增程式電動汽車發(fā)動機多工作點控制策略

田洋

摘 要：電動汽車在當(dāng)今社會獲得了快速的發(fā)展，這主要是由于，傳統(tǒng)汽車帶來的能源問題以及環(huán)境問題，制約了其自身進(jìn)一步擴展，從而帶來了電動汽車領(lǐng)域的探索。而增程式電動汽車，是近些年，在電動汽車基礎(chǔ)上，開發(fā)的一種增設(shè)增程器的過渡車型。其具有運轉(zhuǎn)效率更高、電池容量較小的以及行駛里程提升等多種優(yōu)點。其發(fā)動機，可以通過增程器進(jìn)行額定功率以外的多工作點的發(fā)動機控制。這種多工作的的控制策略，正在逐漸的被研究開發(fā)，以及改進(jìn)應(yīng)用。本文針對增程式電動汽車發(fā)動機多工作點控制進(jìn)行研究，完成相應(yīng)問題的探討，并提出其發(fā)展的有效策略。

關(guān)鍵詞：增程式汽車;電動汽車;發(fā)動機控制

1 增程式電動汽車的工作模式分析

1.1 純電動模式

相較于普通電能電動汽車，增程式電動汽車的動力蓄電池，能夠儲存更多的電量，提供充足的電能。同樣，增程式電動汽車也不會出現(xiàn)過多的大功率用電需求，因此，其電量的儲備，完全可以支持增量汽車采用純電動模式來運行。其車載動力電池，能夠通過減少增程器使用，或者完全不驚喜增程器使用，實現(xiàn)零油耗的純電動運行電力支持。這種純電動的運行，系統(tǒng)會進(jìn)行準(zhǔn)確的動力電池管理，運行過程中，為實現(xiàn)電力的穩(wěn)定和運行的動力保證，系統(tǒng)會根據(jù)動力所需的供電需求，提供一個邏輯算法。算法會得出一個電能的供應(yīng)值，得到這個供應(yīng)值的發(fā)動機，根據(jù)其輸出核實的機械能通過機械的設(shè)備轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)電能驅(qū)動車輛的目的。這種純電能的驅(qū)動模式，能夠?qū)崿F(xiàn)絕大部分的汽車運行需求，同時能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能環(huán)保的作用。

1.2 增程運行模式

如果增程式電動汽車，只能使用純電動模式，那么就和普通電動汽車無異了。其真正的效能表現(xiàn)在于，當(dāng)汽車的動力系統(tǒng)出現(xiàn)電池電量不足的情況時，可以通過工作點的控制，實現(xiàn)增程器的啟動，這樣，汽車不需要在繼續(xù)依靠汽車的電池供應(yīng)動力，而是通過增程器發(fā)動機工作燃燒燃油，來獲取其供應(yīng)的動力。這個模式中能量增程器，同步流向動力電池和驅(qū)動電機，提供相應(yīng)機械能，再由驅(qū)動電機完成供能給轉(zhuǎn)換機械設(shè)備的過程，實現(xiàn)汽車動力的供給。這個時候，增程器發(fā)動機增程器工作直接通過整車的運行過程來確定燃燒燃油的供給量，繼而燃燒燃油其產(chǎn)生的機械產(chǎn)能。

2 增程式電動汽車發(fā)動機多工作點控制策略分析

之所以在純電動汽車上增設(shè)一個增程器作為其性能提升的關(guān)鍵點，主要是為了提升其控制系統(tǒng)的能效和能力。但同時，這種提升，對于汽車的控制系統(tǒng)復(fù)雜程度，也提出了更高的需求。也就是說，研究增程式汽車，本身是為了提升汽車動力的簡便性，但同時這種技術(shù)的革新和提升，具有一定的難度，其控制系統(tǒng)相應(yīng)的更為復(fù)雜。其復(fù)雜性在于，增程式電動汽車的發(fā)動機系統(tǒng)通過增程器完成可一種多輸入和多輸出的發(fā)展形勢，包含了控制過程中的多種影響和數(shù)據(jù)耦合，實現(xiàn)這些影響和耦合的控制過程較為復(fù)雜且困難。

對于增程式電動汽車發(fā)動機多工作點的控制，其研究一般采用對比模糊控制能量分配方法，以及電子芯片修正能量分配方法等，其總體上，比單一的電子芯片修正能量分配方法要更有優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)其多個運行系統(tǒng)對于輸入量和輸出量的共性需求達(dá)成。總體上說，這種研究方式能夠?qū)崿F(xiàn)增程式電動汽車對于動力性能方面的工作點確定，實現(xiàn)控制發(fā)動機以及其電力發(fā)動機之間的快速動能切換，能夠保持車輛切換動能和運行動能時，其工作點的穩(wěn)定工作，高效運行。

設(shè)計和研發(fā)多工作點控制增程式電動汽車發(fā)動機的主要原因在于，其滿足車輛在行進(jìn)過程中的多動力供應(yīng)的需求，控制發(fā)動機根據(jù)駕駛者的不同意圖，通過設(shè)置開關(guān)，進(jìn)行供能的不同模式選擇。可以采用純電動式功能，暫不使用增程器工作;當(dāng)車輛動力電池不足時，也可通過最低限制的警報系統(tǒng)，提醒駕駛者使用增程模式，采用增程器工作。

增程器多工作點控制的運用，其能夠滿足車輛行駛的多重情況需求。使用情況為，電動汽車本身的載重量沒有過重的負(fù)擔(dān)的情況，同時，其行駛里程不能有過高的要求，這種形式的行駛狀態(tài)，其控制策略方面可以以純電動模式進(jìn)行，并能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)省能源以及，零排放的目的。而一旦出現(xiàn)駕駛者的行駛情況出現(xiàn)變化時，就可以根據(jù)不同的行駛情況，完成不同的工作點設(shè)置，從而改變增程器的控制。不同的增程器控制，有不同的工作點控制策略，對于車輛的行駛經(jīng)濟(jì)性、能源性、排放情況，都有不同的影響。

3 增程式電動汽車發(fā)動機多工作點控制策略

傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)電動汽車無法實現(xiàn)其根據(jù)車輛行駛情況而調(diào)整控制策略的能力，其控制策略無法滿足人們對于電動汽車的使用需要。考慮到這種情況，我們探索適合現(xiàn)今汽車行駛需求的多重增程器工作點控制實施方案。

3.1 結(jié)合汽車行駛的需求

在實施增程式電動汽車的多工作點控制時，我們要首先結(jié)合汽車行駛的不同需求。對于不同的需求情況，我們歸納總結(jié)為以下幾點：一是長時間進(jìn)行較重負(fù)荷的運行行駛;二是行駛狀態(tài)不穩(wěn)定，出現(xiàn)頻繁的減速或加速的情況;三是長時間以穩(wěn)定的速度運行;四是車速較快的運行行駛，沒有過大的車輛負(fù)荷。根據(jù)以上的汽車行駛需求。我們確定不同的發(fā)動機工作策略，提出相應(yīng)的工作控制點。

3.2 考慮發(fā)動機工作策略

通過汽車的形式需求，我們首先進(jìn)行增程器系統(tǒng)發(fā)動機的工作策略基礎(chǔ)方向的考慮。一是考慮其汽車長時間負(fù)荷情況下，其發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和功率都有很大的消耗，同時發(fā)動機油耗有著很大的耗用。這種情況下對于發(fā)動機的最佳工作點設(shè)計控制在于其工作效率的控制，要結(jié)合其車速情況以及電池電量情況，確定其工作點的選取和控制。二是不穩(wěn)定行駛狀態(tài)時，對于發(fā)動機的工作點控制，要控制發(fā)動機動態(tài)波動的間值縮短，實現(xiàn)其間值最小化，轉(zhuǎn)速變化評率提升，但是不影響其動力電力電量的使用情況。三是長時間穩(wěn)定行駛對于電動力以及燃油效率的要求都較低，因此在這情況下的工作點控制在于實現(xiàn)其發(fā)動機轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定，甚至可以實現(xiàn)其轉(zhuǎn)速的最低化，如果電池動力充足，完全可以釋放發(fā)動機的使用，實現(xiàn)能耗的最低。

3.3 工作點的選取

工作點的選取，正是根據(jù)不同的發(fā)動機控制策略，需求的動力高效區(qū)間以及恒定區(qū)間的不同，從而確定其穩(wěn)定的工作點切換位置。一般來說，工作點的選取主要有三種情況。

3.3.1 發(fā)動機轉(zhuǎn)速恒定工作點

當(dāng)發(fā)動機最大運行處于高效區(qū)間，其運行過程中的恒定轉(zhuǎn)速不變，其工作點的選擇可以選定轉(zhuǎn)速恒定工作點。

3.3.2 發(fā)動機轉(zhuǎn)矩恒定工作點

當(dāng)發(fā)動機最大運行處于高效區(qū)間，其運行過程中的恒定轉(zhuǎn)矩不變時，其工作點的選擇可以選定轉(zhuǎn)矩恒定工作點。

3.3.3 發(fā)動機變化工作點

當(dāng)發(fā)動機最大運行處于高效區(qū)間，但是其運行過程中的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩都處于變化狀態(tài)，這種情況下其工作點的選擇需要選擇變化工作點。這種情況的發(fā)動起控制最為復(fù)雜。

3.4 策略方案的確定

根據(jù)工作點的選取，策略方案的確定主要有以下三個。

一是依據(jù)車輛運行中的功率需求、發(fā)動機燃油效率在發(fā)動機轉(zhuǎn)速恒定工作點，確定其高效能位置，以及其輸出的功率，完成在這個高效能位置和輸出功率最高點的工作點切換，實現(xiàn)這個位置的耗油、效率最佳。

二是轉(zhuǎn)矩恒定工作點，由于其轉(zhuǎn)矩的恒定，其車速的穩(wěn)定，因此以車速為工作切換點，完成車速上限和下限的取值，實現(xiàn)其轉(zhuǎn)換。

三是發(fā)動機變化工作點其電力輸出方面以及燃油動能輸出兩方面的轉(zhuǎn)換，要實現(xiàn)以燃油供能為主，動力電池供能為輔的形式進(jìn)行工作的確定。尤其是有不同的供能需求變量時，要完成其功率的變化。

3.5 多工作點控制實施

最終的發(fā)動機多控制的實施是在于將三種不同的策略方案，進(jìn)行工作模式的設(shè)定和結(jié)合。其中涉及的車速門限切換、轉(zhuǎn)矩距離切換、以及變量切換，能夠使發(fā)動起工作點的切換頻率降低，實現(xiàn)增程器電動汽車的行駛穩(wěn)定化和系統(tǒng)化，保證一定時間內(nèi)的電池穩(wěn)定，有利于增程器以及電池的使用壽命延長，完成汽車的耗能節(jié)約。

4 結(jié)語

增程式電動汽車，在動力系統(tǒng)方面不同于一般的汽車結(jié)構(gòu)形式，其特殊性能夠讓發(fā)動機工作狀況進(jìn)行轉(zhuǎn)變。增程式電動汽車動力特殊性在于其發(fā)動機的工作狀況較為先進(jìn)，能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)動機的控制不受其負(fù)載功率的限制。從發(fā)動機主體上來說，這是一種控制策略的多樣選擇和多重設(shè)計。目前，針對增程式電動汽車發(fā)動機所設(shè)計的控制策略，尤其是在其多工作點的控制方面，還沒有更多的深入研究。對于增程式電動汽車的形式過程來說，其本身在運行數(shù)據(jù)的約束條件方面有更多的需求，諸如功率、車速、電池電量等方面，都有不同的控制策略需求。這種情況下，根據(jù)不同的工作特性，提出更多的工作點，進(jìn)行動力的控制，能夠滿足其約束條件的需求，對于電動汽車中動力電池以及其整車的燃燒燃料機械產(chǎn)能，都能起到良好的運轉(zhuǎn)。

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