淺談增程式電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)控制策略?xún)?yōu)化

韓榮澤

摘 要：近年來(lái)由于中國(guó)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)不斷的發(fā)展，我國(guó)的運(yùn)輸業(yè)、機(jī)動(dòng)車(chē)生產(chǎn)業(yè)也都得到了迅猛的發(fā)展，基礎(chǔ)的機(jī)動(dòng)車(chē)不僅需要原料進(jìn)行生產(chǎn)，還要耗費(fèi)一定的石油等資源為行駛里程而轉(zhuǎn)化能量，但是傳統(tǒng)油耗既浪費(fèi)資源又損害環(huán)境，進(jìn)而人們開(kāi)始研究電動(dòng)供能汽車(chē)，想要找到續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)、使用壽命高又與汽車(chē)配件吻合可以行駛較多里程的電池制造材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，本文通過(guò)對(duì)當(dāng)今增程式電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)的分析研究找出了對(duì)其系統(tǒng)控制優(yōu)化的策略，以幫助實(shí)現(xiàn)其優(yōu)化目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：增程式;電動(dòng)汽車(chē);控制策略?xún)?yōu)化

一、增程式電動(dòng)汽車(chē)概念及其發(fā)展?fàn)顩r

（一）理論概念

增程式電動(dòng)汽車(chē)主要包含的種類(lèi)有汽車(chē)、摩托車(chē)、自行車(chē)，這種類(lèi)型的車(chē)輛有電源充電和電池供電兩種蓄電方式，這種車(chē)型在電量充足時(shí)完全由電力供應(yīng)動(dòng)車(chē)動(dòng)能，當(dāng)電池蓄電量低于某一設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)自行啟動(dòng)，一方面為汽車(chē)的行駛運(yùn)行提供所需動(dòng)力。另一方面還會(huì)以動(dòng)能形式為電池進(jìn)行蓄電，來(lái)為動(dòng)車(chē)行駛進(jìn)行增程，當(dāng)然如果電池經(jīng)充電后上升到這一標(biāo)準(zhǔn)值以上后發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)自動(dòng)停止工作，繼續(xù)由電池放電供應(yīng)動(dòng)車(chē)運(yùn)行。由于普通電動(dòng)汽車(chē)在電池蓄電量不足情況下就會(huì)失去動(dòng)力來(lái)源導(dǎo)致車(chē)輛無(wú)法繼續(xù)行駛，因此這種車(chē)輛系統(tǒng)又稱(chēng)“增程式”。

（二）發(fā)展?fàn)顩r

目前來(lái)看，由于全球環(huán)境污染和傳統(tǒng)動(dòng)車(chē)的尾氣排放污染，越來(lái)越多的國(guó)家開(kāi)始號(hào)召改用無(wú)污染排放汽車(chē)，而且傳統(tǒng)柴油式發(fā)電汽車(chē)耗用的柴油屬于不可再生能源，在這種情況下新能源汽車(chē)開(kāi)始越來(lái)越多的在全球流行，而在這其中增程式電動(dòng)汽車(chē)毫無(wú)疑問(wèn)是最節(jié)省能源又環(huán)保的汽車(chē)工具。我國(guó)自2001年以來(lái)就開(kāi)始致力于發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)，加之經(jīng)歷了兩個(gè)五年計(jì)劃，我國(guó)目前的電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)已經(jīng)廣泛的打開(kāi)了市場(chǎng)。

二、增程式電動(dòng)汽車(chē)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及控制策略

由于我國(guó)當(dāng)前投入使用的增程式電動(dòng)汽車(chē)種類(lèi)繁多，而且每種類(lèi)型的結(jié)構(gòu)都略有不同，因此本文在這里選取了公眾較為熟悉的增程式電動(dòng)城市公交車(chē)作為代表性車(chē)輛進(jìn)行了研究分析。下文詳細(xì)的介紹了這類(lèi)公交車(chē)設(shè)計(jì)的原理、系統(tǒng)相關(guān)的參數(shù)設(shè)置以及系統(tǒng)的控制策略等一系列數(shù)據(jù)情況。

（一）增程式電動(dòng)公交車(chē)設(shè)計(jì)原理

基于上文中已經(jīng)介紹的增程式電動(dòng)汽車(chē)的工作原理，我們可以知道想要滿(mǎn)足工作原理的設(shè)置就必須要保證以下幾點(diǎn)：

（1）由于當(dāng)電池電量?jī)?chǔ)備低于規(guī)定的某一標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)汽車(chē)會(huì)改為由發(fā)動(dòng)機(jī)工作，這就要求不論公交車(chē)行駛在何種路況之中發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行功率都要始終保持穩(wěn)定并且達(dá)到最優(yōu)效率，否則當(dāng)面臨陡峭道路時(shí)很有可能因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)的功率不穩(wěn)或不足而導(dǎo)致車(chē)輛熄火或無(wú)法正常行駛，會(huì)給乘客和駕駛員造成極大的不便，嚴(yán)重情況下還可能危及生命;

（2）由于增程式電動(dòng)汽車(chē)的主要供能硬件是電池，因此發(fā)動(dòng)機(jī)部分組件在車(chē)身中應(yīng)盡量保持耗能少效率高且節(jié)省物理空間;

（3）由于增程式電動(dòng)公交車(chē)的電池要將電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能帶動(dòng)車(chē)身及其中的乘客行駛距離，據(jù)Ek=1/2（mv2）可知，供給的動(dòng)能一定，物體的質(zhì)量越小速度就越快，同理當(dāng)公交車(chē)勻速行駛時(shí)，其質(zhì)量越小，耗費(fèi)的動(dòng)能就越小，消耗的電能就越少，有限的電池電量就可以支持增程式電動(dòng)公交車(chē)行駛時(shí)間更長(zhǎng)，工作效率也就有所提升，而我們?cè)谌粘５墓ぷ髦袩o(wú)法控制公交車(chē)載客數(shù)量的多少，因此只有盡可能的減少公交車(chē)本身的質(zhì)量，就越能提升汽車(chē)效率，因此我們要盡量保證公交車(chē)所配置的系列配件的質(zhì)量都盡可能的輕便以滿(mǎn)足我們的質(zhì)量要求。

（二）增程式電動(dòng)公交車(chē)系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)設(shè)置

1.公交車(chē)整體數(shù)據(jù)參數(shù)設(shè)置

對(duì)于公交車(chē)來(lái)說(shuō)，從早班車(chē)發(fā)車(chē)到晚間末班車(chē)結(jié)束的一天時(shí)間里，每一輛公交車(chē)都要連續(xù)無(wú)間斷的進(jìn)行工作，因此我們首先要確定增程式電動(dòng)公交車(chē)平均每天的行駛路程、速度、平均承重、空氣阻力、摩擦阻力等因素，以此來(lái)估計(jì)一個(gè)保守的動(dòng)能需要量，進(jìn)而計(jì)算需要使用的電能，來(lái)進(jìn)一步設(shè)計(jì)電池組件及發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)硬件配置。

2.公交車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)與電池組件參數(shù)設(shè)置

基于上文的分析，我們已經(jīng)可以得出具體研究對(duì)象處的一輛公交車(chē)一天工作大約需要的電能和發(fā)電機(jī)的功率數(shù)據(jù)，下一步我們要做的事就是設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)及電池組件的相應(yīng)參數(shù)以最終滿(mǎn)足需要最大功率和儲(chǔ)蓄電量，與此同時(shí)組件中的電機(jī)類(lèi)型選擇也很重要，不同類(lèi)型的電機(jī)功率密度、占地大小、成本價(jià)格、使用壽命等等都不盡相同，因此我們要結(jié)合不同的車(chē)型和使用目的來(lái)從不同類(lèi)型的電機(jī)中進(jìn)行選擇;同時(shí)蓄電池的材料也是我們需要考慮的因素之一，不同類(lèi)型電池材料與電機(jī)類(lèi)似，他們?cè)趦r(jià)格、壽命、質(zhì)量、放電情況等方面也不相同，仍舊需要綜合考慮具體分析。

3.增程式電動(dòng)公交車(chē)系統(tǒng)控制策略

一輛能達(dá)到良好工作要求的增程式電動(dòng)公交車(chē)僅有硬件的數(shù)據(jù)指標(biāo)達(dá)標(biāo)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，每個(gè)組件組成的系統(tǒng)之間必須密切配合、相互作用、合理分工，這樣才能最大程度上實(shí)現(xiàn)工作的效率化，這就要求駕駛員對(duì)器械的控制要與汽車(chē)的引擎等內(nèi)部組件高度契合有無(wú)延遲反映，此外發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)與電池系統(tǒng)、操作系統(tǒng)等都要高度配合，例如當(dāng)司機(jī)行駛在上坡路程中，汽車(chē)功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)要自動(dòng)增大相應(yīng)的功率以保持汽車(chē)平穩(wěn)勻速上坡，同理下坡也要?jiǎng)蛩傧蛳虏荒苓^(guò)快，這就要求各個(gè)系統(tǒng)之間靈敏配合，因此我們就需要設(shè)置一系列的系統(tǒng)參數(shù)來(lái)保持各個(gè)組件與系統(tǒng)之間密切配合。

三、增程式動(dòng)力系統(tǒng)控制策略的優(yōu)化

經(jīng)由上文的分析我們可以知道，增程式電動(dòng)公交車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)控制策略的設(shè)計(jì)要依賴(lài)于許多組件的參數(shù)設(shè)置，本文通過(guò)對(duì)當(dāng)今增程式電動(dòng)公交車(chē)運(yùn)行系統(tǒng)機(jī)制的分析得出，優(yōu)化系統(tǒng)控制的一個(gè)角度是維持車(chē)內(nèi)恒溫器溫度值，以此降低車(chē)內(nèi)能量損耗。當(dāng)公交車(chē)在電量不足情況下的行駛過(guò)程中熄火又啟動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)就會(huì)不停地啟動(dòng)又停止，這一過(guò)程中會(huì)有部分的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，因此在這種情況之下，如果我們能夠?qū)④?chē)內(nèi)恒溫器設(shè)定在某一溫度值上，即便這樣的情況出現(xiàn)，恒溫器的溫度設(shè)定也會(huì)使得大多數(shù)即將轉(zhuǎn)換為熱能的動(dòng)能繼續(xù)轉(zhuǎn)化為電能，這在很大程度上減少了系統(tǒng)能量的損失。為了具體計(jì)算出車(chē)內(nèi)恒溫器需設(shè)置的控溫相關(guān)參數(shù)，在這里參考了李理（2014）在其文獻(xiàn)中提到并且使用過(guò)的NSGA-Ⅱ算法，這種算法是針對(duì)NSGA算法的改進(jìn)版本，在原算法的快速的非支配排序、種群中個(gè)體多樣性的保留、主體部分的循環(huán)等方面都進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)。