淺談混合動力汽車控制系統的發展

江朋飛

摘 要：混合動力汽車是指同時裝備兩種動力來源——熱動力源（由傳統的汽油機或者柴油機產生）與電動力源（電池與電動機）的汽車。混合動力汽車相對于傳統汽車和電動汽車具有鮮明的優勢，使它近幾年成為各地大學、汽車公司和科研機構進行研究發展的主要對象。它是新一代的汽車結構形式。該文主要針對混合動力汽車控制系統的發展進行分析。

關鍵詞：混合動力汽車控制系統 發展 分析

中圖分類號：U469.7 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）12（b）-0064-02

混合動力汽車相對于傳統汽車和電動汽車具有鮮明的優勢，使它近幾年成為各地大學、汽車公司和科研機構進行研究發展的主要對象。它是新一代的汽車結構形式。它具有低于電動汽車的成本，卻擁有接近于傳統汽車的動力，并且有潛力達到低耗油低排放的標準。

1 混合動力汽車的優勢

混合動力汽車兼顧了傳統汽車與電動汽車的優勢，有著低排放、低油耗的特點，動力與傳統汽車不相上下，生產成本低于純電動汽車，因此，在近年來成為各個汽車公司研究的重點。可以預見的是，在電動汽車電池問題尚未解決前，混合動力汽車的應用是解決能源問題的重要途徑。混合動力電動汽車不同于傳統的電動汽車與內燃機汽車，該種類型的汽車包括兩種車載能量源組成，將這兩種能量源結合起來可以有效提升汽車的整體性能。要將其協調起來，必須要輔以相應的控制措施，這也是保證混合動力汽車順利工作的核心。

2 混合動力汽車的結構類型

混合動力汽車的結構型式有很多，因為它的每個部件的組成都不同，控制類型和控制方法也都不一樣。混合動力汽車的主要有兩種動力源。混合動力汽車也具有多種分類方法。串聯型、并聯型和混聯型是依照動力不同的傳遞方式和動力源的數量來劃分。發電機運行的不同也可以劃分為發動機連續運行模式和開關模式等。

2.1 荷電維持型混合動力汽車

此類型的混合動力汽車可以采用串聯型或者并聯型的系統型式。它不需要電力網充電。一般情況下此類型混合動力汽車具有一定的純電動的行程。荷電維持的并聯型混合動力汽車燃油經濟性理想，可以節約約6%左右的燃料。

2.2 荷電消耗型混合動力汽車

荷電消耗型的混合動力汽車具有良好的能量經濟適用性，主要是由于它的電池充放電的過程中并不會產生太大的損失。它的行程是純電動型的，蓄電池內的核電狀態在汽車的不斷運行下使用完后可以通過充電器利用熱效率來充電。荷電消耗型的混合動力汽車的發動機一般只能在蓄電池荷電維持能力不足下開始運行。如果汽車運行需要高功率動力，發動機也會開始運行。也可以通過能源管理控制的方法，在發動機運行動力不足、蓄電池組的儲電量較小的情況下，依然可以使荷電消耗性混合型動力汽車能夠長時間運行。

2.3 混聯式驅動系統

混聯式驅動系統結合了串聯式、并聯式結構的優勢，發動機功率由機械傳動直接輸送至驅動橋，發動機電能會輸送至電池與電動機，電動機的驅動力矩會傳輸給驅動橋。在汽車低速運轉的情況下，驅動系統主要采取串聯工作法，在汽車進入到高速運轉狀態時，則采用并聯工作法。該種結構的應用可以充分體現出汽車的優良性能，但是此類結構的控制方式非常復雜，對于制造和設計的要求非常高，但是，發動機的運轉基本不會受到汽車運行狀態的影響，在汽車運轉時，可以滿足低排放和低油耗的要求。

3 混合動力型汽車的控制方法

要想讓混合動力型汽車滿足低耗能和低排放的要求，就必須科學選擇優化控制方法，在汽車各個部件的性能都能夠發揮的基礎條件下，達到能量的合理分配，提高整個系統的效率，做到低耗油低排放，提升汽車的駕駛性能。

3.1 并聯混合型汽車的控制方法

第一，并聯混合型汽車以功率為主要參數的控制方法：汽車完全由電動機單獨運行時，此時的車輪的功率約數是低于設定值的。發動機在啟動時，這時的車輪的功率約數高于此設定值。在變速器換擋時，發動機的性能是最佳的。

第二，并聯混合型動力汽車以車速為主要參數的控制方法：根據車速的設定值，當車速高于低于設定的車速時，發動機開始啟動，而電機則停止運行。相反，當車速低于設定值時，則由電動機驅動運行。這種模式是現階段使用最多的模式。

這兩種控制方法都是比較簡單的方法，很難讓整個系統達到最高效率，還需要不斷的進行完善。

第三，并聯型混合動力汽車以成本和節能減排為目的的控制方法：此方式中只有汽車在加速過程中電動機才會啟用。這種方式的混合動力汽車為了節約成本和節能減排，采用小容量的蓄電池組和小功率的電機。但這種模式是存在弊端的，發動機在低負荷的運行中無法解決它的排放問題。可以采取兩種方法來控制汽車加速問題。在汽車的發動機和電動機同時合并運行產生驅動功率，或者在汽車高速起步、緊急加速時在應用適當的干預模式；當汽車在原地起步時，會有電動機或發動機任一獨自啟動，可以設置為只有在速度增加到一定數值時發動機才會啟動，增加所需動力。

第四，并聯型混合動力汽車采用優化技術的控制方法：這種方式可以讓發動機和電機能夠在保持在效率最大化工作狀態之中，減少了燃油量。但是該種技術尚未完善，不符合節能減排的標準，也會受到汽車駕駛工況的影響。

3.2 串聯型混合動力汽車的控制方法

串聯型混合動力汽車的控制策略主要是為了達到最佳的效率，并滿足節能減排的目標：

第一，串聯型混合動力汽車發動機跟蹤器控制模式：發電機的效率和排放性能在低負荷時會受到影響，要解決這一問題，可以采用自動無級變速器。采用此種模式可以讓發電機保持油耗的最小量，能夠有效降低一氧化碳的排放量。

第二，串聯型混合動力汽車恒溫器控制模式：這種模式下會對蓄電池產生不利的影響，因為蓄電池組為了滿足所有瞬時功率的要求，會造成蓄電池組的損失，其應用范圍受到了限制。

3.3 混合式混合動力車控制方法

混聯式混合動力汽車的控制策略采用發動機作為主要動力源，電動機和電池通過提供附加轉矩的形式進行功率調峰，使系統獲得足夠的瞬時功率。由于采用了行星齒輪機構，發動機轉速可以不隨車速變化，這樣使發動機工作在最優工作點，提供恒定的轉矩輸出，而剩余的轉矩則由電動機提供。這樣電動機來負責動態部分，避免了發動機動態調節帶來的損失。為了優化工作狀態，需要在發動機最優工作曲線模式思想的基礎上，對混合動力車在特定工況點下整個動力系統的優化目標進行優化，便可得到瞬時最優工作點，然后基于系統的瞬時最優工作點，對各個狀態變量進行動態再分配。

4 結語

研究顯示，小功率、小容量電池組的并聯型混合動力汽車成本較少，并且滿足節能減排的要求，在未來的市場中是很有發展前景的。但是其系統控制策略的發展還不成熟，需要進行進一步的優化。

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