混合動(dòng)力汽車控制策略的分析

1、混合動(dòng)力汽車控制策略的分析摘要：混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力系統(tǒng)基本可分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式3種，對(duì)并聯(lián)型和串聯(lián)型混合動(dòng)力汽車控制策略研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析?；炻?lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)合了串聯(lián)式和并聯(lián)式兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，使得能量流動(dòng)的控制和能量消耗的優(yōu)化具有更大的靈活性和可能性，并對(duì)混聯(lián)式結(jié)構(gòu)的幾種控制方案進(jìn)行了分析。指出混合動(dòng)力汽車的控制策略不十分完善，需要進(jìn)一優(yōu)化?？刂撇呗圆粌H僅要實(shí)現(xiàn)整車最佳的燃油經(jīng)濟(jì)性，而且還要兼顧發(fā)動(dòng)機(jī)排放、蓄電池壽命、駕駛性能、各部件可靠性及整車成本等多方面要求，并針對(duì)混合動(dòng)力汽車各部件的特性和汽車的運(yùn)行工況，使發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、蓄電池和傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最佳匹配。關(guān)鍵詞：混合動(dòng)力汽車結(jié)構(gòu)控制

2、策略1、 混合動(dòng)力汽車的研究背景混合動(dòng)力汽車是兼顧了電動(dòng)汽車和傳統(tǒng)汽車優(yōu)點(diǎn)的新一代汽車結(jié)構(gòu)型式，因其具有低油耗低排放的潛力，其動(dòng)力性接近于傳統(tǒng)汽車，而生產(chǎn)成本低于純電動(dòng)汽車，因此，最近幾年來(lái)對(duì)混合動(dòng)力汽車的研究開發(fā)成為世界上各大汽車公司、研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)的一個(gè)熱點(diǎn)。以相信，在電動(dòng)汽車的儲(chǔ)能部件電池沒(méi)有根本性突破以前，使用混合動(dòng)力電動(dòng)汽車是解決排污和能源問(wèn)題最具現(xiàn)實(shí)意義的途徑之一?；旌蟿?dòng)力電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車和電動(dòng)汽車不同，它一般至少有兩種車載能量源，其中一種為具有高功率密度的能量源。利用兩種能量源的特性互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)整車系統(tǒng)性能的改善和提高。要實(shí)現(xiàn)兩者之間相互協(xié)調(diào)工作，這就需要有良好的控制策略

3、?？刂撇呗允腔旌蟿?dòng)力汽車的靈魂，它根據(jù)汽車行駛過(guò)程中對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)的能量要求，動(dòng)態(tài)分配發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的輸出功率。采用不同的控制策略是為了達(dá)到最優(yōu)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，其主要目標(biāo)為：最佳的燃油經(jīng)濟(jì)性、最低的排放、最低的系統(tǒng)成本、最佳的驅(qū)動(dòng)性能。當(dāng)前開發(fā)研制的混合動(dòng)力汽車可以分為三類：串聯(lián)式、并聯(lián)式、混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車。在各部件的選型確定以后，采用合適的控制策略是實(shí)現(xiàn)最佳燃油經(jīng)濟(jì)性，降低排放的關(guān)鍵。目前提出的混合動(dòng)力汽車控制策略還不成熟，實(shí)用性不強(qiáng)，只有基于工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)的邏輯門限控制策略在實(shí)際商品化混合動(dòng)力汽車中得到了應(yīng)用。開發(fā)一種成熟實(shí)用的控制策略仍然是目前亟待解決的難題。隨著對(duì)混合動(dòng)力系統(tǒng)控制策

4、略研究的深入，諸如自適應(yīng)控制、模糊邏輯控制等方法也有運(yùn)用。自適應(yīng)控制策略，實(shí)際上是一種實(shí)時(shí)控制策略，它同時(shí)考慮了發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗和排放。由于實(shí)時(shí)控制策略能夠保證在任一時(shí)刻都是由效率最優(yōu)的部件工作，因此其燃油經(jīng)濟(jì)性要優(yōu)于模糊邏輯控制策略。但是實(shí)時(shí)控制策略過(guò)分依賴于各個(gè)部件的性能特性的精確性，由于受電池老化、發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)特性等的影響，在實(shí)際車輛的實(shí)時(shí)控制中很難得到應(yīng)用。模糊邏輯控制策略由于其魯棒性好的特點(diǎn)，適用于車輛控制這樣一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，對(duì)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的控制有明顯的優(yōu)越性。在國(guó)內(nèi)，由于混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的起步較晚，對(duì)混合動(dòng)力控制策略的研究遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到成熟的程度，大都處于理論研究階段。在應(yīng)用方面可以

5、說(shuō)才剛剛起步，尚未實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化和產(chǎn)業(yè)化，與國(guó)外有關(guān)混合動(dòng)力汽車控制方面的技術(shù)水平有相當(dāng)大的差距。因此，我國(guó)應(yīng)大力提高混合動(dòng)力汽車關(guān)鍵技術(shù)的自主研發(fā)能力，尤其是對(duì)車輛的性能有較大影響的控制策略的自主研發(fā)能力，以提高我國(guó)混合動(dòng)力汽車的產(chǎn)品化進(jìn)程。2. 混合動(dòng)力汽車的種類、特點(diǎn)及控制策略分析混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(HEV)是在一輛汽車上同時(shí)配備電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和輔助動(dòng)力單元(Auxiliarypowerunit，APU)的汽車，其中APU是燃燒某種燃料的原動(dòng)機(jī)或由原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)組，目前HEV所采用的原動(dòng)機(jī)一般為柴油機(jī)、汽油機(jī)或燃汽輪機(jī)?；旌蟿?dòng)力電動(dòng)汽車將原動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、能量?jī)?chǔ)存裝置(蓄電池)組合在一起，它們

6、之間的良好匹配和優(yōu)化控制，可充分發(fā)揮內(nèi)燃機(jī)汽車和電動(dòng)汽車的優(yōu)點(diǎn)，避免各自的不足，是當(dāng)今最具實(shí)際開發(fā)意義的低排放和低油耗汽車。目前世界各國(guó)研究開發(fā)的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車有不同的結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的配置和組合方式不同，可分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式三種組合方式。2.1串聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2.1.1定義串聯(lián)式系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、儲(chǔ)能裝置、電機(jī)控制器和車輛傳動(dòng)系組成,其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖一 串聯(lián)式系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)由圖1可知,串聯(lián)式系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)是由發(fā)動(dòng)機(jī)到發(fā)電機(jī),然后由發(fā)電機(jī)把電能傳遞給電機(jī)控制器,或是儲(chǔ)能裝備(動(dòng)力電池組或超級(jí)電容組),電機(jī)控制器再把電能傳遞給驅(qū)動(dòng)電機(jī),再由驅(qū)動(dòng)電機(jī)機(jī)械連接傳動(dòng)系進(jìn)行工

7、作。該系統(tǒng)包括以下特點(diǎn):(1) 驅(qū)動(dòng)電機(jī)是整車唯一驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源;(2) 不需變速機(jī)構(gòu),可實(shí)現(xiàn)無(wú)極變速;(3) 不需要離合器;(4) 發(fā)動(dòng)機(jī)與整車傳動(dòng)系完全機(jī)械解耦;(5) 發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)集中在最佳油耗區(qū);(6) 可取消發(fā)動(dòng)機(jī)怠速工況。2.1.2電能分配機(jī)構(gòu)形式串聯(lián)混合動(dòng)力汽車電能分配機(jī)構(gòu)有3種形式,如圖2所示。不同的結(jié)構(gòu)采用不同的控制策略。圖二 采用不同控制策略時(shí)的能量流動(dòng)形式圖2(a)的結(jié)構(gòu)采用恒溫器式控制策略,發(fā)電機(jī)工作在最佳效率工況點(diǎn),只為電池充電;圖2(b)的結(jié)構(gòu)采用功率跟隨型控制策略,電池只在純電動(dòng)模式和制動(dòng)回饋時(shí)起作用,平時(shí)均由發(fā)電機(jī)輸出電流供電動(dòng)機(jī)使用;圖2(c)的結(jié)構(gòu),發(fā)電機(jī)輸出電

8、流可以同時(shí)流向電池和電動(dòng)機(jī),此時(shí)電池能夠起到能量緩沖器的作用,彌補(bǔ)發(fā)電機(jī)與電動(dòng)機(jī)之間的功率差異,使控制策略的實(shí)現(xiàn)更加靈活。在獲得更高系統(tǒng)效率的同時(shí)也能維持發(fā)動(dòng)機(jī)始終工作在經(jīng)濟(jì)且排放較低的區(qū)域,當(dāng)電動(dòng)機(jī)制動(dòng)回饋時(shí),給電池充電可實(shí)現(xiàn)能量的回收。如要采用“功率跟隨+恒溫器控制策略”則要求使用該種結(jié)構(gòu)?？刂撇呗灾骺刂破魇沁B接駕駛員和動(dòng)力系統(tǒng)之間的橋梁,其控制策略的選擇將影響整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率以及動(dòng)力電池的使用壽命。目前較常見的2種控制策略是“恒溫器”控制模式和“功率跟隨”控制模式。 （1）恒溫器控制策略恒溫器控制策略允許發(fā)動(dòng)機(jī)在電池的荷電狀態(tài)(SOC)高于SOCmax之前按設(shè)定的高效區(qū)域恒功率

9、運(yùn)轉(zhuǎn),此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉,汽車為零排放、純電動(dòng)行駛;當(dāng)SOC降到低于SOCmin值時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)再次啟動(dòng)并輸出恒功率,這與溫室的溫度控制相似。這種模式下的電能流動(dòng)形式如圖2(a)所示,驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需的能量只能從動(dòng)力電池獲得,這樣動(dòng)力電池就必須滿足所有瞬時(shí)功率的需要,其放電電流的波動(dòng)會(huì)很大,經(jīng)常出現(xiàn)大電流放電的情況,對(duì)電池放電效率和使用壽命均有不利影響;其次,雖然APU可以在最優(yōu)效率點(diǎn)工作,由于多了能量轉(zhuǎn)換的環(huán)節(jié),電池充放電的效率損失也許會(huì)大于APU優(yōu)化后的收益。該策略對(duì)APU有利而對(duì)動(dòng)力電池不利。 （2）功率跟隨型控制策略功率跟隨型控制策略要求發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率跟蹤路面的負(fù)載要求,這樣發(fā)動(dòng)機(jī)總保持運(yùn)轉(zhuǎn),僅

10、當(dāng)純電動(dòng)模式運(yùn)行時(shí)才停機(jī),由電池提供電能,這種模式下的電能流動(dòng)形式如圖2(b)所示。使用這種策略,減少了動(dòng)力電池充放電循環(huán),與充放電有關(guān)的功率損失也就相應(yīng)減少。然而,由于必須滿足續(xù)駛里程內(nèi)的所有功率要求且要做出快速響應(yīng),所以導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)頻繁起停,影響了發(fā)動(dòng)機(jī)的效率和排放特性。這種控制策略對(duì)動(dòng)力電池有利而對(duì)APU不利。 （3）“功率跟隨+恒溫器”控制策略此外,可采用“功率跟隨+恒溫器”的綜合控制方式。發(fā)動(dòng)機(jī)在SOC較低或負(fù)載功率較大時(shí)均會(huì)起動(dòng),當(dāng)負(fù)載功率較小且SOC高于預(yù)設(shè)的上限值SOCmax時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)被關(guān)閉,在發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)和開之間設(shè)定了一定范圍的狀態(tài)保持區(qū)域,這樣可以避免發(fā)動(dòng)機(jī)的頻繁起停。發(fā)動(dòng)機(jī)一旦

11、起動(dòng)便在相對(duì)經(jīng)濟(jì)的區(qū)域內(nèi)對(duì)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載功率進(jìn)行跟蹤,當(dāng)負(fù)載功率大于或小于發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)區(qū)域所能輸出的功率時(shí),電池組可以通過(guò)充放電對(duì)該功率差進(jìn)行緩沖和補(bǔ)償,圖2(c)所示的能源分配機(jī)構(gòu)保證了這種控制策略的順利實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過(guò)仿真試驗(yàn)對(duì)比得出:不同的串聯(lián)混合動(dòng)力的控制策略對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的影響有差別,功率跟隨型比恒溫器模式控制策略在改善燃油經(jīng)濟(jì)性方面要提高8.3%;而采用“功率跟隨+恒溫器”的綜合控制方式這種的控制策略下,可以減少電能的循環(huán)損耗,避免電池大電流放電和發(fā)動(dòng)機(jī)的頻繁起動(dòng),降低了油耗,提高了排放性能。這種將恒溫器和功率跟隨兩種控制策略結(jié)合起來(lái)使用,既減少了蓄電池的過(guò)度循環(huán)和大電流充放電,又避免了發(fā)動(dòng)機(jī)

12、的頻繁起停,使其達(dá)到整體效率最高。同時(shí),電動(dòng)機(jī)具有調(diào)速范圍寬、起動(dòng)力矩大、過(guò)載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),但整車動(dòng)力性稍顯不足1。2.2并聯(lián)式混合汽車2.2.1 定義在效率上,并聯(lián)式結(jié)構(gòu)通常較串聯(lián)式更優(yōu)越。因此,雖然控制上較串聯(lián)式復(fù)雜,一些混合汽車還是選擇并聯(lián)式。而并聯(lián)式結(jié)構(gòu)也有多種型式,主要有單軸式和雙軸式2種。以雙能源(發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī))并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車為研究對(duì)象,其驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。圖三 并聯(lián)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)控制策略2.2.2控制策略混合動(dòng)力汽車的控制策略最常用的有邏輯門限值控制、動(dòng)態(tài)自適應(yīng)控制、邏輯模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊控制4種2。動(dòng)態(tài)自適應(yīng)控制的出發(fā)點(diǎn)是在任一時(shí)刻,使能量流動(dòng)過(guò)程中的能量損失最小。但是實(shí)時(shí)

13、控制策略過(guò)分依賴于各個(gè)部件的性能特性的精確性,受電池老化、發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)特性等的影響,在實(shí)際應(yīng)用中很難達(dá)到這一目標(biāo)。實(shí)時(shí)控制策略可以用于評(píng)價(jià)其它的控制策略的潛力。模糊邏輯控制策略的出發(fā)點(diǎn)是通過(guò)綜合考慮發(fā)動(dòng)機(jī)和蓄電池的工作效率來(lái)實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力系統(tǒng)的整體效率達(dá)到最高。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊控制器是由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制共同組成的混合系統(tǒng),通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的模糊控制,將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊控制相結(jié)合,利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)能力對(duì)模糊控制規(guī)則進(jìn)行記憶,通過(guò)訓(xùn)練來(lái)學(xué)習(xí)給定的經(jīng)驗(yàn)并將控制規(guī)則隱含在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)之中。而最簡(jiǎn)單、最實(shí)用的控制策略是邏輯門限值控制,國(guó)外的樣車和產(chǎn)品車型大都采用這種控制方法。采用其他3種復(fù)雜的控制方法需要采

14、集和運(yùn)算的數(shù)據(jù)量非常大,且效果改善不是很大2。因此,下面簡(jiǎn)單介紹邏輯門控制策略。邏輯門限值控制策略是以整車油耗和排放最佳為控制目標(biāo),提出同時(shí)限制電池和發(fā)動(dòng)機(jī)工作區(qū)間的控制策略,通過(guò)設(shè)定門限值,將發(fā)動(dòng)機(jī)控制在高效率區(qū)運(yùn)行,提供要求的轉(zhuǎn)矩;電機(jī)作為載荷調(diào)節(jié)裝置,當(dāng)需要大力矩輸出時(shí)電機(jī)參加驅(qū)動(dòng),當(dāng)需要小力矩輸出時(shí)電機(jī)吸收發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行發(fā)電,并將電池的荷電狀態(tài)SOC維持在合理的范圍內(nèi)。其相應(yīng)的基本策略是:當(dāng)電池的SOC值在正常的工作范圍時(shí),汽車采用電機(jī)起步;當(dāng)汽車車速低于所設(shè)定的車速時(shí),由電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車輪;當(dāng)車速高于設(shè)定的車速時(shí),電機(jī)停止驅(qū)動(dòng)而由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪;當(dāng)負(fù)荷比較大時(shí)(如汽車急加速、爬大坡或以

15、較高車速爬坡時(shí)),發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)車輪?；谶壿嬮T限值的控制策略,一汽自主開發(fā)出CA6100SH8混合動(dòng)力客車3。該控制策略下的整車工作模式,可分為停機(jī)模式、電機(jī)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)模式、換擋模式、驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)模式以及跛行回家模式等5類。通過(guò)離線仿真分析和實(shí)車試驗(yàn)驗(yàn)證了上述各種工作模式和功率分配的可行性。對(duì)于同一種并聯(lián)形式的混合動(dòng)力汽車來(lái)說(shuō),采用不同的控制策略可以得到不同的燃油消耗、排放和電池的狀態(tài)。設(shè)計(jì)混合動(dòng)力汽車的目標(biāo)是在保證汽車性能的條件下降低汽車的燃油消耗和排放,同時(shí)還兼顧電池的壽命問(wèn)題。基于這些目標(biāo),仿真過(guò)程中既涉及到蓄電池的選擇,又要考慮發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗、排放以及電池的壽命。而提高混合動(dòng)力

16、汽車效率可通過(guò)改善能源布置和提高制動(dòng)時(shí)的能量回收來(lái)達(dá)到。2.3混聯(lián)式混合汽車2.3.1 定義混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車動(dòng)力系統(tǒng)的布置方案是串聯(lián)式布置和并聯(lián)式布置的綜合4。發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率一部分通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)輸送給驅(qū)動(dòng)橋;另一部分則驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)輸出電能,由控制器控制輸送給電動(dòng)機(jī)或者電池,電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩通過(guò)動(dòng)力復(fù)合裝置傳送給驅(qū)動(dòng)橋。混聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠使發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)等部件進(jìn)行更多的優(yōu)化匹配,從而在結(jié)構(gòu)上保證了在復(fù)雜工況下使系統(tǒng)在最優(yōu)狀態(tài)工作,更容易實(shí)現(xiàn)排放和優(yōu)化的控制目標(biāo)。圖4所示為切換式混聯(lián)混合動(dòng)力汽車系統(tǒng)布置方式,通過(guò)離合器的接合與分離可以實(shí)現(xiàn)串聯(lián)分支與并聯(lián)分支間的相互切換。離合器分離,發(fā)動(dòng)機(jī)

17、和電動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)輪的機(jī)械連接,系統(tǒng)以串聯(lián)模式運(yùn)行;離合器接合,系統(tǒng)以并聯(lián)模式運(yùn)行。圖四 混聯(lián)式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖工作模式及其控制策略分析（1）起步工況一般情況下,控制器根據(jù)油門踏板狀態(tài),啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī),電池組給驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電,以純電動(dòng)模式起動(dòng)車輛;當(dāng)需求功率高于設(shè)定值時(shí),利用控制器起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)(當(dāng)控制器給出發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)信號(hào),電池給發(fā)電機(jī)提供能量,控制器起動(dòng)發(fā)電機(jī),用發(fā)電機(jī)反拖發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)。),此可避免發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)高油耗、高排放的缺點(diǎn)。（2） 正常行駛工況串聯(lián)模式行駛當(dāng)汽車在城市里行駛時(shí),由于車輛低負(fù)載和要求低排放,車輛以串聯(lián)模式運(yùn)行?？紤]到當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在低速低轉(zhuǎn)矩或高速低轉(zhuǎn)矩區(qū)域工作時(shí),電池在低(荷電狀態(tài))和高S

18、OC時(shí)工作效率都較低,因此一般采用邏輯門限制控制法。串聯(lián)模式中,發(fā)動(dòng)機(jī)工作在最佳的工作區(qū),為驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供能量,電池在這個(gè)過(guò)程中主要對(duì)能量起削峰填谷的作用,其基本控制策略如下:a.SOCminSOCMv,則Me=Mv+Mc,若MeMv,則Me+Md=Mvb.SOCSOCmin,則Me=Mv+Mcc.SOCSOCmax起動(dòng)純電動(dòng)模式,關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)。d.SOCSOC1,則發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)。式中,Me為發(fā)動(dòng)機(jī)工作力矩;Mv為整車需求驅(qū)動(dòng)力矩;Mc為給電池充電的力矩;Md為電池放電提供給電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩;SOC1為當(dāng)SOC低于此值時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng);SOCmin為當(dāng)SOC低于此值時(shí)給電池充電;SOCminSOC1SOC

19、min,若MeMv,Me=Mv+Mc,則MeSOCmin,若MeMv,Me=Mv+Mc,則MeMc,若SOCMc,若SOCSOCmax,則Mb=Mc+Mm;若SOCSOCmax,則電機(jī)停止工作Mb=Mm。式中,Mb為整車需求的制動(dòng)轉(zhuǎn)距;Mm為機(jī)械摩擦制動(dòng)轉(zhuǎn)距。（4）故障工況當(dāng)電機(jī)分總成出現(xiàn)故障時(shí),采用純發(fā)動(dòng)機(jī)模式驅(qū)動(dòng);當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí),采用純電動(dòng)模式運(yùn)行。3. 模型仿真簡(jiǎn)介利用美國(guó)Argonne國(guó)家實(shí)驗(yàn)室為響應(yīng)美國(guó)政府的新一代車輛合作計(jì)劃而開發(fā)的電動(dòng)汽車仿真軟件PSAT,根據(jù)需要對(duì)M函數(shù)和Simulink模塊進(jìn)行修改,可建立自己需要的整車仿真模型4(圖6)。圖5 混聯(lián)式HEV仿真結(jié)構(gòu)模型從仿

20、真性能及結(jié)果可以看出,在基礎(chǔ)起步階段混合動(dòng)力汽車混聯(lián)式與串聯(lián)式和混聯(lián)式相比,由于都由電機(jī)驅(qū)動(dòng),因此性能相近;在高速行駛時(shí),由于串聯(lián)式只是依靠電機(jī)驅(qū)動(dòng),動(dòng)力性不如混聯(lián)式,且油耗方面混聯(lián)車也優(yōu)于串聯(lián)車。同時(shí),串聯(lián)車發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率必須相當(dāng),才能保證整車的動(dòng)力性;混聯(lián)車可以避免這種情況,可選用更小的發(fā)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電機(jī),但是在機(jī)械與功率控制實(shí)現(xiàn)方面要復(fù)雜得多,實(shí)現(xiàn)多個(gè)能源的最優(yōu)匹配難度更大。4. 總結(jié)(1)混合動(dòng)力汽車(HEV)采用發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)、電池作為混合動(dòng)力總成,既繼承了電動(dòng)車輛作為“綠色汽車”的節(jié)約能源和超低排放的優(yōu)點(diǎn),又彌補(bǔ)了電動(dòng)車輛續(xù)駛里程的不足。通過(guò)優(yōu)化控制系統(tǒng),可使發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)和電池保持在最佳經(jīng)濟(jì)區(qū)運(yùn)行,并實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)能量回收,提高了整車的能量利用率,同時(shí)大幅度減少排放污染。因此,在電動(dòng)汽車技術(shù)取得重大突破之前,混合動(dòng)力汽車作為未來(lái)的發(fā)展方向?qū)⒊蔀楦鲊?guó)環(huán)保節(jié)能城市客車的主要選擇。(2)串聯(lián)式多應(yīng)用于大型客車;并聯(lián)式僅限于小型汽車,更適合在高速公路上行駛;混聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系