混合动力汽车动力切换控制技术研究

张红党　杨宏图　王峰

摘要：对混合动力汽车的现状进行了介绍，分析了混合动力汽车动力切换时产生较大噪声和振动等缺点，提出了基于车内声品质的混合动力汽车动力切换控制控制策略，设计基于车内声品质的混动动力切换控制的技术路线，为动力系统动力耦合控制提供理论和技术方面的支持。

关键词：混合动力汽车；动力切换；控制策略；技术路线

中图分类号：TB文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.33.093

1前言

目前，汽车工业已经成为我国的支柱产业之一，汽车产销量已连续多年稳居世界各国之首。混合动力汽车装备有内燃机和电动机两种动力源，兼顾了电动汽车和内燃机汽车的优点，逐渐成为汽车技术发展的趋势之一。混合动力汽车不仅在环保和低能耗上有出色表现，而且在振动与噪声整体控制上也体现出一定的优势。然而，混合动力汽车相对于传统内燃机汽车，增加了电池组、发电机和电动机等零部件，结构和工作方式都变得较为复杂，由此引起的噪声与振动源及其特性也发生了较大变化，如噪声和振动源的增加且呈分散特点导致噪声和振动特性分析难度加大；发动机和电机等设备的频繁起停引起瞬态冲击振动和高频噪声现象突出；整车乘客室内外声学环境噪声减小使得噪声源的贡献比发生重大改变，从而影响了车内声品质和车外噪声等级。

混合动力汽车车内声品质的研究很少，特别是对发动机频繁起停引起的噪声、动力耦合装置在不同工况下机电动力的切换产生的振动冲击和噪声，对车内声环境的影响还缺少研究。

2动力切换控制策略方案的技术路线

本文在分析了国内混合动力切换控制研究的基础上，提出了一种遵循“理论研究”→“建立模型”→“提出策略”→“模型仿真”→“分析比较”→“实验验证”的技术路线。分析了混合动力系统的发动机、电动机、发电机、动力耦合装置的振动噪声特性的基础上，先建立各装置的动力模型，然后建立总的混合动力系统分析模型，研究不同工况下动力切换过程中的冲击振动与噪声。与此同时进行车内声品质主客观评价，研究汽车车内声品质特性与机电耦合动力系统耦合方式和动力分配的关系。最后以车内声品质为目標，研究汽车动力系统机电动力切换控制理论和协调控制策略，提出改善振动性能和声品质的协调控制方案，最后进行实车实验进行验证。

本文研究技术路线分为三条，其中一条技术路线是进行混合动力汽车动力系统动力学特性和振动研究（图1），另一条技术路线是进行混合动力汽车车内声品质研究（图2），最后是基于车内声品质的混动动力切换控制技术路线（图3）。

3基于车内声品质的动力切换控制技术研究内容和步骤

该控制策略的技术研究路内容和步骤如下：

（1）分析混合动力汽车动力系统振动及影响因素。以丰田卡罗拉混合动力汽车的动力系统为研究对象，分别建立发动机、电动机、发电机和动力耦合装置各系统的动力学分析模型。然后运用多体系统动力学理论，建立机电统一的动力系统动力学分析模型。结合有限元方法，利用所建立的机电混合动力系统动力学分析模型。

（2）对混合动力汽车动力系统进行稳定工况动力学特性分析，在建立的动力学模型上进行仿真分析的同时，进行稳定工况下动力系统振动特性研究试验。在发动机处于某一特定工况时，分别测量电机单独工作、发动机单独工作、电机与发动机同时工作三种状态下动力系统的振动参数，与此同时测量动力系统的噪声。通过数据分析，判断振动参数的改变对动力系统噪声的影响。怠速工况下驱动电机不工作，仅有发动机和发电机转动，此时分别分析发动机空转时和发动机发电时两种情况下混合动力系统的振动噪声特性。另外电机工作时，通过控制电流大小来测量动力系统的振动，从而分析电机参数对系统振动的影响，进行试验分析。

（3）对混合动力汽车动力系统进行过渡工况动力学特性分析。在结合动力学模型及切换协调控制策略仿真分析的基础上，研究发动机起停、由电机驱动切换为机电混合驱动以及汽车加减速过渡工况下的混合动力系统的振动噪声特性。具体是通过控制油门踏板、车速和蓄电池充电状态等，实现控制发动机起停、不同模式切换和汽车加减速等工况，进而对不同过渡工况下动力系统振动和噪声进行测试。

（4）以改善混合动力汽车车内声品质为目标的混合动力系统协调控制策略优化。基于试验和仿真分析，研究分析机电驱动方式的切换和不同供能比例对动力系统振动噪声特性、车内噪声和声品质的影响；同时运用最优控制、鲁棒控制、自适应控制、模糊控制、神经网络控制等理论，研究混合动力系统的协调控制策略，在保证汽车其他性能不变差的情况下，对混合动力系统结构参数和混合动力系统控制策略进行优化，从而实现课题研究目标。

（5）最后进行基于改良车内声品质的为目标的混合动力切换协调控制策略试验验证。选择郊区车辆较少的平整柏油公路，选取混联式试验样车，利用多通道数采系统进行声音样本采集。运用已经设计的动力切协调控制策略，分别采集混合动力汽车稳定工况和过渡工况下的声音样本。然后对所采集的声音样本进行主观评价试验，对于稳定工况下的车内声品质的主观评价采用成对比较法进行评价，而对于过渡工况下的车内声品质主观评价采用等级评分法进行主观评价试验。

4结论

国内外对混动汽车车内声环境的影响有不少研究，而机电混合动力切换的协调制策略及其对汽车冲击振动和噪声影响方面的研究几乎是空白，尤其是对发动机频繁起停引起的噪声、动力耦合装置在不同工况下机电动力的切换产生的振动冲击和噪声。因此，研究动力耦合装置在不同工况下机电动力的切换产生的振动冲击和噪声对车内声环境的影响机制，将动力系统动力耦合控制与车内声品质改善有机结合，为动力系统动力耦合控制提供理论和技术方面的支持。

参考文献

[1]YiHsuan Hung， ChienHsun Wu.An integrated optimization approach for a hybrid energy system in electric vehicles [J]. Applied Energy， 2012， 98： 479490.

[2]赵彤航，卢炳武，曹蕴涛.混合动力轿车振动噪声控制技术[J].吉林大学学报（工学版）， 2012， 42（6）：13731377.

[3]L.Y. Liao， Y.Y. Zuo， X.H. Liao. Study on Hybrid Electric Vehicle Noise and Vibration Reduction Technology[J]. Advanced Materials Research， 2013， 764： 141148.

[4]李芳，左言言，李玉东.音乐控制法改善车内声品质的试验研究[J].噪声与振动控制， 2014，33（2）： 6669.endprint