车时较传统单电机驱动时在满足动力性指标的基础上实现经济性的更优。

（3）在AVL Cruise中传统并联混合动力汽车控制策略的基础上提出新的控制策略并与Simulink进行联合仿真。

3研究方法和技术路线(包括理论分析、实验方法和步骤，技术关键及其解决办法）

3.1拟采取的技术路线

本文的主要研究内容主要分为三部分：构型分析及参数匹配、驱动控制与能量管理策略研究和模型搭建与离线仿真验证三大部分，拟采用的技术路线如下图3.1.1所示。

图3.1.1技术路线

3.2拟采用的研究方法

（1）用对比分析方法提出能实现转矩和转速耦合驱动的双电机总成新构型。并采取了粒子群优化算法对初步匹配的参数进行了参数优化

（2）通过踏板开度及踏板开度的变化率来模拟驾驶员模型，根据驾驶员模型以及现有车速，来进行需求转矩计算，将需求转矩作为MATLAB中能量管理模块的一个输入。

（3）基于电机需求功率最小原则进行模式划分，分别计算四种驱动模式下的电机需求功率，选取需求功率最小的驱动模式为最优驱动模式。然后将电机等效外特性曲线内所有电机工作点的工作模式通过MATLAB中的神经网络工具箱编制程序进行识别，识别出最优的驱动模式，然后制定模式切换门限。并与AVL Cruise进行联合仿真。

4 本课题的特色与创新之处

（1）双电机双模耦合动力系统设计方法

主要完成双电机双模耦合动力系统的构型设计、新型动力系统参数匹配和耦合机构及其速比优化三方面的内容。考虑到国内动力耦合机构的基础行业相对薄弱，动力系统在实现双电机的转矩耦合或转速耦合驱动模式前提下，应具有结构简单、模式切换容易等特点，比同类产品更具高效性和可靠性，满足车辆的动力性与经济性要求。

（2）基于工况预测的能量管理控制策略制定

类比AVL Cruise中传统并联混合动力汽车控制策略，通过修改发动机开/关模型、发动机工作状态模型和均衡功率模型，来提出双电机耦合驱动系统的控制策略。并与Simulink进行联合仿真。

5 参考文献

[1] 董冰.基于锂离子动力电池的纯电动汽车能量管理系统控制策略与优化[D].长春:吉林大学,2014.

[2] 鲁春艳.汽车轻量化技术的发展现状及其实施途径[J].轻型汽车技术,2007(6):22-25.

[3] Muttana S B, Sardar A. Light weighting of Battery Electric Cars: An Impact Analysis Using Indian Driving Cycle[J]. SAE Technical Paper, 2013:01-2831.

[4] 金立刚.关于汽车节能的几种技术[J].科技风,2011:6-48.

[5] 方运舟. 纯电动轿车制动能量回收系统研究[D].合肥:合肥工业大学，2012.

[6] 北京理工大学.一种双电机转速耦合驱动总成:中国:102133856A[P]. 2011-07-27.

[7] 韩光伟,张承宁,刘昭度,董玉刚.双电机耦合驱动系统试验台构建及控制策略试验[J].微特电机,2014,42(8):38-43.

[8] 武小花,阴晓峰.纯电动客车双电机耦合驱动系统控制策略研究[J].高技术通讯,2013,23(8):57-63.

[9] 王峰,方宗德.纯电动汽车新型动力传动装置的匹配仿真与优化[J].汽车工程,2011,33(9):805-808.

[10] 付君伟. 电动汽车双电机独立驱动后轮机械式自适应差速器的设计[J]. 汽车零部件, 2015, (12): 56-57.

[11]杨胜兵. 新型双电机分时独立驱动的纯电动汽车仿真分析[J]. 武汉理工大学学报, 2016, (04): 651-656.

[12]王加雪.双电机混合动力系统参数匹配与协调控制研究[D]. 吉林大学, 2011.

[13]李刚. 线控四轮独立驱动轮毂电机电动汽车稳定性与节能控制研究[D]. 吉林大学, 2013.

[14 北京理工大学.电动汽车及其双电机耦合变速装置和该装置的控制系统:中国:102555791A[P].2012-07-11.

[15] 北汽福田汽车股份有限公司.双电机驱动系统及车辆:中国:203611714U[P].2014-05-28.

[16] 北京汽车新能源汽车有限公司.双电机两档驱动控制系统及其驱动控制方法:中国:103738199A[P].2014-04-23.

[17] Nobuyoshi Mutoh. Front and Rear Wheel Independent Drive Type Electric Vehicle (FRID  EV) for a Next Generation Eco-Vehicle[C]. Industrial Electronics (ISIE), 2010(7): 3642-3649.

[18] T.Holdstock,A.Sorniotti. A novel clutchless multiple–speed transmission for electric axles[J]. International Journal of Powertrains,2013,2(3):103-131.

[19]Paul Walker. Performance Improvement of a Two Speed EV through Combined Gear Ratio and Shift Schedule Optimization[J]. SAE, 2013, doi:10.4271/2013-01-1477.

[20]Zhang S, Han G, et al. Optimal control strategy design based on dynamic programming for a dual-motor coupling-propulsion system[J]. Thescientificworldjournal, 2014, (1): 230-239.

[21]Tseng S K, Tseng C C, Liu T H, et al. Wide-range adjustable speed control method for dual-motor drive systems[J]. Electric Power Applications Iet, 2015, 9 (2):107-116.

[22]Alipour H, Sabahi M, Sharifian M B B. Lateral stabilization of a four wheel independent drive electric vehicle on slippery roads[J]. Mechatronics, 2015, (30): 275-285.

[23] Tesla Motors, Inc. Dual Motor Drive and Control System for An Electric

Vehicle:USA:US2010/0222953A1[P].Sep.2,2010.

福建工程学院硕士研究生论文开题报告

1 论文选题依据

1.1课题意义

随着全球汽车保有量越来越高，能源危机日益临近，加之汽车尾气污染致使恶劣极端天气出现频率越来越高，人们的环境保护意识得到显著提高。各个国家政府、汽车厂商以及科研院校逐渐加大了对节能与新能源汽车关注和政策以及资金支持。纯电动轿车以其零排放的优势越来越受到各国政府的重视，各整车厂商也都加大对纯电动轿车研发的投入。

对于纯电动汽车而言，电池容量的大小不仅影响整车的生产成本，又影响纯电动汽车的续驶里程。在没有电池革命的情况下，为了平衡两者之间的矛盾，提高纯电动轿车的能量利用率成为解决这一矛盾的技术路径，提高能量利用率的途径主要有两种：

首先是在传统单电机单减速比驱动结构基础上的改进：主要措施有通过优化整车参数匹配和控制策略^[1]、车辆轻量化设计^[2][3]、低阻轮胎技术^[5]和制动能量回收技术^[6]。    

其次是纯电动轿车新构型的研究：主要的构型有单电机多速比驱动、双电机双轴驱动、双电机耦合单轴驱动和轮毂电机驱动。

当前国内外对双电机耦合驱动系统的研究刚刚处于起步阶段，主要围绕一些构型研究和初步的控制理论研究，研究成果主要有双电机驱动的构型专利和一些匹配控制方面的研究成果。同时双电机驱动构型得到一些企业的重视，在产品方面国外也诞生了一些初级的实验产品。目前，市面上纯电动车辆驱动系统的结构型式主要有集中式单电机驱动系统和边立式多电机驱动系统（轮毂电机或轮边电机结构）2种，表1为主要纯电动车型及其总成结构型式。常规的集中驱动式纯电动车的动力系统结构简图如图1所示。驱动电机通过变速器或减速器的减速增扭作用驱动整车运行，电机控制器控制电机不同的转速和扭矩来满足整车行驶功率需求。由于采用单电机驱动，电机应具有较宽的调速范围、低速可以大扭矩输出以及高速有一定的功率储备、高效率和高可靠性。显然，这样的高转速电机制造难度太大，而且电机无法在各种工况下都能够高效率工作导致整体效率较低，并且难以兼顾车辆的加速性能与经济性能。

表1 主要纯电动车型及其总成结构型式

图1 集中驱动式纯电动车动力系统简图

多电机独立驱动动力系统主要分为以特斯拉为代表的双电机独立驱动系统（图2所示）或轮边/轮毂式多电机驱动系统（图3所示）。显然，双电机独立驱动系统相当于2套独立的驱动系统，虽然可以增加整车动力性，但成本较高且对电机性能要求高；而分离式轮边或轮毂式多电机驱动系统存在集成制造难度大、多电机协调控制难度高和电机振动疲劳寿命短等主要技术问题。

图2 特斯拉双电机前、后轮驱动总成系统

图3 多电机轮边或轮毂驱动总成系统

1.2.1国内研究现状   

   在理论方面，北京理工大学的孙逢春团队对双电机驱动构型展开了一系列的研究，提出了一系列的双电机驱动构型^[6]。北京理工大学的韩光伟、张承宁等对一种双电机耦合驱动的实验平台进行了搭建并将且进行了整车控制策略试验^[7]。西华大学的武小花、阴晓峰提出了一种可以进行单一驱动和转速耦合驱动的双电机耦合驱动系统，对系统的动态协调控制进行了研究，并进行了控制器的系统设计^[8]。西北工业大学的王峰、方宗德等针对一种双电机构型纯电动轿车进行了初步的参数匹配研究工作，匹配结果显示双电机构型纯电动轿车相对于传统构型具有一定的经济性优势^[9]。付君伟^[10]设计了适用于双电机独立驱动的汽车构型的机械式自适应差速器，通过惯性环实现按最小能耗将转动惯量分配给左右半轴。杨胜兵^[11]提出了基于分时控制的纯电动双电机独立驱动控制策略，通过仿真分析验证了方案的可行性，以及相对于单电机驱动系统在动力性方面的提升。王加雪^[12]针对双电机耦合驱动结构研究了一种效率匹配与功率匹配相结合的动力系统参数匹配，以功率匹配作为动力性约束条件，以效率匹配作为循环工况高效运行的经济性匹配目标。李刚^[13]研究了四轮独立驱动轮毂电机驱动稳定性和节能控制，包括基于路面识别的驱动防滑控制与转向集控制，以及基于再生制动的节能控制策略。

在产品方面，国内很多高校以及整车厂申请了系列的专利产品，大部分利用的是行星排作为动力耦合装置。

专利申请号为201210024534.9的北京理大学申请的一种纯电动汽车双电机驱动构型^[14](图4)，该构型两个电机采用同侧双轴布置加齿圈锁止的结构形式，通过行星排耦合和离合器的控制实现不同的驱动模式。

申请号为201320798730．1的北汽福田汽车申请的双电机驱动系统结构^[15](图5)，不同于齿圈锁止的结构，该构型采用了行星架锁止的结构形式，主电机10接行星排的外齿圈，辅助电机20接行星排太阳轮部分，可以实现两个电机独立驱动和转矩耦合驱动的工作模式。

图4 北京理工大学双电机构型                 图5 北汽福田双电机构型

此外，有的构型采用的是变速箱加双电机的结构形式，代表的为北汽新能源提出的双电机驱动构型^[16]。该构型釆用了集成式布置，两个电机同轴布置，釆用了单向离合器可以实现无动力中断，该构型可以实现两个电机单独驱动和转矩耦合驱动。

图6 北汽新能源双电机构型

1.2.2国外研究现状

在理论方面，日本的Nobuyoshi Mutoh对双电机独立驱动构型的纯电动车的整车动力学特性和防滑躯动进行了研究^[17]。韩国学者Kim比较了双电机驱动较单电机驱动时的节能潜力。T.Holdstock和A.Sorniott对一种电动汽车的双电机驱动系统的整车控制策略和节能潜力进行了分析，用动态函数和静态函数对电机工作模式进行了优化设计^[18]。Paul Waker^[19]研究了一种含变速装置的双电机耦合驱动结构，针对此驱动结构的齿轮传动比和变速装置的切换时间进行优化分析，从而在动力性和能源利用率两方面得到提高。Zhang S^[20]研究了双电机耦合驱动构型的能量管理策略，应用动态规划算法结合最优控制策略来对此驱动构型的能量管理进行改进，通过仿真分析得出此算法能够有效降低驱动系统的能量损耗。Tseng S K^[21]研究了一种新型并联式的双电机驱动系统以及能量管理策略。可以实现两个电机在额定转速范围内输出最大转矩，在额定转速外，通过能量的重新分配来让驱动系统继续以高转矩的输出。Alipour H^[22]针对无机械差速器的四轮独立纯电动汽车的侧向动力控制进行研究，通过神经网络观测器结合模糊逻辑控制器，提出一种新的速度控制器设计，比普通的滑动模式控制器实现更加快速及准确的控制。

    在产品方面，美国的特斯拉公司申请了一种电动车的双电机驱动构型专利^[23](图7)。该构型有两个电机以其控制器,并且两端实现同轴布置，实现了电机与驱动桥的集成设计。

图7特斯拉公司双电机构型图                图8 Vocis双电机构型事物图

图9Vocis双电机装车示意图

英国的Vocis Ltd设计了用于纯电动车双电机驱动的变速器（图8），变速器接两个电机就可组成双电机耦合驱动系统，如图9所示，该公司还与大学和汽车厂商合作进行了这种构型的控制策略研究和整车试验工作。

2 论文的研究目标、研究内容，以及拟解决的关键问题

2.1论文研究目标

当前纯电动汽车的构型存在着两点不足一是单电机固定速比构型存在着“大马拉小车”，二是电机高效率区间不易调节的不足，在当前的电池技术条件下，能够提高纯电动轿车的经济性意味着电动汽车续驶里程的增加，这将大大增加消费者对纯电动车的接受度。具体目标如下：

（1）提出能同时实现转矩和转速耦合联合驱动的双电机总成新构型来提高纯电动轿车的经济性和续航里程。

（2）针对双电机构型开发一套适用于本构型的控制策略，使之较传统单电机驱动时在满足动力性指标的基础上实现经济性最优。

2.2论文研究内容

（1）提出能同时实现转矩和转速耦合联合驱动的双电机总成新构型。

首先对双电机构型的节能机理和结构设计进行了初步分析。双电机构型相对于单电机固定速比构型其节能经济性主要体现在两方面。一方面双电机构型可以利用的电机高效率区间比传统构型大。另一方面双电机构型工作时的电机负荷率（电机工作效率）比传统构型高。并且针对双电机耦合装置的类型和结构设计进行了合理分析。例如国内某高校提出的一种带有行星排的双电机耦合驱动系统，该系统简化为如图10所示。

图10 带有行星排双电机耦合驱动系统

表2 不同模式下执行机构状态

单电机驱动分为主、副电机驱动两种情况：辅助电机单独驱动，动力传动路线如图2.2.2所示；主电机单独驱动，动力传动路线如图2.2.3所示。

图11 辅助电机驱动动力传动路线           图12 主电机驱动动力传动路线

在耦合模式下，当双电机转矩耦合模式驱动，动力传动路线如图13所示；当驱动模式为双电机转速耦合驱动时，动力传动如图14所示。

图13 转矩耦合驱动动力传动路线         图14 转速耦合驱动动力传动路线

从以上分析可以看出，该种结构有四种工作模式，能够很好地适用于车辆的中低速中小负荷率、低速大负荷率和高速运行工况，这样车辆不仅在中小负荷下采用单电机驱动来提高负荷率来达到节能的效果，并且在大扭矩和高速工况下，通过转矩耦合和转速耦合来调节电机的工作点，在工作区间内进行寻优以达到节能效果。

但是该结构也存在一些问题，因为两个电机没有同轴布置，由于电机尺寸的约束，这会造成两个电机输出轴的距离较大，进而造成动力耦合装置体积较大。同时，在转速耦合模式下，因为行星排的传动比不能选取太大，这就造成了辅助电机MG1的扭矩与主电机MG2扭矩很接近，这样就造成了两个电机的动力分配不合理，进而影响   全套毕业设计论文现成成品资料请咨询微信号：biyezuopin QQ：2922748026     返回首页 如转载请注明来源于www.biyezuopin.vip