◎馮茹

汽車底 混合動(dòng)力電驅(qū)動(dòng)技術(shù)的控制策略

◎馮茹

隨著社會(huì)的快速發(fā)展，交通事業(yè)也得到了迅猛發(fā)展。但是，在城市和交通事業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)，生態(tài)問題也日趨嚴(yán)重，嚴(yán)重影響了人們正常的生活和工作。西方國(guó)家針對(duì)此問題，做出了相應(yīng)規(guī)定，并對(duì)內(nèi)燃機(jī)汽車的生產(chǎn)進(jìn)行嚴(yán)格管控。我國(guó)為了保證交通運(yùn)輸業(yè)和汽車業(yè)的正常發(fā)展，開始研發(fā)混合動(dòng)力汽車，希望從根源上解決生態(tài)污染問題。從目前的形式來(lái)看，純電動(dòng)汽車和純?nèi)玖掀嚨纳a(chǎn)技術(shù)都不夠成熟，無(wú)法走入汽車市場(chǎng)，而混合型動(dòng)力汽車能夠?qū)l(fā)電

機(jī)和電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起，成為了汽車行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)。

圖一 汽車底盤混合動(dòng)力電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

目前，混合型動(dòng)力汽車的底盤是汽車行業(yè)研發(fā)的重點(diǎn)，工作人員要對(duì)汽車底盤進(jìn)行控制數(shù)值的計(jì)算，這樣才能在保證汽車動(dòng)力的基礎(chǔ)上降低汽車的生產(chǎn)成本。汽車底盤電驅(qū)動(dòng)技術(shù)應(yīng)用的合理性對(duì)汽車的性能有很大影響。因此，工作人員必須對(duì)汽車底盤電驅(qū)動(dòng)技術(shù)進(jìn)行嚴(yán)格管控。

汽車底盤混合動(dòng)力電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

如今，混合動(dòng)力汽車底盤是一種潛力巨大的汽車底盤，該底盤包括兩個(gè)部分：一部分是發(fā)動(dòng)機(jī)，另一個(gè)部分是電動(dòng)機(jī)，屬于雙軸式結(jié)構(gòu)，發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)共同作用在耦合器上，并對(duì)耦合器產(chǎn)生一定的力，驅(qū)使汽車前行。在這個(gè)過程中，發(fā)電機(jī)借助離合器和汽車變速器相連接，而電動(dòng)機(jī)則通過變化器從電池內(nèi)吸取電能。在混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)下，汽車最高的車速可以達(dá)到165km/h，汽車最大的爬坡度是32.5%，汽車在100km/h內(nèi)的加速時(shí)間是12.6s，完全符合國(guó)家汽車生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。

在混合動(dòng)力的電驅(qū)動(dòng)底盤中，電動(dòng)機(jī)和電池以及變電器之間是采用線性連接的方式，而不是機(jī)械連接，致使汽車底盤的安裝也較為簡(jiǎn)化，拆裝更加方便?；旌蟿?dòng)力的電驅(qū)動(dòng)底盤運(yùn)行模式有以下幾種：一是在發(fā)電機(jī)單獨(dú)運(yùn)行模式下，電動(dòng)機(jī)停止工作，發(fā)電機(jī)需要為汽車提供前行所需的所有動(dòng)力。在此運(yùn)行模式下，可以更好的降低電動(dòng)機(jī)電池的損耗，節(jié)約電能。二是電動(dòng)機(jī)單獨(dú)運(yùn)行的模式。在混合動(dòng)力汽車驅(qū)動(dòng)初期，電動(dòng)機(jī)單獨(dú)運(yùn)營(yíng)，發(fā)電機(jī)關(guān)閉，這樣可以降低汽車尾氣的排放量，降低汽車燃油成本。三是混合動(dòng)力電驅(qū)動(dòng)模式，在該模式下，發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)共同發(fā)揮作用，體現(xiàn)了混合動(dòng)力電驅(qū)動(dòng)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)。四是發(fā)電機(jī)帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)充電模式，也就是說(shuō)在發(fā)電機(jī)運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)關(guān)閉的狀態(tài)下，發(fā)電機(jī)可以為電動(dòng)機(jī)的電池充電，保證電動(dòng)機(jī)電池的電量。五是再生模式，在該模式下電動(dòng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生一定的負(fù)力矩，并把發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱?dòng)機(jī)的電能，以驅(qū)使汽車前行。汽車底盤混合動(dòng)力電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖一所示。

汽車底盤混合動(dòng)力電驅(qū)動(dòng)技術(shù)的控制對(duì)策

在混合動(dòng)力的電驅(qū)動(dòng)技術(shù)控制中，系統(tǒng)效率是控制的關(guān)鍵，工作人員需要采用遺傳算法對(duì)系統(tǒng)效率進(jìn)行核算。遺傳算法屬于智能型計(jì)算方法，在一個(gè)固定的計(jì)算模式下進(jìn)行系統(tǒng)效率計(jì)算，計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性較高?；旌蟿?dòng)力的電驅(qū)動(dòng)技術(shù)控制的目標(biāo)是在保證汽車性能良好的前提下，滿足汽車駕駛?cè)藛T的駕駛需求，并降低汽車的駕駛成本。要想實(shí)現(xiàn)以上控制目標(biāo)，就需要混合動(dòng)力的電驅(qū)動(dòng)底盤內(nèi)部零件協(xié)同合作。

控制對(duì)策可以體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：一是合理確定汽車底盤的控制模式。二是合理控制混合動(dòng)力底盤內(nèi)部零部件的結(jié)構(gòu)。但是，即便實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)零部件的最優(yōu)化，也不代表實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的最優(yōu)化，工作人員還需要對(duì)底盤混合動(dòng)力的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)展開全局優(yōu)化。在汽車行駛過程中，如果汽車行駛的速度超過了預(yù)期的速度，汽車底盤就會(huì)開啟混合動(dòng)力電驅(qū)動(dòng)模式，發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)同時(shí)工作。當(dāng)汽車行駛需求的功率出現(xiàn)負(fù)值時(shí)，底盤內(nèi)部的發(fā)電機(jī)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，并與液壓聯(lián)合制動(dòng)。當(dāng)汽車的行駛功率小于下限P時(shí)，發(fā)電機(jī)可以完全關(guān)閉，電動(dòng)機(jī)單獨(dú)工作，降低汽車的燃油成本。當(dāng)混合動(dòng)力汽車發(fā)電機(jī)的SOC小于Skw時(shí)，電池的電量過低，電動(dòng)機(jī)就不可以繼續(xù)啟動(dòng)，否則就會(huì)出現(xiàn)汽車故障，影響混合動(dòng)力汽車的正常行駛。

在控制算法中，混合動(dòng)力汽車行駛速度的限值是ua，功率的下限數(shù)值是Pmin，SOC的下限數(shù)值是Skw，這幾個(gè)數(shù)值對(duì)混合動(dòng)力的電驅(qū)動(dòng)技術(shù)控制效果的影響比較大。因此，必須對(duì)以上幾個(gè)數(shù)值進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，采用遺傳計(jì)算方法重新計(jì)算，計(jì)算公式如下：

Sk（t+1）=1- Sk（t）

其中，t是迭代的次數(shù)，k是變異的編碼，Sk是系統(tǒng)中個(gè)體在k中的位置編碼。

在MATLAB平臺(tái)中對(duì)混合動(dòng)力的電驅(qū)動(dòng)技術(shù)控制進(jìn)行仿真，仿真中步長(zhǎng)數(shù)值為0.01s，采用11-15工況，連續(xù)進(jìn)行，仿真距離為100km。仿真的參數(shù)有：汽車的質(zhì)量為1300kg，汽車行駛中風(fēng)阻系數(shù)是0.36，地面阻力的系數(shù)是0.021，汽車迎風(fēng)的面積為2.9㎡，地面附著的系數(shù)是0.76，輪胎的直徑是0.8m，旋轉(zhuǎn)換算的系數(shù)是1.095。在遺傳算法中，對(duì)混合動(dòng)力的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的數(shù)值進(jìn)行優(yōu)化以后，汽車燃油成本降低了8.7%，混合動(dòng)力汽車的性能也有所提高。

隨著汽車數(shù)量的不斷增多，生態(tài)環(huán)境問題也日益突顯，嚴(yán)重影響了人們正常的生活和工作?；旌闲蛣?dòng)力汽車把發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起，降低了燃油消耗，緩解了生態(tài)污染問題?；旌蟿?dòng)力汽車底盤有五種運(yùn)行模式，一是發(fā)電機(jī)單獨(dú)運(yùn)行模式、二是電動(dòng)機(jī)單獨(dú)運(yùn)行的模式、三是混合動(dòng)力電驅(qū)動(dòng)模式、四是發(fā)電機(jī)帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)充電模式、五是再生模式。目前，工作人員需要多混合型動(dòng)力的電驅(qū)動(dòng)底盤系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算和設(shè)計(jì)，對(duì)混合動(dòng)力的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的數(shù)值進(jìn)行優(yōu)化可以降低汽車的燃油成本，提高混合動(dòng)力汽車的性能。

（作者單位：長(zhǎng)春汽車工業(yè)高等?？茖W(xué)校）