增程式電動(dòng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)多工作點(diǎn)控制策略

田洋

摘 要：電動(dòng)汽車在當(dāng)今社會(huì)獲得了快速的發(fā)展，這主要是由于，傳統(tǒng)汽車帶來(lái)的能源問(wèn)題以及環(huán)境問(wèn)題，制約了其自身進(jìn)一步擴(kuò)展，從而帶來(lái)了電動(dòng)汽車領(lǐng)域的探索。而增程式電動(dòng)汽車，是近些年，在電動(dòng)汽車基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)的一種增設(shè)增程器的過(guò)渡車型。其具有運(yùn)轉(zhuǎn)效率更高、電池容量較小的以及行駛里程提升等多種優(yōu)點(diǎn)。其發(fā)動(dòng)機(jī)，可以通過(guò)增程器進(jìn)行額定功率以外的多工作點(diǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)控制。這種多工作的的控制策略，正在逐漸的被研究開(kāi)發(fā)，以及改進(jìn)應(yīng)用。本文針對(duì)增程式電動(dòng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)多工作點(diǎn)控制進(jìn)行研究，完成相應(yīng)問(wèn)題的探討，并提出其發(fā)展的有效策略。

關(guān)鍵詞：增程式汽車;電動(dòng)汽車;發(fā)動(dòng)機(jī)控制

1 增程式電動(dòng)汽車的工作模式分析

1.1 純電動(dòng)模式

相較于普通電能電動(dòng)汽車，增程式電動(dòng)汽車的動(dòng)力蓄電池，能夠儲(chǔ)存更多的電量，提供充足的電能。同樣，增程式電動(dòng)汽車也不會(huì)出現(xiàn)過(guò)多的大功率用電需求，因此，其電量的儲(chǔ)備，完全可以支持增量汽車采用純電動(dòng)模式來(lái)運(yùn)行。其車載動(dòng)力電池，能夠通過(guò)減少增程器使用，或者完全不驚喜增程器使用，實(shí)現(xiàn)零油耗的純電動(dòng)運(yùn)行電力支持。這種純電動(dòng)的運(yùn)行，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行準(zhǔn)確的動(dòng)力電池管理，運(yùn)行過(guò)程中，為實(shí)現(xiàn)電力的穩(wěn)定和運(yùn)行的動(dòng)力保證，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)動(dòng)力所需的供電需求，提供一個(gè)邏輯算法。算法會(huì)得出一個(gè)電能的供應(yīng)值，得到這個(gè)供應(yīng)值的發(fā)動(dòng)機(jī)，根據(jù)其輸出核實(shí)的機(jī)械能通過(guò)機(jī)械的設(shè)備轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)電能驅(qū)動(dòng)車輛的目的。這種純電能的驅(qū)動(dòng)模式，能夠?qū)崿F(xiàn)絕大部分的汽車運(yùn)行需求，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能環(huán)保的作用。

1.2 增程運(yùn)行模式

如果增程式電動(dòng)汽車，只能使用純電動(dòng)模式，那么就和普通電動(dòng)汽車無(wú)異了。其真正的效能表現(xiàn)在于，當(dāng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)出現(xiàn)電池電量不足的情況時(shí)，可以通過(guò)工作點(diǎn)的控制，實(shí)現(xiàn)增程器的啟動(dòng)，這樣，汽車不需要在繼續(xù)依靠汽車的電池供應(yīng)動(dòng)力，而是通過(guò)增程器發(fā)動(dòng)機(jī)工作燃燒燃油，來(lái)獲取其供應(yīng)的動(dòng)力。這個(gè)模式中能量增程器，同步流向動(dòng)力電池和驅(qū)動(dòng)電機(jī)，提供相應(yīng)機(jī)械能，再由驅(qū)動(dòng)電機(jī)完成供能給轉(zhuǎn)換機(jī)械設(shè)備的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)汽車動(dòng)力的供給。這個(gè)時(shí)候，增程器發(fā)動(dòng)機(jī)增程器工作直接通過(guò)整車的運(yùn)行過(guò)程來(lái)確定燃燒燃油的供給量，繼而燃燒燃油其產(chǎn)生的機(jī)械產(chǎn)能。

2 增程式電動(dòng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)多工作點(diǎn)控制策略分析

之所以在純電動(dòng)汽車上增設(shè)一個(gè)增程器作為其性能提升的關(guān)鍵點(diǎn)，主要是為了提升其控制系統(tǒng)的能效和能力。但同時(shí)，這種提升，對(duì)于汽車的控制系統(tǒng)復(fù)雜程度，也提出了更高的需求。也就是說(shuō)，研究增程式汽車，本身是為了提升汽車動(dòng)力的簡(jiǎn)便性，但同時(shí)這種技術(shù)的革新和提升，具有一定的難度，其控制系統(tǒng)相應(yīng)的更為復(fù)雜。其復(fù)雜性在于，增程式電動(dòng)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)通過(guò)增程器完成可一種多輸入和多輸出的發(fā)展形勢(shì)，包含了控制過(guò)程中的多種影響和數(shù)據(jù)耦合，實(shí)現(xiàn)這些影響和耦合的控制過(guò)程較為復(fù)雜且困難。

對(duì)于增程式電動(dòng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)多工作點(diǎn)的控制，其研究一般采用對(duì)比模糊控制能量分配方法，以及電子芯片修正能量分配方法等，其總體上，比單一的電子芯片修正能量分配方法要更有優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)崿F(xiàn)其多個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)對(duì)于輸入量和輸出量的共性需求達(dá)成?？傮w上說(shuō)，這種研究方式能夠?qū)崿F(xiàn)增程式電動(dòng)汽車對(duì)于動(dòng)力性能方面的工作點(diǎn)確定，實(shí)現(xiàn)控制發(fā)動(dòng)機(jī)以及其電力發(fā)動(dòng)機(jī)之間的快速動(dòng)能切換，能夠保持車輛切換動(dòng)能和運(yùn)行動(dòng)能時(shí)，其工作點(diǎn)的穩(wěn)定工作，高效運(yùn)行。

設(shè)計(jì)和研發(fā)多工作點(diǎn)控制增程式電動(dòng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的主要原因在于，其滿足車輛在行進(jìn)過(guò)程中的多動(dòng)力供應(yīng)的需求，控制發(fā)動(dòng)機(jī)根據(jù)駕駛者的不同意圖，通過(guò)設(shè)置開(kāi)關(guān)，進(jìn)行供能的不同模式選擇。可以采用純電動(dòng)式功能，暫不使用增程器工作;當(dāng)車輛動(dòng)力電池不足時(shí)，也可通過(guò)最低限制的警報(bào)系統(tǒng)，提醒駕駛者使用增程模式，采用增程器工作。

增程器多工作點(diǎn)控制的運(yùn)用，其能夠滿足車輛行駛的多重情況需求。使用情況為，電動(dòng)汽車本身的載重量沒(méi)有過(guò)重的負(fù)擔(dān)的情況，同時(shí)，其行駛里程不能有過(guò)高的要求，這種形式的行駛狀態(tài)，其控制策略方面可以以純電動(dòng)模式進(jìn)行，并能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)省能源以及，零排放的目的。而一旦出現(xiàn)駕駛者的行駛情況出現(xiàn)變化時(shí)，就可以根據(jù)不同的行駛情況，完成不同的工作點(diǎn)設(shè)置，從而改變?cè)龀唐鞯目刂?。不同的增程器控制，有不同的工作點(diǎn)控制策略，對(duì)于車輛的行駛經(jīng)濟(jì)性、能源性、排放情況，都有不同的影響。

3 增程式電動(dòng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)多工作點(diǎn)控制策略

傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)電動(dòng)汽車無(wú)法實(shí)現(xiàn)其根據(jù)車輛行駛情況而調(diào)整控制策略的能力，其控制策略無(wú)法滿足人們對(duì)于電動(dòng)汽車的使用需要?？紤]到這種情況，我們探索適合現(xiàn)今汽車行駛需求的多重增程器工作點(diǎn)控制實(shí)施方案。

3.1 結(jié)合汽車行駛的需求

在實(shí)施增程式電動(dòng)汽車的多工作點(diǎn)控制時(shí)，我們要首先結(jié)合汽車行駛的不同需求。對(duì)于不同的需求情況，我們歸納總結(jié)為以下幾點(diǎn)：一是長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行較重負(fù)荷的運(yùn)行行駛;二是行駛狀態(tài)不穩(wěn)定，出現(xiàn)頻繁的減速或加速的情況;三是長(zhǎng)時(shí)間以穩(wěn)定的速度運(yùn)行;四是車速較快的運(yùn)行行駛，沒(méi)有過(guò)大的車輛負(fù)荷。根據(jù)以上的汽車行駛需求。我們確定不同的發(fā)動(dòng)機(jī)工作策略，提出相應(yīng)的工作控制點(diǎn)。

3.2 考慮發(fā)動(dòng)機(jī)工作策略

通過(guò)汽車的形式需求，我們首先進(jìn)行增程器系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作策略基礎(chǔ)方向的考慮。一是考慮其汽車長(zhǎng)時(shí)間負(fù)荷情況下，其發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率都有很大的消耗，同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)油耗有著很大的耗用。這種情況下對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳工作點(diǎn)設(shè)計(jì)控制在于其工作效率的控制，要結(jié)合其車速情況以及電池電量情況，確定其工作點(diǎn)的選取和控制。二是不穩(wěn)定行駛狀態(tài)時(shí)，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)控制，要控制發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)波動(dòng)的間值縮短，實(shí)現(xiàn)其間值最小化，轉(zhuǎn)速變化評(píng)率提升，但是不影響其動(dòng)力電力電量的使用情況。三是長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定行駛對(duì)于電動(dòng)力以及燃油效率的要求都較低，因此在這情況下的工作點(diǎn)控制在于實(shí)現(xiàn)其發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定，甚至可以實(shí)現(xiàn)其轉(zhuǎn)速的最低化，如果電池動(dòng)力充足，完全可以釋放發(fā)動(dòng)機(jī)的使用，實(shí)現(xiàn)能耗的最低。

3.3 工作點(diǎn)的選取

工作點(diǎn)的選取，正是根據(jù)不同的發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略，需求的動(dòng)力高效區(qū)間以及恒定區(qū)間的不同，從而確定其穩(wěn)定的工作點(diǎn)切換位置。一般來(lái)說(shuō)，工作點(diǎn)的選取主要有三種情況。

3.3.1 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速恒定工作點(diǎn)

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)最大運(yùn)行處于高效區(qū)間，其運(yùn)行過(guò)程中的恒定轉(zhuǎn)速不變，其工作點(diǎn)的選擇可以選定轉(zhuǎn)速恒定工作點(diǎn)。

3.3.2 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩恒定工作點(diǎn)

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)最大運(yùn)行處于高效區(qū)間，其運(yùn)行過(guò)程中的恒定轉(zhuǎn)矩不變時(shí)，其工作點(diǎn)的選擇可以選定轉(zhuǎn)矩恒定工作點(diǎn)。

3.3.3 發(fā)動(dòng)機(jī)變化工作點(diǎn)

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)最大運(yùn)行處于高效區(qū)間，但是其運(yùn)行過(guò)程中的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩都處于變化狀態(tài)，這種情況下其工作點(diǎn)的選擇需要選擇變化工作點(diǎn)。這種情況的發(fā)動(dòng)起控制最為復(fù)雜。

3.4 策略方案的確定

根據(jù)工作點(diǎn)的選取，策略方案的確定主要有以下三個(gè)。

一是依據(jù)車輛運(yùn)行中的功率需求、發(fā)動(dòng)機(jī)燃油效率在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速恒定工作點(diǎn)，確定其高效能位置，以及其輸出的功率，完成在這個(gè)高效能位置和輸出功率最高點(diǎn)的工作點(diǎn)切換，實(shí)現(xiàn)這個(gè)位置的耗油、效率最佳。

二是轉(zhuǎn)矩恒定工作點(diǎn)，由于其轉(zhuǎn)矩的恒定，其車速的穩(wěn)定，因此以車速為工作切換點(diǎn)，完成車速上限和下限的取值，實(shí)現(xiàn)其轉(zhuǎn)換。

三是發(fā)動(dòng)機(jī)變化工作點(diǎn)其電力輸出方面以及燃油動(dòng)能輸出兩方面的轉(zhuǎn)換，要實(shí)現(xiàn)以燃油供能為主，動(dòng)力電池供能為輔的形式進(jìn)行工作的確定。尤其是有不同的供能需求變量時(shí)，要完成其功率的變化。

3.5 多工作點(diǎn)控制實(shí)施

最終的發(fā)動(dòng)機(jī)多控制的實(shí)施是在于將三種不同的策略方案，進(jìn)行工作模式的設(shè)定和結(jié)合。其中涉及的車速門(mén)限切換、轉(zhuǎn)矩距離切換、以及變量切換，能夠使發(fā)動(dòng)起工作點(diǎn)的切換頻率降低，實(shí)現(xiàn)增程器電動(dòng)汽車的行駛穩(wěn)定化和系統(tǒng)化，保證一定時(shí)間內(nèi)的電池穩(wěn)定，有利于增程器以及電池的使用壽命延長(zhǎng)，完成汽車的耗能節(jié)約。

4 結(jié)語(yǔ)

增程式電動(dòng)汽車，在動(dòng)力系統(tǒng)方面不同于一般的汽車結(jié)構(gòu)形式，其特殊性能夠讓發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況進(jìn)行轉(zhuǎn)變。增程式電動(dòng)汽車動(dòng)力特殊性在于其發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況較為先進(jìn)，能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的控制不受其負(fù)載功率的限制。從發(fā)動(dòng)機(jī)主體上來(lái)說(shuō)，這是一種控制策略的多樣選擇和多重設(shè)計(jì)。目前，針對(duì)增程式電動(dòng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)所設(shè)計(jì)的控制策略，尤其是在其多工作點(diǎn)的控制方面，還沒(méi)有更多的深入研究。對(duì)于增程式電動(dòng)汽車的形式過(guò)程來(lái)說(shuō)，其本身在運(yùn)行數(shù)據(jù)的約束條件方面有更多的需求，諸如功率、車速、電池電量等方面，都有不同的控制策略需求。這種情況下，根據(jù)不同的工作特性，提出更多的工作點(diǎn)，進(jìn)行動(dòng)力的控制，能夠滿足其約束條件的需求，對(duì)于電動(dòng)汽車中動(dòng)力電池以及其整車的燃燒燃料機(jī)械產(chǎn)能，都能起到良好的運(yùn)轉(zhuǎn)。

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