李義軍/廣東惠州工程技術(shù)學(xué)校

淺析混合動力汽車控制策略的現(xiàn)狀研究與發(fā)展

李義軍/廣東惠州工程技術(shù)學(xué)校

我國當(dāng)前混合動力汽車的控制策略還不夠完善，本文對其發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了研究，提出了優(yōu)化的策略與建議，在制定控制策略時(shí)，需要延長蓄電池的壽命，還可以提高汽車的駕駛性能，降低整車的成本，保證發(fā)動機(jī)、電動機(jī)以及傳動系統(tǒng)配置的最佳性。下面筆者混合動力汽車的種類以及特點(diǎn)進(jìn)行簡要的介紹，再提出優(yōu)化混合動力汽車控制的策略，希望對相關(guān)工作人員有所幫助，降低汽車的能耗與排放。

混合動力汽車；控制策略；現(xiàn)狀；發(fā)展

隨著社會的不斷發(fā)展，人們的環(huán)保意識越來越強(qiáng)，為了緩解我國能源緊缺的現(xiàn)狀，相關(guān)工作者不斷的研究新能源，而且研制出了可以代替能源的新型汽車。由于短時(shí)間內(nèi)電動汽車無法取代燃油汽車，所以，研究人員研制出了兼顧電動汽車與燃油汽車的混合動力汽車，其具有低能耗、低排放的優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)城市的可持續(xù)發(fā)展。為了提高混合動力汽車的性能，必須制定高效的控制策略，這樣也可以實(shí)現(xiàn)整車的經(jīng)濟(jì)性，可以促進(jìn)混合動力汽車更好的發(fā)展。

一、混合動力汽車的種類以及特點(diǎn)

混合動力汽車是一種新型的汽車，其同時(shí)配備了電力驅(qū)動系統(tǒng)以及輔助動力單元，而且輔助動力單元可以作為燃燒某種燃料的原動機(jī)，可分為柴油機(jī)、汽油機(jī)等類型?；旌蟿恿ζ囍信溆须妱訖C(jī)、原動機(jī)以及蓄電池等部件，實(shí)現(xiàn)這些部件的優(yōu)化配置，可以提高汽車的性能，而且可以達(dá)到低油耗、低排放的研制目的。混合動力汽車有著不同的結(jié)構(gòu)類型，可大致將其分為串聯(lián)式、并聯(lián)式以及混聯(lián)式三種組合類型。

1.串聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)。具有串聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的混合動力汽車，輔助動力單元是由原動機(jī)與發(fā)電機(jī)構(gòu)成的，二者結(jié)合在一起后，原動機(jī)可以帶動發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，在利用控制系統(tǒng)可以將電能傳送到電動機(jī)中，然后產(chǎn)生一定的驅(qū)動力控制汽車運(yùn)動。發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率與電動機(jī)需要的功率出現(xiàn)不一致的情況時(shí)，控制器會發(fā)出不同的指令，可以控制電池向電動機(jī)傳輸電能，這一系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡單，但是能力的轉(zhuǎn)換效率并不高，工作人員可以在高效的系統(tǒng)中安裝較小的發(fā)動機(jī)，這樣可以改善系統(tǒng)的耗能性。

2.并聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)。并聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)是由發(fā)動機(jī)與電動機(jī)共同作用實(shí)現(xiàn)驅(qū)動的，將電動機(jī)作為輔助驅(qū)動系統(tǒng)時(shí)，功率比較小，并聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)可以通過機(jī)械傳動控制汽車，這種系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換率比較高，而且經(jīng)濟(jì)性也比較高。并聯(lián)驅(qū)動系統(tǒng)比較適合城市公路穩(wěn)定行駛的工況，當(dāng)汽車行駛工況出現(xiàn)較多變化時(shí)，并聯(lián)系統(tǒng)的性能會大大降低，其需要安裝變速裝置。并聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)行駛的里程稍長，但是系統(tǒng)比較復(fù)雜，應(yīng)用的成本比較高。

3.混聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)。混聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)是對串聯(lián)式與并聯(lián)式系統(tǒng)的混合，在這一系統(tǒng)中，發(fā)動機(jī)的功率是由機(jī)械傳動系統(tǒng)傳輸?shù)津?qū)動設(shè)備的，并且是由驅(qū)動發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電的，發(fā)電機(jī)還可以將部分電能輸送到電池中，其產(chǎn)生的驅(qū)動力還可以控制汽車行駛?；炻?lián)式驅(qū)動系統(tǒng)為了提高控制能力，在汽車進(jìn)入低速行駛階段時(shí)，主要是串聯(lián)的工作方式，而進(jìn)入高速穩(wěn)定階段時(shí)，是以并聯(lián)的方式進(jìn)行工作，這可以實(shí)現(xiàn)汽車性能的最大發(fā)揮，但是這一控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，造價(jià)也比較高。當(dāng)汽車發(fā)動機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目的。

二、混合動力汽車控制策略的現(xiàn)狀研究與發(fā)展

1.串聯(lián)式混合動力汽車的控制策略。當(dāng)蓄電池荷電狀態(tài)（SOC）降到設(shè)定的低門限值時(shí)，發(fā)動機(jī)啟動，在最低油耗或排放點(diǎn)按恒功率輸出，一部分功率用于滿足車輪驅(qū)動功率要求，另一部分功率向蓄電池充電。而當(dāng)蓄電池組SOC上升到所設(shè)定的高門限值時(shí)，發(fā)動機(jī)關(guān)閉，由電動機(jī)驅(qū)動車輪。當(dāng)發(fā)動機(jī)功率需求小于輸出功率時(shí)，將發(fā)動機(jī)的輸出功率調(diào)整為最小值；當(dāng)SOC高于下界，汽車總的需求負(fù)荷未超出電池容量但超過發(fā)動機(jī)最大功率時(shí)，則發(fā)動機(jī)輸出功率調(diào)整為最大值。發(fā)動機(jī)的功率緊緊跟隨車輪功率的變化，這與傳統(tǒng)的汽車運(yùn)行相似。采用這種控制策略，蓄電池工作循環(huán)將消失，與充放電有關(guān)的蓄電池組損失被減少到最低程度。

2.并聯(lián)式混合動力汽車的控制策略。以車速為主要參數(shù)的控制策略這是最早也是最常采用的一種控制策略，它利用車速大小作為控制的依據(jù)。當(dāng)汽車車速低于所設(shè)定的車速時(shí)，由電動機(jī)單獨(dú)驅(qū)動車輪；當(dāng)車速高于所設(shè)定的車速時(shí)，電動機(jī)停止驅(qū)動，而由發(fā)動機(jī)驅(qū)動車輪；當(dāng)車輪負(fù)荷比較大時(shí)，則由發(fā)動機(jī)和電動機(jī)聯(lián)合驅(qū)動車輪。這種策略利用了電動機(jī)低速大轉(zhuǎn)矩的作用，避免了發(fā)動機(jī)的怠速及低負(fù)荷工況。當(dāng)車輪平均功率低于某設(shè)定值時(shí)，汽車由電動機(jī)單獨(dú)驅(qū)動；當(dāng)車輪平均功率高于該設(shè)定值時(shí)，此時(shí)有利于發(fā)動機(jī)有效工作，因而發(fā)動機(jī)被啟動，電動機(jī)則停止運(yùn)行。發(fā)動機(jī)啟動的最佳時(shí)機(jī)是在變速器換擋期間，這有助于獲得平穩(wěn)的駕駛性能。一旦車輪平均功率超過發(fā)動機(jī)所能提供的功率時(shí)，電動機(jī)啟動，輔助發(fā)動機(jī)提供額外的功率。

3.混聯(lián)式混合動力汽車的控制策略?；炻?lián)式混合動力汽車的控制策略采用發(fā)動機(jī)作為主要動力源，電動機(jī)和電池通過提供附加轉(zhuǎn)矩的形式進(jìn)行功率調(diào)峰，使系統(tǒng)獲得足夠的瞬時(shí)功率。由于采用了行星齒輪機(jī)構(gòu)，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速可以不隨車速變化，這樣使發(fā)動機(jī)工作在最優(yōu)工作點(diǎn)，提供恒定的轉(zhuǎn)矩輸出，而剩余的轉(zhuǎn)矩則由電動機(jī)提供。這樣電動機(jī)來負(fù)責(zé)動態(tài)部分，避免了發(fā)動機(jī)動態(tài)調(diào)節(jié)帶來的損失，而且與發(fā)動機(jī)相比，電動機(jī)的控制也更為靈敏，容易實(shí)現(xiàn)。在發(fā)動機(jī)最優(yōu)工作曲線模式思想的基礎(chǔ)上，對混合動力車在特定工況點(diǎn)下整個(gè)動力系統(tǒng)的優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，便可得到瞬時(shí)最優(yōu)工作點(diǎn)，然后基于系統(tǒng)的瞬時(shí)最優(yōu)工作點(diǎn)，對各個(gè)狀態(tài)變量進(jìn)行動態(tài)再分配。

三、結(jié)語

混合動力汽車有三種不同的種類，而且有著各自的特點(diǎn)以及不同的適用范圍，這三種類型分別是串聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)、并聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)以及混聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)，其中串聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)的成本比較低，但是能量轉(zhuǎn)換的效率并不高，串聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且成本比較高，混聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)是對二者的結(jié)合，其適用范圍比較廣，而且系統(tǒng)具有靈活轉(zhuǎn)換的特點(diǎn)，在不受汽車行駛工況影響的條件下，可以實(shí)現(xiàn)低油耗、低排放、節(jié)能環(huán)保的控制效果。在優(yōu)化混合動力汽車控制策略時(shí)，一定要以延長電池壽命，降低整車成本為目標(biāo)，這樣才能促進(jìn)混合動力汽車控制策略更好發(fā)展。

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