高品质混合动力汽车效率优化的控制分析

高品质混合动力汽车效率优化的控制分析

随着高品质混合动力汽车市场份额的增加，对改善和优化混合动力汽车效率的需求也不断增加。促使各国政府和汽车厂商开始致力于培养下一代混合动力汽车工程师，如通用汽车公司和美国能源部联合资助的EcoCAR竞赛。该竞赛是一项大学生汽车工程赛事，要求参赛队伍在满足汽车性能需求和吸引消费者的前提下，利用先进技术对汽车进行改造，以减少燃油消耗、降低环境污染。加拿大滑铁卢大学的替代燃料小组（UWAFT）参加了EcoCAR 3的比赛。该小组对指定的汽车进行了混合动力结构改造，并制定了相应的控制策略，实现了对整车效率的优化。本研究对这种改造和控制策略进行介绍。

UWAFT使用的基础车型为雪佛兰科迈罗，对该车进行混合动力结构改造时，采用一种并联混合分割结构。这种结构的特征是采用1台发动机、1套变速器和2台电机。2台电机分别置于变速器前后（这2个位置分别记为P2、P3）。在发动机与P2处电机之间安装离合器，以实现发动机和P2电机的结合与分离。当离合器分离时，汽车将行驶在纯电动模式下。因而，该结构可以实现发动机与电机的串联、并联以及纯电动行驶。制定相应控制策略时，首先确定了电荷维持（CS）模式和电荷消耗（CD）模式。当能量存储系统的荷电状态（SOC）高于某一阈值则开启CD模式，若低于某一阈值则开启CS模式。根据汽车起动、制动、加速、爬坡时的性能需求，计算不同模式下的传动效率，并制定索引表。汽车行驶时，根据性能需求查找索引表，控制汽车驱动方式确定效率最优的驱动方式。利用Matlab/SimuLink对设计的结构和控制策略进行仿真。发动机参数来自德国韦博公司生产的Weber MPE 850cc涡轮增压发动机，电机参数来自于英国吉凯恩公司生产的GKN AF130-4电机，能量存储系统参数来自于美国A123系统公司生产的容量为16.2kWh的锂电池组。仿真采用的循环工况包括美国US05城市循环工况、美国US06高速公路循环工况和高速公路省油监测循环工况（HWFET），设定SOC的上下阈值分别为90%和20%。结果显示：汽车在CS模式下的能源消耗平均降低了30.5%，而在CD模式下能源消耗平均降低了13.8%。

Patrick Ellsworth et al.SAE

2016-01-1253.

编译：李臣