并聯式混合動力汽車驅動系統及控制策略研究

摘 要：混合動力汽車綜合了技術、經濟和環保等方面的因素，是現在及未來汽車行業發展的一個重要方向。并聯式混合動力汽車裝置裝有發動機和電動機兩套系統，可以通過不同的驅動模式為汽車提供動力扭矩。文章對并聯式混合動力汽車進行了結構和技術分析，對不同的動力組合模式做出了闡述。為使系統的能量能夠合理分配和工作，對汽車的控制策略進行了分類探討，并對比其優缺點，以此進行更深入的研究。

關鍵詞：混合動力汽車 并聯式 驅動 控制策略

中圖分類號：TK44 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（a）-0083-01

混合動力汽車能夠實現能量驅動之間的合理搭配，并有其油耗低、污染小等優點，已成為了各國汽車行業發展的一個新型模式。按照其驅動結構進行分類，混合動力汽車可以分為串聯式、并聯式、混聯式和復合式四大類。本文重點對并聯式混合動力汽車的系統結構和控制策略進行分析研究。

1 并聯式混合動力汽車的驅動結構及模式

1.1 驅動結構

并聯式混合動力汽車的驅動結構主要由發動機和電動機兩套系統組成。這兩套系統以機械能疊加的方式，既可采用發動機或電動機單獨驅動，也可以兩者混合驅動。而不論是發動機還是電動機，其功率均能滿足汽車的所需的驅動功率，能量的利用率較高。這樣，能夠選擇相對較小功率的發動機和電動機，既可實現多樣化的驅動模式，又能使整個驅動系統的結構尺寸和質量變的更小。

并聯式混合動力汽車驅動系統的結構如圖1所示。

1.2 驅動模式

通過上面的結構圖可以看到，兩條驅動線路中，發動機和電動機都是由耦合裝置及變速箱與車輪上的驅動軸直接嚙合。因此，系統可同時采用電動機和發動機作為自己的動力源。在運行過程中，若是其中的某條驅動線路出現了故障，另一條線路仍可繼續工作。采用這種設計模式，既能使汽車以純燃油的狀態運行，也能用電能來完成驅動。

并聯式混合動力汽車驅動系統通常可分為以下四種組合模式：（1）動力源合成式。針對于汽車前輪，系統可以安裝一個小功率的內燃機來提供動力；同時還要為后輪驅動系統配上一個電動機，電動機可以幫助發動機提供更大的驅動力，在汽車啟動、加速行進或坡陡路面時起的作用更為明顯。采用這兩套系統，可以根據需要單獨或結合提供動力。（2）雙軸轉矩合成式。主要驅動力要靠發動機來完成，同時發動機能夠間接地促使電機轉動，實現蓄電池的充電。充電后的電池反過來也能給電動機提供電能，完成別的工作。（3）單軸轉矩合成式。單軸式和雙軸式原理基本相同，只是發動機直接帶動電動機對電池進行充電。（4）轉速合成式。電動機和發動機都是通過離合器和一個“驅動結合器”來完成驅動。在此工作模式下，發動機的傳動機構可以采用普通內燃機，而電動機可以通過“驅動結合器”實現與傳動系統的連接。因此，不論是進行改制還是維修都比較方便可行。

2 并聯式混合動力汽車控制策略的綜合性分析

2.1 設計準則

并聯式混合動力汽車控制策略的設計準則應包括以下幾個方面：（1）不論在何種模式下，都應該使發動機的啟動、關閉次數盡量減少。（2）要盡量達到和保持“兩機”的工作效率。（3）針對不用的運行模式，對電池SOC做出合適穩定的選取。（4）優化車況自身的性能，使功率得到有效的分配，子系統間的能量流動效率得到提高。（5）工作運行動態保持良好，對不同條件下，表現出較高的適應性和自學習能力。

2.2 控制策略的優化分析

系統控制策略一直是混合動力汽車研究的熱門問題。而隨著混合動力汽車的發展，現在的控制策略大都是從轉矩和功率的角度來實現控制。

（1）靜態邏輯門限控制策略。首先要將電池SOC、所需汽車功率、加速信號（也可選其它參數）等作為事先選定的變量，根據之前設定好的章程，對驅動系統的工作模式做出選擇，以此來提高汽車的工作效率和油耗使用率。這種策略的實施過程相對來說簡便易行，應用也較為廣泛。但設定的門限靜態參數都是由經驗所得，并不能反映和適應實際的動態過程，也很難使汽車獲得最大的工作效率。（2）瞬時優化控制策略。目前所提出來的瞬時優化策略不外乎是“等效燃油消耗最少”法或“功率損耗最小”法，二者的工作原理基本一樣。“等效燃油消耗最少”法是針對某個瞬時工況，將電動機所消耗的電量通過一定的公式換算成發動機的燃油量和排放，再加上制動過程產生的回收能量與燃油量和排放組成一個整體模型，針對此模型求算出最小值所在，并將其對應的點作為此瞬時工況的工作點。（3）模糊能量控制策略。此控制策略主要用來確定運行模式及相關的功率。將已有“權威”的規則以固定的形式輸入到模糊控制器中，利用控制器將速度、功率等等輸入量進行模糊處理，依照設定的規則來完成選擇。對于有些難以進行精確定量的理論規則，可使用此策略進行表述，并能夠對各種因素進行折中處理。（4）全局最優能量控制策略。對于整個運行區間，全局最優控制策略主要是依據某種優化理論，建立以經濟、排放為目的，系統運動變量為約束條件的最優化數學模型，并采用一定的算法來做出全局最優設計。目前研究的全局控制策略還不夠成熟，而且存在著計算量大的缺陷，實時工況性能差。

3 結語

并聯式驅動系統只是混合動力汽車的一種驅動方式，且存在著一些缺陷和不足之處。因此，要對汽車的驅動系統進行更優性能的開發。控制策略是提供動力的核心和關鍵所在，目前人們所提出的能量控制策略還不夠完善，實用性并不強。如何開發一種最優化和最實用的控制策略，在充分考慮整車性能和運行工況的前提下，實現最佳的能耗和排放，是目前混合動力汽車需要解決的一個難題。

參考文獻

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