【文章內(nèi)容簡介】 無法保證在整個運行區(qū)間內(nèi)最優(yōu)，而且需要大量的浮點運算和比較精確的車輛模型，計算量大，實現(xiàn)困難。瞬時控制策略應考慮以下四個方面問題：1）汽車整車性能優(yōu)化應考慮發(fā)動機、電機和蓄電池組的瞬態(tài)效率；2）汽車實時最優(yōu)控制應結(jié)合實際運行狀態(tài)，如發(fā)動機等關鍵總成溫度以及制動時能量回收量；3）用戶可自定義燃油經(jīng)濟性和排放目標；4）任意一個給定速度下發(fā)動機的工作點，由控制器根據(jù)控制目標尋求發(fā)動機電機最佳能量組合來決定發(fā)動機的最優(yōu)工作點。根據(jù)對并聯(lián)混合動力汽車動力性、經(jīng)濟性和排放性能的折中，建立實時控制的目標函數(shù)。Min( f )= w1100km油耗目標油耗+ w2HC目標HC排放值+ w3CO目標CO排放值+ w4NOx目標NOx排放值+ w5PM目標PM排放值+w6加速時間目標加速時間式中：wi對應量的權(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)化模式并不能導致全局最優(yōu)的控制策略。全局優(yōu)化模式才能實現(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數(shù)學規(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）。當這個原理應用于混合動力汽車時，可假設系統(tǒng)發(fā)展用狀態(tài)方程來描述，狀態(tài)變量是SOC，每一節(jié)點代表每一時刻（橫軸）對應的SOC值（縱軸），如圖5所示。假設初始（t=0）SOC 是A，而終止SOC是E，連線上的數(shù)字代表了從一點到另一點的燃油消耗量。應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)化原理在實際混合動力系統(tǒng)的仿真優(yōu)化中，Bellman過程這樣來實現(xiàn)：首先通過離散SOC來建立Bellman過程的節(jié)點，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)點之間連線的權(quán)重，這個權(quán)重對應于實現(xiàn)SOC變化而需要的發(fā)動機油耗。只要那些從初始SOC節(jié)點可以到達或可以由此出發(fā)達到終點SOC的節(jié)點都要被考慮。在循環(huán)工況中計算各連線權(quán)重，保留最優(yōu)解，實現(xiàn)電機和發(fā)動機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)化模式實現(xiàn)了真正意義上的最優(yōu)化，但實現(xiàn)這種策略的算法往往都比較復雜，計算量也很大，在車輛的實時控制中很難得到應用。通常的作法是把應用全局優(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，在保證可靠性和實際可能性的前提下進行優(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，基于設定的控制規(guī)則來完成決策，以實現(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。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)行機構(gòu)，即電動機控制器，對驅(qū)動電機進行第一步控制，然后等待第二次采樣，進行第二步控制，這樣循環(huán)下去，就實現(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_難以精確定量表達的規(guī)則，方便地實現(xiàn)不同影響因素（功率需求、SOC和電機效率等）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，預計在2010年將達到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)動機功率直接傳遞到車的前輪和發(fā)電機上。電控式變速器將汽油機、發(fā)動機和電動機的功率輸出加以混合，從而達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。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，以提高燃油經(jīng)濟性和降低排放污染。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，目前正在進行當中。一汽和東風汽車集團聯(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，東風電動汽車公司還承擔了混合動力轎車的研究開發(fā)。十五目標是攻克關鍵技術、推出新產(chǎn)品，主要研究內(nèi)容包括：發(fā)動機、電動機、蓄電池等各種單元技術；各系統(tǒng)的電子控制技術和整車的動力系統(tǒng)優(yōu)化與控制技術，應節(jié)省燃料50%，排放下降80%；制動能量回收技術，應能回收30%制動能量。目前東風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神藍鳥轎車為平臺，以滿足未來城市公務、出租用車需求為目標，最大限度利用東風公司現(xiàn)有產(chǎn)品平臺及社會資源開發(fā)而成，實現(xiàn)產(chǎn)品系列化、通用化、標準化設計。主要技術參數(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年北京奧運會公交用車而開發(fā)。主要性能參數(shù)：采用東風康明斯6BTA型柴油機（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，