混合動力汽車協(xié)調控制策略構架

長春工程學院電氣與信息學院 張 允 耿英楠 杜 波 趙迎輝 蔣夢瑩 郭慕瑤

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混合動力汽車協(xié)調控制策略構架

長春工程學院電氣與信息學院 張 允 耿英楠 杜 波 趙迎輝 蔣夢瑩 郭慕瑤

【摘要】為了實現混合動力汽車節(jié)能減排的目標，本文設計了混合動力汽車協(xié)調控制策略總體構架，詳細闡述了控制信號輸入和輸出模塊，工作模式判別模塊，轉矩計算模塊，轉矩管理與工作模式協(xié)調控制模塊等各主要模塊的功能。通過典型工況循環(huán)測試，驗證了該協(xié)調控制策略的有效性。

【關鍵詞】混合動力汽車；工作模式；協(xié)調控制

1 混合動力汽車協(xié)調控制策略總體構架

混合動力汽車協(xié)調控制策略總體構架模型如圖1所示，主要包括輸入模塊、總需求轉矩計算模塊、總目標分配轉矩計算模塊、工作模式判別模塊，轉矩管理與工作模式協(xié)調控制模塊及輸出模塊六大部分。

圖1 混合動力汽車協(xié)調控制策略總體構架

2 各主要模塊功能

2.1 輸入/輸出模塊

該模塊為控制策略的輸入信號和輸出信號部分，在實車中輸入信號由傳感器或執(zhí)行部件ECU通過CAN總線提供給整車控制器（HCU），輸出信號經HCU中的控制策略計算得到，由CAN總線傳遞到各執(zhí)行部件控制器。各輸出量主要包括：發(fā)動機、電機輸出轉矩命令；驅動模式命令；發(fā)動機、電機開關命令等。

2.2 需求轉矩計算模塊

要合理分配發(fā)動機和電動機的目標轉矩，并對混合動力系統(tǒng)進行能量管理及工作模式的協(xié)調控制，首先均應對需求轉矩進行識別。

總轉矩需求由驅動轉矩需求Td_req、制動轉矩需求Tb_req和電池充電轉矩需求Tch_req三部分構成。

2.3 工作模式識別模塊

該模塊主要根據駕駛員加速踏板開度、制動踏板開度、檔位、車速等判斷車輛工作模式，計算發(fā)動機、電機、離合器等執(zhí)行部件的狀態(tài)等。

2.4 分配轉矩計算模塊

（1）純電動模式

此時，發(fā)動機關閉，發(fā)動機目標轉矩為0，電動機單獨驅動車輛，其目標轉矩為需求轉矩。

（2）純發(fā)動機驅動模式

此時，發(fā)動機單獨驅動，發(fā)動機的目標轉矩等于需求轉矩。而電動機關閉，其目標轉矩為0。

（3）行車充電模式

此時，發(fā)動機驅動車輛并帶動電動機主動充電，發(fā)動機目標轉矩受發(fā)動機最大轉矩、驅動轉矩需求、電池最大允許充電轉矩和電動機最大充電轉矩的影響。而電動機的目標轉矩為發(fā)動機的轉矩與需求轉矩之差。

（4）混合驅動模式

此時，發(fā)動機輸出最大轉矩，需要功率輔助，由電動機提供剩余的需求轉矩。電動機的目標轉矩為需求轉矩與發(fā)動機轉矩之差。

（5）減速/制動能量回饋模式

此時，發(fā)動機關閉，發(fā)動機目標轉矩為0。當SOC小于峰值時，電動機處于發(fā)電狀態(tài)，將動能轉化為電能存儲于電池中，此時系統(tǒng)為再生制動模式，電動機回收制動能量，電動機的目標轉矩為電機轉速與SOC的函數值。當SOC達到峰值時，電池不再有繼續(xù)接收電荷的能力，此時再生制動模式切換為機械制動模式，將車輛動能以其他形式的能量耗散。此時，機械制動轉矩為制動需求轉矩與電動機的轉矩之差。

2.5 轉矩管理與工作模式協(xié)調控制模塊

該模塊對發(fā)動機轉矩進行在線估計，對整車進行綜合協(xié)調控制。

3 工作模式綜合協(xié)調控制結果及分析

我們選取美國US06典型循環(huán)工況進行測試，并選取車速差均值作為整車動力性評價指標，選取百公里油耗作為整車經濟性評價指標，選取電池SOC變化均值作為電池SOC平衡性評價指標，相應性能指標的對比情況如表1所示。

表1 工作模式協(xié)調控制仿真結果

結果表明優(yōu)化控制后，整車動力性、經濟性、SOC平衡性均比優(yōu)化控制前有所提高，證明了本文建立的協(xié)調控制策略的有效性。

4 總結

本文基于模塊化設計思想，將控制策略分為控制信號輸入和輸出模塊，工作模式判別模塊，轉矩計算模塊，轉矩管理與工作模式協(xié)調控制模塊共計六個模塊。在此基礎上，針對典型循環(huán)工況進行測試，仿真結果表明本文提出的協(xié)調控制策略能夠有效地改善整車動力性、經濟性與排放特性。

參考文獻

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基金項目：吉林省教育廳基金項目《混合動力客車多目標綜合協(xié)調控制技術研究》。