基于动态扭矩分配的电动车能量回收系统能效优化研究

引言

一、电动车能量回收系统现状分析

目前，电动车能量回收系统主要分为串联式能量回收、并联式能量回收和混联式能量回收三种类型。不同类型的能量回收系统在结构和工作原理上存在差异，但核心目标都是尽可能多地回收车辆行驶过程中产生的动能。

在扭矩分配方面，传统的能量回收系统大多采用均匀分配或固定比例分配的方式。例如，对于双轮驱动的电动汽车，有些系统会将能量回收扭矩平均分配给两个驱动轮；而对于四轮驱动的电动汽车，部分系统会按照前后轮固定的扭矩分配比例进行能量回收。这种固定的扭矩分配策略虽然控制逻辑简单、易于实现，但在车辆行驶状态不断变化的实际场景中，存在明显的局限性。

当车辆在不同路面行驶时，如干燥路面、湿滑路面，路面附着系数不同，此时若采用固定的扭矩分配方式，可能会导致部分车轮出现抱死或打滑现象，不仅影响能量回收效率，还会降低车辆的行驶安全性。此外，当车辆处于不同的制动强度或行驶速度下，对能量回收扭矩的需求也不同，固定的扭矩分配策略无法满足这些动态变化的需求，从而限制了能量回收系统的整体性能。

二、基于动态扭矩分配的能效优化思路

（一）实时行驶状态参数采集

要实现动态扭矩分配，首先需要实时采集车辆的行驶状态参数，这些参数是进行扭矩分配决策的重要依据。主要采集的参数包括车辆的行驶速度、制动踏板行程（反映制动强度）、方向盘转角（反映行驶方向变化）、车轮转速、路面附着系数（可通过相关传感器或算法估算）以及动力电池的剩余电量和当前充电状态等。

通过安装在车辆上的各类传感器，如速度传感器、制动踏板位置传感器、轮速传感器、转向角传感器等，实时获取上述参数，并将这些参数传输到车辆的电子控制单元（ECU）中。ECU 对采集到的参数进行实时处理和分析，为后续的扭矩分配计算提供准确的数据支持。

（二）动态扭矩分配策略制定

基于采集到的实时行驶状态参数，制定合理的动态扭矩分配策略是实现能效优化的核心。动态扭矩分配策略的制定需要综合考虑能量回收效率、车辆行驶安全性和乘坐舒适性等多方面因素，以实现多目标的平衡优化。

基于路面附着系数的扭矩分配调整：路面附着系数直接影响车轮能够传递的最大扭矩，当路面附着系数较低时（如湿滑路面、冰雪路面），为了避免车轮抱死或打滑，需要降低各个驱动轮的能量回收扭矩，并根据不同车轮的附着情况进行差异化分配。例如，当检测到某一车轮所在路面的附着系数较低时，适当减少该车轮的能量回收扭矩，将更多的扭矩分配给附着系数较高的车轮，以保证车辆的行驶稳定性，同时尽可能提高能量回收效率。

基于制动强度的扭矩分配调整：制动强度不同，车辆对能量回收的需求也不同。在轻度制动工况下，车辆的制动需求较小，此时可以适当提高能量回收扭矩的比例，以最大限度地回收能量；而在重度制动工况下，车辆需要较大的制动制动力，此时应优先保证车辆的制动性能，适当降低能量回收扭矩的比例，避免因能量回收扭矩过大而影响制动效果。同时，根据制动强度的变化，动态调整各个驱动轮之间的扭矩分配比例，使各个车轮的制动力矩与制动需求相匹配，提高制动过程中的能量回收效率。

基于动力电池状态的扭矩分配调整：动力电池的剩余电量和充电状态会影响其接受充电的能力。当动力电池剩余电量较低且处于良好的充电状态时，可以适当提高能量回收扭矩，加快充电速度，增加电池电量；而当动力电池剩余电量较高或处于满电状态时，其接受充电的能力下降，此时应降低能量回收扭矩，避免对电池造成过充损坏，同时防止因能量无法有效存储而造成浪费。此外，还需要考虑动力电池的充电电流限制，根据电池的当前充电能力调整能量回收扭矩，使充电电流处于合理范围内，提高充电效率。

基于车辆行驶速度的扭矩分配调整：车辆行驶速度不同，能量回收系统的工作效率也不同。在低速行驶工况下，车轮转速较低，能量回收系统的发电效率相对较低，此时可以适当调整扭矩分配比例，优先保证车辆的行驶平顺性；而在中高速行驶工况下，车轮转速较高，能量回收系统的发电效率较高，此时应优化扭矩分配，提高能量回收的比例，以充分回收车辆的动能。

（三）扭矩分配的实时控制与执行

制定好动态扭矩分配策略后，需要通过 ECU 实现扭矩分配的实时控制与执行。ECU 根据处理后的实时行驶状态参数和制定的动态扭矩分配策略，计算出各个驱动轮应分配的能量回收扭矩，并将控制指令发送给相应的执行机构，如电机控制器。

电机控制器根据 ECU 发送的控制指令，调整各个驱动电机的输出扭矩，实现能量回收扭矩的动态分配。在执行过程中，ECU 还会实时监测各个驱动轮的运行状态，如轮速、扭矩实际输出值等，根据监测到的信息对扭矩分配指令进行实时修正和调整，确保扭矩分配的准确性和合理性，从而实现能量回收效率的优化，同时保证车辆的行驶安全性和舒适性。

三、系统验证

为了验证基于动态扭矩分配的电动车能量回收系统能效优化效果，需要进行相关的试验验证。试验可以分为台架试验和实车道路试验。

在台架试验中，通过搭建电动车动力系统台架，模拟不同的行驶工况（如匀速行驶、加速行驶、制动行驶等），对基于动态扭矩分配的能量回收系统和传统固定扭矩分配的能量回收系统进行对比试验。测试过程中，记录两种系统在不同工况下的能量回收量、能量回收效率、电机输出扭矩、电池充电状态等参数，通过对比分析，验证动态扭矩分配策略对能量回收效率的提升效果。

在实车道路试验中，选择不同的道路类型（如城市道路、高速公路、乡村道路等），在不同的天气条件下（如晴天、雨天、雪天等），对安装有基于动态扭矩分配能量回收系统的电动汽车进行实车行驶试验。试验过程中，记录车辆的行驶速度、制动次数、制动强度、能量回收量、续航里程等数据，与安装传统能量回收系统的电动汽车进行对比，进一步验证动态扭矩分配系统在实际行驶场景中的能效优化效果和行驶安全性。

通过台架试验和实车道路试验的验证，能够充分证明基于动态扭矩分配的电动车能量回收系统在提高能量回收效率、增加车辆续航里程以及保证行驶安全性等方面的优势，为该系统的实际应用提供可靠的试验依据。

结论：

总之，基于动态扭矩分配的电动车能量回收系统能效优化研究具有广阔的发展前景。通过不断的技术创新和研究探索，该系统将在提高电动汽车续航能力、推动电动汽车产业发展方面发挥更加重要的作用，为实现全球交通领域的节能减排和可持续发展做出贡献。

参考文献：

[1] 徐德锋 , 张建武 , 于海生 . 双模功率分流混动系统的扭振问题主动控制研究 [J]. 传动技术 ,2021,35(01):23-30.

[2] 肖小城 , 王春丽 , 孔令静 , 等 . 双电机电动汽车扭矩分配的动态控制策略 [J]. 汽车科技 ,2019,(03):18-21+17.

[3] 张成杰 . 基于后轮独立驱动的电动汽车驱动防滑与扭矩分配协调控制研究 [D]. 东南大学 ,2016.