混合动力汽车协调控制策略构架

长春工程学院电气与信息学院 张 允 耿英楠 杜 波 赵迎辉 蒋梦莹 郭慕瑶



混合动力汽车协调控制策略构架

长春工程学院电气与信息学院 张 允 耿英楠 杜 波 赵迎辉 蒋梦莹 郭慕瑶

【摘要】为了实现混合动力汽车节能减排的目标，本文设计了混合动力汽车协调控制策略总体构架，详细阐述了控制信号输入和输出模块，工作模式判别模块，转矩计算模块，转矩管理与工作模式协调控制模块等各主要模块的功能。通过典型工况循环测试，验证了该协调控制策略的有效性。

【关键词】混合动力汽车；工作模式；协调控制

1 混合动力汽车协调控制策略总体构架

混合动力汽车协调控制策略总体构架模型如图1所示，主要包括输入模块、总需求转矩计算模块、总目标分配转矩计算模块、工作模式判别模块，转矩管理与工作模式协调控制模块及输出模块六大部分。

图1 混合动力汽车协调控制策略总体构架

2 各主要模块功能

2.1 输入/输出模块

该模块为控制策略的输入信号和输出信号部分，在实车中输入信号由传感器或执行部件ECU通过CAN总线提供给整车控制器（HCU），输出信号经HCU中的控制策略计算得到，由CAN总线传递到各执行部件控制器。各输出量主要包括：发动机、电机输出转矩命令；驱动模式命令；发动机、电机开关命令等。

2.2 需求转矩计算模块

要合理分配发动机和电动机的目标转矩，并对混合动力系统进行能量管理及工作模式的协调控制，首先均应对需求转矩进行识别。

总转矩需求由驱动转矩需求Td_req、制动转矩需求Tb_req和电池充电转矩需求Tch_req三部分构成。

2.3 工作模式识别模块

该模块主要根据驾驶员加速踏板开度、制动踏板开度、档位、车速等判断车辆工作模式，计算发动机、电机、离合器等执行部件的状态等。

2.4 分配转矩计算模块

（1）纯电动模式

此时，发动机关闭，发动机目标转矩为0，电动机单独驱动车辆，其目标转矩为需求转矩。

（2）纯发动机驱动模式

此时，发动机单独驱动，发动机的目标转矩等于需求转矩。而电动机关闭，其目标转矩为0。

（3）行车充电模式

此时，发动机驱动车辆并带动电动机主动充电，发动机目标转矩受发动机最大转矩、驱动转矩需求、电池最大允许充电转矩和电动机最大充电转矩的影响。而电动机的目标转矩为发动机的转矩与需求转矩之差。

（4）混合驱动模式

此时，发动机输出最大转矩，需要功率辅助，由电动机提供剩余的需求转矩。电动机的目标转矩为需求转矩与发动机转矩之差。

（5）减速/制动能量回馈模式

此时，发动机关闭，发动机目标转矩为0。当SOC小于峰值时，电动机处于发电状态，将动能转化为电能存储于电池中，此时系统为再生制动模式，电动机回收制动能量，电动机的目标转矩为电机转速与SOC的函数值。当SOC达到峰值时，电池不再有继续接收电荷的能力，此时再生制动模式切换为机械制动模式，将车辆动能以其他形式的能量耗散。此时，机械制动转矩为制动需求转矩与电动机的转矩之差。

2.5 转矩管理与工作模式协调控制模块

该模块对发动机转矩进行在线估计，对整车进行综合协调控制。

3 工作模式综合协调控制结果及分析

我们选取美国US06典型循环工况进行测试，并选取车速差均值作为整车动力性评价指标，选取百公里油耗作为整车经济性评价指标，选取电池SOC变化均值作为电池SOC平衡性评价指标，相应性能指标的对比情况如表1所示。

表1 工作模式协调控制仿真结果

结果表明优化控制后，整车动力性、经济性、SOC平衡性均比优化控制前有所提高，证明了本文建立的协调控制策略的有效性。

4 总结

本文基于模块化设计思想，将控制策略分为控制信号输入和输出模块，工作模式判别模块，转矩计算模块，转矩管理与工作模式协调控制模块共计六个模块。在此基础上，针对典型循环工况进行测试，仿真结果表明本文提出的协调控制策略能够有效地改善整车动力性、经济性与排放特性。

参考文献

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［4］李至浩.混联式混合动力汽车整车控制器硬件系统设计［J］.机械与电子，2011（9）﹕16-20.

［5］李鸿博.电动汽车蓄电池状态监测系统的设计［D］.大连﹕大连理工大学，2011.

基金项目：吉林省教育厅基金项目《混合动力客车多目标综合协调控制技术研究》。