插电式混合动力汽车双模糊控制策略及其优化探讨

吴添悦

广州市高级技工学校 广东省广州市 510000

传统的汽车发展中，在促进经济社会发展中发挥了巨大的作用，但是发展中其问题也不断暴露出来，其带来的环境污染等问题也成立社会的诟病，新能源汽车的出现和发展，成为世界研究的重点，插电式混合动力汽车（plug-in hybrid electric vehicle，PHEV）作为一种新能源汽车，也备受人们的关注。

在插电式混合动力汽车的研究和发展中，能源的管理控制策略依然是研究的重点问题，这个策略会影响到汽车的整体性能，从一般意义上来说，插电式混合动力汽车的能量管理策略，具体包括两个部分，一是驱动控制策略，二是制动控制策略。驱动控制主要在汽车驱动时，调节电机的功率输出，对发动机的转矩起到一定的作用；制动控制主要是对电机的制动力进行合理的分配，同时，对制动器动力进行一定的分配，这两者共同形成一个有机的整体，从而影响到控制策略的控制效果。

1 双模糊控制概念分析

所谓的模糊控制，主要是利用模糊数学的基本思路，融入控制的方法。模糊控制策略具有实用性强、控制性能好等特点，在多个领域都得到了很好的应用。混合动力汽车的发展中，也得到了广泛的应用。但是从实际的效果看，模糊控制的方法并不是一无是处，这种方法具有很强的主观性，在控制规则的确定上，具有很大的随意性，这样也也会影响到最终的控制效果。

很多学者也加强了对模糊控制方法的研究，其主要的研究重点是借助智能算法，其主要目的是优化模糊控制策略，如采用粒子群算法，对燃油进行计算，保证汽车的经济性，还有的研究从汽车油耗方面下手，对模糊策略的相关函数目标进行优化。这些研究的方法虽然切入的角度各有不同，但是其共同点都是设计的相应的模糊控制策略，主要是驱动控制策略，虽然对对汽车能耗等有很大的借鉴意义，但是没有将汽车制动时的能量分配等考虑进去，相关的研究缺乏整体性，在驱动能量的管理等方面相对比较欠缺。

2 插电式混合动力汽车结构及模式分析

下图1是单轴并联式插电式混合动力汽车的结构图。

插电式混合动力汽车作为新能源汽车，这与传统的内燃机汽车是有很大差别的，在驱动和制动的过程中，其形式主要受发动机、点击、机械制动器等多个元件的影响，从而形式比较多样，工作模式也呈现出多样化的特点。具体表现为：

图1 插电式混合动力汽车结构图

（1）单纯的电动模式。汽车所需要的驱动很小，或者车速比较低的时候，这时发动机的状态是低负荷区域，其特点是油耗比较高，速度比较低，发电一体机中电机可以单独工作，即可驱动车辆，发动机可以不工作。

（2）并联驱动的模式。汽车对驱动的需求较高，发动机的油耗也比较高，要降低其负荷，主要由发电一体机提供主要动力，在发电机与发动机的共同作用下，驱动车辆。

（3）发动机单驱动的模式。车辆所需要的驱动位于中等或高复合区域，发动机可以单独驱动车辆。

（4）机械制动的模式。插电式混合动力汽车需要紧急制动或者是蓄电池的虚电状态达到最高值，要保证车辆的安全性，机械制动器可提供全部的制动力。

（5）二者联合制动的模式。这种模式主要是汽车行驶速度为中等减速，能满足其前后轮的动力需求，这时发动机与机械制动器同时提供制动力，确保车辆的正常运行。

3 插电式混合动力汽车的动力系统分析

主要包括三种常见的类型，分别是串联、并联和混联。这也是其与传统的汽车有所不同的地方。插电式混合汽车有两个车载的能量源。除了传统的内燃机系统，还包括了动力电池系统，这时传统的内燃机汽车所不具备的。

因动力电池、驱动电机的介入，传统的动力结构和工作原理都发生了根本性的变化，电驱动系统也成为了其驱动力的一部分，原有的单一内燃机动力编程机电耦合动力源，传统的单一输出双向的输出。

串联式结构中，发动机的主要作用是为驱动电机提供电能，或者是必要的时候，在发动机发电为电池充电的过程中起到拖动的作用，因此，这种结构中，发动机一般是不直接参与驱动的，串联结构主要的原理是将机械能进行转化，从而转化为电能，这也是并联式与之相区别的地方，并联式结构，主要是让发动机直接参与到驱动车辆的过程中，这样能有效减少发电效率的损失，但是从当前我国的具体情况来看，汽车频繁刹车的现象经常发生，也同时会出现突然加速或减速等操作，这样常常引起汽车负荷的突然变化，导致发动机工作点需要进行来回切换，增加了汽车的油耗。

混联式结构，主要是将串联式和并联式结构的优点加以整合，根据具体控制策略的要求，发动机可以参与车辆驱动，或者拖动发电机发电，还可以利用发电机发电同时所产生的负载力，调节其工作点。

4 双模糊控制策略分析

4.1 串联式结构控制策略

对串联式结构来讲，主控制器连接驾驶员和动力系统，整体的控制策略会影响到动力电池的使用寿命，当前多采用恒温器控制或其他模式。所谓的恒温模式，顾名思义，主要是确保发动机的电池恒功率运作，如果电池的荷电状态降低，发动机会再次启动输出恒温功率，这样保证其功率的稳定性，当然，这种模式常常出现大电流放电，影响电池的使用寿命。因此，在这种模式下，可以增加功率跟随的控制策略，这种综合控制策略，对发电机的负载功率进行跟踪，能减少电能的损耗，也避免对电池的影响。

4.2 并联式结构控制策略

采用模糊控制策略，通过由神经网络模糊控制器等组成的混合系统，并利用人工自学，对模糊控制规则进行记忆，了解经验，这样控制规则也就隐含在整个系统网络中。在这一控制策略中，要明确控制的目的是对汽车燃油的消耗、电池、污染气体的排放等进行优化，因此，可以建立仿真系统，将所有的因素考虑其中，通过改善一定的系统，确保优化目的的实现。

4.3 混合式控制策略

在车辆的起步状态、正常行驶状态和减速状态下，其控制原理和操作也存在差异。起步阶段，一般可以电动模式启动车辆，能避免高油耗的出现；在车辆正常行驶状态下，车辆处于串联模式下运行，电池负荷低，发动机为驱动电机提供能量，电池在整个过程中也有重要作用；在车辆减速运行状态下，需要进行减速制动，还要保证车辆的安全性，可采用机械制动。此外，如果发动机出现故障，可采用纯电动模式。

总之，车辆处于不同的运行状态，对其控制策略也存在不同，而不同的控制策略各有长短，在具体的应用中，可以加以综合利用，才能真正起到作用。

5 结语

综上所述，插电式混合动力汽车作为一种新能源汽车，与传统的汽车相比，其具有明显的优势，也符合当前绿色发展和环保型社会建设的背景，同时，也解决了一般电动车辆行驶里程较短的不足，有效减少了大气污染等，成为未来汽车发展和研究中关注的重点。从技术层面来看，插电式混合动力汽车发展前景广阔，在控制和方案优化等方面，还需要进一步的提升，模糊控制策略其实用性较强，对比其他控制策略，具有很大的优势，在具体的应用中，需要与其他控制策略相结合，才能达到优化的目的。