混合動力柴油機控制策略研究

楊明志，陳磊，葉雄懷，胡躍東

(海軍工程大學學員一旅八隊，湖北武漢，430000)

混合動力柴油機控制策略研究

楊明志，陳磊，葉雄懷，胡躍東

(海軍工程大學學員一旅八隊，湖北武漢，430000)

和傳統柴油機相比，混合動力柴油機有著較高的工作性能、良好的經濟效果和環保功效，以啟動、驅動和制動作為控制策略的不同工況進行定性研究，對該類柴油機的控制策略進行了總結闡述，對未來控制策略研究方向提供了相關思路。

混合動力；轉矩；控制策略

0 引言

當今世界經濟發展迅速，能源消耗日益加劇，但是對能源運用效果性能的要求卻是越來越高，在新能源沒有廣泛性投入使用之前，通過合理的運作方式來改變發動機運行效率是非常重要的內容，不僅可以優化經濟產生，更重要的是起到環保節能的作用，混合動力柴油機就伴隨著這一概念應用而生?；旌蟿恿Σ裼蜋C指的是柴油和電雙重動力驅動方式的柴油機，當動力終端在高速、高負載運行的時候，會用柴油提供動力，當低速、低負載運行的過程中，則是通過電力提供動力，混合動力柴油機近年來在工業領域得到了相當大的應用，可以使所用機車工作和經濟保障都能得到相應提高。

在不同的行車階段，混合動力柴油機的控制方法策略和研究參數存在一定差異，利用更復雜的軟件算法對傳統的標定參數進行優化研究將格外重要。

1 混合動力柴油機系統

混合動力柴油機由控制系統、驅動系統、輔助動力和電池組組成，如圖1就是最簡單的混合動力汽車控制簡圖，各組成部分相輔相成。共同支撐柴油機的正常工作?？刂葡到y作為柴油機工作的大腦，起著統籌整體的作用。經過多年的研究發展，目前已經形成了幾代控制系統，第一代柴油機的控制系統主要是位置控制，通過變速箱和整體機械配合來對不同工況下的動力選用進行調配。隨后經歷了時間控制和電控階段，目前很多的混合動力柴油機用的就是電控方法，時間控制方式主要用在比較簡單、路況變化并不復雜的機車當中，未來的控制策略必然要走上集中智能化自動控制方面。在具體的參數計算方面，主要把混合動力柴油機進行物理模型[1]拆分，可以將其分成幾個子組成模塊來進行研究，分別是進氣模塊、排氣模塊、氣缸模塊和電動模塊。作為復雜的合成系統，柴油機的進氣效果、排氣效果、氣缸工作效率都受電動模塊數據參數的影響，反之亦然。

圖1 汽車混合動力控制簡圖

動力永遠是發動機不可忽略的話題，混合動力柴油機各個部分的動力判斷標準比較豐富，以整車重量作為基礎衡量參數，發動機部分則可以用額定功率、額定轉矩、額定轉速、最高轉速等，電機則有功率、轉矩、轉速。電池部分則包括電壓、容量、能量等參數。減速器則包括各類檔位和調速比、成速比。環保特性主要通過發動機輸出的各類氣體來進行衡量，包括碳、硫和氮類氣體，二者的結合則可以進行經濟型判別。以動力特性和環保特性作為整體判別標準，可以對混合動力柴油機的控制策略進行優化研究。

2 柴油機控制策略綜述

柴油機控制系統是柴油機工作的總成大腦，總體調配、協調、控制柴油機各部件的運行和寫作，在柴油機發展過程中，控制系統也經歷了多次升級，目前比較流行的方法主要有四種，分別是邏輯模糊式控制、神經網絡控制、邏輯門限閥值控制和動態結合自適應方法控制。其中，各類控制方法都具備相應的優點和適應性范圍，使得混合動力柴油機可以從性能和經濟兩個角度進行優化。相對來說，最為高效簡單的控制方法是邏輯門限控制法，在各類城市交通混合動力柴油機中，這種方法得到了比較廣泛的應用，混合動力往往會插入電力助推式控制方法，二者實現并聯處理，但大多數情況下，這兩種控制方法是獨立運行。

該控策略所用的油耗很低，相應輸出結果符合環保指標，而且基本能夠滿足城市軌道交通的人員和承載要求。因此可以說，雙助力方式是十分重要的控制策略，當電力輸出可以滿足負載要求、路況要求和動力需求的時候，可以用柴油帶動電推驅動，而當高負載等情況出現，或者發生極端情況，需要更快的反應速度，則自動通過電路切換，轉換到柴油機直接供給動力。而在同一個載體工作過程中，不同的階段也存在柴電不同的推進過程，一般來說，一個完整的路況過程主要包括三個階段，分別是起車階段、正常行駛階段和制動階段。在起車階段，如果是正常或者下坡一類轉矩要求比較低的工況，可以使用電機啟動，如果是上坡或者比較滑的工況，對轉矩要求比較大，則由柴油機啟動。在機車行駛過程當中，由于電機的滿量配置，當轉矩要求小于柴、電轉換臨界點的時候，用電機驅動發動機工作，轉矩大的時候，則用柴油機驅動發動機工作，此時，如果發動機的轉矩滿足驅動要求，則額外動力會為電機充電，在發動機處于剎車制動過程中，依然可以進行電機充電，利用柴動制動，這樣就會有一部分的能量得到回收，增強柴油機的經濟型。

3 控制策略優化

隨著軟件、硬件技術的逐步發展，發動機系統電控技術也有了飛速提高。包括使用Labview仿真、LMS測試以及系統仿真的多種優化方法都應用到了電控系統總體設計當中。系統總成的硬件標準得到了優化，降低了配置成本，系統的前期開發、中期維護以及后期維修都存在相當大的效果，電控反應速度方面大幅度提高。

從實際試驗優化角度，可以通過柴油機轉矩輸出值和啟動過程排放量來進行優化。兩個因素會對柴油機的啟動、驅動和制動工作過程產生比較重要的影響，那就是混合動力柴油機的輸出和整體系統的機械性質。我們往往能夠看到柴油機輸出的影響，排放的氣體比較容易進行檢測。在啟動和狀態變化的過程中設置相應的初始轉矩變化點，通過比較轉矩的量值和相應的排放結果來進行狀態變化的控制方法不足性研究。過程變化的輸出量和終止的輸出量會存在區別，碳、氮等特殊的輸出的氣體的含量要研究到萬分之一的精確度，系統機械參數方面的變化，則主要通過傳感器和軟件相結合的方式來進行了解，并聯結合效果，噴油最佳時機等參數均可以通過各種檢測值進行計算。

4 結語

隨著仿真方法、試驗手段和實車測試樣本大數據的不斷發展和積累，未來的混合動力柴油機控制策略必然走上軟件人性化、硬件簡單化的道路，傳統的方法也同樣有很多值得借鑒的地方，尤其是在試驗階段，啟動過程、驅動過程和制動過程的策略優化參數存在一些區別，柴油機整體系統化的研究工作還尚有不足，未來的控制優化工作主要應該集中在柴電轉換方面的控制方法研究，進一步控制柴油機工作效率，加強環保效果。

[1]朱道偉,謝輝,嚴英,宋振壘.混合動力城市客車柴油機優化標定研究[J].機械工程學報.2010.33-38.

[2]梁建偉,羅旭.混合動力柴油機仿真方法及仿真系統研究.[J].化工管理.2016.1-8.

compared with traditional diesel engine, hybrid diesel engine with high performance and good economic effect and environmental protection effect, in order to start, driving and braking conditions as different control strategies for qualitative research, the control strategy of the diesel engine is summarized, to provide the relevant ideas on strategy research control of the future

hybrid power; torque; control strategy

Research on control strategy of hybrid diesel engine Yang Mingzhi, Chen Lei, Ye Xionghuai, Hu Yuedong

(Naval Engineering University Cadet brigade eight team,Wuhan Hubei,430000)