混合动力汽车动力切换控制技术研究

解垭岭 王震

摘要：随着现代人们节能、环保理念的提升，汽车制造业也越来越重视开发节能环保型汽车。混合动力汽车具备传统汽车以及电动汽车的优势，具有耗油少、排放低、动力性能不弱于传统汽车且造价成本显著低于电动汽车的特点，成为现代各大汽车生产公司以及相关机构的研究热点。本文主要探讨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. 混合动力汽车类型、特点及控制策略

混合动力汽车主要分为串联式、并联式、混联式这三种类型，因此，文章主要针对串联式、并联式、混联式驱动系统及控制策略展开分析：

1.1串联式驱动系统

串联式驱动系统主要由发电机和电动机组成。电动机通过发电实现控制器对汽车的驱动，在此过程中，电池起到平衡电动机输入、输出功率的效果：当电动机发电功率超过驱动汽车所需功率时，控制器能够控制电流进入电池；若电动机发电功率低于驱动汽车所需功率时，控制器则控制电池提供所需功能[3]。该系统具有自由性高、操纵简单的优点，但是也存在效率低、持续时间短的问题。

在串联式驱动系统中，发动机与汽车行驶工作无直接影响，因此，控制策略的主要任务是优化驱动系统的运行效率和减少排放。笔者主要针对功率跟踪式控制模式展开分析，该控制模式主要是根据电池的电量以及电荷来控制发动机的运行与否，并能够有效调节发动机的输出功率，从而满足汽车驱动的需求[4]。当发动机功率低于驱动所需功率时，控制器可以将发动机输出功率适当调高；当电量下降，驱动汽车所需功率超过发动机最大功率时，可以通过提高电池的功率来实现。

1.2并联式驱动模式

并联式驱动系统能够实现发动机与电动机的共同运行或独立运行，当电动机作为辅助动力来源时，可以适当调节功率。其与串联式驱动模式相比，具有较高的运行效率，且经济性能显著优于串联式驱动模式。并联式驱动模式能够有效提高发动机的经济效益，并且能够有效提高汽车的稳定性。但是由于其结构复杂，成本高昂等因素的影响，导致其在混合动力汽车中的实际应用受到限制。

并聯式混合动力汽车控制策略仍存在一定的问题，有待进一步解决。笔者主要阐述实际运用最广泛的以车速为参数的控制策略：该方法主要根据车速进行控制，当车速低于一定标准的车速时，电动机能够单独承担驱动车辆的任务；当车速高于标准车速后，电动机停止工作，并由发动机来驱动车辆；当车载负荷量较大时，可以采用联合驱动的方式，能够有效保障驱动系统的运作效率。

1.3混联式驱动模式

混联式是综合了上述两种模式，当汽车慢速行驶时，汽车主要采用串联方式驱动；当汽车快速行驶时，主要采用并联方式驱动[5]。这种模式能够有效满足汽车行驶的各方面需求，但是由于使用技术较为高端，对于汽车结构设计以及制造技术的要求较高。这种方式能够有效保障驱动系统的效率，并且实现了低排放和低能耗，具有较高的绿色环保效果。

2. 混合动力汽车驱动系统控制策略分析

2.1 基线控制策略

基线控制策略在实际使用过程中能够结合不同的工况来决定发动机和电机的工作状态，需要将二者的运行参数控制在有限区域范围内，来实现不同的控制目标。当实际车速小于设定车速时，需要运用电动机和发动机来提供驱动力矩。如果车辆的实际驱动力大于发动机工作区域中的最大力矩，需要由电动机进行弥补。

2.2 实时控制策略

为了提高车辆运行性能，需要明确排放量和燃油经济性之间的关系，结合排放运行特点和发动机的工作性能，来实现燃油消耗和排放物较少的目标。需要了解并联混合动力汽车的经济性、动力性和排放性能，构建实时适应控制的目标函数，促进目标函数的最小化。通过实时适应控制能够实现对系统的最优控制，提升汽车控制系统性能。

2.3 模糊控制策略

模糊控制与智能控制方式和纸质的提炼精度有直接关系，能够展现出混合动力系统的非线性特点，混合动力汽车模糊控制建立在发动机需求和电池组的SOC状态值基础上，需要将扭矩Treq和功率Preq作为输入变量输出控制量，运用输入条件和发动机运行模式来确定发动机的工作点。

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。

2.2 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。

2.3 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。

2.4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

近年来，人们的环保意识增加，汽车尾气控制得到了人们的广泛关注，运用节能环保型汽车来代替传统的内燃机车辆，对提升混合动力汽车的环保性能具有重要作用。该文对串联式、并联式和混联式的汽车工作模式和原理进行了深入分析，对混合动力汽车驱动系统中的基线控制策略、实时控制策略和模糊控制策略进行分析，并对混合动力汽车动力切换控制技术进行了分析，明确了发动机关闭和开启对发动机控制的影响，提高了发动机的整体性能。

参考文献

[1]万媛媛.混合动力汽车（HEV）驱动系统的研究[J].汽车零部件，2014（10）：28，61-63.

[2]秦大同，刘东阳，杜波，等.重度混合动力汽车驱动模式切换动力源转矩协调控制[J].公路交通科技，2012（7）：151-158.