淺談雙模式機電復(fù)合傳動系統(tǒng)的綜合控制策略

肖偉明

摘 要：機電復(fù)合傳動可優(yōu)化重型車輛的電驅(qū)動，其雙模式的綜合控制，是讓其有良好驅(qū)動型的方式之一。而為了優(yōu)化傳統(tǒng)系統(tǒng)內(nèi)部的能量控制，提高管理水平，讓多個能量源協(xié)調(diào)發(fā)展，會使用綜合控制策略，同時人們也建立了仿真平臺，利用這一平臺對綜合控制措施進(jìn)行檢測。

關(guān)鍵詞：雙模式；機電復(fù)合傳動；綜合控制

引言：節(jié)約能源的使用，保護(hù)環(huán)境，是當(dāng)下世界發(fā)展的主題之一，特別是對于汽車行業(yè)來說，電池技術(shù)尚未有很大的突破。機電負(fù)荷傳動會為車輛運行提供混合動力，它是把兩個電機放到同一個傳動系統(tǒng)內(nèi)，保持轉(zhuǎn)速不變，改變電機的運行方式，而為了更好控制系統(tǒng)以及電機的運行，需綜合控制。

一、雙模式機電復(fù)合傳動的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本篇文章闡述的雙模式機電符合傳動系統(tǒng)，是為了滿足重型車輛驅(qū)動的需求，有較大的矩陣，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括是兩個電機、三個行星排、兩個離合器、制動器、動力輸入、輸出等。系統(tǒng)運行模式是：發(fā)動機導(dǎo)入電力后，經(jīng)過離合器把電力運動到行星排，第二行星排與第三行星排之間的一部分電力傳送，會用離合器完成，最后實現(xiàn)電力輸出。

二、雙模式機電復(fù)合傳動系統(tǒng)綜合控制

（一）控制結(jié)構(gòu)

雙模式機電復(fù)合傳動系統(tǒng)是由數(shù)個小的系統(tǒng)組成，互相配合，協(xié)調(diào)各項工作的進(jìn)行，以達(dá)到設(shè)定的動力、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。雙模式機電復(fù)合系統(tǒng)經(jīng)過控制后，可對系統(tǒng)內(nèi)的能源進(jìn)行管理，優(yōu)化對各子系的控制，同時，它還會協(xié)調(diào)各部分的運作，讓系統(tǒng)根據(jù)不同的情況切換工作模式，提高控制的水平。而為了使控制功能簡單化，增強系統(tǒng)的邏輯性并高效運行，會把整個系統(tǒng)分層，逐層管理[1]。

系統(tǒng)層：車輛駕駛是通過油門、換擋的操作，讓車輛順利行駛，同時也可以通過這幾部分的操作，判斷駕駛員操作的想法，明確功率的需求，根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)不同模式的切換，選擇相應(yīng)的控制模式。

中間層：對系統(tǒng)信息充分了解后，并明確其控制目標(biāo)的同時，把整體的系統(tǒng)功率按照各部分的要求，把對應(yīng)的功率大小分配到各部分，滿足各部分對功率的需求，控制系統(tǒng)。

部件層：每個部件都有自己的穩(wěn)態(tài)控制目標(biāo)，其按照自己的運行邏輯計算當(dāng)下控制瞬間的運行目標(biāo)，轉(zhuǎn)化成控制指令，并把控制指令重新通過線路發(fā)送回對應(yīng)的部件，以確保高效、穩(wěn)定的完成控制目標(biāo)。

（二）系統(tǒng)工作模式

從系統(tǒng)運行的方案，以及對系統(tǒng)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩特性的分析，可以得出該傳動系統(tǒng)有以下幾種運行模式：包括純電驅(qū)動、發(fā)電機啟動、混合驅(qū)動EVT1、2等，每個模式都有其運行的特點。而車輛行駛時，系統(tǒng)的運行模式是由車輛使用功率決定，以及電池可承受的負(fù)荷，每個模式的運行方式如下：

首先，純電驅(qū)動模式是，如果車輛使用的功率在0以上，且功率在某個電機運行的功率范圍內(nèi)，可由功率范圍內(nèi)的電機負(fù)責(zé)驅(qū)動。而根據(jù)重型車輛工作時的情況，該工作模式主要用于倒車[2]。

其次，發(fā)動機啟動模式是，如果車輛發(fā)動機的轉(zhuǎn)速慢于車輛怠速狀態(tài)，啟用混合驅(qū)動模式前，要先經(jīng)過發(fā)動機啟動模式，兩個電機同時運行，讓發(fā)動機的速度達(dá)到行駛的要求，啟動發(fā)動機。

再次，混合發(fā)動模式有兩種，一種是EVT1，另一種是EVT2，車輛運行的過程中，兩個電機都保持在最佳的工作狀態(tài)，以減少車輛的燃油量。而從傳動效率的角度分析，其會隨著行駛速度的變化轉(zhuǎn)化任意一種模式。

最后，制動能量回收模式是，駕駛員制動需求低于電池負(fù)荷，達(dá)不到充電的上限時，車輛運行會變?yōu)橹苿踊厥漳Ｊ?，用電機回收能量，如果是其他情況，車輛會采用單獨機械活動。

（三）系統(tǒng)能量管理

以滿足駕駛員動力要求為基礎(chǔ)，系統(tǒng)會調(diào)整各部件的運行狀態(tài)，讓發(fā)動機的消耗量達(dá)到最佳燃油量，同時，電池組的核電也不會超出設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)。其管理過程是，開始工作后，計算驅(qū)動需求的功率、電池組所需的功率、發(fā)電機所需的功率，然后把整個功率分配，找到發(fā)動機工作的地點，把功率運輸?shù)綄?yīng)的發(fā)動機中，最后結(jié)束計算[3]。

（四）EVT模式切換

重型車輛用混合驅(qū)動模式運行時，為保證車輛的正常行使，機電復(fù)合傳動系統(tǒng)有穩(wěn)定的輸出與傳輸效率，要選擇對應(yīng)的EVT模式，保持系統(tǒng)的穩(wěn)定。當(dāng)發(fā)動機正常運轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速保持不變后，根據(jù)系統(tǒng)輸出的轉(zhuǎn)速，可以計算出這一時刻系統(tǒng)的運行效率。而系統(tǒng)模式切換為控制模塊，是客觀分析系統(tǒng)運行效率、車輛行駛速度、電池荷電等多種情況，以選擇最佳的EVT模式。同時，EVT模式轉(zhuǎn)換前，系統(tǒng)會發(fā)出轉(zhuǎn)換命令，但為了降低模式轉(zhuǎn)化對系統(tǒng)的影響，保護(hù)系統(tǒng)部件，會減緩各元件的轉(zhuǎn)速，縮小離合器與制動器的轉(zhuǎn)速差，平穩(wěn)實現(xiàn)模式的切換。

三、硬件在環(huán)仿真平臺

（一）概述

硬件在環(huán)平臺上硬件是由多個部分組成，比如駕駛員意圖轉(zhuǎn)化的模塊、控制、仿真系統(tǒng)等。其中，駕駛員控制信號是利用A/D模塊采集信息，然后把這些信息輸入到控制器內(nèi)，建立仿真模型，同時轉(zhuǎn)化仿真模型使用的代碼，當(dāng)代碼變成C代碼后，隨即下載到dSPACE內(nèi)，dSPACE系統(tǒng)與控制器之間信息的交互是利用仿真接口的CAN實現(xiàn)[4]。這些過程都會從仿真界面上體現(xiàn)出來，顯示系統(tǒng)內(nèi)各部分的參數(shù)，每個部件的運行狀態(tài)都可以在界面上顯示出來，反饋駕駛員的狀態(tài)。

（二）測試

以硬件在環(huán)仿真平臺為基礎(chǔ)，對綜合控制策略進(jìn)行檢測，可檢測軟件與硬件系統(tǒng)，根據(jù)不同模式的運行特點，分析綜合控制策略在不同模式中的運行效果。

由此分析出，普通駕駛的情況下，可以從駕駛員踩踏踏板次數(shù)，了解車輛的車速，以及駕駛者有哪些意圖，并分析發(fā)動機的運行狀態(tài)。根據(jù)系統(tǒng)對功率的需求，以及輸出轉(zhuǎn)速的標(biāo)準(zhǔn)，運行范圍多在900r/min到2000r/min之間，但為了積極響應(yīng)節(jié)能減排，節(jié)省油量的使用，很多情況下，基本都保持為最佳燃油，如果系統(tǒng)向外輸出較大的功率，調(diào)節(jié)發(fā)動機的運行情況，即可以利用能量管理讓發(fā)動機有足夠的動力，提高燃油的燃燒率，有較高的經(jīng)濟(jì)性[5]。

從兩個電機的運行分析，其協(xié)調(diào)控制的效果為轉(zhuǎn)速輸出后，輸入轉(zhuǎn)速保持不變，同時，如果踏板行程為正、行程較小時，車輛總體對功率的需求會明顯減少，發(fā)動機向外輸出電力，電池荷電值達(dá)到0.7，兩個電機的功率平衡，電池電量恒定。

結(jié)語

總而言之，對雙模式機電復(fù)合傳動系統(tǒng)的分析，預(yù)先了解系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)給出綜合控制的策略，從不同方面對系統(tǒng)進(jìn)行控制，同時，會通過硬件在環(huán)仿真平臺，檢驗綜合控制策略落實后的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭海亮，項昌樂，王偉達(dá)，韓立金，張東好. 雙模式機電復(fù)合傳動系統(tǒng)綜合控制策略[J]. 吉林大學(xué)學(xué)報（工學(xué)版），2014，02：311-317.

[2]王偉達(dá)，項昌樂，韓立金，馬越，劉輝. 機電復(fù)合傳動系統(tǒng)綜合控制策略[J]. 機械工程學(xué)報，2012，20：152-158.

[3]項昌樂，吳洋，王偉達(dá)，劉輝，馬文杰. 雙模式機電復(fù)合傳動系統(tǒng)電功率協(xié)調(diào)控制策略[J]. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2016，01：120-125.

[4]鄭海亮，項昌樂，韓立金，張東好. 雙模式機電復(fù)合傳動功率分配策略優(yōu)化[J]. 中國機械工程，2015，10：1415-1419.

[5]王偉達(dá)，劉輝，韓立金，馬文杰，韓全福. 雙模式機電復(fù)合無級傳動動態(tài)功率控制策略研究[J]. 機械工程學(xué)報，2015，12：101-109.