混合动力汽车能量控制优化策略研究

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[摘 要]混合动力汽车包括两种甚至两种以上的能源装置，关于混合动力汽车的优化，主要是选择参数相匹配的电动机、发动机、传动机构、蓄电池部件、合适的控制优化策略。其中制定合适的能量控制策略至关重要。本文主要从能量控制优化策略角度出发分析，阐述串联式、并联式、混联式混合动力汽车的优化控制策略。

[关键词]混合动力汽车，优化，能量控制策略

中图分类号：U336 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）14-0038-01

近些年，现代交通系统不断完善，汽车已成为人民首选的出行工具，随之出现的是石油需求不断增长，然而石油是不可再生资源。面对日益严重的石油危机，全球气候变暖等诸多问题。新能源电动车作为一种搭载清洁能源，对环境友好、对自然消耗率小的新兴汽车，吸引了诸多企业。汽车制造商纷纷开始进行相关的研究。如今混合动力汽车发展迅猛，众多汽车生产商将其作为公司发展新的战略阵地。

混合动力汽车主要包括两种能量流，其一是发动力的动能能量流，其二为电动机的电能量流。能量管理系统的目标主要是提高车辆的燃油经济型，减少排放，同时不削弱车辆的加速能力，爬坡能力，与此同时在成本上加以控制。理想的能量优化控制策略能够保证混合动力汽车在多动力源共同作用下实现模式切换与功率分配，使能量管理系统对多股动力适时切换转变。

混合动力汽车分类多种多样，按照发动机及点动力功率大小可分为里程延长型、双模式型、动力辅。按照运行模式的不同，可分为发动机开/关模式型、发动机连续运行模式型。按照发动机及电动机是否布置在同一轴线上，混合动力汽车可分为单轴型与双轴型。根据动力源数量及动力系统结构形式，分为串联式、并联式、混联式。本文主要从动力源数量分类角度，对串联式、并联式、混联式混合动力汽车能源优化控制策略进行分析与阐述。[1]

1.串联型混合动力汽车主要依靠电动机提供动力，发动机带动发电机进行发电，因此发动机只是辅助动力源。在车辆起步时，由于蓄电池电能充足，故只需蓄电池为电动机提供能量，电能传递到电动机，电动机经过传动装置驱动车辆运动。其中发动机的主要用途是将燃料中的化学能转变成为机械能，再次化为电能，当车辆所需的动力减小时，发动机的额外能量可带动发电机发电将电能储存至蓄电池中，在整个能量装置及系统当中，电动机起主要作用。但是由于能源经过多种转换，整个过程中综合效率比较低，所以燃油经济性改善有限，因此在混合动力汽车上串联式很少见。串联式的控制策略有恒温模式，发动机跟踪模式及基于规则型策略。

（1）恒温控制：当电池剩余电量SOC低于设定的门限制值时，发动机开始工作，在最低油耗点（或者在最低排放点）处工作，发动机提供的功率一部分用于车辆行驶的驱动，另一部分向蓄电池充电，在这种模式之下，在蓄电池充放电过程中有较多的能量损失，且蓄电池要满足所有瞬时功率要求，对发动机有利，对蓄电池不利。

（2）发动机跟踪模式及基于规则型策略：发动机提供的功率要根据车辆所需功率变化而变化，与传统汽车相似，在充放电过程中功率损失减小，发动机要在较短时间做出相应，发动机在从低到高整个负荷区间内工作，这会影响发动机的燃油经济性与排放性能，解决方法可采用自动无极自动变速机器CVT，通过改变CVT速比，使发动机在最小油耗线处工作，同时减少排放，上述模式结合起来，使发动机在经济区间内工作，减少排放，同时电池也在高效区工作。[2-6]

2.并联式混合动力汽车当中，车辆采用两套独立的传动装置驱动车辆运动。具有发动机单独驱动、电动机单独驱动、电力混合驱动三种不同工作模式。并联式混合动力汽车作为一种将电力作为辅助动力的燃油车，当发动力所提供的功率大于汽车正常行驶、制动所欲要的能量时，发电机处发电状态，将发动机提供的剩余能量存入蓄电池。当车辆处于加速或爬坡状态是需要较大的驱动力，发动机与电动机共同工作，保证车辆所需驱动力。当车辆处于低速工况，如城市工况，由于发动机在此类工况下不能在经济工作区工作，因此由电动机提供车辆的驱动力。并联式混合动力汽车的控制优化策略包括逻辑门控制策略、瞬时优化，全局优化，智能算法四种。这里主要介绍瞬时控制策略及全局优化控制策略。

（1）瞬时控制策略：通过实时计算发动机和电动机在不同功率分配组合和不同工作点处的瞬时燃油消耗率和排放，电动机等效油耗与发动机实际油耗合称为名义油耗，在保证名义油耗最小的前提下，来确定最佳混合动力系统工作模式和工作点。具体如下，在某一时刻将电动机消耗电量折算成为发动机提供等量能量消耗的燃油和排放，再加上制动回收的能量与发动机时间消耗的燃油与排放，建立油耗模型与排放模型，计算其最小值，并将此最小值作为该工况下最优工作点。

（2）全局优化控制策略：应用最优方法与最优控制理论开发出来的混合驱动驱动力分配控制策略。建立以整车燃油经济性与排放为目标、系统状态量为约束全局优化模型，即动态最优控制，运用相关优化方法计算求得最优的混合动力分配策略。[7-11]

3.混联式混合动力汽车在结构上综合了串联式及并联式的特点，与此同时结合了上述两种方式混合动力汽车的优点，但在结构上相对复杂，增加了制造成本。

混联式的控制策略有发动机恒工作点策略和发动机最优工作曲线策略。

（1）发动机恒工作点策略：该控制策略是指在车辆上采用行星齿轮作为传动机构，发动机的转速不随车轮转速变化而变化，使发动机在最优工作点工作，提供恒定的转矩，剩余转矩由机提供，在加速或爬坡时由电机提供，避免动态调节对发动机的损害，且电动机控制更加灵敏，发硬速度快。

（2）发动机最优工作曲线策略：使发动机工作在万有特性油耗线上，从静态万有特性曲线出发，在跟踪条件决定的最优工作曲线上工作，在所需功率或转矩高于某个设定值时发动机才会开始工作。发动机停止工作后，离合器脱开啮合或接合，在发电机产生的电流超过蓄电池所能接受的电流时或驱动电流超过电机或电池接受能力时，调节发动机的工作点。[12-14]

结束语

本文系统论述了现今混合动力汽车的能量优化控制策略并分析其利与弊，现今混合动力汽车由于其自身的优越性得到了越来越多人民群众的青睐，而能量优化控制算法的发展将进一步提高混合动力汽车的经济性与动力性，从而进一步推动对混合动力汽车的发展。

参考文献

[1] 余志生.汽车理论.[M].北京：机械工业出版社，2009.3：58-65.

[2] 申彩英.串联混合动力汽车能量优化管理策略研究[D].天津：天津大学，2010.

[3] 张军.基于CVT的混合动力汽车相关技术研究[D].长沙：湖南大学，2012.

[4] 欧建，张勇，陈宝，邓国红，张志远.混合动力汽车控制策略研究进展[J].重庆工学院学报：自然科学，2008.

[5] 彭栋.混合动力汽车制动能量回收与ABS集成控制研究[D].上海：上海交通大学，2007.

[6] 李国洪.混合动力汽车控制策略与动力电池系统研究[D].天津：天津大学，2005.

[7] 舒红.并联型混合动力汽车能源管理策略研究[D].重庆：重庆大学，2008.

[8] 岳丽.一种并联混合动力汽车能源控制策略仿真研究[J].汽车与配件.2013.

[9] 吴剑.并联式混合动力汽车能量管理策略优化研究[D].山东：山东大学，2008.

[10] 钟彦雄.并联式混合动力汽车能源管理策略[J].科技与创新，2017.

[11] 王保华，王伟明，张建武，罗永革.并联混合动力汽车[J].系统仿真学报，2006.

[12] 李卫民.混合动力汽车控制系统与能量管理策略研究[D].上海：上海交通大学，2008.

[13] 马晨琦.混合动力汽车的控制策略研究[D].上海：上海海洋大学，2014.

[14] 郑维.混合动力汽车动力总成参数匹配方法与控制策略研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2010.