新型纯电动汽车动力系统控制研究 .pdfVIP

新型纯电动汽车动力系统控制研究

周德明;张炳力;吴鑫平

【摘要】从整车纵向动力学集成控制角度出发,提出了一种新型的纯电动汽车速度

分级调控系统.将加速踏板开度区间转化为对应的分级目标车速,建立基于模糊PID

控制的车速闭环反馈自调节整车动力控制系统,并在Matlab/Simulink中搭建系统

模型,进行了仿真试验.研究结果表明,该系统克服了传统控制系统中存在的反复修正、

操作繁琐等缺点,能在纯电动汽车典型行驶工况下满足车辆操控要求,具有较大的实

用价值.

【期刊名称】《汽车工程学报》

【年(卷),期】2014(004)005

【总页数】6页(P372-377)

【关键词】纯电动汽车;模糊PID;动力系统;自调节;目标车速

【作者】周德明;张炳力;吴鑫平

【作者单位】合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽,合肥230009;合肥工业大学

机械与汽车工程学院,安徽,合肥230009;合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽,合

肥230009

【正文语种】中文

【中图分类】U461.2

行驶的汽车是一个由驾驶员-汽车-环境构成的闭环系统，驾驶员的操纵方式和汽车

的行驶环境（外界路面环境、交通状况等）决定了汽车的行驶状态[1]。汽车纵向

行驶过程中，驾驶员根据行驶环境的不同，使用感官采集汽车的行驶状态信息，通

过不断地操作加速和制动踏板来实现对发动机输出转矩和整车制动力的控制，进而

达到对整车车速的控制。因此，驾驶员的工作是一个不断调节、反复修正的过程，

相当于一个智能反馈控制器，极易使驾驶员感到疲劳。

近年来，在增强汽车可操作性和降低驾驶疲劳方面，国内外学者做了很多研究，就

电动汽车动力系统控制而言，主要有：（1）电机驱动控制[2-6]，电机输出特性优

化，尤其是线性化的力矩输出特性和电机调速性能及抗扰动等方面的研究。（2）

变速器换挡控制，包括换挡控制策略[7]和换挡机构优化及智能控制研究[8-9]。

（3）整车传动系控制，如整车控制策略[10-12]、匹配及协调控制的研究[13-14]

等。这些研究都是在原动力控制模式基础上进行的优化改进，在一定程度上使整车

性能有所提高，其意义重大，但是前述的问题仍然没有从根本上得到解决。为此，

本文提出了一种新型实用的纯电动汽车速度分级调控系统，其核心思想是利用速度

的分级控制以及电子系统的闭环反馈自调节，代替驾驶员完成部分加速踏板修正的

操作，实现对车速的半智能控制。

1驱动系统控制原理

1.1纯电动汽车控制原理

纯电动汽车使用电动机代替内燃机作为主要动力源，其控制系统框图如图1所示，

取消了传统汽车中的离合器结构，通过改变三相逆变器输入到电机中的电流，实现

对电机输出转矩和转速的调节，而电机输出的动力经机械连接的变速器、传动机构

到轮胎直接驱动汽车行驶，其动力响应相对传统汽车更加快速、高效。

图1纯电动汽车控制系统框图

目前，纯电动汽车动力控制策略依旧与传统内燃机汽车控制策略保持一致，驾驶员

通过操作加速踏板开度来调节动力源的转矩输出特性，从而实现对整车驱动行驶的

控制；需要制动的时候，则通过制动踏板带动制动回路，给车轮施加制动力矩，使

车辆减速。这种整车控制策略使得在汽车纵向行驶的过程中，驾驶员必须不断修正

加速踏板，以保证汽车以一个良好的期望车速不断行驶。驾驶员操作流程如图2

（a）所示，可以看出，驾驶员在行驶过程中操作繁琐，需要反复调节加速和制动

踏板，车辆控制效果不佳。

图2纯电动汽车驾驶员操作流程图

1.2速度分级调控系统控制原理

本文提出的控制系统理想模型是通过加速踏板控制整车车速的单自由度车速控制系

统模型。纯电动汽车行驶时，首先检测驾驶员输入加速踏板的开度信号，通过速度

分级表转化成对应的定值目标车速，同时检测车轮的转速，形成整车车速闭环反馈

控制。利用一体化控制器对电机和变速器进行耦合协调控制，协调电机和变速器转

矩、转速输出并实现适时换挡，优化系统的加速性能和动力输出，最终达到电动汽

车智能控速、平稳行驶的状态。改变加速踏板区间，加减速的过程自动实现，其响

应速度由路况、汽车动力性及控制算法共同决定。制动减速系统仍旧是机械动力系

统结构，制动时切断加速信号，其过程与传统汽车一致。

该系统利用电子系统的闭环反馈调节，代替汽车行驶过程中驾驶员的反复调节过程，

在一定程度上简化了系统控制模式。不同的踏板开度对应相同的车速，随着加速踏

板开度变大，从一个区间进入另一个区间，目标车速增加，系统控制车速上升，这

与驾驶员的驾驶感受和习惯都是一致的。其驾驶员操作