混合动力汽车整车控制策略研究

混合动力汽车整车控制策略研究

张嘉君1,吴志新2,乔维高1

(1.武汉理工大学汽车工程学院,湖北武汉　430070;2.中国汽车技术研究中心,天津　300162)

摘　要:混合动力汽车整车控制策略是动力汽车的核心。本文综述当前混合动力汽车控制关键技术,分析应用于动力汽车的主要控制理论,提出整车控制策略研究的重点和突破方向,对混合动力汽车控制策略设计有借鉴意义。

关键词:混合动力汽车;控制策略;关键技术

中图分类号:U469.7 文献标识码:A 文章编号:100623331(2007)0420008204

R esearch on the Control Strategy of H ybrid Electric V ehicles

ZHANG Jia2jun1,WU Zhi2xin2,QIAO Wei2gao1

(1.Automobile Eng.School,Wuhan Univ.of Technol.,Wuhan430070,China;

2.China Automotive Technol.&Research Center,Tianjin300162,China)

Abstract:The control strategy is the core technique of the hybrid electric vehicle(H EV).In this paper,several key control techniques are provided,and the current main control theories are analyzed.Meanwhile,the research em2 phasis and breakthrough direction of the control strategy of H EV,which will have some help for the H EV design, are put forward.

K ey w ords:hybrid electric vehicle;control strategy;key technology

混合动力汽车(Hybrid Elect ric Vehicle,简称H EV)是指同时装备两种动力来源———热动力源(由传统的汽油机或者柴油机产生)与电动力源(电池与电动机)的汽车。通过合理复合动力系统,灵活调控整车功率流向,使发动机保持在综合性能最佳的区域工作,从而降低油耗与排放。美国的PN GV (Part nership for a New Generatio n of Vehicles)、欧洲的“The Car of Tomorrow”计划、日本的“Ad2 vanced Clean Energy Vehicle Project”以及我国的“清洁汽车行动”都正是基于H EV而制定的战略计划。“十一五”规划着力自主创新,混合动力技术可能是我国汽车行业自主创新的最大突破口,而在H EV关键技术中,整车控制策略占据着核心灵魂位置。1　概念与结构

混合动力汽车主要有串联(SH EV)、并联(P H EV)和混联(SP H EV)布置方式。与传统汽车的主要区别在于其多了电动机或发电机。不同混合动力之间的结构区别主要在于能量流向的不同。图1和图2给出了串联和并联混合动力汽车的能量流向。抽象的混合动力控制策略,就是通过合理规划整车在具体行驶工况中的不同动作,使整车能量高效合理地流动,且整车经济性、动力性、排放等各项指标达到最佳结合点。

图1　串联H EV特征能量流动

3　结束语

客车内部装饰是一项系统性、综合性的工程,所有的内部装饰都是为了给旅客提供一个安全、宽敞、清静、轻松、舒适的空间,有利于消除旅途中的疲劳。随着人们生活水平和欣赏能力的提高,它必将成为国内客车行业未来发展关注的焦点问题之一。内饰居室化、实现“人—车—环境”的和谐统一必将成为未来大中型客车内饰发展的总体趋势。

参考文献:

[1]朱启贤.中国客车内饰技术现状分析[J].客车技术与

研究,2006,(3):123.

[2]司康.现代汽车造型中的色彩心理探究及应用[J].交

通世界,2006,(11):71275.

修改稿日期:2007205208

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图2　并联H EV特征能量流动

由于各种混合动力电动汽车结构上的差异,因而需要不同的控制策略来调节和控制功率流从不同元件的流进和流出。采用不同控制策略的目的是为了实现不同的控制目标。具体来说,混合动力控制策略的控制目标主要有以下四个:燃油经济性、排放指标、系统成本、最佳驱动性能。

控制系统的目的就是要实现发动机运行在最佳的工作状态,以使油耗和排污最低,并尽可能充分利用发动机的能量,最大限度地吸收制动能量,尽量减少电池的能量消耗。目前,在控制策略的制定方面,基本控制机理都是将整个行车过程划分为巡航、加速、制动三个过程加以优化。而控制策略的实现都是建立在电动机、APU和电池的性能指标准确的评估之上的。因此,在既定控制策略下,各动力系统参数的准确性及其动态特性的优良成了策略实现的关键。控制策略的关键技术在于建立动态的驱动系统数学模型,这是参数匹配和优化控制策略的重点和难点。

2　主要技术构成

当前,动力汽车的关键技术细分有整车技术、系统匹配与集成技术、多能源管理与控制策略、电机技术、电池技术、试验与评估技术以及仪表总线等附件技术。要制定核心层面先进的整车控制策略,必须对各种部件主要敏感参数有深刻的理解。日本汽车研究院的一份报告[1]指出,在燃料动力汽车(FCEV)中,决定燃油经济性最敏感的因素是电池;而在串联、并联或混联(H EV)中,发动机电动机的关键参数及其合理匹配则更为重要。由表1给出的H EV节油理论值中也容易看出,对电机、发动机工作模式的合理切换与控制正是制定整车控制的目标所在。

表1 HEV节油理论值

项　目理论节油比(%)

选择较小发动机5～15

取消发动机怠速5～10

控制发动机在高效率区5～10

发动机断油控制5

适当增大电池SOC窗口3

制动能量回收5～12

系统总计30～50

当前,美国、欧洲和日本关于电动汽车控制方面先进技术主要有如下几种:

1)自适应性控制器。这种控制器自适应控制电动机和内燃机的输出功率,保持预先设定的关系去驱动车辆,以达到某种优化目标。Rover Group Limited的Farrall,Simon David发明了专利技术———关于车辆动力总成的控制(Cont rol of a Ve2 hicle Powert rain)。该动力总成由内燃机和电动机(由电池供电)组成,控制器利用存储在系统中的图表(通过模糊控制策略)来控制电动机和内燃机的输出转矩,以保证它们在整个动力系统中的贡献符合一定的关系,具有自适应功能。

2)精确数学模型模块。福特全球技术中心Da2 vis、George Carver等人发明了一种存有内燃机动力总成的数学模型的动力总成控制模块。该控制模块连续监测发动机各种参数的变化,利用这些参数在内燃机的每个循环实时控制入口气流、喷油时机、点火时间和ER G流的设定值,进而得到较好的效率和排放。

3)单部件保护技术。M ITSUBISH I MO TORS CORP.的IMA I SADAO和HORII YU SU KE发明了一种控制器来保护电池,称之为混合动力车能量产生控制器(Power Generation Controller For Hybrid Elect ric Vehicle)。在混合动力车上电池的充电能量来自于电动机再生制动产生的电能和发电机发电产生的电能。当电动机再生制动产生的电压高于电池的额定电压或电池的温度超出允许范围时,继续充电就会损坏电池或影响电池的寿命,此时控制器停止发电以保护电池。N ISSAN MO TOR CO.,L TD的KOM IYAMA SU SUMU和O KU RA KAZUMA等人发明的混合动力车控制器(Con2 t roller for Hybrid Elect ric Vehicle)解决了提供混合动力车电驱动用大功率电池充放电的控制问题。该技术用于由内燃机、电动机分别提供驱动力,启动电机提供引擎的启动力矩,两个电机由一组电池通过DC/DC变换提供能量,控制器主要根据混合动力车的运行状况以及电池的状态,改变DC/DC变换器的输出能量,以控制电动机的输出功率,保证整车的性能。这种方法在混合动力电动汽车中已普遍采用。

4)平滑偶合技术。N ISSAN MO TOR CO., L TD.ITORAMA H IRO YU KI和KITAJ IMA YA2 SU H IKO等发明了一种混合动力车控制装置(Con2 t rol Device for Hybrid Elect ric Vehicle)。该控制

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