混合動力汽車能量優(yōu)化研究

鄧瑞

摘 要：隨著全球環(huán)境的不斷變化與汽車行業(yè)的快速發(fā)展，混合動力汽車成為汽車行業(yè)的發(fā)展方向之一，其存在不同類型的能源裝置，關于混合動力汽車的能量優(yōu)化，主要為選取參數(shù)完美匹配的發(fā)動機、傳動裝置、蓄電池以及電動機和科學合理的控制優(yōu)化對策，且制定科學合理的能量控制對策非常關鍵。鑒于此，本文通過對混合動力汽車能量優(yōu)化進行分析研究，以此給相關人員提供參考與借鑒。

關鍵詞：混合動力汽車；能量控制；能量優(yōu)化；

前言：隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，現(xiàn)代交通系統(tǒng)日趨完善，汽車已然變成人們?nèi)粘３鲂械闹匾煌üぞ?，與之相關的則是全球石油需求量日益提升，石油作為不可再生資源，面臨著枯竭微機，與此同時，全球氣候變換等問題同樣值得關注。因此，混合動力汽車應運而生，其車輛驅(qū)動系統(tǒng)搭載超過兩個可以共同運轉(zhuǎn)的單個驅(qū)動系統(tǒng)構(gòu)成，其對環(huán)境造成的污染較小，能源消耗相對較低，受到眾多車企的關注，汽車制造企業(yè)開始對其進行研究，隨著混合動力汽車的良好發(fā)展勢頭，汽車生產(chǎn)制造企業(yè)將其規(guī)劃為企業(yè)發(fā)展的全新戰(zhàn)略方向之一。本文基于動力源分類，對串聯(lián)、并聯(lián)與混聯(lián)式混合動力汽車能量優(yōu)化做出簡要分析。

一、混合動力汽車概述

混合動力汽車存在的能量流主要為發(fā)動機動能能量流以及電動機電能量流。能量管理系統(tǒng)的最終任務為增加車輛燃油經(jīng)濟性、降低尾氣排放量，與此同時不對車輛加速性能與爬坡性能造成影響，并對成本進行合理控制。理想化的能量優(yōu)化控制為確保混合動力汽車疏導眾多動力源的協(xié)同作用影響，能夠?qū)崿F(xiàn)科學高效的模式切換以及功率合理分配，使能量管理系統(tǒng)可以對眾多動力做出精準的切換與及時高效轉(zhuǎn)變。

混合動力汽車的類型劃分較多，參考發(fā)動機與電動機實際功率各不相同做出劃分，主要包括里程延長型以及動力輔助型與雙模式型。參考運行模式存在的區(qū)別做出劃分，主要包括發(fā)動機開關模式型以及電動機連續(xù)運行模式型。參考發(fā)動機與電動機規(guī)劃設計是否處于相同軸線，能夠劃分成串聯(lián)式以及并聯(lián)式與混聯(lián)式[1]。

二、串聯(lián)型混動力汽車能量優(yōu)化

該類型車輛借助電動機提供基礎動力，發(fā)動機轉(zhuǎn)動帶動發(fā)電機開始發(fā)電，所以發(fā)動機僅僅作為輔助動力源。當車輛開始啟動時，因為蓄電池自身存儲電能無法驅(qū)動汽車行駛，因此需蓄電池開始為電動力輸出能量，電能通過線路輸送至電動機，電動機通過傳動裝置使車輛進行移動。而發(fā)動機的關鍵作用是將燃料蘊含的化學能通過轉(zhuǎn)化變成機械能，之后將機械能通過轉(zhuǎn)化變成電能，車輛行駛需要的動力變少時，發(fā)動機工作帶動電動機開始發(fā)電并有效儲存至蓄電池，能量裝置與系統(tǒng)之中，電動機發(fā)揮主要作用。不過因為能源轉(zhuǎn)換步驟過多，綜合效率相對較低，因此能量優(yōu)化的效果有限，所以串聯(lián)式混合動力汽車相對較少串聯(lián)式采取的控制對策而言，主要涵蓋恒溫模式以及發(fā)動機跟蹤模式與基于規(guī)則型對策[2]。

第一，恒溫控制。若電池所剩電量SOC不足設計規(guī)定的限制值，發(fā)動機運轉(zhuǎn)進入工作狀態(tài)，處于最小油耗點（或是最小排放點）狀態(tài)下進行工作，發(fā)動機工作轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的功率可以驅(qū)動汽車正常穩(wěn)定行駛，還能夠?qū)π铍姵剡M行充電，此種模式狀態(tài)下，蓄電池充放電階段會產(chǎn)生能量的過多損耗，且蓄電池需有效符合全部瞬時功率的標注需求，對蓄電池造成不良影響。

第二，發(fā)動機跟蹤模式與基于規(guī)則型對策。發(fā)動機工作轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的功率，需按照車輛需要的實際功率的情況進行相應變化，同傳統(tǒng)汽車類似，充放電過程階段功率損失降低，發(fā)動機需快速做出響應，發(fā)動機處于低到高的符合區(qū)間變化工作，對發(fā)動機燃油性能與排放量造成不利影響。解決對策可使用CVT，對CVT速比做出適當?shù)恼{(diào)整，使發(fā)動機處于低油耗狀態(tài)工作，降低排放，以上模式進行聯(lián)合應用，可使汽車保持能量最優(yōu)狀態(tài)。

三、并聯(lián)式混合動力汽車能量優(yōu)化

該類型車輛借助兩套相對獨立的傳動裝置對汽車進行驅(qū)動行駛，具備發(fā)動機與電動機單獨驅(qū)動以及電力混合驅(qū)動各不相同的模式。并聯(lián)式混合動力汽車主要是通過使用電力為輔助動力，若發(fā)動機工作運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的功率超過汽車正常運行需要的全部能量，發(fā)電機則會進入發(fā)電狀態(tài)，將剩余能量有效轉(zhuǎn)移至蓄電池。若車輛進入加速或是爬坡使因其需要大量能量驅(qū)動，發(fā)電機則會進入工作狀態(tài)，確保車輛運行需要的全部能量。若車輛保持低速行駛，因為發(fā)動機處于此種情況下無法保持良好的經(jīng)濟性，所以發(fā)電機進入工作狀態(tài)為車輛行駛提供所需能量。并聯(lián)式混合動力汽車能量優(yōu)化控制對策涵蓋瞬時優(yōu)化與全局優(yōu)化控制對策[3]。

第一，瞬時優(yōu)化。通過對發(fā)動機與電動機處于各不相同功率分配方案，各不相同的運行情況下瞬間產(chǎn)生的燃油消耗率與排放進行實時精準計算，確保電動機等效油耗與發(fā)動機實際油耗最低的情況時，對最優(yōu)混合動力系統(tǒng)工作模式以及運行狀態(tài)做出嚴格明確。具體為特定時刻條件下，對電動機實際使用電量進行折算，轉(zhuǎn)化成發(fā)動機等量能源消耗，加之制動回收所得能量以及發(fā)動機時間耗損能量，構(gòu)建優(yōu)化模型以及排放模型，并對最小值進行準確計算，并將最小值設置為最優(yōu)工作狀態(tài)。

第二，全局優(yōu)化。采取最優(yōu)方式以及最優(yōu)控制理論，以此設計制定混合驅(qū)動驅(qū)動力分配控制對策。基于整車燃油經(jīng)濟性以及排放為標準、系統(tǒng)狀態(tài)量為限制標準條件，構(gòu)建適合的全局優(yōu)化模型，獲取有效的動態(tài)最優(yōu)控制，應用有關優(yōu)化方式進行計算，獲取最優(yōu)混合動力分配對策。

四、混聯(lián)式混合動力汽車能量優(yōu)化

該類型汽車結(jié)構(gòu)主要是串聯(lián)與并聯(lián)式汽車優(yōu)點進行高效綜合，根據(jù)以上類型汽車優(yōu)勢特點做出融合，不過結(jié)構(gòu)較為復雜，使制造成本相應提升?；炻?lián)式能量優(yōu)化控制對策包括發(fā)動機恒定工作點對策以及發(fā)動機最優(yōu)工作曲線對策[4]。

第一，發(fā)動機恒定工作點對策。主要是對車輛設置行星齒輪為主要傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，發(fā)動機轉(zhuǎn)速不受車輪轉(zhuǎn)速影響，保證發(fā)動機保持最優(yōu)工作狀態(tài)，保持恒定轉(zhuǎn)矩，多余轉(zhuǎn)矩通過電機負責輸出，加速或是爬坡狀態(tài)下主要由電機負責輸出，防止動態(tài)調(diào)節(jié)對發(fā)動機造成的不良影響，電動機控制可以做到靈活響應快速。

第二，發(fā)動機最優(yōu)工作曲線對策。確保發(fā)動機工作保持在萬有特性油耗曲線，基于靜態(tài)萬有特性曲線為基礎，保持在跟蹤條件分析判斷的最優(yōu)工作曲線進行工作，需要的功率或是轉(zhuǎn)矩超過設定值的情況下，發(fā)動機進入工作狀態(tài)。當發(fā)電機工作制造電流大于蓄電池承受電流或是驅(qū)動電流大于電機或是電池承受能力，對發(fā)動機最優(yōu)狀態(tài)進行調(diào)節(jié)。

結(jié)論：綜上所述，本文通過對混合動力汽車能量優(yōu)化研究進行簡要分析論述，對于混合動力汽車而言，其綜合性能獲得大部分人群的認可與青睞，從關于能量優(yōu)化控制算法的不斷變化發(fā)展，將促進增強混合動力汽車的動力性能與經(jīng)濟適用性，從而有效推動混合動力汽車的良好發(fā)展。

參考文獻：

[1]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，2017，15（05），108-110.

[2]陳德海，王一棟.基于雙模糊控制的混合動力汽車能量管理策略研究[J].汽車實用技術，2017，12，06）：37-41.

[3]劉天露，高春艷.基于多模式切換的插電式混合動力電動汽車能量優(yōu)化管理方法[J].河北工業(yè)大學學報，2017，22（03），123-125.

[4]陳銳，唐智，劉逢春.混聯(lián)混合動力車輛能量管理控制策略優(yōu)化[J].同濟大學學報（自然科學版），2017，45（22）：91-95.

[5]劉世達，齊毅，譚超廣，劉豪睿.基于混沌粒子群算法的并聯(lián)混合動力汽車能量管理策略[J].汽車實用技術，2017（17）：78-80.