高品質混合動力汽車效率優化的控制分析

高品質混合動力汽車效率優化的控制分析

隨著高品質混合動力汽車市場份額的增加，對改善和優化混合動力汽車效率的需求也不斷增加。促使各國政府和汽車廠商開始致力于培養下一代混合動力汽車工程師，如通用汽車公司和美國能源部聯合資助的EcoCAR競賽。該競賽是一項大學生汽車工程賽事，要求參賽隊伍在滿足汽車性能需求和吸引消費者的前提下，利用先進技術對汽車進行改造，以減少燃油消耗、降低環境污染。加拿大滑鐵盧大學的替代燃料小組（UWAFT）參加了EcoCAR 3的比賽。該小組對指定的汽車進行了混合動力結構改造，并制定了相應的控制策略，實現了對整車效率的優化。本研究對這種改造和控制策略進行介紹。

UWAFT使用的基礎車型為雪佛蘭科邁羅，對該車進行混合動力結構改造時，采用一種并聯混合分割結構。這種結構的特征是采用1臺發動機、1套變速器和2臺電機。2臺電機分別置于變速器前后（這2個位置分別記為P2、P3）。在發動機與P2處電機之間安裝離合器，以實現發動機和P2電機的結合與分離。當離合器分離時，汽車將行駛在純電動模式下。因而，該結構可以實現發動機與電機的串聯、并聯以及純電動行駛。制定相應控制策略時，首先確定了電荷維持（CS）模式和電荷消耗（CD）模式。當能量存儲系統的荷電狀態（SOC）高于某一閾值則開啟CD模式，若低于某一閾值則開啟CS模式。根據汽車起動、制動、加速、爬坡時的性能需求，計算不同模式下的傳動效率，并制定索引表。汽車行駛時，根據性能需求查找索引表，控制汽車驅動方式確定效率最優的驅動方式。利用Matlab/SimuLink對設計的結構和控制策略進行仿真。發動機參數來自德國韋博公司生產的Weber MPE 850cc渦輪增壓發動機，電機參數來自于英國吉凱恩公司生產的GKN AF130-4電機，能量存儲系統參數來自于美國A123系統公司生產的容量為16.2kWh的鋰電池組。仿真采用的循環工況包括美國US05城市循環工況、美國US06高速公路循環工況和高速公路省油監測循環工況（HWFET），設定SOC的上下閾值分別為90%和20%。結果顯示：汽車在CS模式下的能源消耗平均降低了30.5%，而在CD模式下能源消耗平均降低了13.8%。

Patrick Ellsworth et al.SAE

2016-01-1253.

編譯：李臣