【文章內(nèi)容簡介】 目標(biāo)尋求發(fā)動機(jī)電機(jī)最佳能量組合來決定發(fā)動機(jī)的最優(yōu)工作點(diǎn)。根據(jù)對并聯(lián)混合動力汽車動力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能的折中，建立實(shí)時控制的目標(biāo)函數(shù)。Min( f )=+++ ++式中：wi對應(yīng)量的權(quán)系數(shù)，i=1～6，通過調(diào)整權(quán)重來改變各參數(shù)的影響程度。由優(yōu)化理論可知，瞬時最小值之和并不等于和的最小值，因此瞬時優(yōu)化模式并不能導(dǎo)致全局最優(yōu)的控制策略。全局優(yōu)化模式才能實(shí)現(xiàn)真正意義上的最優(yōu)化。 全局優(yōu)化控制策略全局最優(yōu)能量管理策略是應(yīng)用最優(yōu)化方法和最優(yōu)控制理論開發(fā)出來的混合動力系統(tǒng)能量分配策略，目前主要有基于多目標(biāo)數(shù)學(xué)規(guī)劃方法的能量管理策略，基于古典變分法的能量管理策略和基于Bellman動態(tài)規(guī)劃理論的能量管理策略三種。研究最為成熟的是基于Bellman動態(tài)規(guī)劃理論的能量管理策略，該方法首先建立空間狀態(tài)方程，然后計算在約束條件下滿足性能指標(biāo)的最優(yōu)解。對于一般的控制對象，該方法通常按照時間順序把一個過程分為若干段，把一個復(fù)雜的決策問題（包括連續(xù)變量和離散變量的取值序列）轉(zhuǎn)化為一系列單段（某一時間段內(nèi)）決策問題，然后從最后一段狀態(tài)開始逆向遞推到初始段狀態(tài)為止，最后就可以求解出完整的最優(yōu)策略（即輸入控制量的最優(yōu)值序列）。當(dāng)這個原理應(yīng)用于混合動力汽車時，可假設(shè)系統(tǒng)發(fā)展用狀態(tài)方程來描述，狀態(tài)變量是SOC，每一節(jié)點(diǎn)代表每一時刻（橫軸）對應(yīng)的SOC值（縱軸），如圖5所示。假設(shè)初始（t=0）SOC 是A，而終止SOC是E，連線上的數(shù)字代表了從一點(diǎn)到另一點(diǎn)的燃油消耗量。應(yīng)用此原理可以得出最優(yōu)的途徑（從A到E）是：A → B′→ C″→ D → E。圖 5 貝爾曼（Bellman）動態(tài)規(guī)劃全局優(yōu)化原理在實(shí)際混合動力系統(tǒng)的仿真優(yōu)化中，Bellman過程這樣來實(shí)現(xiàn)：首先通過離散SOC來建立Bellman過程的節(jié)點(diǎn)，SOC離散精度可以選擇為1%，時間步長可以確定為1s。然后計算各SOC節(jié)點(diǎn)之間連線的權(quán)重，這個權(quán)重對應(yīng)于實(shí)現(xiàn)SOC變化而需要的發(fā)動機(jī)油耗。只要那些從初始SOC節(jié)點(diǎn)可以到達(dá)或可以由此出發(fā)達(dá)到終點(diǎn)SOC的節(jié)點(diǎn)都要被考慮。在循環(huán)工況中計算各連線權(quán)重，保留最優(yōu)解，實(shí)現(xiàn)電機(jī)和發(fā)動機(jī)的功率要求和傳動比的全局最優(yōu)化。仿真結(jié)果顯示，在某種工況循環(huán)下，通常全局優(yōu)化比瞬時優(yōu)化降低油耗5%～20%。全局優(yōu)化模式實(shí)現(xiàn)了真正意義上的最優(yōu)化，但實(shí)現(xiàn)這種策略的算法往往都比較復(fù)雜，計算量也很大，在車輛的實(shí)時控制中很難得到應(yīng)用。通常的作法是把應(yīng)用全局優(yōu)化算法得到的能量管理策略作為參考，以幫助總結(jié)和提煉出能用于在線控制的能量管理策略，如與邏輯門限策略等相結(jié)合，在保證可靠性和實(shí)際可能性的前提下進(jìn)行優(yōu)化控制。 模糊邏輯控制策略該策略基于模糊控制方法來決策混合動力系統(tǒng)的工作模式和功率分配，將“專家”的知識以規(guī)則的形式輸入模糊控制器中，模糊控制器將車速、電池SOC和需求功率/轉(zhuǎn)矩等輸入量模糊化，基于設(shè)定的控制規(guī)則來完成決策，以實(shí)現(xiàn)對混合動力系統(tǒng)的合理控制，從而提高車輛整體性能。模糊邏輯控制策略目標(biāo)與瞬時優(yōu)化控制策略類似，但與瞬時控制策略相比，模糊邏輯控制策略具有魯棒性好的優(yōu)點(diǎn)。模糊邏輯控制策略用于電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的控制原理，如圖6所示。在控制過程中，微機(jī)經(jīng)中斷采樣獲取電動汽車行駛工況值，然后將其量與給定值比較得到誤差信號E（在此取單位反饋），再取E作為模糊控制器的一個輸入量，把E的精確量轉(zhuǎn)化為模糊量，E 量可用相應(yīng)的模糊語言表示。至此，就得到了E的模糊語言集合的一個子集e（模糊向量），再由e和模糊控制規(guī)則R根據(jù)推理的合成規(guī)則進(jìn)行模糊決策得到模糊控制量u: μ=e0R圖 6 模糊邏輯控制原理圖為了對被控制的量施加精確的控制，還需要將模糊量μ轉(zhuǎn)換為精確量。得到了精確的數(shù)字控制量后，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換變?yōu)榫_的模擬量送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，即電動機(jī)控制器，對驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行第一步控制，然后等待第二次采樣，進(jìn)行第二步控制，這樣循環(huán)下去，就實(shí)現(xiàn)了對被控制對象的模糊控制，完成驅(qū)動控制的要求?；谀：壿嫷牟呗钥梢员磉_(dá)難以精確定量表達(dá)的規(guī)則，方便地實(shí)現(xiàn)不同影響因素（功率需求、SOC和電機(jī)效率等）的折中，魯棒性好。模糊邏輯控制增加了模糊決策因素和邏輯思維，是比較符合人的思維邏輯的控制算法之一，在混合動力汽車能量管理策略中應(yīng)用是比較合適的。四、混合動力汽車的發(fā)展前景研究自1995年起，世界各大汽車生產(chǎn)商已將研究的重點(diǎn)轉(zhuǎn)向了混合動力汽車的研究開發(fā)。日本豐田汽車公司開發(fā)了混合動力轎車。美國三大汽車公司均開發(fā)了包括轎車、面包車、貨車在內(nèi)的混合動力汽車。目前，混合動力汽車技術(shù)及市場均被看好。日本國內(nèi)擁有的混合動力電動汽車已超過7萬輛，預(yù)計在2010年將達(dá)到210萬輛。美國通用公司將在5年內(nèi)銷售100萬輛混合動力汽車。目前日本豐田汽車公司是走在混合動力汽車研發(fā)前沿的汽車公司，其后又在2001年相繼推出了混合動力面包車和皇冠轎車。到2002年底，豐田汽車公司生產(chǎn)的混合動力汽車在日本國內(nèi)和海外的累計銷量均突破了10萬輛，現(xiàn)在已經(jīng)在全世界20多個國家上市銷售。豐田混合動力系統(tǒng)（THS）電子控制裝置的特點(diǎn)是：分別利用電能、汽油或兩者組合同時工作。根據(jù)車速和負(fù)荷情況，THS可以控制每種能源所提供的功率比例，以保證汽車按最有效的模式運(yùn)行。在車輛的行駛過程中，乘客對THS的轉(zhuǎn)換是感覺不到的。THS系統(tǒng)的關(guān)鍵部分是功率分流裝置。該裝置利用一套行星齒輪組將發(fā)動機(jī)功率直接傳遞到車的前輪和發(fā)電機(jī)上。電控式變速器將汽油機(jī)、發(fā)動機(jī)和電動機(jī)的功率輸出加以混合，從而達(dá)到汽車加速和減速的需要。2002年，豐田混合動力面包車投產(chǎn)，其混合動力系統(tǒng)采用了世界首次批量生產(chǎn)的電動四輪驅(qū)動力/制動力綜合控制系統(tǒng)，它給混合動力汽車的行駛性能帶來了革命性的改進(jìn)。所有這些都表明豐田公司在普及混合動力系統(tǒng)的低燃耗、低排放和改進(jìn)行駛性能方面已經(jīng)走在了世界同行前列。豐田汽車公司計劃在2012年在其全部汽車產(chǎn)品上采用汽油電力混合動力發(fā)動機(jī)，以提高燃油經(jīng)濟(jì)性和降低排放污染。據(jù)統(tǒng)計，美國市場上售出混合動力汽車接近7萬輛，2002年美國的混合動力汽車市場規(guī)模達(dá)到35000輛。美國已有近20個城市在試用混合動力公共汽車。歐洲各大汽車廠商也紛紛推出了混合動力汽車。法國BE集團(tuán)先后推出了貝靈格型和薩拉型混合動力汽車。排放量較同類普通汽車降低35%，一次行程可高達(dá)1000km。國內(nèi)90年代末期開始了混合動力汽車的研發(fā)工作。1999年，清華大學(xué)與廈門金龍聯(lián)合汽車工業(yè)有限公司合作研制成功國內(nèi)第一輛混合動力輕型客車。2001年底，國家863電動汽車科技公關(guān)項目正式啟動，第一批項目中主要是混合動力車，目前正在進(jìn)行當(dāng)中。一汽和東風(fēng)汽車集團(tuán)聯(lián)合在所在地的高校和研究所，在各自客車底盤上，研發(fā)混合驅(qū)動公共汽車和大型客車。此外，東風(fēng)電動汽車公司還承擔(dān)了混合動力轎車的研究開發(fā)。十五目標(biāo)是攻克關(guān)鍵技術(shù)、推出新產(chǎn)品，主要研究內(nèi)容包括：發(fā)動機(jī)、電動機(jī)、蓄電池等各種單元技術(shù)；各系統(tǒng)的電子控制技術(shù)和整車的動力系統(tǒng)優(yōu)化與控制技術(shù)，應(yīng)節(jié)省燃料50%，排放下降80%；制動能量回收技術(shù)，應(yīng)能回收30%制動能量。目前東風(fēng)電動車輛股份有限公司開發(fā)出的混合動力汽車。其中，EQ7200 HEV型混合動力轎車以風(fēng)神藍(lán)鳥轎車為平臺，以滿足未來城市公務(wù)、出租用車需求為目標(biāo)，最大限度利用東風(fēng)公司現(xiàn)有產(chǎn)品平臺及社會資源開發(fā)而成，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品系列化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計。主要技術(shù)參數(shù)：最高車速160km/h，鋰離子電池。EQ6110V型混合動力城市公交車采用混聯(lián) 方案，專為2008年北京奧運(yùn)會公交用車而開發(fā)。主要性能參數(shù)：采用東風(fēng)康明斯6BTA型柴油機(jī)（最大轉(zhuǎn)矩488Nm，額定轉(zhuǎn)速2200r/min）；中科院電工所研制的交流發(fā)電機(jī)，純電池電動運(yùn)行最高車速72km/h。天津清源電動車輛有限公司開發(fā)出混合動力中型客車。其主要技術(shù)特點(diǎn)：使用燃油和電力雙能源，同時兼顧了傳統(tǒng)汽車的方便性和電動汽車的環(huán)保性能；排放達(dá)到歐Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)，燃油經(jīng)濟(jì)性提高15%以上，適于城市和城際之間的公共交通。深圳明華環(huán)保汽車有限公司開發(fā)出混合動力電動輕型客車。其技術(shù)特點(diǎn)：采用并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)，內(nèi)燃機(jī)采用達(dá)到歐Ⅱ排放標(biāo)準(zhǔn)的柴油機(jī)，電動機(jī)采用國際先進(jìn)的異步交流電機(jī)，具有變頻調(diào)速的矢量控制系統(tǒng)；自身反充功能：內(nèi)燃機(jī)做動力源驅(qū)動車輛行駛中可同時通過電動機(jī)/發(fā)動機(jī)功能互換將發(fā)動機(jī)用作發(fā)電機(jī)為車載蓄電池組充電以補(bǔ)充能量，提高電驅(qū)動續(xù)駛里程。第一汽車集團(tuán)公司、美國電動車（亞洲）公司、汕頭國家電動汽車試驗(yàn)示范區(qū)三方共同合作推出一款混合動力轎車——CA7180AE。該款串聯(lián)式的混合動力轎車屬中高檔，13kW油機(jī)，15kW流電機(jī)，144V（105Ah）鉛酸電池，42前驅(qū)動形式，最高車速可達(dá)135km/h。目前從全球范圍來看，混合動力汽車已處于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的前夕，國際、國內(nèi)的汽車企業(yè)在競相研發(fā)混合動力汽車。但要真正實(shí)現(xiàn)自主混合動力車型的普及，還有諸多障礙需要克服，包括技術(shù)上的一些關(guān)鍵難題和成本增加太多、零部件配套資源體系不成熟等。面對交通能源與環(huán)境問題的巨大挑戰(zhàn)，以能源多元化、排放潔凈化、燃料節(jié)約化為主要特征的節(jié)能與新能源汽車迅速發(fā)展，相互競爭，并引發(fā)了汽車動力的電控化和電氣化兩大技術(shù)變革，促進(jìn)了汽車能源及動力的快速轉(zhuǎn)型?；旌蟿恿ζ嚳稍诓桓淖兗扔械钠嚠a(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源(石油燃料)體系以及用戶對車輛使用習(xí)慣的前提下，最大限度地發(fā)揮內(nèi)燃機(jī)和純電動汽車的雙重優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到節(jié)能和環(huán)保的目的。因而被業(yè)界認(rèn)為是目前最現(xiàn)實(shí)可行且長遠(yuǎn)有效的節(jié)能環(huán)保方案?；旌蟿恿ζ嚾诤狭思冸妱悠嚭腿加推噧?yōu)點(diǎn)，較好地滿足了汽車低排放、低油耗、高性價比的綜合要求，并較好地解決了汽車節(jié)能與環(huán)保問題，因而逐漸成為世界各大汽車生產(chǎn)企業(yè)開發(fā)的熱點(diǎn)，其市場前景也越來越被看好。目前，豐田公司是混合動力汽車領(lǐng)域的佼佼者。1997年12月，日本豐田汽車公司首先在日本市場上推出了世界上第一款批量生產(chǎn)的混合動力汽車“普銳斯（PRIUS）”，該轎車于2000年7月開始出口北美，同年9月開始出口歐洲。普銳斯在達(dá)成高水平的燃油經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性能的前提下，實(shí)現(xiàn)了出色的動力性和舒適性。“PRIUS”的正式量產(chǎn)上市標(biāo)志以混合動力汽車為代表的新一輪汽車研發(fā)競爭的開始。為保持領(lǐng)先地位，豐田公司加大了對混合動力車的投入。2005年，豐田投資1000萬美元在美國肯塔基州工廠改造設(shè)備和訓(xùn)練員工，以生產(chǎn)混合動力車。2006年10月，肯塔基州工廠生產(chǎn)的第一輛佳美（Camry）混合動力家庭轎車下線。日本本田公司推出了“Insight”、“CIVIC”等混合動力汽車，福特公司緊隨其后，推出了“ESCAPE”混合動力汽車，戴克、通用、雪鐵龍、日產(chǎn)等公司也紛紛加快了混合動力技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)。普銳斯1997年在日本上市后一直反應(yīng)平平，2002年的銷售量不到40000輛。2003年下半年第二代普銳斯上市，由于技術(shù)得到很大的改進(jìn)，銷量迅速增長到12萬輛。隨著油價的持續(xù)上漲，更多的消費(fèi)者開始購買節(jié)油和環(huán)保的混合動力汽車，這使得美國和日本混合動力汽車市場率先經(jīng)歷了“井噴式”增長。2005年，混合動力汽車的全球銷量增長到45萬輛，是2003年的近4倍。2000年以來，美國混合動力車市場實(shí)現(xiàn)了大幅增長。在美國市場，2004年混合動力汽車的銷售量僅為5萬輛，%。從1997年到2006年，豐田已在全球銷售75萬輛普銳斯、雷克薩斯等品牌的混合動力車，占有混合動力汽車市場近70%的份額。2006年，豐田汽車公司在美國市場上推出了4款從現(xiàn)有車型改造成的混合動力汽車，這些混合動力汽車的外形、操控以及車內(nèi)的設(shè)備和普通車完全一樣。豐田的目標(biāo)是最終將推出旗下幾乎所有車型的混合動力版，并在2012年把混合動力汽車的產(chǎn)量提高到100萬輛。豐田公司預(yù)測，在未來的10年內(nèi)，其在美國的全部轎車銷量中，混合動力車型將占有25%的市場份額。環(huán)境污染問題全世界都很關(guān)注，如何保持良好的生態(tài)環(huán)境，維護(hù)人類自身和子孫后代的健康，是全人類共同的責(zé)任。推出更加節(jié)能減排的汽車產(chǎn)品是所有汽車生產(chǎn)廠商的愿望。目前世界范圍內(nèi)，豐田、本田、別克等公司均有成熟的混合動力車型，在我國市場上的混合動力車型相對較少，主要為車田的普瑞斯、本田思域Hybrid、別克君越ECOHybrid、雷克薩斯LS