混合動(dòng)力電動(dòng)汽車動(dòng)力切換協(xié)調(diào)控制綜述

江勝波

貴州交通技師學(xué)院 貴州省貴陽市 550008

與我國傳統(tǒng)的汽車相比，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車是一種運(yùn)用多種動(dòng)力進(jìn)行汽車驅(qū)動(dòng)的新型汽車，我國的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車科研人員通過對汽車的動(dòng)力切換系統(tǒng)進(jìn)行研究，從中尋找出提高混合動(dòng)力電動(dòng)汽車動(dòng)力切換系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)效率的有效解決方案，對混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的混合動(dòng)力系統(tǒng)提出了行之有效的系統(tǒng)能量協(xié)調(diào)管理策略，確?；旌蟿?dòng)力電動(dòng)汽車能適應(yīng)各種路況。因混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的動(dòng)力切換工作模式組合類型較多，導(dǎo)致了各種動(dòng)力切換工作之間的問題出現(xiàn)。例如動(dòng)力工作模式的切換問題、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模式之間的切換問題，下文筆者就這些問題進(jìn)行分析。

1 混合動(dòng)力切換協(xié)調(diào)控制研究現(xiàn)狀

上世紀(jì)九十年代，國外的大部分汽車公司開始研發(fā)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車，美國主要以生產(chǎn)排量處于中大等級的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車為主，而日本則是主要生產(chǎn)本田和豐田汽車中運(yùn)用JSG+行星輪系和JSG+CVT汽油混合動(dòng)力系統(tǒng)為主的混合動(dòng)力汽車。我國的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的科研項(xiàng)目研發(fā)時(shí)間較為落后，研發(fā)的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車大多都處在低度或中度混合動(dòng)力電動(dòng)汽車階段。

國內(nèi)外對于混合動(dòng)力電動(dòng)汽車技術(shù)的研究，大多都集中研究混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的能源協(xié)調(diào)管理方案、混合動(dòng)力機(jī)電耦合機(jī)構(gòu)、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車動(dòng)力切換系統(tǒng)規(guī)律和動(dòng)力切換協(xié)調(diào)控制等方面。通過分析豐田動(dòng)力汽車的混合動(dòng)力切換控制問題，研究混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的混合動(dòng)力切換協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，對我國的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的發(fā)展提出一些可行性建議。豐田Prius汽車采用的混合動(dòng)力系統(tǒng)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和行星齒輪機(jī)構(gòu)組成。行星齒輪機(jī)構(gòu)的太陽輪、齒圈和行星齒輪架分別與發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)連接，同時(shí)齒圈和減速齒輪相吻合。通過控制可測的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩，利用系統(tǒng)的行星齒輪直接計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，通過將所需轉(zhuǎn)矩減去發(fā)電機(jī)上的轉(zhuǎn)矩得到發(fā)電機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，確保發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)能夠正常運(yùn)行。

通過上面對豐田Prius汽車的混合動(dòng)力切換協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，可以對我國目前的關(guān)于混合動(dòng)力電動(dòng)汽車動(dòng)力切換協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的研究有所影響。從現(xiàn)階段混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的動(dòng)力切換協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)上分析，大多數(shù)的混合動(dòng)力切換協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)都是通過喲補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行動(dòng)力控制的；從獲得發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)參數(shù)的方法來分析，目前的獲得數(shù)據(jù)方法主要是通過發(fā)動(dòng)機(jī)直接提供轉(zhuǎn)矩參數(shù)、應(yīng)用MAP圖標(biāo)定法獲取發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)、應(yīng)用模型估計(jì)法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、應(yīng)用信號檢測分析法；從車輛動(dòng)力學(xué)建模工程中分析，大多數(shù)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車動(dòng)力切換協(xié)調(diào)控制科研項(xiàng)目多采用車輛動(dòng)力學(xué)建模工具，應(yīng)用專業(yè)軟件進(jìn)行建模工作；從試驗(yàn)方法上分析，大多數(shù)的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車動(dòng)力切換協(xié)調(diào)控制科研研究很少應(yīng)用整車試驗(yàn)，大多都是應(yīng)用離線仿真的方法進(jìn)行試驗(yàn)。

2 混合動(dòng)力切換協(xié)調(diào)控制關(guān)鍵技術(shù)

在我國的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車動(dòng)力切換協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)研究過程中，為了解決有關(guān)混合動(dòng)力系統(tǒng)中動(dòng)力協(xié)調(diào)控制問題，要求我國的相關(guān)技術(shù)科研人員將混合動(dòng)力電動(dòng)汽車內(nèi)部運(yùn)行的協(xié)調(diào)機(jī)理進(jìn)行研究，制定出能夠有效解決動(dòng)力協(xié)調(diào)控制問題的對策，通過對電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，為系統(tǒng)的穩(wěn)定性提供判斷依據(jù)。

2.1 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車動(dòng)力切換系統(tǒng)與車輛動(dòng)力學(xué)建模

將混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)等設(shè)備在不同的工作情況下，建立各自的動(dòng)力學(xué)模型，通過轉(zhuǎn)矩模型觀測器對汽車內(nèi)部的主要運(yùn)行設(shè)施進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)監(jiān)控，得到相應(yīng)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)變化模型，通過對發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力特性進(jìn)行專業(yè)分析，研究混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的動(dòng)力切換協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中的各個(gè)供能裝置與耗能裝置之間的關(guān)系。

2.2 基于模型預(yù)測的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償控制

通過對混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的駕駛狀態(tài)、動(dòng)力的切換穩(wěn)定時(shí)間和駕駛工作狀況進(jìn)行分析，得出這些因素對動(dòng)力切換協(xié)調(diào)系統(tǒng)的影響，將電動(dòng)汽車在正常運(yùn)行過程中的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償確保動(dòng)力供應(yīng)穩(wěn)定的問題進(jìn)行解決，確保混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的動(dòng)力切換處于穩(wěn)定狀態(tài)。

2.3 混合動(dòng)力系統(tǒng)動(dòng)力切換動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)控制的試驗(yàn)研究

在混合動(dòng)力系統(tǒng)動(dòng)力切換動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)控制的試驗(yàn)研究過程中，通過進(jìn)行仿真模擬研究得到一定的經(jīng)驗(yàn)，但這種研究方式得到的數(shù)據(jù)與混合動(dòng)力電動(dòng)汽車實(shí)際使用過程中的數(shù)據(jù)之間依然存在一定的差距，這對科研研究項(xiàng)目的調(diào)整提出了一定的要求。通過搭建硬件設(shè)施盡可能的貼近混合動(dòng)力電動(dòng)汽車正式投入使用時(shí)的數(shù)據(jù)，通過驗(yàn)證和修改典型狀態(tài)下混合動(dòng)力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，研究出相關(guān)的混合動(dòng)力系統(tǒng)動(dòng)力協(xié)調(diào)控制技術(shù)。

2.4 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車動(dòng)力切換時(shí)的瞬態(tài)穩(wěn)定性

在進(jìn)行混合動(dòng)力電動(dòng)汽車動(dòng)力切換時(shí)的瞬態(tài)穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)考慮到混合動(dòng)力電動(dòng)汽車在正常行駛過程中的動(dòng)力系統(tǒng)運(yùn)行模式和動(dòng)力系統(tǒng)在運(yùn)行中的相關(guān)數(shù)據(jù)。在汽車正常行駛過程中準(zhǔn)備進(jìn)行動(dòng)力系統(tǒng)切換時(shí)，考慮相關(guān)數(shù)據(jù)的瞬態(tài)穩(wěn)定性問題，通過建立一個(gè)將汽車進(jìn)行動(dòng)力切換數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)記錄的動(dòng)態(tài)分析模型，將電動(dòng)汽車在各種動(dòng)力切換模式工作之間的臨界值找到。

掌握混合動(dòng)力電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)的動(dòng)力切換協(xié)調(diào)控制技術(shù)的過程，需要通過軟件仿真試驗(yàn)對混合動(dòng)力系統(tǒng)動(dòng)力切換協(xié)調(diào)控制的數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的對比分析，在科研項(xiàng)目研究后期時(shí)，要通過硬件設(shè)施對混合動(dòng)力系統(tǒng)動(dòng)力切換協(xié)調(diào)控制數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的試驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)中所需的零件到對整個(gè)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的試驗(yàn)都要進(jìn)行分析處理，當(dāng)經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下，可以使混合動(dòng)力電動(dòng)汽車在正常路況行駛，通過施加真實(shí)的道路負(fù)載，對混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的動(dòng)力切換協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的實(shí)況運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，確?；旌蟿?dòng)力協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。將混合動(dòng)力電動(dòng)汽車在進(jìn)行動(dòng)力切換時(shí)的瞬態(tài)穩(wěn)定性進(jìn)行有效的控制，保障混合動(dòng)力電動(dòng)汽車在進(jìn)行動(dòng)力切換時(shí)不會(huì)出現(xiàn)故障，確保汽車在正常行駛過程中的絕對安全。

3 結(jié)語

隨著我國混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的科研工作不斷開展，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的動(dòng)力切換協(xié)調(diào)控制技術(shù)逐漸的走向成熟，我國的相關(guān)科研人員就混合動(dòng)力汽車的多樣性工作模式帶來的動(dòng)力切換協(xié)調(diào)控制問題進(jìn)行詳細(xì)的分析研究。在我國的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的動(dòng)力切換協(xié)調(diào)控制技術(shù)研究過程中，我國的混合動(dòng)力切換協(xié)調(diào)控制關(guān)鍵技術(shù)主要是建立與車輛動(dòng)力學(xué)和混合動(dòng)力切換系統(tǒng)的模型、基于模型進(jìn)行電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償控制技術(shù)、對混合動(dòng)力系統(tǒng)動(dòng)力切換動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)控制的試驗(yàn)研究方法、對混合動(dòng)力系統(tǒng)動(dòng)力切換動(dòng)態(tài)時(shí)瞬態(tài)穩(wěn)定性監(jiān)控，這些技術(shù)將影響混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的動(dòng)力切換協(xié)調(diào)控制技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，對我國的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的動(dòng)力切換協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)將有著實(shí)質(zhì)性的進(jìn)步，有效的解決了我國混合動(dòng)力電動(dòng)汽車中多種工作模式之間的協(xié)調(diào)控制問題，是我國的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的發(fā)展歷程中的重要里程碑。