混合動力汽車的控制策略探微

謝碧波

摘 要：混合動力汽車屬于新能源汽車產品，其中控制策略是它實現能源與能量合理分配的關鍵。本文主要以混合動力汽車的動力系統控制策略設計與電動機選擇及模型分析為主，簡要探討了它的動力流動與控制問題，希望證明該車型的低排放、低能耗優勢。

關鍵詞：混合動力；汽車；控制

在全球性能源短缺和生態環境保護的背景下，新能源汽車的概念被提出，混合動力汽車是新能源汽車的代表性產品，此類車輛以汽油或柴油供能和電力供能兩種方式進行驅動，在車輛啟動時，只需要依靠電動機帶動，當車輛速度達到一定后，發動機才會啟動，由此不但可以使車輛獲得良好的動力性，而且還能減少燃料的消耗。控制系統是混合動力車輛的關鍵，其性能優劣直接關系到車輛的動力性。借此，本文就混合動力汽車的控制策略進行探微。

1 混合動力汽車的動力系統控制策略研究

1.1 動力系統布局

動力系統是整個混合動力汽車的重要組成部分之一，它布局是否合理直接關系到車輛的性能。在對動力系統進行布局時，可以采用純電驅動的強混系統，這種系統不但能夠滿足加速需要，而且還能有效降低油耗。圖1為并聯強混系統結構示意圖。

與雙電機并聯動力系統相比，單電機并聯強混動力系統在內燃機與一體化電機之間加裝了一個離合器，這樣的結構布置，能夠在電動與內燃機斷油的運行狀態下，使內燃機脫開，從而達到減小反拖損失的目的，并且單電機只需要安裝一套電機系統，它的經濟性更高。

1.2 控制策略設計

1.2.1 主要運行模式的分類。本文所提出的強混動力系統共有以下幾種運行模式：

①在駐車的前提下，離合器處于開啟狀態，由于內燃機啟動必須在離合器閉合的情況下完成，因此電動機會先行啟動。

②當電動機正常啟動之后，車輛會自行進入到電動機驅動的狀態，若是此時車輛處于低速運行，或是有緩慢加速的需要時，車輛控制器則會認定動力需求較小，如果在這一過程中內燃機啟動，其必定會在低負荷、低效率的情況運行，這對車輛運行經濟性非常不利，因此在控制策略的設計上，應當對純電驅動這一工況予以優先考慮。

③SOC（動力電池）中存儲的電能如果低于額定最小值時，控制器便會自行向內燃機發出啟動指令，此時內燃機會與電動機共同運行，對車輛進行牽引，在這種模式中，內燃機相當于是電動機的助力。

④因發動機上的12V電池需要發電機為其進行充電，加之SOC中存儲的電能會隨車輛的運行而下降，因此需要混合動力系統或固定充電系統不定期對其進行充電，以免混合動力的功能喪失。

⑤如果車輛的速度降至非常低的狀態時，回收能量并不會起到太大的作用，所以此時電動機會停止對能量的回收，而內燃機則會處于停止工作的狀態。

1.2.2 運行模式判斷。動力系統模式的切換需要一定的條件，當車輛從純電動機驅動轉為混合驅動時，需要如下條件：加速踏板輸入、車速、SOC等，在這些條件下，內燃機必須立即啟動發電機帶動電動機，提升車輛的動力性，且富余能量能被動力電池回收。

2 混合動力汽車的電動機選擇

2.1 電動機參數選擇及模型分析

混合動力汽車的電機系統要充分考慮汽車運行環境、蓄電池供電能力、電池電壓變化等因素優化參數選擇，以確保電機系統具備良好的穩定性和運行效率。電機系統是混合動力汽車驅動控制模塊的核心，其重要參數之一為轉速因子，即最高轉速與基速的比值。電動機的類型不同，轉速因子值也有所不同，一般情況下轉速因子較大的為感應電動機，轉速因子較小的為永磁同步電動機。為保證混合動力汽車能夠在低速運行狀態下快速加速，具備一定的爬坡性能，應當選用一體化啟動電機，將啟動機、發電機以及發動機緊湊地布置為一體形態，而后將其裝配在變速箱與發動機之間。由于混合動力汽車的加速性能直接決定著電機系統的功率參數，所以在良好的路況下，可根據公式求出汽車由起步加速到設定車速的時間t，具體為：

其中，表示設定車速；表示轉動質量轉換系數；m表示整體質量；Ft表示滾動阻力；Fw表示空氣阻力；Ff表示行駛驅動力。

2.2 控制模型控制過程分析

電機系統要想在預定時間達到設定車速，就必須通過電流反饋與轉速PID完成整個控制過程。其中，電流反饋通過比較分析電機系統輸出的電流與預設電流，而后確定輸入端的電壓，確保實際電壓值與目標值相接近；轉速PID控制主要根據目標轉速對實際轉速進行有效控制，確保兩者接近。

3 總結

綜上所述，傳統能源的短缺，為混合動力汽車的發展帶來了契機，相信在不久的將來，這種汽車將會代替柴油機或汽油機的車輛，為此，加大對混合動力汽車控制系統的研究力度十分必要，由此不但能夠提升整車的動力性能，而且還能達到降低能耗的目的。

參考文獻

[1]錢立軍，邱利宏，辛付龍，等.插電式四驅混合動力汽車能量管理與轉矩協調控制策略[J].農業工程學報，2014（19）：71-73.

[2]王明，孫駿，王超.雙離合ISG混合動力汽車控制策略[J].汽車工程學報，2013，（1）：102-104.

[3]王琪，孫玉坤.一種混合動力汽車復合電源能量管理系統控制策略與優化設計方法研究[J].中國電機工程學報，2014，（S1）：82-84.