混合動(dòng)力汽車中的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究

蔣超宇

摘 要：近年來(lái)，環(huán)境日益惡化，使人們賴以生存的環(huán)境遭受到嚴(yán)重破壞，出于對(duì)環(huán)保的考慮，為了限制汽車的使用量，石油的價(jià)格持續(xù)走高，在節(jié)能環(huán)保條件下，混合動(dòng)力汽車成為人們出行的優(yōu)選，并且呈現(xiàn)出大規(guī)模商品化發(fā)展特點(diǎn)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是混合動(dòng)力汽車中的核心技術(shù)，不同結(jié)構(gòu)形式的混合動(dòng)力汽車具有不同的特性，為了實(shí)現(xiàn)燃油的經(jīng)濟(jì)性和排放性，加大對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制策略研究具有必要性，以便能夠滿足對(duì)車輛性能的要求。

關(guān)鍵詞：混合動(dòng)力汽車 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 控制策略優(yōu)化

中圖分類號(hào)：TM384 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）01（c）-0062-02

隨著人們生活水平的提高，汽車的數(shù)量持續(xù)增加，已經(jīng)成為人們?nèi)粘３鲂械谋貍涔ぞ撸S之引發(fā)一系列環(huán)境問(wèn)題，傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車無(wú)法適應(yīng)當(dāng)前環(huán)保的要求，加大對(duì)技能環(huán)保電動(dòng)汽車的研發(fā)成為當(dāng)前汽車工業(yè)的首要任務(wù)。混合動(dòng)力汽車控制策略能夠促進(jìn)內(nèi)燃機(jī)汽車和純電動(dòng)汽車的補(bǔ)充和協(xié)調(diào)，通過(guò)駕駛員的指令和車輛的行駛工況，來(lái)協(xié)調(diào)汽車部件之間的能量流動(dòng)，確保分配動(dòng)力的合理性，在不損失汽車性能的前提下，優(yōu)化汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。

1 混合動(dòng)力汽車的工作模式及原理

（1）串聯(lián)式。串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的工作模式主要分為純電動(dòng)模式、純發(fā)動(dòng)機(jī)模式和混合驅(qū)動(dòng)模式三種。第一，純電動(dòng)模式主要是指需要在車輛負(fù)荷空載或者較小的情況下，需要充分利用蓄電池組來(lái)驅(qū)動(dòng)車輛前行，確保發(fā)動(dòng)機(jī)始終處于關(guān)閉狀態(tài)，產(chǎn)生零排放。第二，純發(fā)動(dòng)機(jī)模式，主要是指在車輛負(fù)荷較大的情況下，車輛內(nèi)的驅(qū)動(dòng)功率不會(huì)超過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率，需要運(yùn)用發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)帶動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛前行。第三，混合驅(qū)動(dòng)模式，當(dāng)車輛的加速、啟動(dòng)和爬坡時(shí)，需要運(yùn)用發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)帶動(dòng)電機(jī)向電動(dòng)機(jī)進(jìn)行供電，有助于提升混合動(dòng)力汽車的性能。

（2）并聯(lián)式。并聯(lián)式動(dòng)力汽車能夠通過(guò)協(xié)作來(lái)驅(qū)動(dòng)車輛前行，主要包括純電動(dòng)模式、純發(fā)動(dòng)機(jī)工作模式、混合驅(qū)動(dòng)工作模式。第一，純電動(dòng)模式，需要在車輛剛啟動(dòng)或低速行駛時(shí)，關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，展現(xiàn)出電動(dòng)機(jī)的良好動(dòng)態(tài)特性，能夠避開高排放和低效區(qū)，有助于節(jié)能減排，提高燃油的經(jīng)濟(jì)性能。第二，純發(fā)動(dòng)機(jī)工作模式，汽車在平穩(wěn)行駛和對(duì)排放要求不高的地方，發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油具有較好的經(jīng)濟(jì)性能。第三，混合驅(qū)動(dòng)工作模式，當(dāng)汽車在爬坡或者加速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)發(fā)出功率的形式，有助于促進(jìn)車輛加速。

（3）混聯(lián)式。混聯(lián)式動(dòng)力汽車主要是指在并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，增加發(fā)電機(jī)構(gòu)，有助于實(shí)現(xiàn)功率疊加，將功率轉(zhuǎn)化為電能，驅(qū)動(dòng)車輛前進(jìn)，主要分為純電動(dòng)工作模式、發(fā)動(dòng)機(jī)+發(fā)電機(jī)+充電工作模式和混合驅(qū)動(dòng)工作模式三種。第一，純電動(dòng)工作模式主要是指車輛在起步階段，由于車速的設(shè)定值相對(duì)較小，需要由電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，不會(huì)產(chǎn)生排放。第二，發(fā)動(dòng)機(jī)+發(fā)電機(jī)+充電工作模式，通常將發(fā)動(dòng)機(jī)功率分為直接傳遞給變速器和帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電兩部分，主要是運(yùn)用蓄電池充電和直接供給電能的形式，驅(qū)動(dòng)車輛前行。第三，混合驅(qū)動(dòng)工作模式，通常用于汽車爬坡或加速時(shí)，具有良好的動(dòng)力性能，需要發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)共同作用來(lái)驅(qū)動(dòng)車輛。

2 混合動(dòng)力汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制策略分析

2.1 基線控制策略

基線控制策略在實(shí)際使用過(guò)程中能夠結(jié)合不同的工況來(lái)決定發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)的工作狀態(tài)，需要將二者的運(yùn)行參數(shù)控制在有限區(qū)域范圍內(nèi)，來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的控制目標(biāo)。當(dāng)實(shí)際車速小于設(shè)定車速時(shí)，需要運(yùn)用電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)提供驅(qū)動(dòng)力矩。如果車輛的實(shí)際驅(qū)動(dòng)力大于發(fā)動(dòng)機(jī)工作區(qū)域中的最大力矩，需要由電動(dòng)機(jī)進(jìn)行彌補(bǔ)。

2.2 實(shí)時(shí)控制策略

為了提高車輛運(yùn)行性能，需要明確排放量和燃油經(jīng)濟(jì)性之間的關(guān)系，結(jié)合排放運(yùn)行特點(diǎn)和發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能，來(lái)實(shí)現(xiàn)燃油消耗和排放物較少的目標(biāo)。需要了解并聯(lián)混合動(dòng)力汽車的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和排放性能，構(gòu)建實(shí)時(shí)適應(yīng)控制的目標(biāo)函數(shù)，促進(jìn)目標(biāo)函數(shù)的最小化。通過(guò)實(shí)時(shí)適應(yīng)控制能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的最優(yōu)控制，提升汽車控制系統(tǒng)性能。

2.3 模糊控制策略

模糊控制與智能控制方式和紙質(zhì)的提煉精度有直接關(guān)系，能夠展現(xiàn)出混合動(dòng)力系統(tǒng)的非線性特點(diǎn)，混合動(dòng)力汽車模糊控制建立在發(fā)動(dòng)機(jī)需求和電池組的SOC狀態(tài)值基礎(chǔ)上，需要將扭矩Treq和功率Preq作為輸入變量輸出控制量，運(yùn)用輸入條件和發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式來(lái)確定發(fā)動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)。

3 混合動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略優(yōu)化研究

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)頻繁開啟和關(guān)閉時(shí)的工作特性。研究表明，發(fā)動(dòng)機(jī)在不同的路況中，發(fā)動(dòng)機(jī)的開啟和關(guān)閉頻繁程度呈現(xiàn)出較大的不同，發(fā)動(dòng)機(jī)在開啟狀態(tài)下，轉(zhuǎn)速和負(fù)荷瞬時(shí)會(huì)發(fā)生較大的變動(dòng)，對(duì)控制策略的要求較高，影響著車輛性能。（2）開啟和關(guān)閉時(shí)的排放特性。發(fā)動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)，進(jìn)氣道的氣壓和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)產(chǎn)生較大的幅動(dòng)，進(jìn)氣道里面的油膜會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的破損情況，導(dǎo)致燃燒狀態(tài)較差。發(fā)動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)和關(guān)閉時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生HC峰值排放，峰值會(huì)隨發(fā)動(dòng)機(jī)變熱后逐漸減小。需要將空燃比保持在一定的理論值范圍內(nèi)，對(duì)降低燃燒排放量具有重要作用。（3）對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的綜合評(píng)價(jià)影響。混合動(dòng)力汽車對(duì)燃油的經(jīng)濟(jì)性有著較高要求，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，需要將工作中消耗的能量轉(zhuǎn)化為等效燃油消耗。怠速停機(jī)對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性影響的評(píng)價(jià)公式為：

FS=I×Tis-（S2+S3）×Nis

其中：FS為整車節(jié)約燃油量；Tis為發(fā)動(dòng)機(jī)正常怠速時(shí)的油耗；S2為再次開啟發(fā)動(dòng)機(jī)需要的額外功；S3為起步時(shí)蓄電池組供給電能的等效油耗；Nis為怠速停機(jī)的頻率；I為發(fā)動(dòng)機(jī)正常怠速時(shí)的油耗。

需要對(duì)怠速停機(jī)的頻繁程度和整車燃油經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)開啟和關(guān)閉過(guò)程中的燃油經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行考慮。如果停機(jī)的時(shí)間太久，會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度下降，潤(rùn)滑油粘度增大，需要準(zhǔn)確評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)的開啟和關(guān)閉狀態(tài)，提升燃油的經(jīng)濟(jì)性能，加大對(duì)整車燃油經(jīng)濟(jì)性的控制。

4 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，人們的環(huán)保意識(shí)增加，汽車尾氣控制得到了人們的廣泛關(guān)注，運(yùn)用節(jié)能環(huán)保型汽車來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)車輛，對(duì)提升混合動(dòng)力汽車的環(huán)保性能具有重要作用。該文對(duì)串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式的汽車工作模式和原理進(jìn)行了深入分析，對(duì)混合動(dòng)力汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的基線控制策略、實(shí)時(shí)控制策略和模糊控制策略進(jìn)行分析，并提出了優(yōu)化混合動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略的方法，明確了發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉和開啟對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)控制的影響，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的整體性能。

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