混合動力電動汽車結(jié)構(gòu)與控制策略

摘 要：隨著世界汽車工業(yè)的快速發(fā)展，對能源和資源都產(chǎn)生了較大的消耗，因此各國政府紛紛開展了關(guān)于節(jié)能型汽車技術(shù)的研究，混合動力電動汽車成為了新時期汽車節(jié)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新方向?；旌蟿恿﹄妱悠囀袌龅男纬?，為現(xiàn)代汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展指明了方向，同時也極大的提高了汽車產(chǎn)業(yè)的環(huán)境效益，有利于促進環(huán)保戰(zhàn)略的可持續(xù)發(fā)展。文章主要針對幾種不同類型混合動力電動汽車的結(jié)構(gòu)與控制策略進行簡單的分析。

關(guān)鍵詞：汽車產(chǎn)業(yè)；混合動力電動汽車；汽車結(jié)構(gòu)；控制策略

電動汽車是近些年來興起的一種新型汽車構(gòu)造，其使用的過程中可以實現(xiàn)零排放、零污染，而且可以利用煤炭、水等資源代替?zhèn)鹘y(tǒng)的石油資源作為燃料，因此可以在節(jié)約燃油成本的同時，減少對環(huán)境產(chǎn)生的污染。隨著電動汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，產(chǎn)生了混合動力電動汽車，這種新型汽車的開發(fā)熱點在于電力驅(qū)動系統(tǒng)和輔助動力單元結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，形成了不同的結(jié)構(gòu)的布置形式，降低了電動汽車的生產(chǎn)成本，延長使用壽命。

1 混合動力電動汽車結(jié)構(gòu)類型

1.1 串聯(lián)式動力系統(tǒng)

串聯(lián)式混合動力電動汽車是由發(fā)動機、發(fā)電機、驅(qū)動電機三個主要的構(gòu)件組成，發(fā)電機的作用是用來發(fā)電，將電能提供給電動機，由電動機驅(qū)動汽車行駛。除了提供汽車驅(qū)動的電能以外，其他的電能也可以為電池蓄電，延長電能的供給時間，為汽車的驅(qū)動提供電能支持。另外，也可以單獨使用電池作為驅(qū)動力，這種驅(qū)動狀態(tài)可以實現(xiàn)汽車的零排放和零污染。

1.2 并聯(lián)式動力系統(tǒng)

并聯(lián)式混合動力電動汽車的結(jié)構(gòu)，主要包括發(fā)動機、電動/發(fā)電機兩個構(gòu)件，可以單獨運作，也可以協(xié)調(diào)合作，因此并聯(lián)式混合動力電動汽車的結(jié)構(gòu)形式較為多樣，可以滿足不同的運行需求。在需要的情況下，兩種動力系統(tǒng)產(chǎn)生的公路可以實現(xiàn)疊加，這時發(fā)動機的功率就會增強，可以增強混合動力電動汽車自身的驅(qū)動力，降低驅(qū)動成本。這種并聯(lián)式動力系統(tǒng)的運作方式，與內(nèi)燃機汽車的運作原理存在很大相似之處，但是其在動力驅(qū)動的行程方面比串聯(lián)式動力系統(tǒng)的支撐時間更長，效率也更高。另外，并聯(lián)式混合動力電動汽車可以依靠兩套動力系統(tǒng)實現(xiàn)長效工作機制，可以根據(jù)汽車行駛的環(huán)境、路況等差異隨時調(diào)整動力系統(tǒng)的運行狀態(tài)，減少汽車磨損，有利于延長汽車使用壽命。

1.3 混聯(lián)式動力系統(tǒng)

混聯(lián)式動力系統(tǒng)的應(yīng)用是混合動力電動汽車結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化設(shè)計，也是幾種汽車結(jié)構(gòu)中作為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。在汽車啟動和低速運轉(zhuǎn)時發(fā)動機是處于關(guān)閉狀態(tài)的，而這時系統(tǒng)啟動的能量來源于電池中的電能；當發(fā)動機處在勻速運行狀態(tài)時，根據(jù)電池對電能的供給程度，隨時由發(fā)電機承擔起發(fā)電和輸送電能的責(zé)任，保證結(jié)構(gòu)的持續(xù)運行；制動時由發(fā)電機和發(fā)動機共同承擔制動能量的回收責(zé)任，并且開啟電池充電功能。

1.4 電動輪式動力系統(tǒng)

上述三種動力系統(tǒng)都是運用動力傳送的基本原理，新型的電動輪式動力系統(tǒng)則用電子差速器取代了傳統(tǒng)的汽車差速器和半軸結(jié)構(gòu)，直接將電動機安裝在汽車的驅(qū)動輪上，這樣可以使整個驅(qū)動結(jié)構(gòu)變得簡潔，也提高了系統(tǒng)運行的效率。

2 混合動力電動汽車控制策略

2.1 串聯(lián)式混合動力電動汽車控制策略

串聯(lián)混合動力電動汽車的控制策略，主要的著力點在于發(fā)動機的功效區(qū)和排放區(qū)的控制，同時考慮到電池、電動傳送系統(tǒng)的總體功率，根據(jù)驅(qū)動系統(tǒng)的運行要求，分別采用恒溫器控制、發(fā)動機跟蹤器控制的策略。恒溫器控制策略的原理是要保證發(fā)動機在啟動和運行過程中保持恒定的功率排放，當其超過特定數(shù)值時則發(fā)動機關(guān)閉，由電動機驅(qū)動車輪。發(fā)動機跟蹤器控制策略是隨時跟蹤發(fā)動機的功率變化與車輪功率的變化情況，避免過高的發(fā)動機功率對車輛驅(qū)動系統(tǒng)造成的損壞。

2.2 并聯(lián)式混合動力電動汽車控制策略

并聯(lián)式混合動力汽車系統(tǒng)的控制策略的實施，要保證在汽車性能穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)上，降低燃料消耗，減少污染排放，所以針對并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的控制策略，需要著重針對發(fā)動機的運行進行控制，運用“削峰補谷”的策略穩(wěn)定汽車運行狀態(tài)。同時，利用回收功能對汽車制動過程中產(chǎn)生的能量進行回收和再利用，可以提高能量的利用效率。并聯(lián)式混合動力電動系統(tǒng)的控制策略需要具備較強的電池功率、加速踏板和驅(qū)動功率等相關(guān)數(shù)據(jù)的支持，根據(jù)特定的計算規(guī)則，將其轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)控制的曲線，從而滿足系統(tǒng)驅(qū)動的要求。當前，針對并聯(lián)式混合動力電動汽車的控制策略，主要有電力輔助控制策略、SOC扭矩平衡式控制策略、自適應(yīng)控制策略、模糊邏輯控制策略等幾種類型，在實際的運用過程中，需要根據(jù)并聯(lián)式混合電動汽車的控制要求，采用有針對性的控制策略，可以達到更好的效果。

2.3 混聯(lián)式混合動力汽車的控制策略

混聯(lián)式混合動力結(jié)構(gòu)的控制策略相比前兩種更加復(fù)雜，而且在控制形式方面較多樣，所以在控制策略方面需要結(jié)合串聯(lián)和并聯(lián)結(jié)構(gòu)的特點，靈活采用有針對性的控制策略，才能達到控制目標。一是發(fā)動機恒定工作地點的控制策略，將發(fā)動機作為主要的控制點，通過調(diào)節(jié)功率調(diào)峰達到瞬時功率的控制，這種控制策略可以減少發(fā)動機長期運行產(chǎn)生的磨損，而且具有更高的靈敏度。二是發(fā)動機的曲線控制策略，這種控制方法通常是從發(fā)動機靜止狀態(tài)進行跟蹤控制，對發(fā)動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)形成一個工作曲線，根據(jù)曲線的調(diào)整使油耗始終處在最佳標準。當發(fā)動機關(guān)閉以后，對其進行調(diào)整，回到最優(yōu)的靜止狀態(tài)。三是瞬時優(yōu)化控制策略。這種控制策略主要是以曲線模式思想為基本原理，對混合動力電動汽車的動力系統(tǒng)運行狀態(tài)進行優(yōu)化，可以在瞬時達到最優(yōu)，再以這個最優(yōu)為基點，對每個變量進行動態(tài)控制，減少油耗。四是全局優(yōu)化控制策略。全局優(yōu)化策略，可以保證車輛在整個運行過程中都可以保持最優(yōu)狀態(tài)，雖然計算方法較為復(fù)雜，但是可以通過全局優(yōu)化的算法對發(fā)動機工作狀態(tài)進行實時監(jiān)控，保證可靠性的基礎(chǔ)上實現(xiàn)優(yōu)化調(diào)整。

2.4 電動輪式混合動力汽車的控制策略

電動輪式混合動力汽車主要是借助計算機技術(shù)的運用實現(xiàn)其電子差速的有效控制，這也是新時期混合動力電動汽車技術(shù)發(fā)展的新方向。電動輪式混合動力汽車的電子差速器的控制策略，主要是運用汽車行駛過程中左右兩側(cè)產(chǎn)生的車輪轉(zhuǎn)速將傳感器信號傳輸?shù)街醒胩幚砥鳎儆芍醒胩幚砥鲗ψ笥覂奢喌霓D(zhuǎn)速進行對比后，確保處于相同的距離，再將控制的結(jié)果傳輸?shù)睫D(zhuǎn)向盤，根據(jù)路面狀況和車速情況對轉(zhuǎn)向盤的角度進行控制，從而保證電動輪的差速得到有效控制，保證車速平穩(wěn)。

3 結(jié)束語

綜上所述，混合動力電動汽車是新時期汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個新型汽車結(jié)構(gòu)，其具有更高的制動功率，可以減少燃油的損耗，真正實現(xiàn)零排放和零污染，具有較高的環(huán)保效益。隨著我國汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，在混合動力電動汽車的技術(shù)方面也將不斷完善，而實現(xiàn)汽車行業(yè)的清潔生產(chǎn)是促進能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要舉措，有利于解決城市環(huán)境污染問題，為人類創(chuàng)造健康的生活環(huán)境。

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作者簡介：趙鑫（1994，3-），男，漢族，黑龍江省哈爾濱市人，中國人民解放軍軍事交通學(xué)院學(xué)生，本科，研究方向：車輛運用工程。