混合動(dòng)力汽車控制系統(tǒng)研究

周立霞

（天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué),天津 300222）

0 前言

汽車在帶給人們方便的同時(shí)也增加了許多環(huán)境、資源問題等困擾。作為能源消耗產(chǎn)品來說，其資源總有枯竭的一天。因此，為了可以確保汽車工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，就一定要考慮新型的節(jié)能汽車的運(yùn)用。而混合動(dòng)力汽車正是在這一背景條件下所產(chǎn)生的。

1 混合動(dòng)力汽車介紹

混合動(dòng)力汽車故名思議指的是用電池+燃油的綜合能力作為動(dòng)力，運(yùn)用發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)一起配合工作。簡單來說就是將電動(dòng)與發(fā)動(dòng)現(xiàn)一起同時(shí)安裝在汽車上，并讓兩者可以配合、協(xié)調(diào)工作，以達(dá)到汽車行駛的目的?；旌蟿?dòng)力汽車同時(shí)具有兩種優(yōu)勢(shì)，即可保持發(fā)動(dòng)機(jī)的持續(xù)時(shí)間，也可發(fā)揮電動(dòng)機(jī)無污染的優(yōu)勢(shì)。最重要的一點(diǎn)就是混合動(dòng)力的技術(shù)可以把能量進(jìn)行回收利用，讓能量的利用率提升到百分之九十五以上。和同等動(dòng)力配置的傳統(tǒng)汽車比較，混合動(dòng)力汽車在不減少動(dòng)力性的基礎(chǔ)上，可提升燃油的經(jīng)濟(jì)性，并在一定程度上減少CO2和污染物的排放。

當(dāng)前全球所研制的混合動(dòng)力車有多種形勢(shì)，一般可分成四種形式：串聯(lián)、并聯(lián)、復(fù)合、混聯(lián)式。串聯(lián)方式的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是將發(fā)電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)進(jìn)行串聯(lián)連接，汽車主要是以純電進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。每種形式的特點(diǎn)是不一樣的，本文主要以并聯(lián)方式作為研究對(duì)象，分析了發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)并行驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)。

2 并聯(lián)混合動(dòng)力汽車結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）結(jié)構(gòu)。并聯(lián)式的混合動(dòng)力結(jié)合的裝置是由發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)一起組成，主要是以機(jī)械能為主，讓能量進(jìn)行疊加，并且以此來驅(qū)動(dòng)汽車的運(yùn)行。這兩個(gè)是單獨(dú)的系統(tǒng)，可單獨(dú)工作亦可共同工作。

前輪驅(qū)動(dòng)由汽油機(jī)處理，后輪的驅(qū)動(dòng)則由電動(dòng)機(jī)處理。車內(nèi)的控制系統(tǒng)無需預(yù)先設(shè)定指令，其會(huì)根據(jù)外部的交通條件，做出正確的反應(yīng)，怎么選擇最佳的驅(qū)動(dòng)方式。

（2）系統(tǒng)特點(diǎn)。電動(dòng)模式會(huì)作為起步的初始系統(tǒng)，主要原因在于內(nèi)燃機(jī)汽車在超步后至少會(huì)有百分之八十的燃料被當(dāng)成廢氣排放，對(duì)能源造成了極大的浪費(fèi)，同時(shí)還會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，非常不劃算。但是，每小時(shí)40公里的速度時(shí),內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)同時(shí)會(huì)對(duì)電池充電。駕駛成員如果突然加速，將啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，協(xié)助內(nèi)燃機(jī)聯(lián)合類型的驅(qū)動(dòng)器。駕駛在低速度和電池電力不足，將自動(dòng)啟動(dòng)內(nèi)燃機(jī)的工作。當(dāng)汽車制動(dòng)減速時(shí)，控制系統(tǒng)將內(nèi)燃機(jī)的制動(dòng)效果，與此同時(shí)，使用充電電池的制動(dòng)能力。相應(yīng)的模型如下圖所示：

混合動(dòng)力車控制模型

這種模式是模糊邏輯控制系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)里有兩個(gè)輸入系統(tǒng)，即電池和移動(dòng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)。通常情況下，駕駛條件是根據(jù)速度和轉(zhuǎn)矩高速度的要求，使用分段處理：當(dāng)需求最優(yōu)轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩可以以表示函數(shù)；表示。這可以讓控制更加靈活、準(zhǔn)確。最好的發(fā)動(dòng)機(jī) 扭矩由靜態(tài)條件下，發(fā)動(dòng)機(jī)排放和普遍的特性曲線，在一定速度條件下的最大效率的引擎和放電點(diǎn)連接，形成一個(gè)由插值曲線。

3 電機(jī)選擇和控制系統(tǒng)

（1）電機(jī)的選擇。在選擇電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的時(shí)候，第一步要考慮的就是其成本性，之后還要考慮耐用性、可靠性等。而在電動(dòng)機(jī)選擇的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)有著結(jié)構(gòu)簡單、范圍廣特點(diǎn)。

（2）電機(jī)的控制系統(tǒng)。第一，硬件結(jié)構(gòu)。主要是以AT89S52作為主要控制器，由電源、DC-DC模塊、驅(qū)動(dòng)電路等組成。外圍接口主要包括在SCI接口,液晶顯示電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、程序記憶,AD轉(zhuǎn)換電路。輸出功率驅(qū)動(dòng)電路單片機(jī)是低電平有效,通過光電隔離反相高水平有效。

功率開關(guān)器件所采用的控制是PWM電壓斬波控制，每一相所開通的角和關(guān)斷角由繞組電流和速度信息所確定。A相、C相與B相、C相共用一個(gè)電流的傳感器。其所輸出模擬電壓信號(hào)通過放大、選擇、過渡之后連接到ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換的電路輸入單機(jī)CIN作為電流的環(huán)反饋信號(hào)。

其次，軟件的過程。T1周期中斷子程序，是中心的控制系統(tǒng),包括ADC輸入子程序，速度P1調(diào)整子程序等。

T1周期上40，每到100個(gè)T1就會(huì)進(jìn)行一次轉(zhuǎn)速調(diào)整（以P1進(jìn)行調(diào)節(jié)）。

4 制約電動(dòng)汽車發(fā)展的一些問題

（1）電池。當(dāng)前運(yùn)用在電動(dòng)汽車上的電池有非常多，如鋰電池、鋅電池等等。但是普遍都存在續(xù)航能力不足的問題。當(dāng)前所運(yùn)用的電池，在儲(chǔ)存能力上還是沒有辦法完全滿足汽車指標(biāo)的要求，再加上價(jià)格不莫，所以電動(dòng)汽車的成本高過傳統(tǒng)汽車許多。

（2）電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)的發(fā)展經(jīng)過了許多的過程，從傳統(tǒng)的直流的電機(jī)一直到現(xiàn)在所作用的開關(guān)磁阻電機(jī)。與傳統(tǒng)的電機(jī)進(jìn)行比較有著非常明顯的優(yōu)勢(shì)。例如質(zhì)量輕、體積不大等。但是其轉(zhuǎn)矩噪聲、脈動(dòng)都非常大，且相對(duì)永磁電機(jī)而言功率密度、效率都低，因此需要在電池和電動(dòng)機(jī)方向上加大相關(guān)研究，促使混合動(dòng)力車的運(yùn)用、發(fā)展。

5 結(jié)束語

最重要的是，相關(guān)類型的混合結(jié)結(jié)構(gòu)和現(xiàn)代汽車是非常相似的結(jié)構(gòu)，有利于進(jìn)一步發(fā)展的基礎(chǔ)上,現(xiàn)有的汽車，但這僅僅是一種混合產(chǎn)品的過渡。通過研究混合動(dòng)力汽車的發(fā)展，慢慢地建立相關(guān)的產(chǎn)業(yè)鏈為純電動(dòng)汽車時(shí)代相應(yīng)的基礎(chǔ)。

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