插電式混合動(dòng)力汽車雙模糊控制策略及其優(yōu)化探討

吳添悅

廣州市高級(jí)技工學(xué)校 廣東省廣州市 510000

傳統(tǒng)的汽車發(fā)展中，在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮了巨大的作用，但是發(fā)展中其問(wèn)題也不斷暴露出來(lái)，其帶來(lái)的環(huán)境污染等問(wèn)題也成立社會(huì)的詬病，新能源汽車的出現(xiàn)和發(fā)展，成為世界研究的重點(diǎn)，插電式混合動(dòng)力汽車（plug-in hybrid electric vehicle，PHEV）作為一種新能源汽車，也備受人們的關(guān)注。

在插電式混合動(dòng)力汽車的研究和發(fā)展中，能源的管理控制策略依然是研究的重點(diǎn)問(wèn)題，這個(gè)策略會(huì)影響到汽車的整體性能，從一般意義上來(lái)說(shuō)，插電式混合動(dòng)力汽車的能量管理策略，具體包括兩個(gè)部分，一是驅(qū)動(dòng)控制策略，二是制動(dòng)控制策略。驅(qū)動(dòng)控制主要在汽車驅(qū)動(dòng)時(shí)，調(diào)節(jié)電機(jī)的功率輸出，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩起到一定的作用；制動(dòng)控制主要是對(duì)電機(jī)的制動(dòng)力進(jìn)行合理的分配，同時(shí)，對(duì)制動(dòng)器動(dòng)力進(jìn)行一定的分配，這兩者共同形成一個(gè)有機(jī)的整體，從而影響到控制策略的控制效果。

1 雙模糊控制概念分析

所謂的模糊控制，主要是利用模糊數(shù)學(xué)的基本思路，融入控制的方法。模糊控制策略具有實(shí)用性強(qiáng)、控制性能好等特點(diǎn)，在多個(gè)領(lǐng)域都得到了很好的應(yīng)用?；旌蟿?dòng)力汽車的發(fā)展中，也得到了廣泛的應(yīng)用。但是從實(shí)際的效果看，模糊控制的方法并不是一無(wú)是處，這種方法具有很強(qiáng)的主觀性，在控制規(guī)則的確定上，具有很大的隨意性，這樣也也會(huì)影響到最終的控制效果。

很多學(xué)者也加強(qiáng)了對(duì)模糊控制方法的研究，其主要的研究重點(diǎn)是借助智能算法，其主要目的是優(yōu)化模糊控制策略，如采用粒子群算法，對(duì)燃油進(jìn)行計(jì)算，保證汽車的經(jīng)濟(jì)性，還有的研究從汽車油耗方面下手，對(duì)模糊策略的相關(guān)函數(shù)目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化。這些研究的方法雖然切入的角度各有不同，但是其共同點(diǎn)都是設(shè)計(jì)的相應(yīng)的模糊控制策略，主要是驅(qū)動(dòng)控制策略，雖然對(duì)對(duì)汽車能耗等有很大的借鑒意義，但是沒(méi)有將汽車制動(dòng)時(shí)的能量分配等考慮進(jìn)去，相關(guān)的研究缺乏整體性，在驅(qū)動(dòng)能量的管理等方面相對(duì)比較欠缺。

2 插電式混合動(dòng)力汽車結(jié)構(gòu)及模式分析

下圖1是單軸并聯(lián)式插電式混合動(dòng)力汽車的結(jié)構(gòu)圖。

插電式混合動(dòng)力汽車作為新能源汽車，這與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車是有很大差別的，在驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)的過(guò)程中，其形式主要受發(fā)動(dòng)機(jī)、點(diǎn)擊、機(jī)械制動(dòng)器等多個(gè)元件的影響，從而形式比較多樣，工作模式也呈現(xiàn)出多樣化的特點(diǎn)。具體表現(xiàn)為：

圖1 插電式混合動(dòng)力汽車結(jié)構(gòu)圖

（1）單純的電動(dòng)模式。汽車所需要的驅(qū)動(dòng)很小，或者車速比較低的時(shí)候，這時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)是低負(fù)荷區(qū)域，其特點(diǎn)是油耗比較高，速度比較低，發(fā)電一體機(jī)中電機(jī)可以單獨(dú)工作，即可驅(qū)動(dòng)車輛，發(fā)動(dòng)機(jī)可以不工作。

（2）并聯(lián)驅(qū)動(dòng)的模式。汽車對(duì)驅(qū)動(dòng)的需求較高，發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗也比較高，要降低其負(fù)荷，主要由發(fā)電一體機(jī)提供主要?jiǎng)恿?，在發(fā)電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)的共同作用下，驅(qū)動(dòng)車輛。

（3）發(fā)動(dòng)機(jī)單驅(qū)動(dòng)的模式。車輛所需要的驅(qū)動(dòng)位于中等或高復(fù)合區(qū)域，發(fā)動(dòng)機(jī)可以單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車輛。

（4）機(jī)械制動(dòng)的模式。插電式混合動(dòng)力汽車需要緊急制動(dòng)或者是蓄電池的虛電狀態(tài)達(dá)到最高值，要保證車輛的安全性，機(jī)械制動(dòng)器可提供全部的制動(dòng)力。

（5）二者聯(lián)合制動(dòng)的模式。這種模式主要是汽車行駛速度為中等減速，能滿足其前后輪的動(dòng)力需求，這時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)與機(jī)械制動(dòng)器同時(shí)提供制動(dòng)力，確保車輛的正常運(yùn)行。

3 插電式混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力系統(tǒng)分析

主要包括三種常見(jiàn)的類型，分別是串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)。這也是其與傳統(tǒng)的汽車有所不同的地方。插電式混合汽車有兩個(gè)車載的能量源。除了傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)，還包括了動(dòng)力電池系統(tǒng)，這時(shí)傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車所不具備的。

因動(dòng)力電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)的介入，傳統(tǒng)的動(dòng)力結(jié)構(gòu)和工作原理都發(fā)生了根本性的變化，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也成為了其驅(qū)動(dòng)力的一部分，原有的單一內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力編程機(jī)電耦合動(dòng)力源，傳統(tǒng)的單一輸出雙向的輸出。

串聯(lián)式結(jié)構(gòu)中，發(fā)動(dòng)機(jī)的主要作用是為驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供電能，或者是必要的時(shí)候，在發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電為電池充電的過(guò)程中起到拖動(dòng)的作用，因此，這種結(jié)構(gòu)中，發(fā)動(dòng)機(jī)一般是不直接參與驅(qū)動(dòng)的，串聯(lián)結(jié)構(gòu)主要的原理是將機(jī)械能進(jìn)行轉(zhuǎn)化，從而轉(zhuǎn)化為電能，這也是并聯(lián)式與之相區(qū)別的地方，并聯(lián)式結(jié)構(gòu)，主要是讓發(fā)動(dòng)機(jī)直接參與到驅(qū)動(dòng)車輛的過(guò)程中，這樣能有效減少發(fā)電效率的損失，但是從當(dāng)前我國(guó)的具體情況來(lái)看，汽車頻繁剎車的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，也同時(shí)會(huì)出現(xiàn)突然加速或減速等操作，這樣常常引起汽車負(fù)荷的突然變化，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)需要進(jìn)行來(lái)回切換，增加了汽車的油耗。

混聯(lián)式結(jié)構(gòu)，主要是將串聯(lián)式和并聯(lián)式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)加以整合，根據(jù)具體控制策略的要求，發(fā)動(dòng)機(jī)可以參與車輛驅(qū)動(dòng)，或者拖動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，還可以利用發(fā)電機(jī)發(fā)電同時(shí)所產(chǎn)生的負(fù)載力，調(diào)節(jié)其工作點(diǎn)。

4 雙模糊控制策略分析

4.1 串聯(lián)式結(jié)構(gòu)控制策略

對(duì)串聯(lián)式結(jié)構(gòu)來(lái)講，主控制器連接駕駛員和動(dòng)力系統(tǒng)，整體的控制策略會(huì)影響到動(dòng)力電池的使用壽命，當(dāng)前多采用恒溫器控制或其他模式。所謂的恒溫模式，顧名思義，主要是確保發(fā)動(dòng)機(jī)的電池恒功率運(yùn)作，如果電池的荷電狀態(tài)降低，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)再次啟動(dòng)輸出恒溫功率，這樣保證其功率的穩(wěn)定性，當(dāng)然，這種模式常常出現(xiàn)大電流放電，影響電池的使用壽命。因此，在這種模式下，可以增加功率跟隨的控制策略，這種綜合控制策略，對(duì)發(fā)電機(jī)的負(fù)載功率進(jìn)行跟蹤，能減少電能的損耗，也避免對(duì)電池的影響。

4.2 并聯(lián)式結(jié)構(gòu)控制策略

采用模糊控制策略，通過(guò)由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊控制器等組成的混合系統(tǒng)，并利用人工自學(xué)，對(duì)模糊控制規(guī)則進(jìn)行記憶，了解經(jīng)驗(yàn)，這樣控制規(guī)則也就隱含在整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中。在這一控制策略中，要明確控制的目的是對(duì)汽車燃油的消耗、電池、污染氣體的排放等進(jìn)行優(yōu)化，因此，可以建立仿真系統(tǒng)，將所有的因素考慮其中，通過(guò)改善一定的系統(tǒng)，確保優(yōu)化目的的實(shí)現(xiàn)。

4.3 混合式控制策略

在車輛的起步狀態(tài)、正常行駛狀態(tài)和減速狀態(tài)下，其控制原理和操作也存在差異。起步階段，一般可以電動(dòng)模式啟動(dòng)車輛，能避免高油耗的出現(xiàn)；在車輛正常行駛狀態(tài)下，車輛處于串聯(lián)模式下運(yùn)行，電池負(fù)荷低，發(fā)動(dòng)機(jī)為驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供能量，電池在整個(gè)過(guò)程中也有重要作用；在車輛減速運(yùn)行狀態(tài)下，需要進(jìn)行減速制動(dòng)，還要保證車輛的安全性，可采用機(jī)械制動(dòng)。此外，如果發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障，可采用純電動(dòng)模式。

總之，車輛處于不同的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)其控制策略也存在不同，而不同的控制策略各有長(zhǎng)短，在具體的應(yīng)用中，可以加以綜合利用，才能真正起到作用。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，插電式混合動(dòng)力汽車作為一種新能源汽車，與傳統(tǒng)的汽車相比，其具有明顯的優(yōu)勢(shì)，也符合當(dāng)前綠色發(fā)展和環(huán)保型社會(huì)建設(shè)的背景，同時(shí)，也解決了一般電動(dòng)車輛行駛里程較短的不足，有效減少了大氣污染等，成為未來(lái)汽車發(fā)展和研究中關(guān)注的重點(diǎn)。從技術(shù)層面來(lái)看，插電式混合動(dòng)力汽車發(fā)展前景廣闊，在控制和方案優(yōu)化等方面，還需要進(jìn)一步的提升，模糊控制策略其實(shí)用性較強(qiáng)，對(duì)比其他控制策略，具有很大的優(yōu)勢(shì)，在具體的應(yīng)用中，需要與其他控制策略相結(jié)合，才能達(dá)到優(yōu)化的目的。