插電式混合動力汽車雙模糊控制策略及其優化探討

吳添悅

廣州市高級技工學校 廣東省廣州市 510000

傳統的汽車發展中，在促進經濟社會發展中發揮了巨大的作用，但是發展中其問題也不斷暴露出來，其帶來的環境污染等問題也成立社會的詬病，新能源汽車的出現和發展，成為世界研究的重點，插電式混合動力汽車（plug-in hybrid electric vehicle，PHEV）作為一種新能源汽車，也備受人們的關注。

在插電式混合動力汽車的研究和發展中，能源的管理控制策略依然是研究的重點問題，這個策略會影響到汽車的整體性能，從一般意義上來說，插電式混合動力汽車的能量管理策略，具體包括兩個部分，一是驅動控制策略，二是制動控制策略。驅動控制主要在汽車驅動時，調節電機的功率輸出，對發動機的轉矩起到一定的作用；制動控制主要是對電機的制動力進行合理的分配，同時，對制動器動力進行一定的分配，這兩者共同形成一個有機的整體，從而影響到控制策略的控制效果。

1 雙模糊控制概念分析

所謂的模糊控制，主要是利用模糊數學的基本思路，融入控制的方法。模糊控制策略具有實用性強、控制性能好等特點，在多個領域都得到了很好的應用。混合動力汽車的發展中，也得到了廣泛的應用。但是從實際的效果看，模糊控制的方法并不是一無是處，這種方法具有很強的主觀性，在控制規則的確定上，具有很大的隨意性，這樣也也會影響到最終的控制效果。

很多學者也加強了對模糊控制方法的研究，其主要的研究重點是借助智能算法，其主要目的是優化模糊控制策略，如采用粒子群算法，對燃油進行計算，保證汽車的經濟性，還有的研究從汽車油耗方面下手，對模糊策略的相關函數目標進行優化。這些研究的方法雖然切入的角度各有不同，但是其共同點都是設計的相應的模糊控制策略，主要是驅動控制策略，雖然對對汽車能耗等有很大的借鑒意義，但是沒有將汽車制動時的能量分配等考慮進去，相關的研究缺乏整體性，在驅動能量的管理等方面相對比較欠缺。

2 插電式混合動力汽車結構及模式分析

下圖1是單軸并聯式插電式混合動力汽車的結構圖。

插電式混合動力汽車作為新能源汽車，這與傳統的內燃機汽車是有很大差別的，在驅動和制動的過程中，其形式主要受發動機、點擊、機械制動器等多個元件的影響，從而形式比較多樣，工作模式也呈現出多樣化的特點。具體表現為：

圖1 插電式混合動力汽車結構圖

（1）單純的電動模式。汽車所需要的驅動很小，或者車速比較低的時候，這時發動機的狀態是低負荷區域，其特點是油耗比較高，速度比較低，發電一體機中電機可以單獨工作，即可驅動車輛，發動機可以不工作。

（2）并聯驅動的模式。汽車對驅動的需求較高，發動機的油耗也比較高，要降低其負荷，主要由發電一體機提供主要動力，在發電機與發動機的共同作用下，驅動車輛。

（3）發動機單驅動的模式。車輛所需要的驅動位于中等或高復合區域，發動機可以單獨驅動車輛。

（4）機械制動的模式。插電式混合動力汽車需要緊急制動或者是蓄電池的虛電狀態達到最高值，要保證車輛的安全性，機械制動器可提供全部的制動力。

（5）二者聯合制動的模式。這種模式主要是汽車行駛速度為中等減速，能滿足其前后輪的動力需求，這時發動機與機械制動器同時提供制動力，確保車輛的正常運行。

3 插電式混合動力汽車的動力系統分析

主要包括三種常見的類型，分別是串聯、并聯和混聯。這也是其與傳統的汽車有所不同的地方。插電式混合汽車有兩個車載的能量源。除了傳統的內燃機系統，還包括了動力電池系統，這時傳統的內燃機汽車所不具備的。

因動力電池、驅動電機的介入，傳統的動力結構和工作原理都發生了根本性的變化，電驅動系統也成為了其驅動力的一部分，原有的單一內燃機動力編程機電耦合動力源，傳統的單一輸出雙向的輸出。

串聯式結構中，發動機的主要作用是為驅動電機提供電能，或者是必要的時候，在發動機發電為電池充電的過程中起到拖動的作用，因此，這種結構中，發動機一般是不直接參與驅動的，串聯結構主要的原理是將機械能進行轉化，從而轉化為電能，這也是并聯式與之相區別的地方，并聯式結構，主要是讓發動機直接參與到驅動車輛的過程中，這樣能有效減少發電效率的損失，但是從當前我國的具體情況來看，汽車頻繁剎車的現象經常發生，也同時會出現突然加速或減速等操作，這樣常常引起汽車負荷的突然變化，導致發動機工作點需要進行來回切換，增加了汽車的油耗。

混聯式結構，主要是將串聯式和并聯式結構的優點加以整合，根據具體控制策略的要求，發動機可以參與車輛驅動，或者拖動發電機發電，還可以利用發電機發電同時所產生的負載力，調節其工作點。

4 雙模糊控制策略分析

4.1 串聯式結構控制策略

對串聯式結構來講，主控制器連接駕駛員和動力系統，整體的控制策略會影響到動力電池的使用壽命，當前多采用恒溫器控制或其他模式。所謂的恒溫模式，顧名思義，主要是確保發動機的電池恒功率運作，如果電池的荷電狀態降低，發動機會再次啟動輸出恒溫功率，這樣保證其功率的穩定性，當然，這種模式常常出現大電流放電，影響電池的使用壽命。因此，在這種模式下，可以增加功率跟隨的控制策略，這種綜合控制策略，對發電機的負載功率進行跟蹤，能減少電能的損耗，也避免對電池的影響。

4.2 并聯式結構控制策略

采用模糊控制策略，通過由神經網絡模糊控制器等組成的混合系統，并利用人工自學，對模糊控制規則進行記憶，了解經驗，這樣控制規則也就隱含在整個系統網絡中。在這一控制策略中，要明確控制的目的是對汽車燃油的消耗、電池、污染氣體的排放等進行優化，因此，可以建立仿真系統，將所有的因素考慮其中，通過改善一定的系統，確保優化目的的實現。

4.3 混合式控制策略

在車輛的起步狀態、正常行駛狀態和減速狀態下，其控制原理和操作也存在差異。起步階段，一般可以電動模式啟動車輛，能避免高油耗的出現；在車輛正常行駛狀態下，車輛處于串聯模式下運行，電池負荷低，發動機為驅動電機提供能量，電池在整個過程中也有重要作用；在車輛減速運行狀態下，需要進行減速制動，還要保證車輛的安全性，可采用機械制動。此外，如果發動機出現故障，可采用純電動模式。

總之，車輛處于不同的運行狀態，對其控制策略也存在不同，而不同的控制策略各有長短，在具體的應用中，可以加以綜合利用，才能真正起到作用。

5 結語

綜上所述，插電式混合動力汽車作為一種新能源汽車，與傳統的汽車相比，其具有明顯的優勢，也符合當前綠色發展和環保型社會建設的背景，同時，也解決了一般電動車輛行駛里程較短的不足，有效減少了大氣污染等，成為未來汽車發展和研究中關注的重點。從技術層面來看，插電式混合動力汽車發展前景廣闊，在控制和方案優化等方面，還需要進一步的提升，模糊控制策略其實用性較強，對比其他控制策略，具有很大的優勢，在具體的應用中，需要與其他控制策略相結合，才能達到優化的目的。