混合動力汽車能量優化研究

鄧瑞

摘 要：隨著全球環境的不斷變化與汽車行業的快速發展，混合動力汽車成為汽車行業的發展方向之一，其存在不同類型的能源裝置，關于混合動力汽車的能量優化，主要為選取參數完美匹配的發動機、傳動裝置、蓄電池以及電動機和科學合理的控制優化對策，且制定科學合理的能量控制對策非常關鍵。鑒于此，本文通過對混合動力汽車能量優化進行分析研究，以此給相關人員提供參考與借鑒。

關鍵詞：混合動力汽車；能量控制；能量優化；

前言：隨著社會經濟的不斷發展，現代交通系統日趨完善，汽車已然變成人們日常出行的重要交通工具，與之相關的則是全球石油需求量日益提升，石油作為不可再生資源，面臨著枯竭微機，與此同時，全球氣候變換等問題同樣值得關注。因此，混合動力汽車應運而生，其車輛驅動系統搭載超過兩個可以共同運轉的單個驅動系統構成，其對環境造成的污染較小，能源消耗相對較低，受到眾多車企的關注，汽車制造企業開始對其進行研究，隨著混合動力汽車的良好發展勢頭，汽車生產制造企業將其規劃為企業發展的全新戰略方向之一。本文基于動力源分類，對串聯、并聯與混聯式混合動力汽車能量優化做出簡要分析。

一、混合動力汽車概述

混合動力汽車存在的能量流主要為發動機動能能量流以及電動機電能量流。能量管理系統的最終任務為增加車輛燃油經濟性、降低尾氣排放量，與此同時不對車輛加速性能與爬坡性能造成影響，并對成本進行合理控制。理想化的能量優化控制為確保混合動力汽車疏導眾多動力源的協同作用影響，能夠實現科學高效的模式切換以及功率合理分配，使能量管理系統可以對眾多動力做出精準的切換與及時高效轉變。

混合動力汽車的類型劃分較多，參考發動機與電動機實際功率各不相同做出劃分，主要包括里程延長型以及動力輔助型與雙模式型。參考運行模式存在的區別做出劃分，主要包括發動機開關模式型以及電動機連續運行模式型。參考發動機與電動機規劃設計是否處于相同軸線，能夠劃分成串聯式以及并聯式與混聯式[1]。

二、串聯型混動力汽車能量優化

該類型車輛借助電動機提供基礎動力，發動機轉動帶動發電機開始發電，所以發動機僅僅作為輔助動力源。當車輛開始啟動時，因為蓄電池自身存儲電能無法驅動汽車行駛，因此需蓄電池開始為電動力輸出能量，電能通過線路輸送至電動機，電動機通過傳動裝置使車輛進行移動。而發動機的關鍵作用是將燃料蘊含的化學能通過轉化變成機械能，之后將機械能通過轉化變成電能，車輛行駛需要的動力變少時，發動機工作帶動電動機開始發電并有效儲存至蓄電池，能量裝置與系統之中，電動機發揮主要作用。不過因為能源轉換步驟過多，綜合效率相對較低，因此能量優化的效果有限，所以串聯式混合動力汽車相對較少串聯式采取的控制對策而言，主要涵蓋恒溫模式以及發動機跟蹤模式與基于規則型對策[2]。

第一，恒溫控制。若電池所剩電量SOC不足設計規定的限制值，發動機運轉進入工作狀態，處于最小油耗點（或是最小排放點）狀態下進行工作，發動機工作轉動產生的功率可以驅動汽車正常穩定行駛，還能夠對蓄電池進行充電，此種模式狀態下，蓄電池充放電階段會產生能量的過多損耗，且蓄電池需有效符合全部瞬時功率的標注需求，對蓄電池造成不良影響。

第二，發動機跟蹤模式與基于規則型對策。發動機工作轉動產生的功率，需按照車輛需要的實際功率的情況進行相應變化，同傳統汽車類似，充放電過程階段功率損失降低，發動機需快速做出響應，發動機處于低到高的符合區間變化工作，對發動機燃油性能與排放量造成不利影響。解決對策可使用CVT，對CVT速比做出適當的調整，使發動機處于低油耗狀態工作，降低排放，以上模式進行聯合應用，可使汽車保持能量最優狀態。

三、并聯式混合動力汽車能量優化

該類型車輛借助兩套相對獨立的傳動裝置對汽車進行驅動行駛，具備發動機與電動機單獨驅動以及電力混合驅動各不相同的模式。并聯式混合動力汽車主要是通過使用電力為輔助動力，若發動機工作運轉產生的功率超過汽車正常運行需要的全部能量，發電機則會進入發電狀態，將剩余能量有效轉移至蓄電池。若車輛進入加速或是爬坡使因其需要大量能量驅動，發電機則會進入工作狀態，確保車輛運行需要的全部能量。若車輛保持低速行駛，因為發動機處于此種情況下無法保持良好的經濟性，所以發電機進入工作狀態為車輛行駛提供所需能量。并聯式混合動力汽車能量優化控制對策涵蓋瞬時優化與全局優化控制對策[3]。

第一，瞬時優化。通過對發動機與電動機處于各不相同功率分配方案，各不相同的運行情況下瞬間產生的燃油消耗率與排放進行實時精準計算，確保電動機等效油耗與發動機實際油耗最低的情況時，對最優混合動力系統工作模式以及運行狀態做出嚴格明確。具體為特定時刻條件下，對電動機實際使用電量進行折算，轉化成發動機等量能源消耗，加之制動回收所得能量以及發動機時間耗損能量，構建優化模型以及排放模型，并對最小值進行準確計算，并將最小值設置為最優工作狀態。

第二，全局優化。采取最優方式以及最優控制理論，以此設計制定混合驅動驅動力分配控制對策。基于整車燃油經濟性以及排放為標準、系統狀態量為限制標準條件，構建適合的全局優化模型，獲取有效的動態最優控制，應用有關優化方式進行計算，獲取最優混合動力分配對策。

四、混聯式混合動力汽車能量優化

該類型汽車結構主要是串聯與并聯式汽車優點進行高效綜合，根據以上類型汽車優勢特點做出融合，不過結構較為復雜，使制造成本相應提升。混聯式能量優化控制對策包括發動機恒定工作點對策以及發動機最優工作曲線對策[4]。

第一，發動機恒定工作點對策。主要是對車輛設置行星齒輪為主要傳統結構，發動機轉速不受車輪轉速影響，保證發動機保持最優工作狀態，保持恒定轉矩，多余轉矩通過電機負責輸出，加速或是爬坡狀態下主要由電機負責輸出，防止動態調節對發動機造成的不良影響，電動機控制可以做到靈活響應快速。

第二，發動機最優工作曲線對策。確保發動機工作保持在萬有特性油耗曲線，基于靜態萬有特性曲線為基礎，保持在跟蹤條件分析判斷的最優工作曲線進行工作，需要的功率或是轉矩超過設定值的情況下，發動機進入工作狀態。當發電機工作制造電流大于蓄電池承受電流或是驅動電流大于電機或是電池承受能力，對發動機最優狀態進行調節。

結論：綜上所述，本文通過對混合動力汽車能量優化研究進行簡要分析論述，對于混合動力汽車而言，其綜合性能獲得大部分人群的認可與青睞，從關于能量優化控制算法的不斷變化發展，將促進增強混合動力汽車的動力性能與經濟適用性，從而有效推動混合動力汽車的良好發展。

參考文獻：

[1]凌濱，王博強，盧曉琳.混合動力汽車功率分配管理優化研究[J].計算機仿真，2017，15（05），108-110.

[2]陳德海，王一棟.基于雙模糊控制的混合動力汽車能量管理策略研究[J].汽車實用技術，2017，12，06）：37-41.

[3]劉天露，高春艷.基于多模式切換的插電式混合動力電動汽車能量優化管理方法[J].河北工業大學學報，2017，22（03），123-125.

[4]陳銳，唐智，劉逢春.混聯混合動力車輛能量管理控制策略優化[J].同濟大學學報（自然科學版），2017，45（22）：91-95.

[5]劉世達，齊毅，譚超廣，劉豪睿.基于混沌粒子群算法的并聯混合動力汽車能量管理策略[J].汽車實用技術，2017（17）：78-80.