浅谈混合动力汽车控制系统的发展

江朋飞

摘 要：混合动力汽车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。混合动力汽车相对于传统汽车和电动汽车具有鲜明的优势，使它近几年成为各地大学、汽车公司和科研机构进行研究发展的主要对象。它是新一代的汽车结构形式。该文主要针对混合动力汽车控制系统的发展进行分析。

关键词：混合动力汽车控制系统 发展 分析

中图分类号：U469.7 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）12（b）-0064-02

混合动力汽车相对于传统汽车和电动汽车具有鲜明的优势，使它近几年成为各地大学、汽车公司和科研机构进行研究发展的主要对象。它是新一代的汽车结构形式。它具有低于电动汽车的成本，却拥有接近于传统汽车的动力，并且有潜力达到低耗油低排放的标准。

1 混合动力汽车的优势

混合动力汽车兼顾了传统汽车与电动汽车的优势，有着低排放、低油耗的特点，动力与传统汽车不相上下，生产成本低于纯电动汽车，因此，在近年来成为各个汽车公司研究的重点。可以预见的是，在电动汽车电池问题尚未解决前，混合动力汽车的应用是解决能源问题的重要途径。混合动力电动汽车不同于传统的电动汽车与内燃机汽车，该种类型的汽车包括两种车载能量源组成，将这两种能量源结合起来可以有效提升汽车的整体性能。要将其协调起来，必须要辅以相应的控制措施，这也是保证混合动力汽车顺利工作的核心。

2 混合动力汽车的结构类型

混合动力汽车的结构型式有很多，因为它的每个部件的组成都不同，控制类型和控制方法也都不一样。混合动力汽车的主要有两种动力源。混合动力汽车也具有多种分类方法。串联型、并联型和混联型是依照动力不同的传递方式和动力源的数量来划分。发电机运行的不同也可以划分为发动机连续运行模式和开关模式等。

2.1 荷电维持型混合动力汽车

此类型的混合动力汽车可以采用串联型或者并联型的系统型式。它不需要电力网充电。一般情况下此类型混合动力汽车具有一定的纯电动的行程。荷电维持的并联型混合动力汽车燃油经济性理想，可以节约约6%左右的燃料。

2.2 荷电消耗型混合动力汽车

荷电消耗型的混合动力汽车具有良好的能量经济适用性，主要是由于它的电池充放电的过程中并不会产生太大的损失。它的行程是纯电动型的，蓄电池内的核电状态在汽车的不断运行下使用完后可以通过充电器利用热效率来充电。荷电消耗型的混合动力汽车的发动机一般只能在蓄电池荷电维持能力不足下开始运行。如果汽车运行需要高功率动力，发动机也会开始运行。也可以通过能源管理控制的方法，在发动机运行动力不足、蓄电池组的储电量较小的情况下，依然可以使荷电消耗性混合型动力汽车能够长时间运行。

2.3 混联式驱动系统

混联式驱动系统结合了串联式、并联式结构的优势，发动机功率由机械传动直接输送至驱动桥，发动机电能会输送至电池与电动机，电动机的驱动力矩会传输给驱动桥。在汽车低速运转的情况下，驱动系统主要采取串联工作法，在汽车进入到高速运转状态时，则采用并联工作法。该种结构的应用可以充分体现出汽车的优良性能，但是此类结构的控制方式非常复杂，对于制造和设计的要求非常高，但是，发动机的运转基本不会受到汽车运行状态的影响，在汽车运转时，可以满足低排放和低油耗的要求。

3 混合动力型汽车的控制方法

要想让混合动力型汽车满足低耗能和低排放的要求，就必须科学选择优化控制方法，在汽车各个部件的性能都能够发挥的基础条件下，达到能量的合理分配，提高整个系统的效率，做到低耗油低排放，提升汽车的驾驶性能。

3.1 并联混合型汽车的控制方法

第一，并联混合型汽车以功率为主要参数的控制方法：汽车完全由电动机单独运行时，此时的车轮的功率约数是低于设定值的。发动机在启动时，这时的车轮的功率约数高于此设定值。在变速器换挡时，发动机的性能是最佳的。

第二，并联混合型动力汽车以车速为主要参数的控制方法：根据车速的设定值，当车速高于低于设定的车速时，发动机开始启动，而电机则停止运行。相反，当车速低于设定值时，则由电动机驱动运行。这种模式是现阶段使用最多的模式。

这两种控制方法都是比较简单的方法，很难让整个系统达到最高效率，还需要不断的进行完善。

第三，并联型混合动力汽车以成本和节能减排为目的的控制方法：此方式中只有汽车在加速过程中电动机才会启用。这种方式的混合动力汽车为了节约成本和节能减排，采用小容量的蓄电池组和小功率的电机。但这种模式是存在弊端的，发动机在低负荷的运行中无法解决它的排放问题。可以采取兩种方法来控制汽车加速问题。在汽车的发动机和电动机同时合并运行产生驱动功率，或者在汽车高速起步、紧急加速时在应用适当的干预模式；当汽车在原地起步时，会有电动机或发动机任一独自启动，可以设置为只有在速度增加到一定数值时发动机才会启动，增加所需动力。

第四，并联型混合动力汽车采用优化技术的控制方法：这种方式可以让发动机和电机能够在保持在效率最大化工作状态之中，减少了燃油量。但是该种技术尚未完善，不符合节能减排的标准，也会受到汽车驾驶工况的影响。

3.2 串联型混合动力汽车的控制方法

串联型混合动力汽车的控制策略主要是为了达到最佳的效率，并满足节能减排的目标：

第一，串联型混合动力汽车发动机跟踪器控制模式：发电机的效率和排放性能在低负荷时会受到影响，要解决这一问题，可以采用自动无级变速器。采用此种模式可以让发电机保持油耗的最小量，能够有效降低一氧化碳的排放量。

第二，串联型混合动力汽车恒温器控制模式：这种模式下会对蓄电池产生不利的影响，因为蓄电池组为了满足所有瞬时功率的要求，会造成蓄电池组的损失，其应用范围受到了限制。

3.3 混合式混合动力车控制方法

混联式混合动力汽车的控制策略采用发动机作为主要动力源，电动机和电池通过提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，而剩余的转矩则由电动机提供。这样电动机来负责动态部分，避免了发动机动态调节带来的损失。为了优化工作状态，需要在发动机最优工作曲线模式思想的基础上，对混合动力车在特定工况点下整个动力系统的优化目标进行优化，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。

4 结语

研究显示，小功率、小容量电池组的并联型混合动力汽车成本较少，并且满足节能减排的要求，在未来的市场中是很有发展前景的。但是其系统控制策略的发展还不成熟，需要进行进一步的优化。

参考文献

[1] 李美军.混合动力电动汽车动力耦合方式的分类与比较[J].公路与汽运，2008（2）：24-27.

[2] 刘永刚，陈亮，林毓培，等.单电机重度混合动力耦合机构设计及可靠性试验[J].机械设计与研究，2014（1）：105-110.

[3] 邹乃威，章二平，任友存，等.混合驱动系统动力耦合机构分类研究[J].农机化研究，2011（4）：200-203.

[4] 戴海峰，孙泽昌，魏学哲.利用双卡尔曼滤波算法估计电动汽车用锂离子动力电池的内部状态[J].机械工程学报，2009（6）：95-101.

[5] 崔纳新，张承慧，李珂，等.电动汽车异步电机变频驱动系统的自抗扰控制[J].电工技术学报，2007（8）：150-154.