淺談混合動力汽車控制系統(tǒng)的發(fā)展

江朋飛

摘 要：混合動力汽車是指同時裝備兩種動力來源——熱動力源（由傳統(tǒng)的汽油機或者柴油機產生）與電動力源（電池與電動機）的汽車?；旌蟿恿ζ囅鄬τ趥鹘y(tǒng)汽車和電動汽車具有鮮明的優(yōu)勢，使它近幾年成為各地大學、汽車公司和科研機構進行研究發(fā)展的主要對象。它是新一代的汽車結構形式。該文主要針對混合動力汽車控制系統(tǒng)的發(fā)展進行分析。

關鍵詞：混合動力汽車控制系統(tǒng) 發(fā)展 分析

中圖分類號：U469.7 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）12（b）-0064-02

混合動力汽車相對于傳統(tǒng)汽車和電動汽車具有鮮明的優(yōu)勢，使它近幾年成為各地大學、汽車公司和科研機構進行研究發(fā)展的主要對象。它是新一代的汽車結構形式。它具有低于電動汽車的成本，卻擁有接近于傳統(tǒng)汽車的動力，并且有潛力達到低耗油低排放的標準。

1 混合動力汽車的優(yōu)勢

混合動力汽車兼顧了傳統(tǒng)汽車與電動汽車的優(yōu)勢，有著低排放、低油耗的特點，動力與傳統(tǒng)汽車不相上下，生產成本低于純電動汽車，因此，在近年來成為各個汽車公司研究的重點?？梢灶A見的是，在電動汽車電池問題尚未解決前，混合動力汽車的應用是解決能源問題的重要途徑?；旌蟿恿﹄妱悠嚥煌趥鹘y(tǒng)的電動汽車與內燃機汽車，該種類型的汽車包括兩種車載能量源組成，將這兩種能量源結合起來可以有效提升汽車的整體性能。要將其協(xié)調起來，必須要輔以相應的控制措施，這也是保證混合動力汽車順利工作的核心。

2 混合動力汽車的結構類型

混合動力汽車的結構型式有很多，因為它的每個部件的組成都不同，控制類型和控制方法也都不一樣?；旌蟿恿ζ嚨闹饕袃煞N動力源?；旌蟿恿ζ囈簿哂卸喾N分類方法。串聯(lián)型、并聯(lián)型和混聯(lián)型是依照動力不同的傳遞方式和動力源的數(shù)量來劃分。發(fā)電機運行的不同也可以劃分為發(fā)動機連續(xù)運行模式和開關模式等。

2.1 荷電維持型混合動力汽車

此類型的混合動力汽車可以采用串聯(lián)型或者并聯(lián)型的系統(tǒng)型式。它不需要電力網(wǎng)充電。一般情況下此類型混合動力汽車具有一定的純電動的行程。荷電維持的并聯(lián)型混合動力汽車燃油經(jīng)濟性理想，可以節(jié)約約6%左右的燃料。

2.2 荷電消耗型混合動力汽車

荷電消耗型的混合動力汽車具有良好的能量經(jīng)濟適用性，主要是由于它的電池充放電的過程中并不會產生太大的損失。它的行程是純電動型的，蓄電池內的核電狀態(tài)在汽車的不斷運行下使用完后可以通過充電器利用熱效率來充電。荷電消耗型的混合動力汽車的發(fā)動機一般只能在蓄電池荷電維持能力不足下開始運行。如果汽車運行需要高功率動力，發(fā)動機也會開始運行。也可以通過能源管理控制的方法，在發(fā)動機運行動力不足、蓄電池組的儲電量較小的情況下，依然可以使荷電消耗性混合型動力汽車能夠長時間運行。

2.3 混聯(lián)式驅動系統(tǒng)

混聯(lián)式驅動系統(tǒng)結合了串聯(lián)式、并聯(lián)式結構的優(yōu)勢，發(fā)動機功率由機械傳動直接輸送至驅動橋，發(fā)動機電能會輸送至電池與電動機，電動機的驅動力矩會傳輸給驅動橋。在汽車低速運轉的情況下，驅動系統(tǒng)主要采取串聯(lián)工作法，在汽車進入到高速運轉狀態(tài)時，則采用并聯(lián)工作法。該種結構的應用可以充分體現(xiàn)出汽車的優(yōu)良性能，但是此類結構的控制方式非常復雜，對于制造和設計的要求非常高，但是，發(fā)動機的運轉基本不會受到汽車運行狀態(tài)的影響，在汽車運轉時，可以滿足低排放和低油耗的要求。

3 混合動力型汽車的控制方法

要想讓混合動力型汽車滿足低耗能和低排放的要求，就必須科學選擇優(yōu)化控制方法，在汽車各個部件的性能都能夠發(fā)揮的基礎條件下，達到能量的合理分配，提高整個系統(tǒng)的效率，做到低耗油低排放，提升汽車的駕駛性能。

3.1 并聯(lián)混合型汽車的控制方法

第一，并聯(lián)混合型汽車以功率為主要參數(shù)的控制方法：汽車完全由電動機單獨運行時，此時的車輪的功率約數(shù)是低于設定值的。發(fā)動機在啟動時，這時的車輪的功率約數(shù)高于此設定值。在變速器換擋時，發(fā)動機的性能是最佳的。

第二，并聯(lián)混合型動力汽車以車速為主要參數(shù)的控制方法：根據(jù)車速的設定值，當車速高于低于設定的車速時，發(fā)動機開始啟動，而電機則停止運行。相反，當車速低于設定值時，則由電動機驅動運行。這種模式是現(xiàn)階段使用最多的模式。

這兩種控制方法都是比較簡單的方法，很難讓整個系統(tǒng)達到最高效率，還需要不斷的進行完善。

第三，并聯(lián)型混合動力汽車以成本和節(jié)能減排為目的的控制方法：此方式中只有汽車在加速過程中電動機才會啟用。這種方式的混合動力汽車為了節(jié)約成本和節(jié)能減排，采用小容量的蓄電池組和小功率的電機。但這種模式是存在弊端的，發(fā)動機在低負荷的運行中無法解決它的排放問題?？梢圆扇煞N方法來控制汽車加速問題。在汽車的發(fā)動機和電動機同時合并運行產生驅動功率，或者在汽車高速起步、緊急加速時在應用適當?shù)母深A模式；當汽車在原地起步時，會有電動機或發(fā)動機任一獨自啟動，可以設置為只有在速度增加到一定數(shù)值時發(fā)動機才會啟動，增加所需動力。

第四，并聯(lián)型混合動力汽車采用優(yōu)化技術的控制方法：這種方式可以讓發(fā)動機和電機能夠在保持在效率最大化工作狀態(tài)之中，減少了燃油量。但是該種技術尚未完善，不符合節(jié)能減排的標準，也會受到汽車駕駛工況的影響。

3.2 串聯(lián)型混合動力汽車的控制方法

串聯(lián)型混合動力汽車的控制策略主要是為了達到最佳的效率，并滿足節(jié)能減排的目標：

第一，串聯(lián)型混合動力汽車發(fā)動機跟蹤器控制模式：發(fā)電機的效率和排放性能在低負荷時會受到影響，要解決這一問題，可以采用自動無級變速器。采用此種模式可以讓發(fā)電機保持油耗的最小量，能夠有效降低一氧化碳的排放量。

第二，串聯(lián)型混合動力汽車恒溫器控制模式：這種模式下會對蓄電池產生不利的影響，因為蓄電池組為了滿足所有瞬時功率的要求，會造成蓄電池組的損失，其應用范圍受到了限制。

3.3 混合式混合動力車控制方法

混聯(lián)式混合動力汽車的控制策略采用發(fā)動機作為主要動力源，電動機和電池通過提供附加轉矩的形式進行功率調峰，使系統(tǒng)獲得足夠的瞬時功率。由于采用了行星齒輪機構，發(fā)動機轉速可以不隨車速變化，這樣使發(fā)動機工作在最優(yōu)工作點，提供恒定的轉矩輸出，而剩余的轉矩則由電動機提供。這樣電動機來負責動態(tài)部分，避免了發(fā)動機動態(tài)調節(jié)帶來的損失。為了優(yōu)化工作狀態(tài)，需要在發(fā)動機最優(yōu)工作曲線模式思想的基礎上，對混合動力車在特定工況點下整個動力系統(tǒng)的優(yōu)化目標進行優(yōu)化，便可得到瞬時最優(yōu)工作點，然后基于系統(tǒng)的瞬時最優(yōu)工作點，對各個狀態(tài)變量進行動態(tài)再分配。

4 結語

研究顯示，小功率、小容量電池組的并聯(lián)型混合動力汽車成本較少，并且滿足節(jié)能減排的要求，在未來的市場中是很有發(fā)展前景的。但是其系統(tǒng)控制策略的發(fā)展還不成熟，需要進行進一步的優(yōu)化。

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