高品質(zhì)混合動力汽車效率優(yōu)化的控制分析

高品質(zhì)混合動力汽車效率優(yōu)化的控制分析

隨著高品質(zhì)混合動力汽車市場份額的增加，對改善和優(yōu)化混合動力汽車效率的需求也不斷增加。促使各國政府和汽車廠商開始致力于培養(yǎng)下一代混合動力汽車工程師，如通用汽車公司和美國能源部聯(lián)合資助的EcoCAR競賽。該競賽是一項大學生汽車工程賽事，要求參賽隊伍在滿足汽車性能需求和吸引消費者的前提下，利用先進技術(shù)對汽車進行改造，以減少燃油消耗、降低環(huán)境污染。加拿大滑鐵盧大學的替代燃料小組（UWAFT）參加了EcoCAR 3的比賽。該小組對指定的汽車進行了混合動力結(jié)構(gòu)改造，并制定了相應(yīng)的控制策略，實現(xiàn)了對整車效率的優(yōu)化。本研究對這種改造和控制策略進行介紹。

UWAFT使用的基礎(chǔ)車型為雪佛蘭科邁羅，對該車進行混合動力結(jié)構(gòu)改造時，采用一種并聯(lián)混合分割結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的特征是采用1臺發(fā)動機、1套變速器和2臺電機。2臺電機分別置于變速器前后（這2個位置分別記為P2、P3）。在發(fā)動機與P2處電機之間安裝離合器，以實現(xiàn)發(fā)動機和P2電機的結(jié)合與分離。當離合器分離時，汽車將行駛在純電動模式下。因而，該結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)發(fā)動機與電機的串聯(lián)、并聯(lián)以及純電動行駛。制定相應(yīng)控制策略時，首先確定了電荷維持（CS）模式和電荷消耗（CD）模式。當能量存儲系統(tǒng)的荷電狀態(tài)（SOC）高于某一閾值則開啟CD模式，若低于某一閾值則開啟CS模式。根據(jù)汽車起動、制動、加速、爬坡時的性能需求，計算不同模式下的傳動效率，并制定索引表。汽車行駛時，根據(jù)性能需求查找索引表，控制汽車驅(qū)動方式確定效率最優(yōu)的驅(qū)動方式。利用Matlab/SimuLink對設(shè)計的結(jié)構(gòu)和控制策略進行仿真。發(fā)動機參數(shù)來自德國韋博公司生產(chǎn)的Weber MPE 850cc渦輪增壓發(fā)動機，電機參數(shù)來自于英國吉凱恩公司生產(chǎn)的GKN AF130-4電機，能量存儲系統(tǒng)參數(shù)來自于美國A123系統(tǒng)公司生產(chǎn)的容量為16.2kWh的鋰電池組。仿真采用的循環(huán)工況包括美國US05城市循環(huán)工況、美國US06高速公路循環(huán)工況和高速公路省油監(jiān)測循環(huán)工況（HWFET），設(shè)定SOC的上下閾值分別為90%和20%。結(jié)果顯示：汽車在CS模式下的能源消耗平均降低了30.5%，而在CD模式下能源消耗平均降低了13.8%。

Patrick Ellsworth et al.SAE

2016-01-1253.

編譯：李臣