淺析混合動力汽車控制策略的現(xiàn)狀研究與發(fā)展

李義軍/廣東惠州工程技術(shù)學(xué)校

淺析混合動力汽車控制策略的現(xiàn)狀研究與發(fā)展

李義軍/廣東惠州工程技術(shù)學(xué)校

我國當前混合動力汽車的控制策略還不夠完善，本文對其發(fā)展現(xiàn)狀進行了研究，提出了優(yōu)化的策略與建議，在制定控制策略時，需要延長蓄電池的壽命，還可以提高汽車的駕駛性能，降低整車的成本，保證發(fā)動機、電動機以及傳動系統(tǒng)配置的最佳性。下面筆者混合動力汽車的種類以及特點進行簡要的介紹，再提出優(yōu)化混合動力汽車控制的策略，希望對相關(guān)工作人員有所幫助，降低汽車的能耗與排放。

混合動力汽車；控制策略；現(xiàn)狀；發(fā)展

隨著社會的不斷發(fā)展，人們的環(huán)保意識越來越強，為了緩解我國能源緊缺的現(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。由于短時間內(nèi)電動汽車無法取代燃油汽車，所以，研究人員研制出了兼顧電動汽車與燃油汽車的混合動力汽車，其具有低能耗、低排放的優(yōu)點，可以實現(xiàn)城市的可持續(xù)發(fā)展。為了提高混合動力汽車的性能，必須制定高效的控制策略，這樣也可以實現(xiàn)整車的經(jīng)濟性，可以促進混合動力汽車更好的發(fā)展。

一、混合動力汽車的種類以及特點

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

1.串聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)。具有串聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的混合動力汽車，輔助動力單元是由原動機與發(fā)電機構(gòu)成的，二者結(jié)合在一起后，原動機可以帶動發(fā)電機進行發(fā)電，在利用控制系統(tǒng)可以將電能傳送到電動機中，然后產(chǎn)生一定的驅(qū)動力控制汽車運動。發(fā)電機的發(fā)電功率與電動機需要的功率出現(xiàn)不一致的情況時，控制器會發(fā)出不同的指令，可以控制電池向電動機傳輸電能，這一系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡單，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)動機，這樣可以改善系統(tǒng)的耗能性。

2.并聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)。并聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)是由發(fā)動機與電動機共同作用實現(xiàn)驅(qū)動的，將電動機作為輔助驅(qū)動系統(tǒng)時，功率比較小，并聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)動機可以通過機械傳動控制汽車，這種系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換率比較高，而且經(jīng)濟性也比較高。并聯(lián)驅(qū)動系統(tǒng)比較適合城市公路穩(wěn)定行駛的工況，當汽車行駛工況出現(xiàn)較多變化時，并聯(lián)系統(tǒng)的性能會大大降低，其需要安裝變速裝置。并聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)行駛的里程稍長，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)動系統(tǒng)。混聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)是對串聯(lián)式與并聯(lián)式系統(tǒng)的混合，在這一系統(tǒng)中，發(fā)動機的功率是由機械傳動系統(tǒng)傳輸?shù)津?qū)動設(shè)備的，并且是由驅(qū)動發(fā)電機進行發(fā)電的，發(fā)電機還可以將部分電能輸送到電池中，其產(chǎn)生的驅(qū)動力還可以控制汽車行駛。混聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)為了提高控制能力，在汽車進入低速行駛階段時，主要是串聯(lián)的工作方式，而進入高速穩(wěn)定階段時，是以并聯(lián)的方式進行工作，這可以實現(xiàn)汽車性能的最大發(fā)揮，但是這一控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，造價也比較高。當汽車發(fā)動機穩(wěn)定運行時，可以實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目的。

二、混合動力汽車控制策略的現(xiàn)狀研究與發(fā)展

1.串聯(lián)式混合動力汽車的控制策略。當蓄電池荷電狀態(tài)（SOC）降到設(shè)定的低門限值時，發(fā)動機啟動，在最低油耗或排放點按恒功率輸出，一部分功率用于滿足車輪驅(qū)動功率要求，另一部分功率向蓄電池充電。而當蓄電池組SOC上升到所設(shè)定的高門限值時，發(fā)動機關(guān)閉，由電動機驅(qū)動車輪。當發(fā)動機功率需求小于輸出功率時，將發(fā)動機的輸出功率調(diào)整為最小值；當SOC高于下界，汽車總的需求負荷未超出電池容量但超過發(fā)動機最大功率時，則發(fā)動機輸出功率調(diào)整為最大值。發(fā)動機的功率緊緊跟隨車輪功率的變化，這與傳統(tǒng)的汽車運行相似。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)式混合動力汽車的控制策略。以車速為主要參數(shù)的控制策略這是最早也是最常采用的一種控制策略，它利用車速大小作為控制的依據(jù)。當汽車車速低于所設(shè)定的車速時，由電動機單獨驅(qū)動車輪；當車速高于所設(shè)定的車速時，電動機停止驅(qū)動，而由發(fā)動機驅(qū)動車輪；當車輪負荷比較大時，則由發(fā)動機和電動機聯(lián)合驅(qū)動車輪。這種策略利用了電動機低速大轉(zhuǎn)矩的作用，避免了發(fā)動機的怠速及低負荷工況。當車輪平均功率低于某設(shè)定值時，汽車由電動機單獨驅(qū)動；當車輪平均功率高于該設(shè)定值時，此時有利于發(fā)動機有效工作，因而發(fā)動機被啟動，電動機則停止運行。發(fā)動機啟動的最佳時機是在變速器換擋期間，這有助于獲得平穩(wěn)的駕駛性能。一旦車輪平均功率超過發(fā)動機所能提供的功率時，電動機啟動，輔助發(fā)動機提供額外的功率。

3.混聯(lián)式混合動力汽車的控制策略。混聯(lián)式混合動力汽車的控制策略采用發(fā)動機作為主要動力源，電動機和電池通過提供附加轉(zhuǎn)矩的形式進行功率調(diào)峰，使系統(tǒng)獲得足夠的瞬時功率。由于采用了行星齒輪機構(gòu)，發(fā)動機轉(zhuǎn)速可以不隨車速變化，這樣使發(fā)動機工作在最優(yōu)工作點，提供恒定的轉(zhuǎn)矩輸出，而剩余的轉(zhuǎn)矩則由電動機提供。這樣電動機來負責(zé)動態(tài)部分，避免了發(fā)動機動態(tài)調(diào)節(jié)帶來的損失，而且與發(fā)動機相比，電動機的控制也更為靈敏，容易實現(xiàn)。在發(fā)動機最優(yōu)工作曲線模式思想的基礎(chǔ)上，對混合動力車在特定工況點下整個動力系統(tǒng)的優(yōu)化目標進行優(yōu)化，便可得到瞬時最優(yōu)工作點，然后基于系統(tǒng)的瞬時最優(yōu)工作點，對各個狀態(tài)變量進行動態(tài)再分配。

三、結(jié)語

混合動力汽車有三種不同的種類，而且有著各自的特點以及不同的適用范圍，這三種類型分別是串聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)、并聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)以及混聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)，其中串聯(lián)式驅(qū)動系統(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)動系統(tǒng)是對二者的結(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，在不受汽車行駛工況影響的條件下，可以實現(xiàn)低油耗、低排放、節(jié)能環(huán)保的控制效果。在優(yōu)化混合動力汽車控制策略時，一定要以延長電池壽命，降低整車成本為目標，這樣才能促進混合動力汽車控制策略更好發(fā)展。

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