謝碧波
摘 要:混合動力汽車屬于新能源汽車產(chǎn)品,其中控制策略是它實現(xiàn)能源與能量合理分配的關鍵。本文主要以混合動力汽車的動力系統(tǒng)控制策略設計與電動機選擇及模型分析為主,簡要探討了它的動力流動與控制問題,希望證明該車型的低排放、低能耗優(yōu)勢。
關鍵詞:混合動力;汽車;控制
在全球性能源短缺和生態(tài)環(huán)境保護的背景下,新能源汽車的概念被提出,混合動力汽車是新能源汽車的代表性產(chǎn)品,此類車輛以汽油或柴油供能和電力供能兩種方式進行驅動,在車輛啟動時,只需要依靠電動機帶動,當車輛速度達到一定后,發(fā)動機才會啟動,由此不但可以使車輛獲得良好的動力性,而且還能減少燃料的消耗??刂葡到y(tǒng)是混合動力車輛的關鍵,其性能優(yōu)劣直接關系到車輛的動力性。借此,本文就混合動力汽車的控制策略進行探微。
1 混合動力汽車的動力系統(tǒng)控制策略研究
1.1 動力系統(tǒng)布局
動力系統(tǒng)是整個混合動力汽車的重要組成部分之一,它布局是否合理直接關系到車輛的性能。在對動力系統(tǒng)進行布局時,可以采用純電驅動的強混系統(tǒng),這種系統(tǒng)不但能夠滿足加速需要,而且還能有效降低油耗。圖1為并聯(lián)強混系統(tǒng)結構示意圖。
與雙電機并聯(lián)動力系統(tǒng)相比,單電機并聯(lián)強混動力系統(tǒng)在內(nèi)燃機與一體化電機之間加裝了一個離合器,這樣的結構布置,能夠在電動與內(nèi)燃機斷油的運行狀態(tài)下,使內(nèi)燃機脫開,從而達到減小反拖損失的目的,并且單電機只需要安裝一套電機系統(tǒng),它的經(jīng)濟性更高。
1.2 控制策略設計
1.2.1 主要運行模式的分類。本文所提出的強混動力系統(tǒng)共有以下幾種運行模式:
①在駐車的前提下,離合器處于開啟狀態(tài),由于內(nèi)燃機啟動必須在離合器閉合的情況下完成,因此電動機會先行啟動。
②當電動機正常啟動之后,車輛會自行進入到電動機驅動的狀態(tài),若是此時車輛處于低速運行,或是有緩慢加速的需要時,車輛控制器則會認定動力需求較小,如果在這一過程中內(nèi)燃機啟動,其必定會在低負荷、低效率的情況運行,這對車輛運行經(jīng)濟性非常不利,因此在控制策略的設計上,應當對純電驅動這一工況予以優(yōu)先考慮。
③SOC(動力電池)中存儲的電能如果低于額定最小值時,控制器便會自行向內(nèi)燃機發(fā)出啟動指令,此時內(nèi)燃機會與電動機共同運行,對車輛進行牽引,在這種模式中,內(nèi)燃機相當于是電動機的助力。
④因發(fā)動機上的12V電池需要發(fā)電機為其進行充電,加之SOC中存儲的電能會隨車輛的運行而下降,因此需要混合動力系統(tǒng)或固定充電系統(tǒng)不定期對其進行充電,以免混合動力的功能喪失。
⑤如果車輛的速度降至非常低的狀態(tài)時,回收能量并不會起到太大的作用,所以此時電動機會停止對能量的回收,而內(nèi)燃機則會處于停止工作的狀態(tài)。
1.2.2 運行模式判斷。動力系統(tǒng)模式的切換需要一定的條件,當車輛從純電動機驅動轉為混合驅動時,需要如下條件:加速踏板輸入、車速、SOC等,在這些條件下,內(nèi)燃機必須立即啟動發(fā)電機帶動電動機,提升車輛的動力性,且富余能量能被動力電池回收。
2 混合動力汽車的電動機選擇
2.1 電動機參數(shù)選擇及模型分析
混合動力汽車的電機系統(tǒng)要充分考慮汽車運行環(huán)境、蓄電池供電能力、電池電壓變化等因素優(yōu)化參數(shù)選擇,以確保電機系統(tǒng)具備良好的穩(wěn)定性和運行效率。電機系統(tǒng)是混合動力汽車驅動控制模塊的核心,其重要參數(shù)之一為轉速因子,即最高轉速與基速的比值。電動機的類型不同,轉速因子值也有所不同,一般情況下轉速因子較大的為感應電動機,轉速因子較小的為永磁同步電動機。為保證混合動力汽車能夠在低速運行狀態(tài)下快速加速,具備一定的爬坡性能,應當選用一體化啟動電機,將啟動機、發(fā)電機以及發(fā)動機緊湊地布置為一體形態(tài),而后將其裝配在變速箱與發(fā)動機之間。由于混合動力汽車的加速性能直接決定著電機系統(tǒng)的功率參數(shù),所以在良好的路況下,可根據(jù)公式求出汽車由起步加速到設定車速的時間t,具體為:
其中,表示設定車速;表示轉動質(zhì)量轉換系數(shù);m表示整體質(zhì)量;Ft表示滾動阻力;Fw表示空氣阻力;Ff表示行駛驅動力。
2.2 控制模型控制過程分析
電機系統(tǒng)要想在預定時間達到設定車速,就必須通過電流反饋與轉速PID完成整個控制過程。其中,電流反饋通過比較分析電機系統(tǒng)輸出的電流與預設電流,而后確定輸入端的電壓,確保實際電壓值與目標值相接近;轉速PID控制主要根據(jù)目標轉速對實際轉速進行有效控制,確保兩者接近。
3 總結
綜上所述,傳統(tǒng)能源的短缺,為混合動力汽車的發(fā)展帶來了契機,相信在不久的將來,這種汽車將會代替柴油機或汽油機的車輛,為此,加大對混合動力汽車控制系統(tǒng)的研究力度十分必要,由此不但能夠提升整車的動力性能,而且還能達到降低能耗的目的。
參考文獻
[1]錢立軍,邱利宏,辛付龍,等.插電式四驅混合動力汽車能量管理與轉矩協(xié)調(diào)控制策略[J].農(nóng)業(yè)工程學報,2014(19):71-73.
[2]王明,孫駿,王超.雙離合ISG混合動力汽車控制策略[J].汽車工程學報,2013,(1):102-104.
[3]王琪,孫玉坤.一種混合動力汽車復合電源能量管理系統(tǒng)控制策略與優(yōu)化設計方法研究[J].中國電機工程學報,2014,(S1):82-84.