混合動力汽車功率分配控制優(yōu)化探究

摘 要：混合動力汽車能夠減少污染物排放量，節(jié)約汽車燃油，并保證汽車具有較高的動力性能，所以在現(xiàn)代汽車行業(yè)中，混合動力汽車受到了廣泛歡迎。

關鍵詞：混合動力汽車；功率分配；控制方法優(yōu)化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.04.051

隨著混合動力汽車的全面普及，為了保障此類汽車的動力性能及系統(tǒng)質(zhì)量、內(nèi)部整體部件的有效運行，就必須注重混合動力汽車的功率合理化分配。本文首先論述了混合動力汽車功率分配目標，其次探討了混合動力汽車功率分配控制方法。

1 混合動力汽車功率分配目標

混合動力汽車的內(nèi)部結(jié)構(gòu)一般有：發(fā)動機、發(fā)電機、牽引電機、動力電池組等部件組合而成，有的部件與部件之間主要采用機械方式進行連接，有的則采用電纜方式進行連接，這樣一個系統(tǒng)中就會出現(xiàn)兩種不同的能量，也就是我們常說的機械能與電能?；旌蟿恿ζ嚧嬖诩冸婒?qū)動、混合驅(qū)動、純發(fā)動機驅(qū)動等多樣化的工作模式。由于每輛車的行駛工況都不相同，所以通過整車控制策略來考慮車輛適合什么樣的工作模式?；旌蟿恿ζ囅到y(tǒng)內(nèi)的能量呈現(xiàn)出了多樣性流動趨勢，同時能量變化多端，也就是說在瞬態(tài)狀況下各種元件中流入或者流出了不同的功率流。

混合動力汽車的類型直接決定了其具有多樣化的功率流控制目標，在眾多目標中占據(jù)核心地位的目標是：燃油經(jīng)濟性、尾氣排放量的降低、動力電池SOC的最小動態(tài)波動率、較高驅(qū)動性能、實現(xiàn)駕駛員的意圖以及盡可能少的開發(fā)設計成本。

要想落實燃油經(jīng)濟性目標，就必須對發(fā)動機的工作范圍進行適當調(diào)整?，F(xiàn)階段，大部分混合動力汽車都會以下列兩種方式為主：首先，在發(fā)動機的萬有特性曲線基礎上，將發(fā)動機的工作范圍延伸至相近于最小燃油消耗曲線位置處。其次，對發(fā)動機與牽引電機的工作范圍進行相應調(diào)整，將二者的工作范圍延伸至最高效率附近。尾氣排放控制會受到發(fā)動機工況的影響，通常情況下當發(fā)動機處于最高效率附近時會處于最優(yōu)排放狀態(tài)。由于動力電池在不間斷的充電與放電過程中會導致自身使用壽命的降低，所以出于對整車高性能的考慮，要求動力電池的SOC波動率保持在最小狀態(tài)。為了實現(xiàn)理想的驅(qū)動性能，在功率分配過程中應注重穩(wěn)態(tài)性與瞬態(tài)性。在確立整車控制策略時，應認真分析駕駛員的駕駛意圖。

2 混合動力汽車功率分配控制方法

2.1 串聯(lián)式混合動力汽車功率分配控制方法

首先，采用ON-OFF控制方法。如果電池SOC已經(jīng)處于下限值狀態(tài)，那么工作于最小排放量與油耗量的發(fā)動機通過恒功率輸出，這不僅達到了車輛行駛功率標準，而且還保證了電池及時充電；如果電池SOC處于上限值狀態(tài)，那么發(fā)動機就會結(jié)束自己的工作，由動力電池組為車輛行駛提供整體功率。這樣車輛行駛中，電池就會不間斷的循環(huán)運行，進而影響了電池的使用壽命。采用ON-OFF控制方法能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)動機燃油經(jīng)濟性目標，并提高發(fā)動機的排放性能。其次，功率跟隨式控制方法。如果整車行駛需求功率要比發(fā)動機-發(fā)電機組的最好效率區(qū)輸出功率低，且電池SOC處于下限值狀態(tài)時，那么發(fā)動機輸出功率就會在車輛行駛與電池充電中使用。如果整車行駛需求功率要比發(fā)動機-發(fā)電機組的最好效率區(qū)輸出功率低，而電池SOC處于上限值狀態(tài)時，那么發(fā)動機輸出功率將在整車行駛中使用。如果整車行駛需求功率高于發(fā)動機-發(fā)電機組的最大輸出功率，且電池SOC高于下限值時，那么就會將發(fā)動機輸出功率調(diào)整為最大功率，動力電池同時為牽引電機提供電能，發(fā)動機與牽引電機在車輛行駛中同時發(fā)揮驅(qū)動作用。如果電池SOC高于上限值，并且只通過動力電池為車輛行駛提供所需功率，發(fā)動機停止工作。雖然功率跟隨式控制方法會影響發(fā)動機工作區(qū)域的穩(wěn)定性，對油耗量與排放量無法控制，但有效保證了動力電池的使用壽命。

2.2 混聯(lián)式混合動力汽車功率分配控制方法

首先，發(fā)動機恒定工作點控制方法。將發(fā)動機作為核心動力源，對發(fā)動機的工作效率進行控制，使其保持在最高效率上，通過恒轉(zhuǎn)矩輸出：由電池與發(fā)電機在供應電能過程中獲得附加轉(zhuǎn)矩，從而完成發(fā)動機功率調(diào)峰工作，這樣不僅防止了發(fā)動機循環(huán)使用中出現(xiàn)高負荷工況的現(xiàn)象，而且增強了動力驅(qū)動系統(tǒng)的瞬時功率。其次，發(fā)動機最優(yōu)工作曲線控制方法。當發(fā)動機功率或者轉(zhuǎn)矩高于標準限值，這時啟動發(fā)動機。當發(fā)電機電流需求高于動力電池的接受能力，這是對發(fā)動機的工作范圍進行調(diào)整。發(fā)動機最優(yōu)工作曲線控制方法有效保證了發(fā)動機處于萬有特性曲線的最佳油耗線上工作。此外，瞬時優(yōu)化控制方法。以發(fā)動機最優(yōu)工作曲線控制為基礎，合理優(yōu)化動力系統(tǒng)內(nèi)部分優(yōu)化指標，將混合動力汽車的特定工況區(qū)域作為主要對象，在優(yōu)化后可以實現(xiàn)瞬時最優(yōu)工作點，然后動態(tài)式分配所有狀態(tài)變量，從而實現(xiàn)瞬時最優(yōu)工作點。瞬時優(yōu)化控制方法下，通常針對油耗曲線或者功率曲線對發(fā)動機工作點進行科學設定，并對電池DOS加以考慮。

3 結(jié)論

綜上所述可知，將ON-OFF控制方法與功率跟隨式控制方法綜合起來使用，能夠?qū)Υ?lián)式混合動力汽車的油耗量、排放量進行有效控制，并保證電池的良好使用壽命。混聯(lián)式混合動力汽車的結(jié)構(gòu)具有一定的復雜性且控制難度較大，現(xiàn)階段實踐意義高的是最優(yōu)工作曲線控制方法，但該方法只實現(xiàn)了最佳油耗量或者最高效率，無法控制其他變量。

參考文獻：

[1]牛晶，林程.混合動力汽車功率分配控制方法研究[J].汽車實用技術，2016.

[2]凌濱，王博強，盧曉琳.混合動力汽車功率分配管理優(yōu)化研究[J].計算機仿真，2017.

[3]崔挺，柳士江，李軍華.混聯(lián)式混合動力汽車動力總成系統(tǒng)及其功率分配控制方法[J].中國電機工程學報，2015.

[4]吳楊.混聯(lián)式混合動力汽車模糊邏輯能量管理與傳動比優(yōu)化研究[J].河北工程大學，2016.

[5]孫俊，馮亞軍，張霏霏.混合動力汽車串聯(lián)模式下發(fā)電功率的分配方法與裝置[J].河南科技大學，2016.

作者簡介：黃富勛（1991-），男，壯族，廣西欽州人，本科，助教，教師，研究方向：汽車服務工程。endprint