融合能量回收目标的电动车多电机扭矩分配控制策略研究

引言：

电动车多电机驱动架构因独立扭矩控制能力，成为提升动力与操控性的重要方向。然而，当前多电机扭矩分配研究多集中于动力工况，对能量回收关注不足，“动力 - 回收” 切换时存扭矩波动大、效率低等问题。虽多电机电动车能量回收潜力更高，但传统分配策略不合理致部分潜力未挖掘，还引发安全与平顺性问题。现有相关研究亦有局限，故本文提出融合能量回收目标的控制策略，旨在解决 “能效 - 性能 - 安全” 协同优化难题，为高集成电驱动系统研发提供支撑。

一、多电机电动汽车扭矩分配基础与核心问题

（一）多电机驱动架构与能量回收原理

当前主流多电机架构分为双电机轴控与四电机轮控两类：双电机架构通常采用 “前电机 + 后电机” 组合，前电机以高效为主，后电机以高功率为主，能量回收时可通过轴间扭矩分配调整前后轴制动力比例；四电机架构基于四轮独立驱动，每个车轮配备小型化电机，回收时可实现轮间扭矩独立控制，适配复杂路面的回收需求。

能量回收的核心是通过电机反转发电，将车辆动能转化为电能存储于电池。在多电机系统中，回收扭矩的分配直接影响回收效率：一方面，各电机的效率特性存在差异 —— 不同电机的高效区间（转速 - 扭矩范围）不同，超出高效区间效率会显著下降；另一方面，回收扭矩与车辆行驶状态耦合 —— 制动时轴荷向前转移，前轴可承受更大回收扭矩，若仍按固定比例分配，后轴回收扭矩过大会导致后轮先抱死；转向时内侧轮负荷降低，过度分配回收扭矩易引发内侧轮打滑。

（二）传统扭矩分配策略的局限性

目标单一化：传统策略多以 “动力响应最快” 或 “电机损耗最小” 为单一目标，能量回收仅作为附加功能，未纳入核心优化逻辑。例如加速工况下优先满足动力需求，完全关闭能量回收；制动工况下虽开启回收，但未结合电机效率动态调整分配比例，导致部分电机在低效区间工作。

工况适配性差：传统策略采用 “分段式” 控制，设定固定阈值决定是否回收及回收比例。这种控制方式无法适配复杂路况，如城市道路频繁加减速时，“回收 - 停止” 切换频繁，造成能量浪费；郊区起伏路面滑行时，固定回收比例未考虑坡度对车辆动能的影响。

系统协同不足：多电机系统的扭矩分配需与制动系统、转向系统协同，但传统策略缺乏跨系统信息交互。例如制动回收时未结合 ABS 系统的轮速信号，当检测到车轮有抱死趋势时，无法快速降低对应电机的回收扭矩；转向时未同步调整轮间回收扭矩差，导致回收过程中车辆转向手感变差。

二、融合能量回收目标的多电机扭矩分配控制策略设计

（一）双工况扭矩需求模型构建

首先明确多电机系统的两种核心工况 —— 动力工况与能量回收工况，通过实时参数判断工况类型，输出基础扭矩需求：

动力工况扭矩需求：基于加速踏板行程、车速、坡度等参数计算总动力扭矩，再根据轴荷分配初步分配各电机扭矩，结合电机效率特性微调，确保各电机均处于高效区间。

能量回收工况扭矩需求：基于制动踏板行程、滑行状态、电池剩余电量计算总回收扭矩。制动时，优先将回收扭矩分配给当前转速处于高效区间的电机；滑行时，根据车速动态调整回收扭矩，避免电机反拖力矩过大。

同时设计工况切换过渡机制：当车辆从加速（动力工况）转为制动（回收工况）时，设置扭矩过渡时间，使电机扭矩从正扭矩平滑过渡至负扭矩（回收扭矩），避免扭矩突变引发的冲击感；当电池剩余电量较高时，自动降低回收扭矩优先级，限制总回收扭矩，防止电池过充。

（二）多目标优化函数设计

以 “能量回收效率最大” 为核心目标，结合电机效率、车辆稳定性、动力响应构建多目标优化函数。在函数中，为各目标设置权重，权重值根据工况动态调整：

能量回收效率权重：在回收工况下权重较高，动力工况下权重较低；

电机综合效率权重：保持适中水平，确保电机避免低效运行；

车辆稳定性指标权重：在低附着路面、转向工况下权重较高，直道巡航时权重较低；

动力响应指标权重：在急加速、急制动工况下权重较高，匀速工况下权重较低。

针对不同工况设计目标权重动态调整规则：城市拥堵工况下，优先提升回收效率与电机效率；高速巡航工况下，平衡回收效率与行驶稳定性；急制动工况下，优先保证制动安全，限制回收扭矩上限。

（三）分层控制架构与执行机制

采用 “上层决策 - 下层执行” 的分层控制架构，确保策略实时性与可靠性：

上层决策层：基于整车控制器采集的实时参数（加速 / 制动踏板信号、车速、轮速、电池剩余电量、路面附着系数），完成工况识别与目标权重调整。例如，当检测到低附着路面，立即提高稳定性指标权重，同时降低回收扭矩需求；当电池剩余电量较低，提高能量回收效率权重，最大化能量回收。

下层执行层：基于上层输出的优化目标与权重，通过快速求解算法（如简化后的遗传算法）求解多目标优化函数，输出各电机扭矩分配指令。为满足实时控制需求，预设不同工况下的扭矩分配初始解，减少迭代次数；采用电机效率特性插值计算，快速获取各电机当前效率值。

执行反馈：电机控制器接收扭矩指令后，实时监测电机实际输出扭矩与转速，将偏差信号反馈至下层执行层，通过调节修正扭矩指令，确保总回收扭矩或总动力扭矩满足需求。

三、试验验证与结果分析

（一）试验平台搭建

台架试验平台：基于双电机动力系统台架，配置不同类型的前后轴电机，配备动力电池模拟器、测功机（模拟路面阻力与惯性）及数据采集系统。

实车试验平台：选取双电机四驱电动汽车，加装高精度传感器，在车辆控制器中植入本文设计的控制策略，对比传统 “平均分配” 策略与本文策略的性能差异。

（二）典型工况试验结果

城市拥堵工况（模拟早晚高峰，频繁加减速）：本文策略的能量回收量与电机综合效率均高于传统策略，且扭矩切换时的冲击感更弱，满足乘坐舒适性标准。

高速制动工况（高速行驶中制动至停止）：本文策略的制动距离短于传统策略，能量回收效果更优，同时车辆制动稳定性显著提升。

郊区巡航工况（中速匀速行驶，少量制动）：本文策略的能量回收量与传统策略相比有明显提升，电机总能耗更低，因避免了电机在低效区间运行。

（三）结果分析

试验结果表明，融合能量回收目标的扭矩分配控制策略具备三方面优势：一是通过动态调整目标权重，实现不同工况下 “能效 - 性能 - 安全” 的最优平衡，避免单一目标优化导致的其他性能牺牲；二是基于电机效率特性与车辆动力学特性的协同优化，充分挖掘多电机系统的能量回收潜力，同时提升电机运行效率；三是分层控制架构与快速求解算法，确保策略在复杂工况下的实时性与可靠性，满足实际驾驶需求。

结论

本文围绕多电机电动汽车的能量回收与扭矩分配协同优化问题，提出融合能量回收目标的控制策略，通过构建双工况扭矩需求模型、多目标优化函数与分层控制架构，实现了 “能效 - 性能 - 安全” 的多目标平衡。试验验证表明，该策略在典型工况下能量回收效率显著提升，同时保障车辆动力性能与行驶安全。研究不仅为多电机扭矩分配提供了新的优化思路，也为电动汽车全工况能效提升提供了技术支撑，对推动电动汽车向高集成、高智能、高续航方向发展具有重要参考价值。

参考文献：

[1] 冯成泽 . 基于模型预测控制的四轮毂驱动电动汽车扭矩优化分配研究[D]. 吉林化工学院 ,2024.

[2] 万惠修 . 双电机驱动汽车动力参数匹配优化与制动能量回馈控制研究[D]. 湖北汽车工业学院 ,2024.

[3] 王保华 , 万惠修 , 邓召文 , 等 . 电机效率最优的双电机汽车驱动扭矩分配控制策略 [J]. 重庆理工大学学报 ( 自然科学 ),2024,38(03):84-92.