淺談增程式電動汽車動力系統(tǒng)控制策略優(yōu)化

韓榮澤

摘 要：近年來由于中國的經(jīng)濟社會不斷的發(fā)展，我國的運輸業(yè)、機動車生產(chǎn)業(yè)也都得到了迅猛的發(fā)展，基礎(chǔ)的機動車不僅需要原料進行生產(chǎn)，還要耗費一定的石油等資源為行駛里程而轉(zhuǎn)化能量，但是傳統(tǒng)油耗既浪費資源又損害環(huán)境，進而人們開始研究電動供能汽車，想要找到續(xù)航時間長、使用壽命高又與汽車配件吻合可以行駛較多里程的電池制造材料進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，本文通過對當今增程式電動汽車動力系統(tǒng)的分析研究找出了對其系統(tǒng)控制優(yōu)化的策略，以幫助實現(xiàn)其優(yōu)化目標。

關(guān)鍵詞：增程式;電動汽車;控制策略優(yōu)化

一、增程式電動汽車概念及其發(fā)展狀況

（一）理論概念

增程式電動汽車主要包含的種類有汽車、摩托車、自行車，這種類型的車輛有電源充電和電池供電兩種蓄電方式，這種車型在電量充足時完全由電力供應(yīng)動車動能，當電池蓄電量低于某一設(shè)定標準值時，汽車發(fā)動機會自行啟動，一方面為汽車的行駛運行提供所需動力。另一方面還會以動能形式為電池進行蓄電，來為動車行駛進行增程，當然如果電池經(jīng)充電后上升到這一標準值以上后發(fā)動機會自動停止工作，繼續(xù)由電池放電供應(yīng)動車運行。由于普通電動汽車在電池蓄電量不足情況下就會失去動力來源導致車輛無法繼續(xù)行駛，因此這種車輛系統(tǒng)又稱“增程式”。

（二）發(fā)展狀況

目前來看，由于全球環(huán)境污染和傳統(tǒng)動車的尾氣排放污染，越來越多的國家開始號召改用無污染排放汽車，而且傳統(tǒng)柴油式發(fā)電汽車耗用的柴油屬于不可再生能源，在這種情況下新能源汽車開始越來越多的在全球流行，而在這其中增程式電動汽車毫無疑問是最節(jié)省能源又環(huán)保的汽車工具。我國自2001年以來就開始致力于發(fā)展電動汽車行業(yè)，加之經(jīng)歷了兩個五年計劃，我國目前的電動汽車行業(yè)已經(jīng)廣泛的打開了市場。

二、增程式電動汽車設(shè)計結(jié)構(gòu)及控制策略

由于我國當前投入使用的增程式電動汽車種類繁多，而且每種類型的結(jié)構(gòu)都略有不同，因此本文在這里選取了公眾較為熟悉的增程式電動城市公交車作為代表性車輛進行了研究分析。下文詳細的介紹了這類公交車設(shè)計的原理、系統(tǒng)相關(guān)的參數(shù)設(shè)置以及系統(tǒng)的控制策略等一系列數(shù)據(jù)情況。

（一）增程式電動公交車設(shè)計原理

基于上文中已經(jīng)介紹的增程式電動汽車的工作原理，我們可以知道想要滿足工作原理的設(shè)置就必須要保證以下幾點：

（1）由于當電池電量儲備低于規(guī)定的某一標準值時汽車會改為由發(fā)動機工作，這就要求不論公交車行駛在何種路況之中發(fā)動機的運行功率都要始終保持穩(wěn)定并且達到最優(yōu)效率，否則當面臨陡峭道路時很有可能因為發(fā)動機的功率不穩(wěn)或不足而導致車輛熄火或無法正常行駛，會給乘客和駕駛員造成極大的不便，嚴重情況下還可能危及生命;

（2）由于增程式電動汽車的主要供能硬件是電池，因此發(fā)動機部分組件在車身中應(yīng)盡量保持耗能少效率高且節(jié)省物理空間;

（3）由于增程式電動公交車的電池要將電能轉(zhuǎn)化為動能帶動車身及其中的乘客行駛距離，據(jù)Ek=1/2（mv2）可知，供給的動能一定，物體的質(zhì)量越小速度就越快，同理當公交車勻速行駛時，其質(zhì)量越小，耗費的動能就越小，消耗的電能就越少，有限的電池電量就可以支持增程式電動公交車行駛時間更長，工作效率也就有所提升，而我們在日常的工作中無法控制公交車載客數(shù)量的多少，因此只有盡可能的減少公交車本身的質(zhì)量，就越能提升汽車效率，因此我們要盡量保證公交車所配置的系列配件的質(zhì)量都盡可能的輕便以滿足我們的質(zhì)量要求。

（二）增程式電動公交車系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)設(shè)置

1.公交車整體數(shù)據(jù)參數(shù)設(shè)置

對于公交車來說，從早班車發(fā)車到晚間末班車結(jié)束的一天時間里，每一輛公交車都要連續(xù)無間斷的進行工作，因此我們首先要確定增程式電動公交車平均每天的行駛路程、速度、平均承重、空氣阻力、摩擦阻力等因素，以此來估計一個保守的動能需要量，進而計算需要使用的電能，來進一步設(shè)計電池組件及發(fā)動機的相關(guān)硬件配置。

2.公交車發(fā)動機與電池組件參數(shù)設(shè)置

基于上文的分析，我們已經(jīng)可以得出具體研究對象處的一輛公交車一天工作大約需要的電能和發(fā)電機的功率數(shù)據(jù)，下一步我們要做的事就是設(shè)計發(fā)動機及電池組件的相應(yīng)參數(shù)以最終滿足需要最大功率和儲蓄電量，與此同時組件中的電機類型選擇也很重要，不同類型的電機功率密度、占地大小、成本價格、使用壽命等等都不盡相同，因此我們要結(jié)合不同的車型和使用目的來從不同類型的電機中進行選擇;同時蓄電池的材料也是我們需要考慮的因素之一，不同類型電池材料與電機類似，他們在價格、壽命、質(zhì)量、放電情況等方面也不相同，仍舊需要綜合考慮具體分析。

3.增程式電動公交車系統(tǒng)控制策略

一輛能達到良好工作要求的增程式電動公交車僅有硬件的數(shù)據(jù)指標達標是遠遠不夠的，每個組件組成的系統(tǒng)之間必須密切配合、相互作用、合理分工，這樣才能最大程度上實現(xiàn)工作的效率化，這就要求駕駛員對器械的控制要與汽車的引擎等內(nèi)部組件高度契合有無延遲反映，此外發(fā)動機系統(tǒng)與電池系統(tǒng)、操作系統(tǒng)等都要高度配合，例如當司機行駛在上坡路程中，汽車功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)要自動增大相應(yīng)的功率以保持汽車平穩(wěn)勻速上坡，同理下坡也要勻速向下不能過快，這就要求各個系統(tǒng)之間靈敏配合，因此我們就需要設(shè)置一系列的系統(tǒng)參數(shù)來保持各個組件與系統(tǒng)之間密切配合。

三、增程式動力系統(tǒng)控制策略的優(yōu)化

經(jīng)由上文的分析我們可以知道，增程式電動公交車動力系統(tǒng)控制策略的設(shè)計要依賴于許多組件的參數(shù)設(shè)置，本文通過對當今增程式電動公交車運行系統(tǒng)機制的分析得出，優(yōu)化系統(tǒng)控制的一個角度是維持車內(nèi)恒溫器溫度值，以此降低車內(nèi)能量損耗。當公交車在電量不足情況下的行駛過程中熄火又啟動時，發(fā)動機就會不停地啟動又停止，這一過程中會有部分的動能轉(zhuǎn)化為熱能，因此在這種情況之下，如果我們能夠?qū)④噧?nèi)恒溫器設(shè)定在某一溫度值上，即便這樣的情況出現(xiàn)，恒溫器的溫度設(shè)定也會使得大多數(shù)即將轉(zhuǎn)換為熱能的動能繼續(xù)轉(zhuǎn)化為電能，這在很大程度上減少了系統(tǒng)能量的損失。為了具體計算出車內(nèi)恒溫器需設(shè)置的控溫相關(guān)參數(shù)，在這里參考了李理（2014）在其文獻中提到并且使用過的NSGA-Ⅱ算法，這種算法是針對NSGA算法的改進版本，在原算法的快速的非支配排序、種群中個體多樣性的保留、主體部分的循環(huán)等方面都進行了相應(yīng)的改進。