混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力切換控制技術(shù)研究

張紅黨　楊宏圖　王峰

摘要：對(duì)混合動(dòng)力汽車(chē)的現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹，分析了混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力切換時(shí)產(chǎn)生較大噪聲和振動(dòng)等缺點(diǎn)，提出了基于車(chē)內(nèi)聲品質(zhì)的混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力切換控制控制策略，設(shè)計(jì)基于車(chē)內(nèi)聲品質(zhì)的混動(dòng)動(dòng)力切換控制的技術(shù)路線，為動(dòng)力系統(tǒng)動(dòng)力耦合控制提供理論和技術(shù)方面的支持。

關(guān)鍵詞：混合動(dòng)力汽車(chē)；動(dòng)力切換；控制策略；技術(shù)路線

中圖分類(lèi)號(hào)：TB文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.33.093

1前言

目前，汽車(chē)工業(yè)已經(jīng)成為我國(guó)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)量已連續(xù)多年穩(wěn)居世界各國(guó)之首?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)裝備有內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)兩種動(dòng)力源，兼顧了電動(dòng)汽車(chē)和內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)的優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為汽車(chē)技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)之一?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)不僅在環(huán)保和低能耗上有出色表現(xiàn)，而且在振動(dòng)與噪聲整體控制上也體現(xiàn)出一定的優(yōu)勢(shì)。然而，混合動(dòng)力汽車(chē)相對(duì)于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)，增加了電池組、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)等零部件，結(jié)構(gòu)和工作方式都變得較為復(fù)雜，由此引起的噪聲與振動(dòng)源及其特性也發(fā)生了較大變化，如噪聲和振動(dòng)源的增加且呈分散特點(diǎn)導(dǎo)致噪聲和振動(dòng)特性分析難度加大；發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)等設(shè)備的頻繁起停引起瞬態(tài)沖擊振動(dòng)和高頻噪聲現(xiàn)象突出；整車(chē)乘客室內(nèi)外聲學(xué)環(huán)境噪聲減小使得噪聲源的貢獻(xiàn)比發(fā)生重大改變，從而影響了車(chē)內(nèi)聲品質(zhì)和車(chē)外噪聲等級(jí)。

混合動(dòng)力汽車(chē)車(chē)內(nèi)聲品質(zhì)的研究很少，特別是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)頻繁起停引起的噪聲、動(dòng)力耦合裝置在不同工況下機(jī)電動(dòng)力的切換產(chǎn)生的振動(dòng)沖擊和噪聲，對(duì)車(chē)內(nèi)聲環(huán)境的影響還缺少研究。

2動(dòng)力切換控制策略方案的技術(shù)路線

本文在分析了國(guó)內(nèi)混合動(dòng)力切換控制研究的基礎(chǔ)上，提出了一種遵循“理論研究”→“建立模型”→“提出策略”→“模型仿真”→“分析比較”→“實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”的技術(shù)路線。分析了混合動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、動(dòng)力耦合裝置的振動(dòng)噪聲特性的基礎(chǔ)上，先建立各裝置的動(dòng)力模型，然后建立總的混合動(dòng)力系統(tǒng)分析模型，研究不同工況下動(dòng)力切換過(guò)程中的沖擊振動(dòng)與噪聲。與此同時(shí)進(jìn)行車(chē)內(nèi)聲品質(zhì)主客觀評(píng)價(jià)，研究汽車(chē)車(chē)內(nèi)聲品質(zhì)特性與機(jī)電耦合動(dòng)力系統(tǒng)耦合方式和動(dòng)力分配的關(guān)系。最后以車(chē)內(nèi)聲品質(zhì)為目標(biāo)，研究汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)機(jī)電動(dòng)力切換控制理論和協(xié)調(diào)控制策略，提出改善振動(dòng)性能和聲品質(zhì)的協(xié)調(diào)控制方案，最后進(jìn)行實(shí)車(chē)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

本文研究技術(shù)路線分為三條，其中一條技術(shù)路線是進(jìn)行混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性和振動(dòng)研究（圖1），另一條技術(shù)路線是進(jìn)行混合動(dòng)力汽車(chē)車(chē)內(nèi)聲品質(zhì)研究（圖2），最后是基于車(chē)內(nèi)聲品質(zhì)的混動(dòng)動(dòng)力切換控制技術(shù)路線（圖3）。

3基于車(chē)內(nèi)聲品質(zhì)的動(dòng)力切換控制技術(shù)研究?jī)?nèi)容和步驟

該控制策略的技術(shù)研究路內(nèi)容和步驟如下：

（1）分析混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)振動(dòng)及影響因素。以豐田卡羅拉混合動(dòng)力汽車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)為研究對(duì)象，分別建立發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和動(dòng)力耦合裝置各系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)分析模型。然后運(yùn)用多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論，建立機(jī)電統(tǒng)一的動(dòng)力系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析模型。結(jié)合有限元方法，利用所建立的機(jī)電混合動(dòng)力系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析模型。

（2）對(duì)混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定工況動(dòng)力學(xué)特性分析，在建立的動(dòng)力學(xué)模型上進(jìn)行仿真分析的同時(shí)，進(jìn)行穩(wěn)定工況下動(dòng)力系統(tǒng)振動(dòng)特性研究試驗(yàn)。在發(fā)動(dòng)機(jī)處于某一特定工況時(shí)，分別測(cè)量電機(jī)單獨(dú)工作、發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)工作、電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)工作三種狀態(tài)下動(dòng)力系統(tǒng)的振動(dòng)參數(shù)，與此同時(shí)測(cè)量動(dòng)力系統(tǒng)的噪聲。通過(guò)數(shù)據(jù)分析，判斷振動(dòng)參數(shù)的改變對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)噪聲的影響。怠速工況下驅(qū)動(dòng)電機(jī)不工作，僅有發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)分別分析發(fā)動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)和發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電時(shí)兩種情況下混合動(dòng)力系統(tǒng)的振動(dòng)噪聲特性。另外電機(jī)工作時(shí)，通過(guò)控制電流大小來(lái)測(cè)量動(dòng)力系統(tǒng)的振動(dòng)，從而分析電機(jī)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)振動(dòng)的影響，進(jìn)行試驗(yàn)分析。

（3）對(duì)混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行過(guò)渡工況動(dòng)力學(xué)特性分析。在結(jié)合動(dòng)力學(xué)模型及切換協(xié)調(diào)控制策略仿真分析的基礎(chǔ)上，研究發(fā)動(dòng)機(jī)起停、由電機(jī)驅(qū)動(dòng)切換為機(jī)電混合驅(qū)動(dòng)以及汽車(chē)加減速過(guò)渡工況下的混合動(dòng)力系統(tǒng)的振動(dòng)噪聲特性。具體是通過(guò)控制油門(mén)踏板、車(chē)速和蓄電池充電狀態(tài)等，實(shí)現(xiàn)控制發(fā)動(dòng)機(jī)起停、不同模式切換和汽車(chē)加減速等工況，進(jìn)而對(duì)不同過(guò)渡工況下動(dòng)力系統(tǒng)振動(dòng)和噪聲進(jìn)行測(cè)試。

（4）以改善混合動(dòng)力汽車(chē)車(chē)內(nèi)聲品質(zhì)為目標(biāo)的混合動(dòng)力系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制策略?xún)?yōu)化?；谠囼?yàn)和仿真分析，研究分析機(jī)電驅(qū)動(dòng)方式的切換和不同供能比例對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)振動(dòng)噪聲特性、車(chē)內(nèi)噪聲和聲品質(zhì)的影響；同時(shí)運(yùn)用最優(yōu)控制、魯棒控制、自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等理論，研究混合動(dòng)力系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制策略，在保證汽車(chē)其他性能不變差的情況下，對(duì)混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)和混合動(dòng)力系統(tǒng)控制策略進(jìn)行優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)課題研究目標(biāo)。

（5）最后進(jìn)行基于改良車(chē)內(nèi)聲品質(zhì)的為目標(biāo)的混合動(dòng)力切換協(xié)調(diào)控制策略試驗(yàn)驗(yàn)證。選擇郊區(qū)車(chē)輛較少的平整柏油公路，選取混聯(lián)式試驗(yàn)樣車(chē)，利用多通道數(shù)采系統(tǒng)進(jìn)行聲音樣本采集。運(yùn)用已經(jīng)設(shè)計(jì)的動(dòng)力切協(xié)調(diào)控制策略，分別采集混合動(dòng)力汽車(chē)穩(wěn)定工況和過(guò)渡工況下的聲音樣本。然后對(duì)所采集的聲音樣本進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)，對(duì)于穩(wěn)定工況下的車(chē)內(nèi)聲品質(zhì)的主觀評(píng)價(jià)采用成對(duì)比較法進(jìn)行評(píng)價(jià)，而對(duì)于過(guò)渡工況下的車(chē)內(nèi)聲品質(zhì)主觀評(píng)價(jià)采用等級(jí)評(píng)分法進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)。

4結(jié)論

國(guó)內(nèi)外對(duì)混動(dòng)汽車(chē)車(chē)內(nèi)聲環(huán)境的影響有不少研究，而機(jī)電混合動(dòng)力切換的協(xié)調(diào)制策略及其對(duì)汽車(chē)沖擊振動(dòng)和噪聲影響方面的研究幾乎是空白，尤其是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)頻繁起停引起的噪聲、動(dòng)力耦合裝置在不同工況下機(jī)電動(dòng)力的切換產(chǎn)生的振動(dòng)沖擊和噪聲。因此，研究動(dòng)力耦合裝置在不同工況下機(jī)電動(dòng)力的切換產(chǎn)生的振動(dòng)沖擊和噪聲對(duì)車(chē)內(nèi)聲環(huán)境的影響機(jī)制，將動(dòng)力系統(tǒng)動(dòng)力耦合控制與車(chē)內(nèi)聲品質(zhì)改善有機(jī)結(jié)合，為動(dòng)力系統(tǒng)動(dòng)力耦合控制提供理論和技術(shù)方面的支持。

參考文獻(xiàn)

[1]YiHsuan Hung， ChienHsun Wu.An integrated optimization approach for a hybrid energy system in electric vehicles [J]. Applied Energy， 2012， 98： 479490.

[2]趙彤航，盧炳武，曹蘊(yùn)濤.混合動(dòng)力轎車(chē)振動(dòng)噪聲控制技術(shù)[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版）， 2012， 42（6）：13731377.

[3]L.Y. Liao， Y.Y. Zuo， X.H. Liao. Study on Hybrid Electric Vehicle Noise and Vibration Reduction Technology[J]. Advanced Materials Research， 2013， 764： 141148.

[4]李芳，左言言，李玉東.音樂(lè)控制法改善車(chē)內(nèi)聲品質(zhì)的試驗(yàn)研究[J].噪聲與振動(dòng)控制， 2014，33（2）： 6669.endprint