[6143]双电机耦合EV动力总成效率的研究外文翻译资料

英语原文共 9 页

双电机耦合EV动力总成效率的研究

摘要:一种提出了速度和扭矩耦合的新型双电机动力耦合总成（DMCP）。在这个动力系统中，一个行星齿轮单元耦合两个电动机的转速，另一个定轴齿轮单元耦合电动机的扭矩。通过集成控制电动机、同步器和离合器，DMCP可以在四种模式下运行以满足不同运行条件的要求，从而提高能量利用效率。本文分析了DMCP在各种模式下的工作原理，并基于车辆纵向动力学理论优化了整体瞬时效率。此外，本文还阐述了DMCP的最优模式转换策略和功率分配策略，并在MATLAB/Simulink环境下开发了详细的双电机电动汽车（EV）模型。仿真结果表明，与普通单电机双速动力总成相比，DMCP可以有效提高电动汽车的能量利用效率，延长电动汽车的续航里程。

索引条款:行驶里程;双电动机;效率优化;电动汽车（EV）动力总成;模式转换;动力分配

1. 介绍

近年来,节能环保电动汽车（EV）已成为研究热点^[1]，EV动力总成设计在实现节能环保方面发挥着重要作用。EV动力总成主要由电动机驱动系统、机械传动系统和其他部件组成。它将电能转换为牵引力以进行推进并在制动时捕获动能，将其转换为电能返回可充电储能系统（RESS）。因此，动力总成效率性能直接影响EV的行驶范围^[2]。

手稿于2013年10月29日收到;2014年3月9日和2014年4月24日修订;2014年7月30日接收。出版日期2014年8月14日;当前版本的日期2015年6月16日。这项工作部分得到了中国国家高技术研究发展计划（863计划）的支持，授权范围为2011AA11A222，部分得到了重庆省自然科学基金项目cstcjjA60001的支持。D.Diplo先生协调了对该文件的审查。

M.Hu，J.Zeng和D.Qin，重庆大学机械传动国家重点实验室，重庆400044（电子邮件：hu_ming@cqu.edu.cn;afeng010@gmail.com;dtqin@cqu.edu.cn）。

S.Xu曾在机械传动国家重点实验室工作，重庆大学，重庆400044现工作于上海汽车工业责任有限公司（SAIC），上海200041（电子邮箱：xushaozhi@gmail.com）。

C.Fu在航空航天机械和制造学院工作工程学院，墨尔本皇家理工学院（RMIT），墨尔本，维多利亚州，3083，澳大利亚（电子邮件：s3298122@student.rmit.edu.au）。

本文中一个或多个图的彩色版本可在http://ieeexplore.ieee.org在线获得。

数字对象标符:10.1109/TVT.2014.2347349

现有的电动汽车动力系统主要有两种形式：独

立的多电动机驱动系统（轮内电动机动力系统）和集中式单电机驱动系统^[3]，[4]。轮内电动机动力总成可以简化传动系统的结构，但它对电动机转矩密度、电动机疲劳寿命以及轮毂和电动机的集成制造水平有更严格的要求。此外，很难克服控制复杂和安全性差的缺点^[5]。另一方面，集中式单电机单速驱动器已被用于大多数现代电动汽车上。然而虽然它简化了动力总成的结构，并且相关的控制器能力通常过剩而无法有效使用，但它对电动机有苛刻的要求^[6]。为解决上述缺点，提出了单电机采用双速变速箱动力系统。Ren et al.制定了一个模型来研究电动汽车动力传动系统的潜在优势，这可能是开发传输系统的另一种方法^[7]。这个模型采用了齿轮传动装置。结果表明，不仅可以获得能量消耗减少方面的直接效益，而且电动机和传动系统尺寸的显着减少，然而，这种方案在实践中仍然很少使用，部分原因是比率变化机制以及换档的可控性和驾驶性能昂贵费用^[8]。

在电机驱动和传动系统领域的极少数新突破以及对车辆经济性能，驾驶舒适性和安全性的日益增长的要求，需要开发具有出色扭矩和速度性能、宽效率运行区域、可靠性高的新型EV动力总成。

针对上述问题，本文提出了一种新型电动机耦合动力总成（DMCP）^[9]。首先，介绍了DMCP在各种模式下的配置和工作原理，然后对其整体效率进行了定义和优化。然后，开发了该DMCP的控制策略。最后，开发了详细的EV模型，以正确评估和验证DMCP的优势。

2.配置和操作原则

动态耦合技术能够耦合和分离两个或多个电源的速度、扭矩或功率^[10]，[11]。DMCP可以通过定轴齿轮单元耦合或者与行星齿轮（PG）单元扭矩耦合。DMCP的结构如图1所示。通过这种结构，可以通过改变各种模式和优化操作点来提高车辆的经济性能，但是不可靠性和更复杂的电机控制是不可避免的。

图1. DMCP的示意图

表I DMCP的动力系统规格

在该动力系中，电动机1（M1）连接到PG的太阳齿轮，电动机2（M2）可以根据同步器（SY）套筒的位置连接到太阳齿轮或齿圈。DMCP的主要规格参见表I ^[12]。动力通过PG单元或轴固定齿轮单元连接，然后通过最终驱动器从托架输出到轴输出。采用动态耦合技术的动力系统不仅降低了对每个动力源的性能要求，还调节了动力源的工作点以减少动力损失。通过离合器的接合和分离以及如表II所示设置SY套筒的位置，DMCP可以在四种驱动模式下运行：单电机1驱动（SM1）、单电机2驱动（SM2）、双电机扭矩耦合驱动（TC）和双电机速度耦合驱动（SC）。

表二系统操作时间表

图2.外部特征

图2绘制了四种驱动模式下的最大输出扭矩和系统功率。DMCP的外部特性非常接近理想的车辆驱动特性^[13]，它不仅提供了出色的动态性能，而且还明显降低了单个电源的性能要求。从以下几个方面：1）在约0-40公里/小时的范围内输出转矩是恒定;2）在约40-150公里/小时的范围内输出功率恒定;3）在约0-80公里/小时的速度范围内TC驱动显着增加牵引能力;4）SC驱动器在大约90km/h后大大延长了速度范围。

杠杆图简单明了的表示动力总成运动学布置，其中扭矩和速度关系用力和位移表示，使用示意性线性连杆和自由体图方案。它们为动力传动系统的旋转参考系提供线性模拟，使其更易于理解^[14]。本节简要分析了具有四种模式的DMCP的工作原理。

1. 单电机1驱动

当SY套筒处于中间位置时，CL1脱离接合，CL2接合，动力传动系统将以SM1模式工作，其中车辆仅由MC1推进。电源流程如图3所示：

图3. SM1驱动电源

图4. SM2驱动电源

图5. TC驱动器功率流

SM1模式下的DMCP动态模型如下

（1）

其中是总惯性力矩，是MC1有理惯性，表示轮速，表示MC1速度，k是PG比率Zr/Zs，是最终传动齿轮比，是MC1扭矩，是车轴所需的总扭矩，代表PG传动效率,是最终传动效率。

1. 单电机2驱动

同样，当SY套管位于右侧时，CL1接合，CL2脱离，动力传动系统工作在SM2模式，车辆仅由MC2驱动。此模式下的动力流程如图4所示。

SM2模式下的DMCP动态模型如下：

（2）

其中是MC2转动惯量，是MC2转速，是转速耦合齿轮比。

1. 双电机扭矩耦合驱动

当SY套筒设置在左侧时，CL1脱离，CL2接合，动力传动系统工作在TC模式。在这种模式下，与其他三种模式相比，轴固定齿轮单元用于耦合两个电机的扭矩以输出更大的牵引力。图5显示了该模式下的功率流。TC模式下的DMCP动态模型由以下等式控制^[13]：

（3）

其中是TCG比率

从给定的方程可以看出，M2的速度是M1的倍，太阳齿轮的可用最大速度是min（，），其中和分别是最大值。M1和M2的速度。此外，两个电动机的转矩可以自由地与约束相结合。

1. 双电机速度耦合驱动器

当SY套管位于右侧时，CL1接合，CL2脱离，动力传动系统将在SC模式下工作，由于SCG的速度耦合，其速度明显高于其他三种模式输出速度。图6显示了该模式下的功率流。

SC模式下的DMCP动态模型如下^[15]

（4）

其中是M1可以以的速度输出的最大转矩，是M2可以以的速度输出的最大转矩。

应当注意，M2的扭矩是M1的扭矩的倍，并且载体的扭矩是。

3.效率优化

由于DMCP中有两个电机，因此整体效率直接受两个电机之间功率分配的影响。在这里，通过综合考虑电池、电动机和变速器的效率，优化整体效率以尽可能地扩展EV高效的范围^[16]。

行驶阻力Fr由滚动阻力、空气阻力、加速度阻力和坡道阻力^[17]，所有这些都可以通过以下公式计算：

其中m是车辆的总质量;g是加速度引力;f是滚动阻力系数；alpha;表示坡度角;是气动阻力系数；A是迎风面积；是以每小时公里数表示的车速；u是以米/秒为单位的车速；，，和分别表示SM1，SM2，TC和SC模式下双电机耦合DMEV的旋转质量转换因子；r是轮胎半径。

系统的输出功率和输入功率：

总体效率定义为：

总效率取决于车辆速度，加速度，电池效率，电动机效率和车辆尺寸。在这些因素中，车辆尺寸是恒定的，而车辆速度，车辆加速度和电池充电状态（SOC）随着道路负荷，驾驶员的需求和电池运行状态而变化。

在SM1和SM2模式中，电机工作点完全由目标车速和目标加速度决定。在TC模式中，两个电机转速是成比例的，并且扭矩可以在约束内任意组合，而

您可能感兴趣的文章

• 内燃机最优放热率计算外文翻译资料
• 基于LabVIEW的同步平均降噪系统外文翻译资料
• 利用尿素＋高锰酸钾溶液湿法同时去除SO2，NO和Hg0外文翻译资料
• 车用柴油机停缸技术的仿真研究外文翻译资料
• 轻型车辆排放因子的数据库建模外文翻译资料
• 通过硬件在环实时测试进行全球协调的轻型车辆测试循环的验证规程外文翻译资料
• 基于排气系统声源特性的柴油机燃烧监测技术外文翻译资料
• 基于虚拟样机和有限元法的高空作业平台工作装置性能分析外文翻译资料
• 2012年第三届系统科学，工程设计与制造信息化国际会议 电动剪叉式高空作业平台转向系统优化研究外文翻译资料
• 伸缩臂架高空作业平台直线轨迹控制研究外文翻译资料