混合动力汽车动力切换控制技术研究

鲜晓峰

摘要：隨着世界经济的持续增长和世界人口的增加、人民生活水平的提高，人均能源消耗将会高速增加，环境污染会变得更加严重。开发新的替代能源、提高热能转换效率和节约能源被认为是解决或缓解环境污染和保障能源供给的有效办法。汽车燃油发动机是消耗矿石能源和制造环境污染的大户，研发替代燃油发动机的新动力势所必然。替代燃油发动机汽车的方案也越来越多，例如氢能源汽车、燃料电池汽车、混合动力汽车等。但目前最有实用性价值并巳有商业化运转的模式，只有混合动力电动汽车。本文介绍了混合动力汽车动力切换控制技术。

关键词：混合动力汽车；动力切换

1.混合动力汽车介绍

混合动力汽车故名思议指的是用电池+燃油的综合能力作为动力，运用发动机和电动机一起配合工作。简单来说就是将电动与发动现一起同时安装在汽车上，并让两者可以配合、协调工作，以达到汽车行驶的目的。混合动力汽车同时具有两种优势，即可保持发动机的持续时间，也可发挥电动机无污染的优势。最重要的一点就是混合动力的技术可以把能量进行回收利用，让能量的利用率提升到百分之九十五以上。和同等动力配置的传统汽车比较，混合动力汽车在不减少动力性的基础上，可提升燃油的经济性，并在一定程度上减少CO2和污染物的排放。

当前全球所研制的混合动力车有多种形势，一般可分成四种形式：串联、并联、复合、混联式。串联方式的结构特点是将发电机、发动机、电机进行串联连接，汽车主要是以纯电进行驱动。每种形式的特点是不一样的。随着混合动力汽车的快速发展，汽车的控制策略也变得越来越复杂，但大体可归纳为四类：逻辑门限值控制策略、模糊逻辑控制策略、自适应控制策略和神经网络控制策略。

2.混合动力总成分类

合动力总成按照驱动系统能量流和功率流的配置结构关系，可分为串联式（两种）、并联式和混联式。

2.1串联式动力由发动机、发电机和电动机三部分动力总成组成，它们之间用串联的方式组成SHEV的动力单元系统，发动机驱动发电机发电，电能通过控制器输送到电池或电动机，由电动机通过变速机构驱动汽车。小负荷时由电池驱动电动机驱动车轮，大负荷时由发动机带动发电机发电驱动电动机。当车辆处启动、加速、爬坡工况时，发动机-电动机组和电池组共同向电动机提供电能；当电动车处于低速、滑行、怠速的工况时，则由电池组驱动电动机，当电池组缺电时则由发动机-发电机组向电池组充电。

串联式结构适用于城市内频繁起步和低速运行工况，可以将发动机调整在最佳工况点附近稳定运转，通过调整电池和电动机的输出来达到调整车速的目的。使发动机避免了怠速和低速运转的工况，从而提高了发动机的效率，减少了废气排放。但是它的缺点是能量几经转换，机械效率较低。

2.2并联式系统的发动机和电动机共同驱动汽车，发动机与电动机分属两套系统，可以分别独立地向汽车传动系提供扭矩，在不同的路面上既可以共同驱动又可以单独驱动。当汽车加速爬坡时，电动机和发动机能够同时向传动机构提供动力，一旦汽车车速达到巡航速度，汽车将仅仅依靠发动机维持该速度。电动机既可以作电动机又可以作发电机使用，又称为电动-发电机组。由于没有单独的发电机，发动机可以直接通过传动机构驱动车轮，这种装置更接近传统的汽车驱动系统，机械效率损耗与普通汽车差不多，得到比较广泛的应用。

2.3混联式系统包含了串联式和并联式的特点。动力系统包括发动机、发电机和电动机，根据助力装置不同，它又分为发动机为主和电机为主两种。以发动机为主的形式中，发动机作为主动力源，电机为辅助动力源；以电机为主的形式中，发动机作为辅助动力源，电机为主动力源。该结构的优点是控制方便，缺点是结构比较复杂。

3. 混合动力切换控制关键技术

3.1 混合动力汽车动力切换系统与车辆动力学建模

将混合动力电动汽车的发动机、发电机、电动机等设备在不同的工作情况下，建立各自的动力学模型，通过转矩模型观测器对汽车内 部的主要运行设施进行实时的数据监控，得到相应的动态数据变化模型，通过对发电机和电 动机的动力特性进行专业分析，研究混合动力 电动汽车的动力切换协调控制系统中的各个供 能装置与耗能装置之间的关系。

3.2 基于模型预测的电动机转矩补偿控制

通过对混合动力汽车的驾驶状态、动 力的切换稳定时间和驾驶工作状况进行分析，得出这些因素对动力切换协调系统的影响，将汽车在正常运行过程中的电动机转矩补偿确保动力供应稳定的问题进行解决，确保混合动力电动汽车的动力切换处于稳定状态。

3.3 混合动力系统动力切换动态协调控制的试验研究

在混合动力系统动力切换动态协调控制的试验研究过程中，通过进行仿真模拟研究得到 一定的经验，但这种研究方式得到的数据与混合动力汽车实际使用过程中的数据之间依 然存在一定的差距，这对科研研究项目的调整提出了一定的要求。通过搭建硬件设施尽可能 的贴近混合动力汽车正式投入使用时的数据，通过验证和修改典型状态下混合动力系统的动态数据，研究出相关的混合动力系统动力协调控制技术。

3.4混合动力电动汽车动力切换时的瞬态稳定性

在进行混合动力汽车动力切换时的瞬态稳定性实验时，应考虑到混合动力汽车在正常行驶过程中的动力系统运行模式和动力系统在运行中的相关数据。在汽车正常行驶过 程中准备进行动力系统切换时，考虑相关数据的瞬态稳定性问题，通过建立一个将汽车进行动力切换数据实时记录的动态分析模型，将汽车在各种动力切换模式工作之间的临界值找到。掌握混合动力汽车动力系统的动力切换协调控制技术的过程，需要通过软件仿真试验对混合动力系统动力切换协调控制的数据进行详细的对比分析，在科研项目研究后期时，要通过硬件设施对混合动力系统动力切换协调控制数据进行进一步的试验，从实验中所需的零件到对整个混合动力电动汽车的试验都要进 行分析处理，当经济条件允许的情况下，可以 使混合动力汽车在正常路况行驶，通过施加真实的道路负载，对混合动力汽车的动力切换协调控制系统的实况运行状态进行实时 监控，确保混合动力协调控制系统能够正常运行。将混合动力汽车在进行动力切换时的瞬态稳定性进行有效的控制，保障混合动力汽车在进行动力切换时不会出现故障，确保汽车在正常行驶过程中的绝对安全。

结语

内燃机和电动机结合。启动时电动机提供额外的扭矩，协助加速；刹车或下坡时，电动机能把部分动能反过来转换成电能，存储到电池中。在启动停止频繁的市内交通里，这样就能节省能源。而且，在电动机的支持下，内燃机可以尽可能多的以省油的模式以最优化的转速运行。为了节能和环保，替代纯内燃动力的新一代动力系统，与遥不可及的燃料电池车相比，混合动力是非常现实的选择。

参考文献

[1]杜红艳，师亚娟.电力电子技术在混合动力电动汽车中的应用[J].陕西教育：高教版，2014（03）：71-72.

[2]程莹，罗安，浣威.注入式混合型有源电力滤波器的参数优化设计及其工程应用[J].电网技术，2010（10）：53-59.

（作者单位：长城汽车股份有限公司）