混合動力汽車動力切換控制研究

郭家田 徐建喜

摘要：以行駛車速為參數(shù)控制汽車發(fā)動機(jī)與電動機(jī)之間的動力切換，基于ADVISOR仿真軟件分析門限值控制下動力切換車速值對汽車經(jīng)濟(jì)性和動力性的影響。根據(jù)動力切換車速值對汽車經(jīng)濟(jì)性和動力性的影響制定模糊邏輯控制策略，應(yīng)用ADVISOR仿真軟件分析模糊邏輯控制策略下汽車的動力性和經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：混合動力汽車 ?動力切換 ?模糊控制

0 引言

隨著混合動力汽車的快速發(fā)展，汽車的控制策略也變得越來越復(fù)雜，但大體可歸納為四類：邏輯門限值控制策略、模糊邏輯控制策略、自適應(yīng)控制策略和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制策略[1]。

1 動力切換邏輯門限值控制策略研究

以限制蓄電池SOC值調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)工作點(diǎn)使發(fā)動機(jī)工作點(diǎn)圍繞其效率最高曲線波動為目標(biāo)[2]，設(shè)定蓄電池SOC上下限值，使蓄電池SOC值不超過上下限值。

油門踏板與觸發(fā)器連接，蓄電池通過改變油門踏板的開度來調(diào)節(jié)電動機(jī)供電電壓。根據(jù)電動機(jī)效率曲線，通過調(diào)節(jié)電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速，保持電動機(jī)額定輸出扭矩，可以獲得較高的傳遞效率。

為了達(dá)到節(jié)能減排的目的，發(fā)動機(jī)啟動時(shí)應(yīng)由電動機(jī)在很短的時(shí)間內(nèi)加速至怠速轉(zhuǎn)速后噴油點(diǎn)火，在其啟動后應(yīng)沿最佳經(jīng)濟(jì)曲線運(yùn)行。并聯(lián)式混合動力汽車的油門踏板開度在20%以下時(shí)僅由電動機(jī)驅(qū)動車輛;油門踏板開度在20%以上時(shí)為發(fā)動機(jī)調(diào)節(jié)區(qū)，發(fā)動機(jī)節(jié)氣門開度為油門踏板開度減去20%[3]。

分別選取25km/h、20km/h、15km/h、10km/h作為電動機(jī)與發(fā)動機(jī)動力切換的車速值，運(yùn)用ADVISOR仿真軟件建立控制模型，選用美國城市道路循環(huán)工況（UDDS），分析在不同轉(zhuǎn)換車速下汽車的動力性和經(jīng)濟(jì)性。

從仿真結(jié)果可以看出隨著轉(zhuǎn)換車速的降低汽車的動力性越來越好，轉(zhuǎn)換車速為20km/h時(shí)，汽車的運(yùn)行工況就基本與目標(biāo)工況相符。隨著轉(zhuǎn)換車速的降低，在汽車動力性提高的同時(shí)，蓄電池的SOC值能夠更好的保持在高效區(qū)。各轉(zhuǎn)換車速下汽車的燃油消耗量和排放量如表1所示。

表1 ?各轉(zhuǎn)換車速下汽車的燃油消耗量和排放量

從上表可以看出，在轉(zhuǎn)換車速高時(shí)，汽車的經(jīng)濟(jì)性和排放性較好。但是當(dāng)轉(zhuǎn)換車速由25km/h下降到20km/h后燃油經(jīng)濟(jì)性大幅下降，而且隨著汽車經(jīng)濟(jì)性的下降，有害氣體的含量大幅升高。在轉(zhuǎn)換車速由15km/h下降到10km/h后，UDDS工況下的耗油量明顯增加。

根據(jù)各轉(zhuǎn)換車速對汽車的燃油消耗量和排放量的影響，制定動力切換邏輯門限值控制策略。當(dāng)油門踏板開度較大時(shí)，在充分利用電動機(jī)扭矩大的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，應(yīng)讓發(fā)動機(jī)盡早投入工作，以保證車輛的較快加速，并使發(fā)動機(jī)盡快達(dá)到其穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)，在兼顧經(jīng)濟(jì)性和尾氣排放情況下，選取15km/h作為轉(zhuǎn)換車速;當(dāng)油門踏板開度較小時(shí)，為了利于節(jié)能減排，延長電動機(jī)的工作時(shí)間，同時(shí)可避免發(fā)動機(jī)工作在低轉(zhuǎn)速、高比油耗下，選取25km/h為轉(zhuǎn)換車速。

2 動力切換模糊控制策略

用模糊參數(shù)取代精確參數(shù)，并綜合考慮蓄電池的充放電效率，模糊控制比傳統(tǒng)的門限值控制更接近人的思維方式，能夠更好地描述控制規(guī)則。混合動力汽車動力切換模糊控制策略就是在門限值控制策略的基礎(chǔ)上建立的[4]，通過油門踏板開度和蓄電池SOC值確定發(fā)動機(jī)和電動機(jī)的轉(zhuǎn)換車速。

當(dāng)汽車油門踏板開度在20%以下時(shí)，轉(zhuǎn)換車速以經(jīng)濟(jì)性作為調(diào)節(jié)目標(biāo)，由電動機(jī)帶動汽車加速行駛到25km/h時(shí)切換到發(fā)動機(jī)驅(qū)動。當(dāng)汽車油門踏板開度在60%以上時(shí)，轉(zhuǎn)換車速以動力性作為調(diào)節(jié)目標(biāo)，由電動機(jī)帶動汽車加速行駛到15km/h時(shí)切換到發(fā)動機(jī)驅(qū)動。當(dāng)汽車油門踏板開度在20%到60%之間時(shí)，隨著油門踏板開度的增大，轉(zhuǎn)換車速的控制由經(jīng)濟(jì)性向動力性偏移。

動力切換模糊邏輯控制策略下汽車以經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)時(shí)，控制轉(zhuǎn)換車速為25km/h，其經(jīng)濟(jì)性和排放性與門限值控制策略下汽車的經(jīng)濟(jì)性和排放性一致。當(dāng)動力切換模糊邏輯控制策略下汽車以動力性為控制目標(biāo)時(shí)，通過搭建仿真控制模型對汽車的經(jīng)濟(jì)性和排放性能進(jìn)行仿真分析。

模糊控制策略下汽車的經(jīng)濟(jì)性與排放性如表2所示。

仿真結(jié)果表明動力切換模糊邏輯控制策略下汽車以動力性為控制目標(biāo)時(shí)，汽車的經(jīng)濟(jì)性和排放性能明顯優(yōu)于門限值控制策略。

3 總結(jié)

應(yīng)用ADVISOR仿真軟件建立整車仿真模型，仿真分析不同轉(zhuǎn)換車速下汽車的經(jīng)濟(jì)性和排放性，由仿真結(jié)果得出轉(zhuǎn)換車速由25km/h下降到20km/h后燃油經(jīng)濟(jì)性大幅下降，而且有害氣體的含量大幅升高。在轉(zhuǎn)換車速由15km/h下降到10km/h后，耗油量明顯增加。應(yīng)用門限值控制策略下的仿真結(jié)果建立動力切換模糊控制策略，仿真結(jié)果表明動力切換模糊控制可在滿足汽車動力性的條件下提高汽車的經(jīng)濟(jì)性和排放性。

參考文獻(xiàn)：

[1]王園，賀巖松，王保華.基于CRUISE的PHEV控制策略參數(shù)仿真[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)報(bào)），2006.12：22-29.

[2]明紹民.并聯(lián)混合動力汽車模糊邏輯控制策略的研究[D].吉林大學(xué)，2007.

[3]孫東野，秦大同.并聯(lián)式混合動力車輛動力轉(zhuǎn)換控制策略研究[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2003.

[4]顏伏伍，潘慶慶，杜常清.并聯(lián)混合動力汽車從純電動切換至發(fā)動機(jī)驅(qū)動的控制研究[J].

[5]Schouten N J，Salman MA，Kheir N A.Fuzzy Logic Control for Parallel Hybrid Vehicles.IEEE Transactions on Control SystemsTechnology，2002，10（3）.

作者簡介：郭家田（1987-），男，山東濰坊人，助教，汽車動力學(xué)仿真研究。