并聯式混合動力汽車驅動系統及控制策略研究

麥鵬

西安汽車科技職業學院 陜西省西安市 710600

1 引言

由于混合動力汽車可以將能車驅動進行合理搭配，而且油耗量小、污染程度低等方面的優點，而被世界各國的汽車行業所認可并被大量地推廣與普及。根據混合動力汽車的驅動結構進行劃分的話，可以分成串聯式、并聯式、混聯式以及復合式這四個類別。文中主要是針對并聯式混合動力汽車的系統以及控制策 略進行研究探討。

2 并聯式混合動力汽車的驅動結構

2.1 混合動力電動汽車的定義

混合動力電動汽車主要由驅動系統、傳動系統、原動機、車載能量源、連接部件等方面所構成。所謂的混合動力汽車，指的是汽車的動力驅動系統是通過兩個、或者兩個以上的，能夠同時進行運轉的單個驅動系統所聯合組成的汽車。并且汽車在行駛上的功率是通過單個驅動系統進行獨立、或者共同提供的。按照世界電子技術委員會的定義來說，電動汽車就是在特定的工作環境中，能夠通過兩種、或者兩種以上的能量存儲設備、以及能量源、能量轉化設備中得到驅動能量的汽車。并且當中最少有一種存儲設備、或者轉化器必須要安裝在汽車中。當前市場中的混合動力汽車是基于傳統發動機汽車上，擴增蓄電池組來儲存電能，然后再運用電動機把電能轉為機械能。

2.2 驅動結構

并聯式混合動力汽車的驅動結構與其他類型的汽車驅動有著明顯的區別，并聯式混合動力汽車是由發動機以及電動機兩種驅動系統構成。而且這兩種不同的驅動系統可以進行機械能疊加，不但可以使用發動機或者電動機進行獨立驅動，還能夠進行兩種系統混合驅動運轉。并且不管是采用哪一個單獨的驅動系統，驅動所產生的功率都能夠輕松滿足汽車的需求標準，因此在能量的利用效果上是相當出色的。因此在汽車動力系統設計的過程中，可以采用功率小一點的發動機與電動機，這樣不但能夠達到多選擇的驅動方式，還可以確保汽車的驅動系統在內部結構與尺寸、以及質量會更加的合理化。

2.3 驅動模式

通過對并聯式混合動力汽車的內部結構圖的內容，可以清楚地了解到有兩條驅動線路，并且在這兩條驅動線路當中的發動機與電動機，全部是采用耦合裝置以及變速箱、汽車輪轂位置的驅動軸進行嚙合而成的結構。所以并聯式混合動力汽車驅動系統能夠將兩種不同結構的動力驅動系統進行使用，并且將電動力機與發動機來作為汽車行駛的動力源。如果汽車在正常行駛的過程當中，其中某個部分的驅動線路出現了問題或者故障，那么另外一條驅動線路依然能夠進行正常的運作，這樣就起到了“雙重保險”的作用。通過這種汽車驅動線路設計方式，可以讓汽車在行駛的過程當中采用純燃油的動力模式運作，也可以使用環保型的電力能源來給汽車提供動力。

并聯式混合動力汽車的驅動系統在通常情況之下，主要包括了以下幾個方面：（1）第一，動力源合成式。這種方式是將汽車的前輪位置，安裝一個功率較低的內燃式發動機給汽車提供動力。除此之外也必須要在汽車后輪的位置上再安裝一個電動機。電動機能夠為汽車的起步與行駛提供更加穩定的驅動力。特別是對于汽車在進行加速、變速、或者坡陡路況的時候有著相當良好的效果。除此之外，通過兩種動力驅動系統，還能夠在出現突發事件或者車況不佳的時候提供另一種選擇。（2）第二，雙軸轉矩合成式。這種方式所產生的驅動力，必須要以發動機為中心進行運轉，然后把發動機所產生的能量給汽車中的大功率蓄電池進行充電。當蓄電池充滿電之后又會將電能提供給電動機運轉。（3）第三，單軸轉矩合成式。單軸式與雙軸式的工作原理在本質上沒有多大的區別，就是發動機在動轉的時候帶動電動機然后對蓄電池進行充電。（4）第四，轉速合成式。電動力與發動機都是通過離合器與“驅動結合器”來實現驅動。在這種運作模式中，發動機本身的傳動構件可以使用內燃機進行，而電動機可以將“驅動結合器”和傳動系統進行相互連接。所以不管是進行維護或者改裝都是相當便捷的，而且可行性相當高。

3 并聯式混合動力汽車控制策略的分析

3.1 設計標準

并聯式混合動力汽車控制策略設計準則應當要具備以下幾個部分：（1）首先，不管是采用哪一種的動力驅動模式，都必須要將發動機的啟動、以及關閉次數進行控制，不能夠頻繁啟動、關閉。（2）其次，要把發動機與電動機的工作效率進行合理安排，以提升動力系統的使用壽命。（3）第三，對于沒有經常使用的、或者不使用的運行模式，必須要對電池的SOC進行相應的選取。（4）將汽車的車況以及汽車的整體性能進行全面性地優化與整理，將功率進行合理地進行分配，確保子系統內部的能量流通速率能夠有效地提升。（5）驅動系統的運動狀態保持穩定，在不同的運行環境當中，都可以有出色的適應性能以及學習能力。

3.2 控制策略的優化與分析

系統控制策略長期以來都是混合動力汽車行業內部的熱門話題。伴隨著科學技術的不斷發展與進步，混合動力汽車的生產與制造技術也在不斷地完善，目前市面上絕大多數混合動力汽車的控制策略主要是通過轉矩以及功率的方面來對其進行控制的。

3．2．1 靜態邏輯門限控制策略

靜態邏輯門限控制策略是先把電池SOC、以及所需要汽車的總功率、加速信號（當然也能夠使用其他的參數）來當成事前所確定的變量，然后按照先前所確立好的流程，對汽車的驅動系統中所使用的工作方式進行選擇，從而全面性地提升汽車的整體運作效率以及所產生的油耗。施行這種策略的方式與過程比較簡單而且操作容易，因此在運用范圍上也相當廣闊?？墒瞧渌O定的門限靜態參數通常都是通過經驗得出的，所以也不能夠全面性地把具體的動態過程進行完整而真實地進行反映出來，所以也不能夠讓汽車得到最大最好的功作效率。

3．2．2 瞬時優化控制策略

現階段在汽車行業內主流的瞬時優化策略無非就是“等效燃油消耗最少”法、或者“功率損耗最小”法這兩種，而這兩種瞬時優化策略所使用的工作原理的內部構架與外部機制具有較高的相似度。“等效燃油消耗最少”法這要是對于某個瞬時工作情況，把電動機所消耗的電量按照嚴格的公式進行換算成為發動機的燃油量與排放量，然后再算上發動機制過程中所造成的回收能量和燃油量、以及排放量來構成一個完整的模型，最后再對這個模型進行計算并得出其最小值，再把與其相對應的點來當成瞬時工況中的工作點。

3．2．3 模糊能量控制策略

模糊能量控制策略是進行確定運行模式、以及相關的功率大小。把當前現有的“權威”的規則，通過固定的方式將其傳輸到模糊控制設備當中，通過控制器內部強大的運算能力把速度、以及功率等輸入量進行模糊處理，并且再按照原先所確立的規則來選擇其中最合適的。而對于一些不能夠精確定量的理論規則，那么就能夠采用這種策略來進行表述，并且還可以對各種不同的因素與問題進行折中化解決。

3．2．4 全局最優能量控制策略

對于整個運行區間而言，全局最優控制策略的核心定義就是按照某一種最合適的優化理論，構建一個以經濟價值、排放做為主要目的的，系統運動變量做為限制規則的合理化數學模型，然后再使用嚴謹而高精確的算法來進行全局化的最優設計。由于全局控制策略對于硬件設備上的要求相當高，而且現階段的全局控制策略在技術攻關上仍然有著不小的阻力，而且在計算量上也相當龐大，因此在實時工況當中的性能表現并不太好。

4 結語

綜上所述，并聯式驅動系統做為混合動力汽車當中眾多驅動方式中的一種，并且該驅動方式在實際的運作過程中，或者在內部機制上仍然有一些不足與缺陷尚未解決。所以必須要對混合動力汽車的驅動系統采取更加深入的性能與技術研發。而控制策略是整個混合動力汽車的重要核心，由于種種原因，當前的世面上所有的能量控制策略都不能夠達到盡善盡美，而且在實際運用的效果上也不太盡如人意。因此要怎么樣才能夠研發出一種既能夠保障整車性能達到最優，又具有良好的實用效果，還能夠做到最佳的能耗與排放控制，是當前混合動力汽車所面臨的重要課題。