基于一种插电式混合动力汽车的控制方法研究

赵金国 阎治安

摘 要：针对现有插电式混合动力汽车的控制方法的设计所存在之缺陷，文章提出了将插电式混合动力汽车整车需求转矩Treq、动力电池的荷电量SOC和车速V，传递给控制模块的动力控制系统的方案。该方案的关键之处是采用模糊分层控制，使得混合动力汽车动力控制系统有效地控制车辆发动机和驱动电机达到行驶时期的最佳状态，从而交大幅度地提高了汽车的续航能力。通过对该控制方法地建模仿真，结果表明文章设计的模糊分层控制方法可以满足要求。

关键词：插电式;混合动力汽车;模糊分层控制;仿真

中图分类号：U469.7;TN710.9  文献标志码：B  文章编号：1671-7988（2020）22-69-04

Abstract： In view of the defects in the design of the current control methods of plug-in hybrid electric vehicles， this paper proposes a scheme of transferring the demand torque Treq， the SOC of power battery and the speed V of plug-in hybrid electric vehicles to the power control system of the control module. The key of the scheme is to adopt the fuzzy hierarchical control， so that the hybrid electric vehicle power control system can effectively control the vehicle engine and drive motor to reach the optimal state during the driving period， thus greatly improving the vehicle's endurance. The simulation results show that the fuzzy hierarchical control method can meet the requirements.

Keywords： Plug-in; Hybrid vehicle; Fuzzy hierarchical control; The simulation

CLC NO.： U469.7; TN710.9  Document Code： B  Article ID： 1671-7988（2020）22-69-04

引言

插电式混合动力汽车是一种处于动力汽车和纯电动汽车之间的车型，融合了电动汽车和汽油车的优势[1]。但是，到目前为止，插电式混合动力汽车的现有设计方案还不完善、成熟，性能还不够理想，主要体现在其驱动方式不合理，控制方法该没有得到优化，使得插电式混合动力汽车的应用受到限制。本文提出了一种新的混合动力汽车控制方法，该插电式混合动力汽车可以使用较高的充电功率电池，也可以通过外部充电来提高混合动力汽车的动力性能。在城市路况或低速条件下，可采用纯电动模式行驶。该驾驶阶段的汽车零排放，环保效果较好。当动力电池充电状态较低或电机的峰值功率无法达到车辆所需功率时，车辆依靠车辆控制器自动启动发动机，带动电机一起输出功率，具有高度的可行性和有效性，汽车的性能较好，并且行驶里程也会变长。

1 工作结构

本文设计了插电式混合动力汽车控制模块，其结构如图1所示。主要包括发动机模块、动力电池模块、电机模块和控制模块。电机包括第一轮毂电机、第二轮毂电机。第一轮毂电机、第二轮毂电机的输出端分别与混合动力连接。混合动力汽车的前轴主减速器-差速器的汽车的两个后轮机械连接。动力电池通过逆变器与起动发电一体机[2]、第一轮毂电机、第二轮毂电机电气相输出端通过前桥半轴和混合动力汽车的两个前轮相连;前轴主减速器-差速器的输入端依次通过变速器、离合器、起动发电一体机和发动机的输出端机械连接[3]。

控制模块分别与第一轮毂电机、第二轮毂电机、动力电池、发动机、起动发电一体机电气相连。控制模块包含主控制单元、轮毂电机控制单元、动力电池控制单元和发动机控制单元。

采用该技术方案，可以使用荷电量更大的动力电池，还可以外接充电，提高混合动力汽车的动力性能。在城市路况或者车速较低等情况下，完全可以用纯電模式行驶，这种行驶阶段的汽车是零排放的，环保效果极佳，汽车的性能较好，行驶里程随之变长。

2 技术方案

1）获取汽车的整车需求转矩Trep、动力电池的荷电量SOC和车速V，并将其传递给控制模块。令SOClo、SOChi分别为预先设定的荷电状态最小值、荷电状态最大值，Vmin为预设的模式切换车速。

2）控制模块将Trep和0进行比较，将SOC分别和SOClo、SOChi进行比较、将V和Vmin进行比较;

3）当Treq<0且SOC

4）当Treq<0且SOC≥SOChi时，表明汽车当前处于制动状态，采用摩擦制动模式：控制模块控制起动发电一体机起动发动机并停止发电工作，控制第一轮毂电机、第二轮毂电机处于关闭状态，控制动力电池不再接受制动能量回收。

5）当Treq>0且SOC