并聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē)控制策略的綜合分析

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1、設(shè)計(jì)研究并聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē)控制策略的綜合分析呂勝利左曙光(同濟(jì)大學(xué))【摘要】混合動(dòng)力汽車(chē)解決了純電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)駛里程短和初始成本高的難題。文章簡(jiǎn)要介紹了混合動(dòng)力汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和工作模式及能量流動(dòng)。將目前已提出的基于轉(zhuǎn)矩或功率的并聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē)控制策略進(jìn)行了分類,并介紹了其主要思想及優(yōu)缺點(diǎn),指明了控制策略的發(fā)展方向?！局黝}詞】混合動(dòng)力汽車(chē)控制系統(tǒng)1前言近幾十年來(lái),世界各國(guó)汽車(chē)工業(yè)都一直面對(duì)能源安全與環(huán)境保護(hù)兩大挑戰(zhàn)。為此,各國(guó)政府圖1并聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖紛紛制定相應(yīng)的對(duì)策,力圖開(kāi)發(fā)新一代的清潔節(jié)能型汽車(chē)。從上世紀(jì)90年代開(kāi)始,全球各大汽車(chē)3并聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē)的工作模式及公司首先把目光投放到

2、電動(dòng)汽車(chē)(EV)上,但是由能量流動(dòng)于車(chē)用蓄電池的能量密度低、質(zhì)量較高,使得純電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)駛里程短且成本較高,很難實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)并聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē)由于有兩套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),且化。而混合動(dòng)力汽車(chē)的出現(xiàn)正好解決了這一難不同的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有不同的工作效率區(qū)間,這就使題。得汽車(chē)在不同的行駛工況下,具有多種不同的工控制策略是混合動(dòng)力汽車(chē)的核心。它根據(jù)駕作模式。表1所示的是并聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē)5種工駛員意圖和行駛工況,協(xié)調(diào)各部件間的能量流動(dòng),作模式及其能量流動(dòng)。合理進(jìn)行動(dòng)力分配,優(yōu)化車(chē)載能源,提高整車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性,適當(dāng)降低排放,并在不犧牲整車(chē)性能的情4并聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē)的控制策略況下,實(shí)現(xiàn)兩者之間的折中。并聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē)是一個(gè)集

3、機(jī)械、電器、化學(xué)2并聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和熱力學(xué)系統(tǒng)于一體的復(fù)雜的高度非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng),如何有效地協(xié)調(diào)好各子系統(tǒng),控制各子系統(tǒng)間并聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē)采用發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)兩套的能量流動(dòng),并針對(duì)不同的行駛工況和駕駛風(fēng)格,獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)通常通過(guò)不同在不降低整車(chē)性能的情況下,實(shí)現(xiàn)整車(chē)的最佳燃油經(jīng)濟(jì)性和排放并兼顧整車(chē)的成本是并聯(lián)混合動(dòng)的離合器來(lái)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪,既可以采用發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng),也可以用電動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng),或者兩者混合驅(qū)動(dòng)力汽車(chē)控制策略的設(shè)計(jì)方向。等3種驅(qū)動(dòng)模式。這兩套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在汽車(chē)上的布基于以上要求,并聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē)控制策略置如圖1所示?？偟脑O(shè)計(jì)準(zhǔn)則為:收稿日期:2005-05-12#26

4、#上海汽車(chē)2005107設(shè)計(jì)研究表1并聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē)工作模式及其能量流動(dòng)序號(hào)工作模式描述能量流動(dòng)框圖1啟動(dòng)/正常行駛,高SOC時(shí)純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式2正常行駛,安全SOC時(shí)純發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式3正常行駛,低SOC時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)并發(fā)電模式4加速/爬坡時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)混合驅(qū)動(dòng)模式5減速/制動(dòng)時(shí)能量回收模式#盡量控制使發(fā)動(dòng)機(jī)在高效區(qū)工作,保持電電機(jī)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)車(chē)輪。基于速度的控制策略,由于機(jī)高效工作;其簡(jiǎn)單,易于被控制工程師理解,技術(shù)門(mén)檻較低,#減少發(fā)動(dòng)機(jī)的開(kāi)/關(guān)次數(shù);因而在混合動(dòng)力汽車(chē)開(kāi)發(fā)初期得到了較為廣泛的#選擇合適的電池SOC,并維持在一定范圍研究和應(yīng)用。但同時(shí)也有其明顯的缺點(diǎn):控制參內(nèi);數(shù)單一,動(dòng)態(tài)特性

5、差,沒(méi)有充分利用混合動(dòng)力系統(tǒng)#合理分配汽車(chē)所需功率,優(yōu)化車(chē)載能源,提的優(yōu)勢(shì),通常整車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性不是最優(yōu),而且還高各子系統(tǒng)間的能量流動(dòng)效率;沒(méi)有考慮排放,特別是有時(shí)車(chē)速即便很高,但對(duì)驅(qū)#動(dòng)態(tài)性能好,有良好的自適應(yīng)和自學(xué)習(xí)能動(dòng)力的要求可能很低,比如在高速滑行或勻速行力。駛時(shí),此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作負(fù)荷較低,效率不高。早期的控制策略由于技術(shù)的限制大多是基于基于以上原因,現(xiàn)在的控制策略基本上屬于速度的控制。在這種控制策略中,將發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)基于轉(zhuǎn)矩或功率的控制。目前已經(jīng)提出的控制策的設(shè)定車(chē)速設(shè)計(jì)為一個(gè)定值,依據(jù)瞬時(shí)工況車(chē)速略主要可以分為4類:基于規(guī)則的邏輯門(mén)限控制判定整車(chē)的工作模式:當(dāng)車(chē)速低于設(shè)定值時(shí),發(fā)

6、動(dòng)策略;瞬時(shí)優(yōu)化控制策略;智能控制策略;全局最機(jī)關(guān)閉,由電機(jī)單獨(dú)工作;當(dāng)車(chē)速高于設(shè)定值時(shí),優(yōu)控制策略。發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)工作;當(dāng)車(chē)輪負(fù)荷比較大時(shí)(如汽車(chē)急4.1基于規(guī)則的邏輯門(mén)限控制策略加速、爬陡坡或以較高車(chē)速爬坡),則由發(fā)動(dòng)機(jī)和這類控制策略的主要思想是:根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的上海汽車(chē)2005107#27#設(shè)計(jì)研究靜態(tài)效率曲線圖,通過(guò)控制選定的幾個(gè)變量,如整規(guī)則的邏輯門(mén)限控制策略是基于工程師的經(jīng)車(chē)功率需求、加速信號(hào)、電池SOC等等,并根據(jù)預(yù)驗(yàn)及靜態(tài)的能耗圖來(lái)制定的,由于它不考慮工況先設(shè)定的規(guī)則,判斷并選擇混合動(dòng)力系統(tǒng)的工作的動(dòng)態(tài)變化,因此它不是最優(yōu)的。為了克服這些模式,使車(chē)輛運(yùn)行在高效區(qū),提高汽車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)

7、缺點(diǎn),人們又提出了一種新的控制策略)))瞬時(shí)性。優(yōu)化控制策略,也叫實(shí)時(shí)控制策略。目前提出來(lái)(1)電力輔助控制策略來(lái)源于數(shù)學(xué)中的平均的瞬時(shí)控制策略主要有/等效燃油消耗最少0和值和方差的概念,它將整車(chē)的功率需求分為平均/功率損失最小0兩種。雖然這兩種方法的出發(fā)點(diǎn)功率需求(Pa)和動(dòng)態(tài)功率需求(Pd)兩部分。發(fā)不同,但其原理是一樣的。動(dòng)機(jī)提供Pa,Pd則由電動(dòng)機(jī)提供。傳統(tǒng)汽車(chē)在一等效燃油消耗最小控制策略的主要思想是:般工況下所