【正文】 于工作運(yùn)行狀態(tài)，雖然避免了發(fā)動機(jī)開關(guān)控制引起的發(fā)動機(jī)效率下降問題，但無法消除發(fā)動機(jī)在低負(fù)荷時的排放問題。而汽車的一般行駛工況則由一個小排量的發(fā)動機(jī)單獨(dú)驅(qū)動，并在蓄電池組SOC 下降到一定程度時為其充電，這進(jìn)一步提高了發(fā)動機(jī)的負(fù)荷率。(4) 以成本和燃油經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)的控制策略[13,14]采用這種控制策略的混合動力汽車裝備了小功率電機(jī)和小容量的蓄電池組，使蓄電池組的成本和質(zhì)量減少到最小程度。這種控制策略的實(shí)質(zhì)就是將發(fā)動機(jī)和電機(jī)控制在最佳效率區(qū)工作，從而達(dá)到最佳的燃油經(jīng)濟(jì)性。該優(yōu)化方法只能用于特定的駕駛循環(huán)，不能用于汽車的實(shí)時控制。為了使發(fā)動機(jī)工作在最佳效率區(qū)，在混合動力汽車上裝備CVT 成為目前的一種發(fā)展趨勢。(3) 采用優(yōu)化技術(shù)的控制策略[15]法國學(xué)者Sebastien Dzlpart和Gino Paganelli等人研究了帶機(jī)械有級式變速器的并聯(lián)型混合動力汽車在混合動力工況時的能量分配優(yōu)化問題，建立了電機(jī)轉(zhuǎn)矩和變速器檔位為優(yōu)化變量、以給定循環(huán)工況下發(fā)動機(jī)油耗最小為目標(biāo)的有約束優(yōu)化計算模型。這種工況一般出現(xiàn)在車輪平均功率很高的時候(如急加速或以較高車速爬坡) ，其控制策略有以下幾種模式： 1) 當(dāng)加速踏板踩下時，發(fā)動機(jī)和電動機(jī)的功率按照一定比例同時增加，以滿足駕駛員的高功率需求； 2) 電動機(jī)功率一直增加到其最大值，然后啟動發(fā)動機(jī)以提供補(bǔ)充動力； 3) 發(fā)動機(jī)被控制在有較高功率的低油耗區(qū)穩(wěn)定運(yùn)行，而由電動機(jī)來提供所需的補(bǔ)充功率。一旦車輪平均功率超過發(fā)動機(jī)所能提供的功率時，電動機(jī)啟動，輔助發(fā)動機(jī)提供額外的功率。(2) 以功率為主要參數(shù)的控制策略當(dāng)車輪平均功率低于某設(shè)定值時，汽車由電動機(jī)單獨(dú)驅(qū)動；當(dāng)車輪平均功率高于該設(shè)定值時，此時有利于發(fā)動機(jī)有效工作，因而發(fā)動機(jī)被啟動，電動機(jī)則停止運(yùn)行。這種控制策略有利于減少汽車的排放，但電機(jī)及蓄電池組的功率較大，增加了整車自重和成本。此時，發(fā)動機(jī)保持在一個恒定的節(jié)氣門開度運(yùn)行，而由電機(jī)提供車輪所需的動態(tài)功率。對于荷電消耗型混合動力汽車，設(shè)定車速愈低，汽車一次充電的續(xù)駛里程愈長。當(dāng)車速較高有助于發(fā)動機(jī)有效工作時，發(fā)動機(jī)的啟動可避免純電動高速行駛時電池的快速放電損失。當(dāng)汽車車速低于所設(shè)定的車速時，由電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動車輪，當(dāng)車速高于所設(shè)定的車速時，電機(jī)停止驅(qū)動，而由發(fā)動機(jī)驅(qū)動車輪；當(dāng)車輪負(fù)荷比較大時(如汽車急加速、爬陡坡或以較高車速爬坡時) ，則由發(fā)動機(jī)和電動機(jī)聯(lián)合驅(qū)動車輪。一般的控制策略通常是根據(jù)電池的SOC、駕駛員的加速踏板位置、車速和驅(qū)動輪的平均功率等參數(shù)，按照一定的規(guī)則使發(fā)動機(jī)和電動機(jī)輸出相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩(或功率) ，以滿足驅(qū)動輪驅(qū)動力矩的要求[9]。例如，當(dāng)汽車加速時，為了滿足車輪驅(qū)動功率要求，降低對蓄電池的峰值功率要求，延長其工作壽命，可采用動機(jī)跟蹤模式；而當(dāng)汽車車輪功率要求低時，為了避免發(fā)動機(jī)低效率工況的發(fā)生，可以采用恒溫器模式，以提高整車系統(tǒng)的效率[11,12]。解決的辦法是采用自動無級變速器CVT(Continuously Variable Transmission) ，通過調(diào)節(jié)CVT 速比，控制發(fā)動機(jī)沿最小油耗曲線運(yùn)行，這樣同時減少了HC 和CO的排放量。采用這種控制策略，蓄電池工作循環(huán)將消失，與充放電有關(guān)的蓄電池組損失被減少到最低程度。這種模式對發(fā)動機(jī)比較有利而對蓄電池不利。而當(dāng)蓄電池組SOC 上升到所設(shè)定的高門限值時，發(fā)動機(jī)關(guān)閉，由電機(jī)驅(qū)動車輪。以下介紹串聯(lián)型混合動力汽車的兩種基本的控制模式[2]。 串聯(lián)型混合動力汽車的控制策略由于串聯(lián)型混合動力汽車的發(fā)動機(jī)與汽車行駛工況沒有直接聯(lián)系，因此控制策略的主要目標(biāo)是使發(fā)動機(jī)在最佳效率區(qū)和排放區(qū)工作。而運(yùn)行工況的不確定性和駕駛風(fēng)格的多樣化均增加了整車控制策略設(shè)計的難度。與傳統(tǒng)車輛不同，混合動力汽車主要由發(fā)動機(jī)、電機(jī)、功率轉(zhuǎn)換器、蓄電池、離合器、變速器等部件組成，因此，它是一個集成電氣、機(jī)械、化學(xué)和熱力學(xué)等為一體的非線性動態(tài)系統(tǒng)。它能根據(jù)不同的行駛工況，實(shí)現(xiàn)單能源或多能源聯(lián)合驅(qū)動方式，達(dá)到減少油耗和排放的最終目的?！』旌蟿恿ζ嚳刂撇呗钥刂撇呗允腔旌蟿恿ζ囘\(yùn)行的核心。在混合動力汽車的結(jié)構(gòu)及各部件確定后，如何優(yōu)化控制策略是實(shí)現(xiàn)混合動力汽車低油耗、低排放目標(biāo)的關(guān)鍵所在。在設(shè)計混合動力汽車控制策略時，采用不同的控制策略的目的是為了在車輛限定條件下達(dá)到不同的最優(yōu)的設(shè)計目標(biāo)，其主要目標(biāo)有以下四個：最佳燃油經(jīng)濟(jì)性、最低的排放、最低的系統(tǒng)成本或最佳的驅(qū)動性能。因而，電池管理系統(tǒng)研究是混合動力汽車的重要研究內(nèi)容之一[6]。由于SOC是整車動力分配的依據(jù)，因此對電池的有效管理及精確的SOC估計將為混合動力汽車的動力分配及能量管理奠定必要的基礎(chǔ)。另外，電池技術(shù)的研究還包括以下幾個方面：一是電池設(shè)計和制造方面的改進(jìn)，以降低電池的使用成本、改善電池的性能和提高使用壽命，并進(jìn)行電池充放電動態(tài)特性的研究；二是研究電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)的連接、檢測及評價。由于電池的作用是儲存、輸出盡可能多的電能，以提高汽車的續(xù)駛里程，因此對混合動力汽車用電池不僅有高的能量密度，而且有高的功率密度。這類車沒有或者只有少量純電動工況，但整車成本和質(zhì)量都大為降低，并且燃油經(jīng)濟(jì)性也能達(dá)到較好的程度，排放也有比較大的改善[4,5]。由于在仿真建模狀況主要采用本田insight現(xiàn)有模型，而本田insight主要以成本和燃油經(jīng)濟(jì)性為主要目標(biāo)的控制策略，采用了弱混合的混合度。 混合動力汽車混合度根據(jù)發(fā)動機(jī)和電池輸出的功率比值，混合動力系統(tǒng)又可分成弱混合、強(qiáng)混合和中度混合。由于并聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較混聯(lián)式簡單與并且比串聯(lián)式系統(tǒng)能量使用率高，使得該系統(tǒng)最適合于汽車在城市間公路和高速公路上穩(wěn)定行駛的工況。與并聯(lián)式相比，混聯(lián)式的動力復(fù)合形式更復(fù)雜，因此對動力復(fù)合裝置的要求更高。車輛運(yùn)行時，前一種主要是發(fā)動機(jī)起作用，而后一種主要是電動機(jī)起作用。混聯(lián)混合動力電動汽車兼有串聯(lián)式和并聯(lián)式混合動力電動汽車的特點(diǎn)，因而有很多種可能的控制方式。混聯(lián)混合動力電動汽車在結(jié)構(gòu)上綜合了串聯(lián)式和并聯(lián)式的特點(diǎn)，與串聯(lián)式相比，它增加了機(jī)械動力的傳遞路線，與并聯(lián)式相比，它增加了電能的傳輸路線。并聯(lián)式結(jié)構(gòu)中，發(fā)動機(jī)和電機(jī)是相互獨(dú)立的，低速功率小時運(yùn)行時可以關(guān)閉發(fā)動機(jī)，利用電動機(jī)進(jìn)行驅(qū)動；在中高速平穩(wěn)運(yùn)行工況，可以只利用發(fā)動機(jī)進(jìn)行驅(qū)動；高速運(yùn)行或加速時，可以利用動力復(fù)合裝置對發(fā)動機(jī)和電機(jī)的輸出動力進(jìn)行疊加。(8) 發(fā)動機(jī)和電機(jī)并聯(lián)驅(qū)動，還需要復(fù)合裝置。(6) 由于并聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)的運(yùn)行狀況受汽車的行駛工況的影響，因此在汽車行駛工況變化較多、較大時，發(fā)動機(jī)就會比較多地在不良工況下運(yùn)行，因此發(fā)動機(jī)的排放污染比串聯(lián)式的高。(4) 由于有發(fā)動機(jī)補(bǔ)充電能，比較小的電池容量既可滿足使用要求。(2) 由電動機(jī)進(jìn)行調(diào)峰時，發(fā)動機(jī)的功率可適當(dāng)減小。并聯(lián)式混合動力汽車的發(fā)動機(jī)功率也是以汽車以某一速度穩(wěn)定行駛時所需的功率選定的，當(dāng)汽車在低速或改變工況行駛時，須通過加速踏板和變速器來調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)的功率輸出；而在高速行駛時，發(fā)動機(jī)的輸出功率低于汽車行駛時所需的功率時，由控制器控制電動機(jī)協(xié)助助力驅(qū)動。當(dāng)發(fā)動機(jī)提供的功率大于驅(qū)動電動車所需的功率或者再生制動時，電動機(jī)工作在發(fā)電機(jī)狀態(tài)，將多余的能量充入蓄電池。 圖22 并聯(lián)結(jié)構(gòu)并聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖22所示，并聯(lián)混合動力電動汽車采用發(fā)動機(jī)和電動機(jī)兩套獨(dú)立的驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動車輪，兩者都可通過各自的驅(qū)動軸驅(qū)動車輪，可以采用發(fā)動機(jī)單獨(dú)驅(qū)動、電動機(jī)單獨(dú)驅(qū)動或者發(fā)動機(jī)和電動機(jī)混合驅(qū)動三種工作模式驅(qū)動。發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，電動機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，滇池的充電和放電都有能量損失，因此發(fā)動機(jī)的能量利用率較低。發(fā)動機(jī)的輸出要全部轉(zhuǎn)化為電能再變?yōu)轵?qū)動汽車的機(jī)械能，需要功率足夠大的發(fā)電機(jī)和電動機(jī)。(3) 發(fā)動機(jī)與驅(qū)動橋之間沒有機(jī)械連接，因此對發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速無任何要求，發(fā)動機(jī)的選擇范圍較大，如可選擇高速燃?xì)廨啓C(jī)等效率高的原動機(jī)。(2)由于有電池功率進(jìn)行驅(qū)動功率的調(diào)峰，發(fā)動機(jī)的功率只須滿足汽車在某一穩(wěn)定工況行駛所需的功率。(1)發(fā)動機(jī)的工作狀況不受汽車行駛工況的影響，始終在最佳的工作區(qū)內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。和燃油車比較，它是一種發(fā)動機(jī)輔助型的電動車，主要是為了增加車輛的行駛里程。2 混合動力系統(tǒng)分類與選擇 混合動力汽車的類型及特點(diǎn)[1,2,3]圖21 串聯(lián)結(jié)構(gòu)串聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖21所示，串聯(lián)混合動力電動汽車是混合動力電動汽車中最簡單的一種，發(fā)動機(jī)輸出的機(jī)械能首先通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能，轉(zhuǎn)化后的電能一部分用來給蓄電池充電，另一部分經(jīng)由電動機(jī)和傳動裝置驅(qū)動車輪。 本文主要研究內(nèi)容本文主要簡述混合動力汽車主要結(jié)構(gòu)和現(xiàn)今主流控制策略，通過仿真軟件ADVISOR進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，主要做了兩個仿真實(shí)驗(yàn)對比：一個實(shí)驗(yàn)是Prius混合動力汽車和Conventional普通汽車仿真對比，在城市路況和郊區(qū)路況下通過燃油經(jīng)濟(jì)性、動力性和排放性對比進(jìn)行評價。目前國外一些學(xué)者正致力于通過汽車模型的簡化，算法的改進(jìn)以及新的控制方法的引入從而實(shí)現(xiàn)在線全局優(yōu)化仿真的實(shí)現(xiàn)。在仿真計算中，為縮短在線計算時間作者提出一步式MPC算法，實(shí)驗(yàn)表明該策略更適合于固定路線的城市公共汽車。當(dāng)預(yù)測視距超過后控制算法的運(yùn)算效率變得低下。如果不能充分發(fā)揮混合動力系統(tǒng)的低排放和助力功能，其燃油經(jīng)濟(jì)性，排放和動力性的發(fā)揮會受到極大限制。具體方法主要有瞬時優(yōu)化控制策略，基于啟發(fā)式探索算法，基于循環(huán)工況的全局優(yōu)化控制策略。但由于汽車實(shí)際運(yùn)行工況千變?nèi)f化，與計算所用的循環(huán)工況有相當(dāng)大的差異，因此這種控制策略并不能達(dá)到汽車實(shí)際運(yùn)行油耗大量減少的效果；另一類是基于發(fā)動機(jī)效率圖、排放圖，電動機(jī)/發(fā)電機(jī)效率圖的控制策略，以汽車在任意時刻的油耗或功率損耗最小為優(yōu)化目標(biāo)的控制策略，能實(shí)現(xiàn)汽車在給定的放電或充電工況下，發(fā)動機(jī)和電動機(jī)/發(fā)電機(jī)的最佳轉(zhuǎn)矩分配。混合動力汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性和排放主要取決于整車的轉(zhuǎn)矩分配控制策略。它在傳統(tǒng)的3種模式基礎(chǔ)上，添加制動能量回收、怠速停止等模式。隨后，研究人員提出了內(nèi)燃機(jī)最優(yōu)工作學(xué)碩士學(xué)位論文緒論區(qū)間方法，根據(jù)電機(jī)性能劃分內(nèi)燃機(jī)萬有特性圖，構(gòu)成三種內(nèi)燃機(jī)和電機(jī)配合工作的模式：純電動、電機(jī)助力和純內(nèi)燃機(jī)模式。在滿足汽車的動力性和其它基本技術(shù)性能等要求的前提下，針對各部件的特性及汽車的運(yùn)行工況，控制策略要實(shí)現(xiàn)能量在發(fā)動機(jī)、電機(jī)之間的合理而有效分配，使整車系統(tǒng)效率達(dá)到最高，獲得整車最大的燃油經(jīng)濟(jì)性，最低排放以及平穩(wěn)的駕駛性能[7]。當(dāng)混合動力汽車的結(jié)構(gòu)和各個零件確定下來后，整車的性能由其控制策略所決定。在驅(qū)動汽車的過程中，驅(qū)動能控制系統(tǒng)以各部件的自身特點(diǎn)為基礎(chǔ)，通過協(xié)調(diào)管理，可以讓整個動力系統(tǒng)都工作在最佳狀態(tài)下；另外，在混合動力電動汽車制動的過程中，通過對傳統(tǒng)液/氣壓制動系統(tǒng)、再生制動制動系統(tǒng)以及其他傳動系統(tǒng)的合理控制，可以最大限度地回收汽車動能，提高整車能效。能量控制系統(tǒng)都是整車的神經(jīng)中樞，混合動力電動汽車的能量控制可以分為兩層，驅(qū)動能控制系統(tǒng)和再生制動能控制系統(tǒng)屬于上層，而各部件自身的控制系統(tǒng)屬于下層。其中硬件部分主要包括發(fā)動機(jī)、電機(jī)、蓄電池以及變速箱等部件；為了能實(shí)現(xiàn)混合動力電動汽車經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的設(shè)計要求，在運(yùn)行過程中，對這些部件的工作狀態(tài)進(jìn)行合理的能量控制是非常重要的，而這些能量控制就是混合動力電動汽車核心技術(shù)的軟件部分?？傊?，無論從國外還是國內(nèi)來看，研發(fā)和生產(chǎn)混合動力汽車都已經(jīng)成為政府、汽車企業(yè)和各大研究機(jī)構(gòu)的重點(diǎn)，具有十分重要的意義[1]?？萍疾吭趪?63計劃中特別設(shè)立電動汽車重大專項，從國家汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的高度出發(fā)，選擇新一代電動汽車作為我國汽車科技創(chuàng)新的主攻方向，組織企業(yè)、高等院校和科研機(jī)構(gòu)，集中各方面的力量聯(lián)合攻關(guān)，決心在電動汽車關(guān)鍵技術(shù)取得重大突破。我國在八五和九五期間都有計劃地開展了電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和整車研制，在此基