混合动力汽车的控制策略探微

谢碧波

摘 要：混合动力汽车属于新能源汽车产品，其中控制策略是它实现能源与能量合理分配的关键。本文主要以混合动力汽车的动力系統控制策略设计与电动机选择及模型分析为主，简要探讨了它的动力流动与控制问题，希望证明该车型的低排放、低能耗优势。

关键词：混合动力；汽车；控制

在全球性能源短缺和生态环境保护的背景下，新能源汽车的概念被提出，混合动力汽车是新能源汽车的代表性产品，此类车辆以汽油或柴油供能和电力供能两种方式进行驱动，在车辆启动时，只需要依靠电动机带动，当车辆速度达到一定后，发动机才会启动，由此不但可以使车辆获得良好的动力性，而且还能减少燃料的消耗。控制系统是混合动力车辆的关键，其性能优劣直接关系到车辆的动力性。借此，本文就混合动力汽车的控制策略进行探微。

1 混合动力汽车的动力系统控制策略研究

1.1 动力系统布局

动力系统是整个混合动力汽车的重要组成部分之一，它布局是否合理直接关系到车辆的性能。在对动力系统进行布局时，可以采用纯电驱动的强混系统，这种系统不但能够满足加速需要，而且还能有效降低油耗。图1为并联强混系统结构示意图。

与双电机并联动力系统相比，单电机并联强混动力系统在内燃机与一体化电机之间加装了一个离合器，这样的结构布置，能够在电动与内燃机断油的运行状态下，使内燃机脱开，从而达到减小反拖损失的目的，并且单电机只需要安装一套电机系统，它的经济性更高。

1.2 控制策略设计

1.2.1 主要运行模式的分类。本文所提出的强混动力系统共有以下几种运行模式：

①在驻车的前提下，离合器处于开启状态，由于内燃机启动必须在离合器闭合的情况下完成，因此电动机会先行启动。

②当电动机正常启动之后，车辆会自行进入到电动机驱动的状态，若是此时车辆处于低速运行，或是有缓慢加速的需要时，车辆控制器则会认定动力需求较小，如果在这一过程中内燃机启动，其必定会在低负荷、低效率的情况运行，这对车辆运行经济性非常不利，因此在控制策略的设计上，应当对纯电驱动这一工况予以优先考虑。

③SOC（动力电池）中存储的电能如果低于额定最小值时，控制器便会自行向内燃机发出启动指令，此时内燃机会与电动机共同运行，对车辆进行牵引，在这种模式中，内燃机相当于是电动机的助力。

④因发动机上的12V电池需要发电机为其进行充电，加之SOC中存储的电能会随车辆的运行而下降，因此需要混合动力系统或固定充电系统不定期对其进行充电，以免混合动力的功能丧失。

⑤如果车辆的速度降至非常低的状态时，回收能量并不会起到太大的作用，所以此时电动机会停止对能量的回收，而内燃机则会处于停止工作的状态。

1.2.2 运行模式判断。动力系统模式的切换需要一定的条件，当车辆从纯电动机驱动转为混合驱动时，需要如下条件：加速踏板输入、车速、SOC等，在这些条件下，内燃机必须立即启动发电机带动电动机，提升车辆的动力性，且富余能量能被动力电池回收。

2 混合动力汽车的电动机选择

2.1 电动机参数选择及模型分析

混合动力汽车的电机系统要充分考虑汽车运行环境、蓄电池供电能力、电池电压变化等因素优化参数选择，以确保电机系统具备良好的稳定性和运行效率。电机系统是混合动力汽车驱动控制模块的核心，其重要参数之一为转速因子，即最高转速与基速的比值。电动机的类型不同，转速因子值也有所不同，一般情况下转速因子较大的为感应电动机，转速因子较小的为永磁同步电动机。为保证混合动力汽车能够在低速运行状态下快速加速，具备一定的爬坡性能，应当选用一体化启动电机，将启动机、发电机以及发动机紧凑地布置为一体形态，而后将其装配在变速箱与发动机之间。由于混合动力汽车的加速性能直接决定着电机系统的功率参数，所以在良好的路况下，可根据公式求出汽车由起步加速到设定车速的时间t，具体为：

其中，表示设定车速；表示转动质量转换系数；m表示整体质量；Ft表示滚动阻力；Fw表示空气阻力；Ff表示行驶驱动力。

2.2 控制模型控制过程分析

电机系统要想在预定时间达到设定车速，就必须通过电流反馈与转速PID完成整个控制过程。其中，电流反馈通过比较分析电机系统输出的电流与预设电流，而后确定输入端的电压，确保实际电压值与目标值相接近；转速PID控制主要根据目标转速对实际转速进行有效控制，确保两者接近。

3 总结

综上所述，传统能源的短缺，为混合动力汽车的发展带来了契机，相信在不久的将来，这种汽车将会代替柴油机或汽油机的车辆，为此，加大对混合动力汽车控制系统的研究力度十分必要，由此不但能够提升整车的动力性能，而且还能达到降低能耗的目的。

参考文献

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