對(duì)并聯(lián)混合動(dòng)力汽車控制模式探究受《浙江省大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)計(jì)劃（新苗人才計(jì)劃）》資助

唐杭斌 蔡高良 吳日晨

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展，并聯(lián)混合電力汽車成為現(xiàn)在電動(dòng)汽車發(fā)展的主要方向。混合動(dòng)力汽車在一定程度上解決了純電動(dòng)汽車在行駛里程和初始成本上的一些難題，使得混合動(dòng)力汽車的行駛里程增加、初始成本降低。但是并聯(lián)混合動(dòng)力汽車在控制模式上還存在一定的問題，這些問題影響著并聯(lián)混合動(dòng)力汽車的發(fā)展。筆者將結(jié)合并聯(lián)混合動(dòng)力汽車的相關(guān)技術(shù)應(yīng)用，對(duì)并聯(lián)混合動(dòng)力汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、能量流動(dòng)、工作模式等進(jìn)行相關(guān)的研究，提出并聯(lián)混合動(dòng)力汽車控制模式的相關(guān)意見和建議。

關(guān)鍵詞：并聯(lián)混合動(dòng)力；汽車；控制模式

隨著環(huán)境污染越來越嚴(yán)重，環(huán)保型的新型汽車成為現(xiàn)在汽車發(fā)展的主要方向。在這樣的大背景下各國(guó)制定各項(xiàng)政策鼓勵(lì)環(huán)保型汽車的發(fā)展，其中電動(dòng)汽車是環(huán)保型汽車的主要發(fā)展方向。電動(dòng)汽車在剛開始研究生產(chǎn)中遇到了不少的技術(shù)難題，但是在相關(guān)科技人員的研究下這些問題大部分已經(jīng)被解決。在現(xiàn)在的電動(dòng)汽車當(dāng)中，并聯(lián)混合動(dòng)力汽車是電動(dòng)汽車的重要類型。并聯(lián)混合動(dòng)力汽車?yán)孟冗M(jìn)技術(shù)解決了電動(dòng)汽車行駛里程短和初始成本高的難題。在并聯(lián)混合動(dòng)力汽車當(dāng)中汽車的控制模式是并聯(lián)混合動(dòng)力汽車的核心內(nèi)容。并聯(lián)混合動(dòng)力汽車的控制模式能使電動(dòng)汽車根據(jù)駕駛員的相關(guān)指令和行駛的路況信息配置汽車的能量、優(yōu)化汽車的行駛狀況，降低汽車的能量消耗從而實(shí)現(xiàn)并聯(lián)混合動(dòng)力汽車性能的良好提升。本文中對(duì)并聯(lián)混合動(dòng)力汽車的相關(guān)的控制模式進(jìn)行了研究，對(duì)并聯(lián)混合動(dòng)力汽車的控制模式提出了自己的意見和建議。

1并聯(lián)混合動(dòng)力汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

現(xiàn)在的并聯(lián)混合動(dòng)力汽車采用的兩套獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，即發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。這兩種驅(qū)動(dòng)程序有三種驅(qū)動(dòng)方式，第一種是發(fā)電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，這是通過發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的離合器來實(shí)現(xiàn)速度的控制的；第二種是電動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，這種驅(qū)動(dòng)壓實(shí)靠單獨(dú)的離合器來控制；第三種是兩種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)共同驅(qū)動(dòng)的混合驅(qū)動(dòng)。在現(xiàn)在的并聯(lián)混合動(dòng)力汽車當(dāng)中主要運(yùn)用的是第三種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。在一些特殊的情況下可以采用前兩種的單獨(dú)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

2并聯(lián)混合動(dòng)力汽車的工作方式和你能量流動(dòng)

并聯(lián)混合動(dòng)力汽車有三種驅(qū)動(dòng)方式，在這三種驅(qū)動(dòng)模式下并聯(lián)混合動(dòng)力汽車有著不同的工作方式和相關(guān)的能量流動(dòng)。根據(jù)并聯(lián)混合動(dòng)力汽車的運(yùn)行情況并聯(lián)混合動(dòng)力汽車有五種工作模式和相應(yīng)的能量流動(dòng)方式。這五種模式有三種是在啟動(dòng)到正常行駛、高SOC時(shí)的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式，一種是加速或者爬坡狀態(tài)下的混合驅(qū)動(dòng)方式；另外一種是在減速或者制動(dòng)狀態(tài)下能量回收模式。在每種狀態(tài)下并聯(lián)混合動(dòng)力汽車的能量流動(dòng)有著自己的特點(diǎn)。

3并聯(lián)混合動(dòng)力汽車的控制模式

并聯(lián)混合動(dòng)力汽車的控制模式是一種較為先進(jìn)的電動(dòng)汽車控制模式。并聯(lián)混合動(dòng)力汽車的控制系統(tǒng)涉及到機(jī)械、電器、化學(xué)和熱力等內(nèi)容，它是一個(gè)較為復(fù)雜的非線性動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)。在并聯(lián)混合動(dòng)力汽車的控制模式的研究當(dāng)中，有效調(diào)節(jié)好各子系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)能量在各子系統(tǒng)之間的良好分配、并且根據(jù)相應(yīng)的駕駛狀態(tài)來分配燃料是現(xiàn)在并聯(lián)混合動(dòng)力汽車控制模式研究的主要方向。根據(jù)現(xiàn)在并聯(lián)混合動(dòng)力汽車的相關(guān)性能要求，并聯(lián)混合動(dòng)力汽車控制模式設(shè)計(jì)的基本原則是：減少發(fā)動(dòng)機(jī)的開動(dòng)次數(shù)、合理分配電動(dòng)汽車的能源，實(shí)現(xiàn)能源的優(yōu)化配置，提高能源利用效率、控制電動(dòng)機(jī)的高效工作區(qū)域、實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的良好。在電動(dòng)汽車研發(fā)的早期，相關(guān)的研究大部分是集中在速度的調(diào)控上。這種控制模式基本上采用把電動(dòng)汽車的啟動(dòng)速度設(shè)置為一個(gè)定值，然后根據(jù)汽車的行駛速度判定汽車的工作狀態(tài)和工作模式。這種根據(jù)速度的控制模式簡(jiǎn)單、易于被相關(guān)的技術(shù)人員所理解，技術(shù)要求相對(duì)較低，所以在原始的并聯(lián)混合動(dòng)力汽車當(dāng)中運(yùn)用較多。但是這種基于速度的控制模式也有著自身的缺點(diǎn)，由于其是靠單一的速度參數(shù)來實(shí)現(xiàn)控制的，所以其整體的動(dòng)態(tài)性較差、汽車的效率較低。由于這些缺點(diǎn)的存在現(xiàn)在的并聯(lián)混合動(dòng)力汽車主要是功率或者轉(zhuǎn)矩控制?，F(xiàn)在并聯(lián)混合動(dòng)力汽車的這種控制模式主要有以下四種：智能控制模式、瞬時(shí)優(yōu)化控制模式、全局最優(yōu)控制模式、邏輯門控制模式。

3.1智能控制模式

智能控制模式是以仿生學(xué)為基礎(chǔ)，根據(jù)被控制狀態(tài)的信息變化，進(jìn)行相關(guān)的定性、定量信息分析研究，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)難以通過數(shù)學(xué)建模系統(tǒng)的良好控制。由于并聯(lián)混合動(dòng)力汽車的控制系統(tǒng)是一種非線性的復(fù)雜控制系統(tǒng)，所以并聯(lián)混合動(dòng)力汽車是適合智能控制模式的。目前在并聯(lián)混合動(dòng)力汽車的智能控制模式當(dāng)中有三種控制策略：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、遺傳算法控制、模糊邏輯控制。這三種控制個(gè)有著自身的特點(diǎn)和特色，但是這三種控制模式也有著自身的缺點(diǎn)。在實(shí)際的應(yīng)用當(dāng)中如果能把三者結(jié)合起來，將會(huì)大大提高并聯(lián)混合動(dòng)力汽車智能控制的性能和質(zhì)量。

3.2瞬時(shí)優(yōu)化控制模式

在現(xiàn)代的并聯(lián)混合動(dòng)力汽車控制系統(tǒng)當(dāng)中為了解決規(guī)則邏輯門控制模式當(dāng)中未考慮動(dòng)態(tài)變化的缺點(diǎn)開發(fā)了瞬時(shí)最優(yōu)控制模式。這種控制模式也叫做實(shí)時(shí)控制模式。這種瞬時(shí)最優(yōu)控制模式有功率損失最小控制模式和等效燃油消耗最少兩種控制模式。這兩種控制模式的有著相同的出發(fā)點(diǎn)，但是卻有著不同的控制方法和控制途徑。這兩種控制模式都能實(shí)現(xiàn)對(duì)并聯(lián)混合動(dòng)力汽車的瞬時(shí)良好控制。但是這兩種控制模式也有著自身的缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)在計(jì)算量較大、設(shè)計(jì)成本較高，相關(guān)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)是較為困難的。所以這種瞬時(shí)優(yōu)化控制模式對(duì)現(xiàn)在的并聯(lián)混合動(dòng)力汽車的控制技術(shù)來講還存在一定的技術(shù)難題，這些難題的存在將影響這種控制模式的相關(guān)效果。

3.3全局最優(yōu)控制模式

在并聯(lián)混合動(dòng)力汽車的瞬時(shí)最優(yōu)控制模式當(dāng)中無法保障電動(dòng)汽車在整個(gè)運(yùn)行過程中達(dá)到最優(yōu)。為了改善這種缺點(diǎn)相關(guān)的技術(shù)人員研發(fā)了全局最優(yōu)控制模式。這種全局最優(yōu)模式是在最優(yōu)控制理論和最優(yōu)方法的基礎(chǔ)之上研發(fā)的一套混合動(dòng)力控制系統(tǒng)。但是在現(xiàn)在的控制模式研究當(dāng)中還是局限于相關(guān)的數(shù)學(xué)建模研究和相關(guān)的動(dòng)態(tài)規(guī)劃理論研究。這些相關(guān)的全局最優(yōu)控制模式的相關(guān)理論還是不成熟的，在研究當(dāng)中需要大量的計(jì)算，實(shí)時(shí)性較低。

3.4邏輯門控制模式

邏輯門控制模式當(dāng)是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的靜態(tài)效率曲線來實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的研究分析的。在相關(guān)的控制模式研究當(dāng)中要對(duì)加速信號(hào)、電池SOC、整車功率等進(jìn)行相關(guān)的研究和分析。在邏輯門控制模式的電力控制模式是在數(shù)學(xué)中平均差和方差的基礎(chǔ)上進(jìn)行研究的。邏輯門控制模式的計(jì)算較為簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)相關(guān)的控制。但是在最優(yōu)控制上還存在一定的缺點(diǎn)。

4小結(jié)

并聯(lián)混合動(dòng)力汽車是現(xiàn)在電動(dòng)汽車發(fā)展的主要方向。通過相關(guān)的研究和分析可以看出并聯(lián)混合動(dòng)力汽車的控制模式還不夠成熟，多數(shù)的控制模式實(shí)用性較低，多數(shù)還處在研發(fā)階段。所以對(duì)現(xiàn)在的并聯(lián)混合動(dòng)力汽車來說開發(fā)一種實(shí)用性高、技術(shù)可靠的控制模式是現(xiàn)在并聯(lián)混合動(dòng)力汽車應(yīng)該主要解決的問題。

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作者簡(jiǎn)介：

唐杭斌（1992.3-），男 浙江工業(yè)大學(xué)教育科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，學(xué)士，從事機(jī)電一體化，機(jī)械控制，注塑模具研究，《機(jī)電一體化》發(fā)表的時(shí)候加上這么句話， 受《浙江省大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)計(jì)劃（新苗人才計(jì)劃）》資助