研究论文混合动力汽车优化控制的策略研究

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1、混合动力汽车优化控制的策略研究毕超宇陈江林鑫厦门大学嘉庚学院机电工程系，福建厦门363105摘要：本文先对混合动力汽车的背景和分类进行了简要介绍，之后选择混联式混合动力汽车作为本次的研究主体。又对混联式混合动力汽车的控制策略进行分析，选择瞬时优化模式作为本次课题的控制策略。之后在MATLAB软件下Simulink模块上进行系统模拟仿真，仿真结果表明瞬时优化控制模式下混联式混合动力车控制结果较优秀。关键词：混合动力；混联式；汽车；瞬时优化；Simulink仿真0引言随着汽车工业的发展，研制开发更节能、更环保、使用替代能源的新型汽车，成为各大汽车公司的当务

2、Z急。专家们估计，短吋I'可内燃料电池技术难有重大突破，电动汽车暂吋还无法完全取代燃油发动机汽车。混合动力汽车是兼顾r电动汽车和传统汽车优点的新一代汽车结构型式，因其具有低油耗、低排放的潜力，动力性接近于传统汽车，阳生产成本低于纯电动汽车，最近儿年來其研究开发成为世界上各人汽车公司、研究机构和人学的一个研究热点。混合动力电动汽车与传统的内燃机汽车和电动汽车不同，它-•般至少有两种乍载能量源,其中一种为具有高功率密度的能量源。利用两种能量源的特性互补，实现整车系统性能的改善和提高。要实现两者z间相互协调工作，这就需要冇良好的控制策略。控制策略是混介动力汽

3、车的灵魂，它根据汽车行驶过程中对动力系统的能量要求，动态分配发动机和电动机系统的输出功率。因此研究出更合适的控制策略具冇很垂要的意义。1混合动力汽车的分类目前世界各国研究开发的混合动力电动汽车有不同的结构形式，根据其驱动系统的配置和组合方式不同，可分为串联式、并联式和混联式三种组合方式。串联式驱动系统结构示意图如图1所示。APU山原动机和发电机组成，通常将这两个部件集成为一体。原动机帶动发电机发电，其电能通过控制器直接输送到电动机，由电动机产生驱动力矩驱动汽车。图1串联式驱动系统结构示意图并联式驱动系统结构示意图如图2所示，汽车可由发动机和电动机共同驱

4、动或各自单独驱动。当电动机只是作为辅助驷动系统时，功率可以比较小。图2并联式驱动系统结构示意图混联式驱动系统是串联式与并联式的综合，其结构示意图如图3所示。混联式驱动系统的控制策略是：在汽车低速行驶时，驱动系统主要以串联方式工作；当汽车高速稳定行驶时,则以并联方式为主。木课题主要研究的是混联式驱动系统。图3泯联式驱动系统结构示总图2控制策略混联式混合动力汽车的控制策略主要有三种，分别为发动机恒定工作点模式、发动机最优工作曲线模式、瞬吋优化模式、全局优化模式。1.发动机恒定工作点模式混联式混合动力汽车的控制策略采川发动机作为主要动力源，电动机和电池通过提

5、供附加转矩的形式进行功率调峰，使系统获得足够的瞬时功率。由于采用了行星齿轮机构，发动机转速可以不随车速变化，这样使发动机工作在最优工作点，提供恒定的转矩输出，而剩余的转矩则山电动机捉供。这样电动机來负责动态部分，避免了发动机动态调节带来的损失,而口与发动机相比，电动机的控制也更为灵倾，容易实现。2.发动机最优工作曲线模式这种策略从静态条件下的发动机万启特性出发，经过动态校正后，跟踪由驱动条件决定的发动机最优工作Illi线，从而实现对发动机及整车的控制。在这种策略下，讣发动机工作在万有特性图中最伟油耗线上（图4）。发动机在高于某个转矩或功率限值后才会打开

6、。发动机关闭后，离合器可以脱开（避免损失）或接合（工况变化复朵时，发动机起动更为容易）。只有当发电机电流需求超出电池的接受能力或者当电动机驱动电流需求超出电动机或电池的允许限制时，才调整发动机的工作点。s・N)、by瑕牌屛书骐发动机转速n/（kr.min-i）图4发动机最优工作曲线3.全局优化模式山优化理论可知，瞬时最小值之和并不等于和的最小值，因此瞬时优化模式并不能导致全局最优的控制策略，金局优化模式实现了真正意义上的最优化，但实现这种控制策略的算法往往都比较复杂，计算量也很大，在实际车辆的实时控制中很难得到应用〃通常的作法是把应用全局优化算法得到的

7、控制策略作为参考，再与其它的控制策略，如发动机最优丄作曲线模式等相结合，在保证可靠性和实际可能性的前提下进行优化控制。经典的动态授优控制理论冇变分法、极小值原理和动态规划三种方法。1.瞬时优化模式在发动机最优工作曲线模式思想的棊础上，对混合动力车在特定工况点下整个动力系统的优化冃标进行优化，便可得到瞬时最优工作点，然后基于系统的瞬时最优工作点，对各个状态变量进行动态再分配。通常的瞬时优化策略采用名义汕耗作为控制目标，这种控制策略要求将电动机的能最损耗转换为等效的发动机汕耗，得到一张类似于发动机万有特性图的电动机损耗图。电动机的等效油耗与发动机的实际油耗

8、之和称为名义油耗C瞬吋油耗模式从保证系统在每个工作吋刻的名义汕耗最小出发，动态进行传动比选择和