混合動力汽車的控制策略探微

謝碧波

摘 要：混合動力汽車屬于新能源汽車產(chǎn)品，其中控制策略是它實現(xiàn)能源與能量合理分配的關(guān)鍵。本文主要以混合動力汽車的動力系統(tǒng)控制策略設(shè)計與電動機選擇及模型分析為主，簡要探討了它的動力流動與控制問題，希望證明該車型的低排放、低能耗優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：混合動力；汽車；控制

在全球性能源短缺和生態(tài)環(huán)境保護的背景下，新能源汽車的概念被提出，混合動力汽車是新能源汽車的代表性產(chǎn)品，此類車輛以汽油或柴油供能和電力供能兩種方式進行驅(qū)動，在車輛啟動時，只需要依靠電動機帶動，當車輛速度達到一定后，發(fā)動機才會啟動，由此不但可以使車輛獲得良好的動力性，而且還能減少燃料的消耗。控制系統(tǒng)是混合動力車輛的關(guān)鍵，其性能優(yōu)劣直接關(guān)系到車輛的動力性。借此，本文就混合動力汽車的控制策略進行探微。

1 混合動力汽車的動力系統(tǒng)控制策略研究

1.1 動力系統(tǒng)布局

動力系統(tǒng)是整個混合動力汽車的重要組成部分之一，它布局是否合理直接關(guān)系到車輛的性能。在對動力系統(tǒng)進行布局時，可以采用純電驅(qū)動的強混系統(tǒng)，這種系統(tǒng)不但能夠滿足加速需要，而且還能有效降低油耗。圖1為并聯(lián)強混系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

與雙電機并聯(lián)動力系統(tǒng)相比，單電機并聯(lián)強混動力系統(tǒng)在內(nèi)燃機與一體化電機之間加裝了一個離合器，這樣的結(jié)構(gòu)布置，能夠在電動與內(nèi)燃機斷油的運行狀態(tài)下，使內(nèi)燃機脫開，從而達到減小反拖損失的目的，并且單電機只需要安裝一套電機系統(tǒng)，它的經(jīng)濟性更高。

1.2 控制策略設(shè)計

1.2.1 主要運行模式的分類。本文所提出的強混動力系統(tǒng)共有以下幾種運行模式：

①在駐車的前提下，離合器處于開啟狀態(tài)，由于內(nèi)燃機啟動必須在離合器閉合的情況下完成，因此電動機會先行啟動。

②當電動機正常啟動之后，車輛會自行進入到電動機驅(qū)動的狀態(tài)，若是此時車輛處于低速運行，或是有緩慢加速的需要時，車輛控制器則會認定動力需求較小，如果在這一過程中內(nèi)燃機啟動，其必定會在低負荷、低效率的情況運行，這對車輛運行經(jīng)濟性非常不利，因此在控制策略的設(shè)計上，應(yīng)當對純電驅(qū)動這一工況予以優(yōu)先考慮。

③SOC（動力電池）中存儲的電能如果低于額定最小值時，控制器便會自行向內(nèi)燃機發(fā)出啟動指令，此時內(nèi)燃機會與電動機共同運行，對車輛進行牽引，在這種模式中，內(nèi)燃機相當于是電動機的助力。

④因發(fā)動機上的12V電池需要發(fā)電機為其進行充電，加之SOC中存儲的電能會隨車輛的運行而下降，因此需要混合動力系統(tǒng)或固定充電系統(tǒng)不定期對其進行充電，以免混合動力的功能喪失。

⑤如果車輛的速度降至非常低的狀態(tài)時，回收能量并不會起到太大的作用，所以此時電動機會停止對能量的回收，而內(nèi)燃機則會處于停止工作的狀態(tài)。

1.2.2 運行模式判斷。動力系統(tǒng)模式的切換需要一定的條件，當車輛從純電動機驅(qū)動轉(zhuǎn)為混合驅(qū)動時，需要如下條件：加速踏板輸入、車速、SOC等，在這些條件下，內(nèi)燃機必須立即啟動發(fā)電機帶動電動機，提升車輛的動力性，且富余能量能被動力電池回收。

2 混合動力汽車的電動機選擇

2.1 電動機參數(shù)選擇及模型分析

混合動力汽車的電機系統(tǒng)要充分考慮汽車運行環(huán)境、蓄電池供電能力、電池電壓變化等因素優(yōu)化參數(shù)選擇，以確保電機系統(tǒng)具備良好的穩(wěn)定性和運行效率。電機系統(tǒng)是混合動力汽車驅(qū)動控制模塊的核心，其重要參數(shù)之一為轉(zhuǎn)速因子，即最高轉(zhuǎn)速與基速的比值。電動機的類型不同，轉(zhuǎn)速因子值也有所不同，一般情況下轉(zhuǎn)速因子較大的為感應(yīng)電動機，轉(zhuǎn)速因子較小的為永磁同步電動機。為保證混合動力汽車能夠在低速運行狀態(tài)下快速加速，具備一定的爬坡性能，應(yīng)當選用一體化啟動電機，將啟動機、發(fā)電機以及發(fā)動機緊湊地布置為一體形態(tài)，而后將其裝配在變速箱與發(fā)動機之間。由于混合動力汽車的加速性能直接決定著電機系統(tǒng)的功率參數(shù)，所以在良好的路況下，可根據(jù)公式求出汽車由起步加速到設(shè)定車速的時間t，具體為：

其中，表示設(shè)定車速；表示轉(zhuǎn)動質(zhì)量轉(zhuǎn)換系數(shù)；m表示整體質(zhì)量；Ft表示滾動阻力；Fw表示空氣阻力；Ff表示行駛驅(qū)動力。

2.2 控制模型控制過程分析

電機系統(tǒng)要想在預(yù)定時間達到設(shè)定車速，就必須通過電流反饋與轉(zhuǎn)速PID完成整個控制過程。其中，電流反饋通過比較分析電機系統(tǒng)輸出的電流與預(yù)設(shè)電流，而后確定輸入端的電壓，確保實際電壓值與目標值相接近；轉(zhuǎn)速PID控制主要根據(jù)目標轉(zhuǎn)速對實際轉(zhuǎn)速進行有效控制，確保兩者接近。

3 總結(jié)

綜上所述，傳統(tǒng)能源的短缺，為混合動力汽車的發(fā)展帶來了契機，相信在不久的將來，這種汽車將會代替柴油機或汽油機的車輛，為此，加大對混合動力汽車控制系統(tǒng)的研究力度十分必要，由此不但能夠提升整車的動力性能，而且還能達到降低能耗的目的。

參考文獻

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