汽車底 混合動力電驅(qū)動技術的控制策略

◎馮茹

汽車底 混合動力電驅(qū)動技術的控制策略

◎馮茹

隨著社會的快速發(fā)展，交通事業(yè)也得到了迅猛發(fā)展。但是，在城市和交通事業(yè)快速發(fā)展的同時，生態(tài)問題也日趨嚴重，嚴重影響了人們正常的生活和工作。西方國家針對此問題，做出了相應規(guī)定，并對內(nèi)燃機汽車的生產(chǎn)進行嚴格管控。我國為了保證交通運輸業(yè)和汽車業(yè)的正常發(fā)展，開始研發(fā)混合動力汽車，希望從根源上解決生態(tài)污染問題。從目前的形式來看，純電動汽車和純?nèi)玖掀嚨纳a(chǎn)技術都不夠成熟，無法走入汽車市場，而混合型動力汽車能夠?qū)l(fā)電

機和電動機的優(yōu)點結(jié)合在一起，成為了汽車行業(yè)發(fā)展的重點。

圖一 汽車底盤混合動力電驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構圖

目前，混合型動力汽車的底盤是汽車行業(yè)研發(fā)的重點，工作人員要對汽車底盤進行控制數(shù)值的計算，這樣才能在保證汽車動力的基礎上降低汽車的生產(chǎn)成本。汽車底盤電驅(qū)動技術應用的合理性對汽車的性能有很大影響。因此，工作人員必須對汽車底盤電驅(qū)動技術進行嚴格管控。

汽車底盤混合動力電驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構分析

如今，混合動力汽車底盤是一種潛力巨大的汽車底盤，該底盤包括兩個部分：一部分是發(fā)動機，另一個部分是電動機，屬于雙軸式結(jié)構，發(fā)動機和電動機共同作用在耦合器上，并對耦合器產(chǎn)生一定的力，驅(qū)使汽車前行。在這個過程中，發(fā)電機借助離合器和汽車變速器相連接，而電動機則通過變化器從電池內(nèi)吸取電能。在混合動力驅(qū)動下，汽車最高的車速可以達到165km/h，汽車最大的爬坡度是32.5%，汽車在100km/h內(nèi)的加速時間是12.6s，完全符合國家汽車生產(chǎn)標準。

在混合動力的電驅(qū)動底盤中，電動機和電池以及變電器之間是采用線性連接的方式，而不是機械連接，致使汽車底盤的安裝也較為簡化，拆裝更加方便。混合動力的電驅(qū)動底盤運行模式有以下幾種：一是在發(fā)電機單獨運行模式下，電動機停止工作，發(fā)電機需要為汽車提供前行所需的所有動力。在此運行模式下，可以更好的降低電動機電池的損耗，節(jié)約電能。二是電動機單獨運行的模式。在混合動力汽車驅(qū)動初期，電動機單獨運營，發(fā)電機關閉，這樣可以降低汽車尾氣的排放量，降低汽車燃油成本。三是混合動力電驅(qū)動模式，在該模式下，發(fā)電機和電動機共同發(fā)揮作用，體現(xiàn)了混合動力電驅(qū)動的優(yōu)勢，實現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保的目標。四是發(fā)電機帶動電動機充電模式，也就是說在發(fā)電機運行，電動機關閉的狀態(tài)下，發(fā)電機可以為電動機的電池充電，保證電動機電池的電量。五是再生模式，在該模式下電動機會產(chǎn)生一定的負力矩，并把發(fā)動機的動能轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱訖C的電能，以驅(qū)使汽車前行。汽車底盤混合動力電驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構圖如圖一所示。

汽車底盤混合動力電驅(qū)動技術的控制對策

在混合動力的電驅(qū)動技術控制中，系統(tǒng)效率是控制的關鍵，工作人員需要采用遺傳算法對系統(tǒng)效率進行核算。遺傳算法屬于智能型計算方法，在一個固定的計算模式下進行系統(tǒng)效率計算，計算結(jié)果的準確性較高。混合動力的電驅(qū)動技術控制的目標是在保證汽車性能良好的前提下，滿足汽車駕駛?cè)藛T的駕駛需求，并降低汽車的駕駛成本。要想實現(xiàn)以上控制目標，就需要混合動力的電驅(qū)動底盤內(nèi)部零件協(xié)同合作。

控制對策可以體現(xiàn)在以下兩個方面：一是合理確定汽車底盤的控制模式。二是合理控制混合動力底盤內(nèi)部零部件的結(jié)構。但是，即便實現(xiàn)了系統(tǒng)零部件的最優(yōu)化，也不代表實現(xiàn)了系統(tǒng)的最優(yōu)化，工作人員還需要對底盤混合動力的電驅(qū)動系統(tǒng)展開全局優(yōu)化。在汽車行駛過程中，如果汽車行駛的速度超過了預期的速度，汽車底盤就會開啟混合動力電驅(qū)動模式，發(fā)電機和電動機同時工作。當汽車行駛需求的功率出現(xiàn)負值時，底盤內(nèi)部的發(fā)電機會自動關閉，電動機啟動，并與液壓聯(lián)合制動。當汽車的行駛功率小于下限P時，發(fā)電機可以完全關閉，電動機單獨工作，降低汽車的燃油成本。當混合動力汽車發(fā)電機的SOC小于Skw時，電池的電量過低，電動機就不可以繼續(xù)啟動，否則就會出現(xiàn)汽車故障，影響混合動力汽車的正常行駛。

在控制算法中，混合動力汽車行駛速度的限值是ua，功率的下限數(shù)值是Pmin，SOC的下限數(shù)值是Skw，這幾個數(shù)值對混合動力的電驅(qū)動技術控制效果的影響比較大。因此，必須對以上幾個數(shù)值進行優(yōu)化計算，采用遺傳計算方法重新計算，計算公式如下：

Sk（t+1）=1- Sk（t）

其中，t是迭代的次數(shù)，k是變異的編碼，Sk是系統(tǒng)中個體在k中的位置編碼。

在MATLAB平臺中對混合動力的電驅(qū)動技術控制進行仿真，仿真中步長數(shù)值為0.01s，采用11-15工況，連續(xù)進行，仿真距離為100km。仿真的參數(shù)有：汽車的質(zhì)量為1300kg，汽車行駛中風阻系數(shù)是0.36，地面阻力的系數(shù)是0.021，汽車迎風的面積為2.9㎡，地面附著的系數(shù)是0.76，輪胎的直徑是0.8m，旋轉(zhuǎn)換算的系數(shù)是1.095。在遺傳算法中，對混合動力的電驅(qū)動系統(tǒng)中的數(shù)值進行優(yōu)化以后，汽車燃油成本降低了8.7%，混合動力汽車的性能也有所提高。

隨著汽車數(shù)量的不斷增多，生態(tài)環(huán)境問題也日益突顯，嚴重影響了人們正常的生活和工作。混合型動力汽車把發(fā)電機和電動機的優(yōu)點結(jié)合在一起，降低了燃油消耗，緩解了生態(tài)污染問題。混合動力汽車底盤有五種運行模式，一是發(fā)電機單獨運行模式、二是電動機單獨運行的模式、三是混合動力電驅(qū)動模式、四是發(fā)電機帶動電動機充電模式、五是再生模式。目前，工作人員需要多混合型動力的電驅(qū)動底盤系統(tǒng)進行優(yōu)化計算和設計，對混合動力的電驅(qū)動系統(tǒng)中的數(shù)值進行優(yōu)化可以降低汽車的燃油成本，提高混合動力汽車的性能。

（作者單位：長春汽車工業(yè)高等專科學校）