上一篇文章介紹了雙電機純電車扭矩分配的基本策略，主要以穩定性分配原則為邊界條件，效率最優分配原則為具體控制條件，保證車輛在穩定的前提下實現最好的經濟性。今天，我們搭建一個四驅車的仿真模型，從仿真的角度看一下扭矩分配策略如何保證車輛的穩定性？
仿真平臺構建
之前我們搭建過增程式、THS混動的仿真平臺，在它們的基礎上構建雙電機純電四驅仿真平臺是很容易的，整體仿真架構如下圖，包括駕駛員模型、控制器、車輛模型三部分。
駕駛員模型根據車速、油門開度輸出總的扭矩請求；控制器將總的扭矩請求合理分配給前後軸兩電機；車輛模型需要響應電機請求扭矩，再通過傳動鏈驅動車輛行駛。
駕駛員模型
以前我們常用的是閉環的駕駛員模型，今天這裡用開環比較好，即直接根據車速、油門開度輸出請求扭矩。
後面我們想讓車輛80%油門加速，去創造軸荷後移的工況，來觸發前輪滑轉。用開環，就可以保證車輛沿著固定的扭矩曲線工作，如果用PI閉環，PI的請求扭矩是控制器自己控的，我們無法控制，這樣不是太好。
一般地，跑動態工況，用開環駕駛員模型更直接；跑穩態工況（經濟性等），用閉環跟隨目標車速。
根據車速計算電機轉速，然後根據前後電機的外特性之和輸出駕駛員對電機的最大扭矩請求，再與油門開度相乘後輸出最終的扭矩請求。我們這裡想模擬80%油門加速，所以油門開度給0.8。具體模型如下圖：
控制策略
這裡的控制策略重點關注前後軸電機扭矩分配，我們給出兩種策略方便後面對比驗證。
策略1：前後軸電機扭矩始終按靜止狀態的軸荷比例固定分配，即1:1（本次仿真車輛質心到前後軸距離一樣）。其模型如下圖，這裡定義EM代表前軸電機，GM代表後軸電機，且它們特性一致。
策略2：前後軸電機扭矩始終按實際的軸荷比例動態分配。主要根據下面的公式進行動態比例計算：
其模型如下圖，主要增加了慣量導致的軸荷轉移計算，實時調整前後軸的分配比例。
車輛模型
雙電機純電四驅車的車輛模型如下圖，主要包括前電機、後電機、電池、車體模型等四部分。
前電機、後電機、電池模型與之前的仿真平臺基本一樣。由於車輛驅動形式從兩驅變為四驅，車體模型會有所變化，需要在後軸上增加與前軸一樣的扭矩驅動鏈路，具體模型如下圖。
兩種控制策略對比驗證
簡單配置好了模型仿真參數後，進行20秒的80%油門加速工況測試，對比兩種策略的結果。
策略1仿真結果
1）前後軸扭矩分配狀態
如下圖，總的扭矩請求沿著兩電機的外特性之和的80%變化；後軸電機實際扭矩沿著外特性的80%變化，轉速變化正常；但在0.2~2.6秒範圍內，前軸電機實際轉速最大飆升至7500rpm，遠遠大於實際車速對應的電機轉速，前輪發生了滑轉，這也導致了前軸電機輸出扭矩受限，發生了向下的突變。
2）前後輪滑轉狀態
進一步觀察下前後車輪的滑轉狀態，如下圖（這裡選前右和後左車輪為代表分析）。後輪滑轉率一直維持在0.021以內，比較正常；前輪滑轉率達到6左右，出現了比較嚴重的滑轉，也印證了上面前軸電機轉速的飆升。
需要說明的是，正常的滑轉率計算公式為k=(wr-v)/|wr|，其值處於0至1之間；Simulink中輪胎模型中計算滑轉率的公式是按滑移率公式計算的，為k=(wr-v)/|v|，其值就可以大於1。不過影響不大，我們只需要知道滑轉率超過正常的範圍（k<0.1）就代表車輪發生滑轉。
3）車輛加速狀態
觀察一下車輛的加速時間，如下圖，為5.37秒（80%油門開度）。
策略2仿真結果
1）前後軸扭矩分配狀態
如下圖，總的扭矩請求沿著兩電機的外特性之和的80%變化；在加速的過程中，由於前軸載荷減小，後軸載荷變大，前後軸電機扭矩分配不是1:1，而是根據加速度的變化動態分佈，更多的扭矩分配給了後軸，當加速度減小後，前後軸扭矩又趨向於一致，前後軸轉速一直同步，都沒有發生滑轉。
2）前後輪滑轉狀態
進一步觀察下前後車輪的滑轉狀態，如下圖。前後輪滑轉率一直維持在0.03以內，比較正常，都沒有發生滑轉，說明動態扭矩分配起作用了。
3）車輛加速狀態
觀察一下車輛的加速時間，如下圖，為5.08秒左右，比策略1快0.3秒。
兩種策略仿真對比結論
1）基於軸荷進行前後軸驅動扭矩動態分佈，可有效避免車輪滑轉，提高車輛穩定性；
2） 前後軸驅動扭矩動態分佈，有利於充分利用路面附著，部分工況可有效提高車輛動力性。
總結
以上，搭建了一個基本的雙電機純電四驅車Simulink仿真模型，驗證了前文中提到的前後軸動態扭矩分配能有效避免車輪滑轉，提高車輛穩定性。
閱讀更多 新能源汽車控制 的文章
