并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及控制策略研究

摘 要：混合動(dòng)力汽車綜合了技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保等方面的因素，是現(xiàn)在及未來汽車行業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要方向。并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車裝置裝有發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)兩套系統(tǒng)，可以通過不同的驅(qū)動(dòng)模式為汽車提供動(dòng)力扭矩。文章對(duì)并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車進(jìn)行了結(jié)構(gòu)和技術(shù)分析，對(duì)不同的動(dòng)力組合模式做出了闡述。為使系統(tǒng)的能量能夠合理分配和工作，對(duì)汽車的控制策略進(jìn)行了分類探討，并對(duì)比其優(yōu)缺點(diǎn)，以此進(jìn)行更深入的研究。

關(guān)鍵詞：混合動(dòng)力汽車 并聯(lián)式 驅(qū)動(dòng) 控制策略

中圖分類號(hào)：TK44 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）12（a）-0083-01

混合動(dòng)力汽車能夠?qū)崿F(xiàn)能量驅(qū)動(dòng)之間的合理搭配，并有其油耗低、污染小等優(yōu)點(diǎn)，已成為了各國(guó)汽車行業(yè)發(fā)展的一個(gè)新型模式。按照其驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類，混合動(dòng)力汽車可以分為串聯(lián)式、并聯(lián)式、混聯(lián)式和復(fù)合式四大類。本文重點(diǎn)對(duì)并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制策略進(jìn)行分析研究。

1 并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)及模式

1.1 驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)

并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)兩套系統(tǒng)組成。這兩套系統(tǒng)以機(jī)械能疊加的方式，既可采用發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，也可以兩者混合驅(qū)動(dòng)。而不論是發(fā)動(dòng)機(jī)還是電動(dòng)機(jī)，其功率均能滿足汽車的所需的驅(qū)動(dòng)功率，能量的利用率較高。這樣，能夠選擇相對(duì)較小功率的發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)，既可實(shí)現(xiàn)多樣化的驅(qū)動(dòng)模式，又能使整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尺寸和質(zhì)量變的更小。

并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 驅(qū)動(dòng)模式

通過上面的結(jié)構(gòu)圖可以看到，兩條驅(qū)動(dòng)線路中，發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)都是由耦合裝置及變速箱與車輪上的驅(qū)動(dòng)軸直接嚙合。因此，系統(tǒng)可同時(shí)采用電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)作為自己的動(dòng)力源。在運(yùn)行過程中，若是其中的某條驅(qū)動(dòng)線路出現(xiàn)了故障，另一條線路仍可繼續(xù)工作。采用這種設(shè)計(jì)模式，既能使汽車以純?nèi)加偷臓顟B(tài)運(yùn)行，也能用電能來完成驅(qū)動(dòng)。

并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通?？煞譃橐韵滤姆N組合模式：（1）動(dòng)力源合成式。針對(duì)于汽車前輪，系統(tǒng)可以安裝一個(gè)小功率的內(nèi)燃機(jī)來提供動(dòng)力；同時(shí)還要為后輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)配上一個(gè)電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)可以幫助發(fā)動(dòng)機(jī)提供更大的驅(qū)動(dòng)力，在汽車啟動(dòng)、加速行進(jìn)或坡陡路面時(shí)起的作用更為明顯。采用這兩套系統(tǒng)，可以根據(jù)需要單獨(dú)或結(jié)合提供動(dòng)力。（2）雙軸轉(zhuǎn)矩合成式。主要驅(qū)動(dòng)力要靠發(fā)動(dòng)機(jī)來完成，同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)能夠間接地促使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)蓄電池的充電。充電后的電池反過來也能給電動(dòng)機(jī)提供電能，完成別的工作。（3）單軸轉(zhuǎn)矩合成式。單軸式和雙軸式原理基本相同，只是發(fā)動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)對(duì)電池進(jìn)行充電。（4）轉(zhuǎn)速合成式。電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)都是通過離合器和一個(gè)“驅(qū)動(dòng)結(jié)合器”來完成驅(qū)動(dòng)。在此工作模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可以采用普通內(nèi)燃機(jī)，而電動(dòng)機(jī)可以通過“驅(qū)動(dòng)結(jié)合器”實(shí)現(xiàn)與傳動(dòng)系統(tǒng)的連接。因此，不論是進(jìn)行改制還是維修都比較方便可行。

2 并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車控制策略的綜合性分析

2.1 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車控制策略的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則應(yīng)包括以下幾個(gè)方面：（1）不論在何種模式下，都應(yīng)該使發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、關(guān)閉次數(shù)盡量減少。（2）要盡量達(dá)到和保持“兩機(jī)”的工作效率。（3）針對(duì)不用的運(yùn)行模式，對(duì)電池SOC做出合適穩(wěn)定的選取。（4）優(yōu)化車況自身的性能，使功率得到有效的分配，子系統(tǒng)間的能量流動(dòng)效率得到提高。（5）工作運(yùn)行動(dòng)態(tài)保持良好，對(duì)不同條件下，表現(xiàn)出較高的適應(yīng)性和自學(xué)習(xí)能力。

2.2 控制策略的優(yōu)化分析

系統(tǒng)控制策略一直是混合動(dòng)力汽車研究的熱門問題。而隨著混合動(dòng)力汽車的發(fā)展，現(xiàn)在的控制策略大都是從轉(zhuǎn)矩和功率的角度來實(shí)現(xiàn)控制。

（1）靜態(tài)邏輯門限控制策略。首先要將電池SOC、所需汽車功率、加速信號(hào)（也可選其它參數(shù)）等作為事先選定的變量，根據(jù)之前設(shè)定好的章程，對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的工作模式做出選擇，以此來提高汽車的工作效率和油耗使用率。這種策略的實(shí)施過程相對(duì)來說簡(jiǎn)便易行，應(yīng)用也較為廣泛。但設(shè)定的門限靜態(tài)參數(shù)都是由經(jīng)驗(yàn)所得，并不能反映和適應(yīng)實(shí)際的動(dòng)態(tài)過程，也很難使汽車獲得最大的工作效率。（2）瞬時(shí)優(yōu)化控制策略。目前所提出來的瞬時(shí)優(yōu)化策略不外乎是“等效燃油消耗最少”法或“功率損耗最小”法，二者的工作原理基本一樣?！暗刃加拖淖钌佟狈ㄊ轻槍?duì)某個(gè)瞬時(shí)工況，將電動(dòng)機(jī)所消耗的電量通過一定的公式換算成發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油量和排放，再加上制動(dòng)過程產(chǎn)生的回收能量與燃油量和排放組成一個(gè)整體模型，針對(duì)此模型求算出最小值所在，并將其對(duì)應(yīng)的點(diǎn)作為此瞬時(shí)工況的工作點(diǎn)。（3）模糊能量控制策略。此控制策略主要用來確定運(yùn)行模式及相關(guān)的功率。將已有“權(quán)威”的規(guī)則以固定的形式輸入到模糊控制器中，利用控制器將速度、功率等等輸入量進(jìn)行模糊處理，依照設(shè)定的規(guī)則來完成選擇。對(duì)于有些難以進(jìn)行精確定量的理論規(guī)則，可使用此策略進(jìn)行表述，并能夠?qū)Ω鞣N因素進(jìn)行折中處理。（4）全局最優(yōu)能量控制策略。對(duì)于整個(gè)運(yùn)行區(qū)間，全局最優(yōu)控制策略主要是依據(jù)某種優(yōu)化理論，建立以經(jīng)濟(jì)、排放為目的，系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)變量為約束條件的最優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，并采用一定的算法來做出全局最優(yōu)設(shè)計(jì)。目前研究的全局控制策略還不夠成熟，而且存在著計(jì)算量大的缺陷，實(shí)時(shí)工況性能差。

3 結(jié)語

并聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)只是混合動(dòng)力汽車的一種驅(qū)動(dòng)方式，且存在著一些缺陷和不足之處。因此，要對(duì)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行更優(yōu)性能的開發(fā)?？刂撇呗允翘峁﹦?dòng)力的核心和關(guān)鍵所在，目前人們所提出的能量控制策略還不夠完善，實(shí)用性并不強(qiáng)。如何開發(fā)一種最優(yōu)化和最實(shí)用的控制策略，在充分考慮整車性能和運(yùn)行工況的前提下，實(shí)現(xiàn)最佳的能耗和排放，是目前混合動(dòng)力汽車需要解決的一個(gè)難題。

參考文獻(xiàn)

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