李義軍/廣東惠州工程技術(shù)學(xué)校

淺析混合動(dòng)力汽車(chē)控制策略的現(xiàn)狀研究與發(fā)展

李義軍/廣東惠州工程技術(shù)學(xué)校

我國(guó)當(dāng)前混合動(dòng)力汽車(chē)的控制策略還不夠完善，本文對(duì)其發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了研究，提出了優(yōu)化的策略與建議，在制定控制策略時(shí)，需要延長(zhǎng)蓄電池的壽命，還可以提高汽車(chē)的駕駛性能，降低整車(chē)的成本，保證發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)以及傳動(dòng)系統(tǒng)配置的最佳性。下面筆者混合動(dòng)力汽車(chē)的種類(lèi)以及特點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹，再提出優(yōu)化混合動(dòng)力汽車(chē)控制的策略，希望對(duì)相關(guān)工作人員有所幫助，降低汽車(chē)的能耗與排放。

混合動(dòng)力汽車(chē)；控制策略；現(xiàn)狀；發(fā)展

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，人們的環(huán)保意識(shí)越來(lái)越強(qiáng)，為了緩解我國(guó)能源緊缺的現(xiàn)狀，相關(guān)工作者不斷的研究新能源，而且研制出了可以代替能源的新型汽車(chē)。由于短時(shí)間內(nèi)電動(dòng)汽車(chē)無(wú)法取代燃油汽車(chē)，所以，研究人員研制出了兼顧電動(dòng)汽車(chē)與燃油汽車(chē)的混合動(dòng)力汽車(chē)，其具有低能耗、低排放的優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)城市的可持續(xù)發(fā)展。為了提高混合動(dòng)力汽車(chē)的性能，必須制定高效的控制策略，這樣也可以實(shí)現(xiàn)整車(chē)的經(jīng)濟(jì)性，可以促進(jìn)混合動(dòng)力汽車(chē)更好的發(fā)展。

一、混合動(dòng)力汽車(chē)的種類(lèi)以及特點(diǎn)

混合動(dòng)力汽車(chē)是一種新型的汽車(chē)，其同時(shí)配備了電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及輔助動(dòng)力單元，而且輔助動(dòng)力單元可以作為燃燒某種燃料的原動(dòng)機(jī)，可分為柴油機(jī)、汽油機(jī)等類(lèi)型?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)中配有電動(dòng)機(jī)、原動(dòng)機(jī)以及蓄電池等部件，實(shí)現(xiàn)這些部件的優(yōu)化配置，可以提高汽車(chē)的性能，而且可以達(dá)到低油耗、低排放的研制目的?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)有著不同的結(jié)構(gòu)類(lèi)型，可大致將其分為串聯(lián)式、并聯(lián)式以及混聯(lián)式三種組合類(lèi)型。

1.串聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。具有串聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的混合動(dòng)力汽車(chē)，輔助動(dòng)力單元是由原動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)構(gòu)成的，二者結(jié)合在一起后，原動(dòng)機(jī)可以帶動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，在利用控制系統(tǒng)可以將電能傳送到電動(dòng)機(jī)中，然后產(chǎn)生一定的驅(qū)動(dòng)力控制汽車(chē)運(yùn)動(dòng)。發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率與電動(dòng)機(jī)需要的功率出現(xiàn)不一致的情況時(shí)，控制器會(huì)發(fā)出不同的指令，可以控制電池向電動(dòng)機(jī)傳輸電能，這一系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但是能力的轉(zhuǎn)換效率并不高，工作人員可以在高效的系統(tǒng)中安裝較小的發(fā)動(dòng)機(jī)，這樣可以改善系統(tǒng)的耗能性。

2.并聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。并聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是由發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)共同作用實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)的，將電動(dòng)機(jī)作為輔助驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，功率比較小，并聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)可以通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)控制汽車(chē)，這種系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換率比較高，而且經(jīng)濟(jì)性也比較高。并聯(lián)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)比較適合城市公路穩(wěn)定行駛的工況，當(dāng)汽車(chē)行駛工況出現(xiàn)較多變化時(shí)，并聯(lián)系統(tǒng)的性能會(huì)大大降低，其需要安裝變速裝置。并聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)行駛的里程稍長(zhǎng)，但是系統(tǒng)比較復(fù)雜，應(yīng)用的成本比較高。

3.混聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)?；炻?lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是對(duì)串聯(lián)式與并聯(lián)式系統(tǒng)的混合，在這一系統(tǒng)中，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率是由機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)傳輸?shù)津?qū)動(dòng)設(shè)備的，并且是由驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電的，發(fā)電機(jī)還可以將部分電能輸送到電池中，其產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力還可以控制汽車(chē)行駛?；炻?lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為了提高控制能力，在汽車(chē)進(jìn)入低速行駛階段時(shí)，主要是串聯(lián)的工作方式，而進(jìn)入高速穩(wěn)定階段時(shí)，是以并聯(lián)的方式進(jìn)行工作，這可以實(shí)現(xiàn)汽車(chē)性能的最大發(fā)揮，但是這一控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，造價(jià)也比較高。當(dāng)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目的。

二、混合動(dòng)力汽車(chē)控制策略的現(xiàn)狀研究與發(fā)展

1.串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)的控制策略。當(dāng)蓄電池荷電狀態(tài)（SOC）降到設(shè)定的低門(mén)限值時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，在最低油耗或排放點(diǎn)按恒功率輸出，一部分功率用于滿(mǎn)足車(chē)輪驅(qū)動(dòng)功率要求，另一部分功率向蓄電池充電。而當(dāng)蓄電池組SOC上升到所設(shè)定的高門(mén)限值時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)功率需求小于輸出功率時(shí)，將發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率調(diào)整為最小值；當(dāng)SOC高于下界，汽車(chē)總的需求負(fù)荷未超出電池容量但超過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率時(shí)，則發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率調(diào)整為最大值。發(fā)動(dòng)機(jī)的功率緊緊跟隨車(chē)輪功率的變化，這與傳統(tǒng)的汽車(chē)運(yùn)行相似。采用這種控制策略，蓄電池工作循環(huán)將消失，與充放電有關(guān)的蓄電池組損失被減少到最低程度。

2.并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)的控制策略。以車(chē)速為主要參數(shù)的控制策略這是最早也是最常采用的一種控制策略，它利用車(chē)速大小作為控制的依據(jù)。當(dāng)汽車(chē)車(chē)速低于所設(shè)定的車(chē)速時(shí)，由電動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪；當(dāng)車(chē)速高于所設(shè)定的車(chē)速時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止驅(qū)動(dòng)，而由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪；當(dāng)車(chē)輪負(fù)荷比較大時(shí)，則由發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)車(chē)輪。這種策略利用了電動(dòng)機(jī)低速大轉(zhuǎn)矩的作用，避免了發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速及低負(fù)荷工況。當(dāng)車(chē)輪平均功率低于某設(shè)定值時(shí)，汽車(chē)由電動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)；當(dāng)車(chē)輪平均功率高于該設(shè)定值時(shí)，此時(shí)有利于發(fā)動(dòng)機(jī)有效工作，因而發(fā)動(dòng)機(jī)被啟動(dòng)，電動(dòng)機(jī)則停止運(yùn)行。發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的最佳時(shí)機(jī)是在變速器換擋期間，這有助于獲得平穩(wěn)的駕駛性能。一旦車(chē)輪平均功率超過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)所能提供的功率時(shí)，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，輔助發(fā)動(dòng)機(jī)提供額外的功率。

3.混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)的控制策略?；炻?lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)的控制策略采用發(fā)動(dòng)機(jī)作為主要?jiǎng)恿υ?，電?dòng)機(jī)和電池通過(guò)提供附加轉(zhuǎn)矩的形式進(jìn)行功率調(diào)峰，使系統(tǒng)獲得足夠的瞬時(shí)功率。由于采用了行星齒輪機(jī)構(gòu)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可以不隨車(chē)速變化，這樣使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在最優(yōu)工作點(diǎn)，提供恒定的轉(zhuǎn)矩輸出，而剩余的轉(zhuǎn)矩則由電動(dòng)機(jī)提供。這樣電動(dòng)機(jī)來(lái)負(fù)責(zé)動(dòng)態(tài)部分，避免了發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)帶來(lái)的損失，而且與發(fā)動(dòng)機(jī)相比，電動(dòng)機(jī)的控制也更為靈敏，容易實(shí)現(xiàn)。在發(fā)動(dòng)機(jī)最優(yōu)工作曲線模式思想的基礎(chǔ)上，對(duì)混合動(dòng)力車(chē)在特定工況點(diǎn)下整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，便可得到瞬時(shí)最優(yōu)工作點(diǎn)，然后基于系統(tǒng)的瞬時(shí)最優(yōu)工作點(diǎn)，對(duì)各個(gè)狀態(tài)變量進(jìn)行動(dòng)態(tài)再分配。

三、結(jié)語(yǔ)

混合動(dòng)力汽車(chē)有三種不同的種類(lèi)，而且有著各自的特點(diǎn)以及不同的適用范圍，這三種類(lèi)型分別是串聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、并聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及混聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中串聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的成本比較低，但是能量轉(zhuǎn)換的效率并不高，串聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且成本比較高，混聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是對(duì)二者的結(jié)合，其適用范圍比較廣，而且系統(tǒng)具有靈活轉(zhuǎn)換的特點(diǎn)，在不受汽車(chē)行駛工況影響的條件下，可以實(shí)現(xiàn)低油耗、低排放、節(jié)能環(huán)保的控制效果。在優(yōu)化混合動(dòng)力汽車(chē)控制策略時(shí)，一定要以延長(zhǎng)電池壽命，降低整車(chē)成本為目標(biāo)，這樣才能促進(jìn)混合動(dòng)力汽車(chē)控制策略更好發(fā)展。

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