長春工程學(xué)院電氣與信息學(xué)院 張 允 耿英楠 杜 波 趙迎輝 蔣夢瑩 郭慕瑤

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混合動力汽車協(xié)調(diào)控制策略構(gòu)架

長春工程學(xué)院電氣與信息學(xué)院 張 允 耿英楠 杜 波 趙迎輝 蔣夢瑩 郭慕瑤

【摘要】為了實現(xiàn)混合動力汽車節(jié)能減排的目標(biāo)，本文設(shè)計了混合動力汽車協(xié)調(diào)控制策略總體構(gòu)架，詳細(xì)闡述了控制信號輸入和輸出模塊，工作模式判別模塊，轉(zhuǎn)矩計算模塊，轉(zhuǎn)矩管理與工作模式協(xié)調(diào)控制模塊等各主要模塊的功能。通過典型工況循環(huán)測試，驗證了該協(xié)調(diào)控制策略的有效性。

【關(guān)鍵詞】混合動力汽車；工作模式；協(xié)調(diào)控制

1 混合動力汽車協(xié)調(diào)控制策略總體構(gòu)架

混合動力汽車協(xié)調(diào)控制策略總體構(gòu)架模型如圖1所示，主要包括輸入模塊、總需求轉(zhuǎn)矩計算模塊、總目標(biāo)分配轉(zhuǎn)矩計算模塊、工作模式判別模塊，轉(zhuǎn)矩管理與工作模式協(xié)調(diào)控制模塊及輸出模塊六大部分。

圖1 混合動力汽車協(xié)調(diào)控制策略總體構(gòu)架

2 各主要模塊功能

2.1 輸入/輸出模塊

該模塊為控制策略的輸入信號和輸出信號部分，在實車中輸入信號由傳感器或執(zhí)行部件ECU通過CAN總線提供給整車控制器（HCU），輸出信號經(jīng)HCU中的控制策略計算得到，由CAN總線傳遞到各執(zhí)行部件控制器。各輸出量主要包括：發(fā)動機(jī)、電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩命令；驅(qū)動模式命令；發(fā)動機(jī)、電機(jī)開關(guān)命令等。

2.2 需求轉(zhuǎn)矩計算模塊

要合理分配發(fā)動機(jī)和電動機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，并對混合動力系統(tǒng)進(jìn)行能量管理及工作模式的協(xié)調(diào)控制，首先均應(yīng)對需求轉(zhuǎn)矩進(jìn)行識別。

總轉(zhuǎn)矩需求由驅(qū)動轉(zhuǎn)矩需求Td_req、制動轉(zhuǎn)矩需求Tb_req和電池充電轉(zhuǎn)矩需求Tch_req三部分構(gòu)成。

2.3 工作模式識別模塊

該模塊主要根據(jù)駕駛員加速踏板開度、制動踏板開度、檔位、車速等判斷車輛工作模式，計算發(fā)動機(jī)、電機(jī)、離合器等執(zhí)行部件的狀態(tài)等。

2.4 分配轉(zhuǎn)矩計算模塊

（1）純電動模式

此時，發(fā)動機(jī)關(guān)閉，發(fā)動機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩為0，電動機(jī)單獨(dú)驅(qū)動車輛，其目標(biāo)轉(zhuǎn)矩為需求轉(zhuǎn)矩。

（2）純發(fā)動機(jī)驅(qū)動模式

此時，發(fā)動機(jī)單獨(dú)驅(qū)動，發(fā)動機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩等于需求轉(zhuǎn)矩。而電動機(jī)關(guān)閉，其目標(biāo)轉(zhuǎn)矩為0。

（3）行車充電模式

此時，發(fā)動機(jī)驅(qū)動車輛并帶動電動機(jī)主動充電，發(fā)動機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩受發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩、驅(qū)動轉(zhuǎn)矩需求、電池最大允許充電轉(zhuǎn)矩和電動機(jī)最大充電轉(zhuǎn)矩的影響。而電動機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩為發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與需求轉(zhuǎn)矩之差。

（4）混合驅(qū)動模式

此時，發(fā)動機(jī)輸出最大轉(zhuǎn)矩，需要功率輔助，由電動機(jī)提供剩余的需求轉(zhuǎn)矩。電動機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩為需求轉(zhuǎn)矩與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩之差。

（5）減速/制動能量回饋模式

此時，發(fā)動機(jī)關(guān)閉，發(fā)動機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩為0。當(dāng)SOC小于峰值時，電動機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，將動能轉(zhuǎn)化為電能存儲于電池中，此時系統(tǒng)為再生制動模式，電動機(jī)回收制動能量，電動機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩為電機(jī)轉(zhuǎn)速與SOC的函數(shù)值。當(dāng)SOC達(dá)到峰值時，電池不再有繼續(xù)接收電荷的能力，此時再生制動模式切換為機(jī)械制動模式，將車輛動能以其他形式的能量耗散。此時，機(jī)械制動轉(zhuǎn)矩為制動需求轉(zhuǎn)矩與電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩之差。

2.5 轉(zhuǎn)矩管理與工作模式協(xié)調(diào)控制模塊

該模塊對發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行在線估計，對整車進(jìn)行綜合協(xié)調(diào)控制。

3 工作模式綜合協(xié)調(diào)控制結(jié)果及分析

我們選取美國US06典型循環(huán)工況進(jìn)行測試，并選取車速差均值作為整車動力性評價指標(biāo)，選取百公里油耗作為整車經(jīng)濟(jì)性評價指標(biāo)，選取電池SOC變化均值作為電池SOC平衡性評價指標(biāo)，相應(yīng)性能指標(biāo)的對比情況如表1所示。

表1 工作模式協(xié)調(diào)控制仿真結(jié)果

結(jié)果表明優(yōu)化控制后，整車動力性、經(jīng)濟(jì)性、SOC平衡性均比優(yōu)化控制前有所提高，證明了本文建立的協(xié)調(diào)控制策略的有效性。

4 總結(jié)

本文基于模塊化設(shè)計思想，將控制策略分為控制信號輸入和輸出模塊，工作模式判別模塊，轉(zhuǎn)矩計算模塊，轉(zhuǎn)矩管理與工作模式協(xié)調(diào)控制模塊共計六個模塊。在此基礎(chǔ)上，針對典型循環(huán)工況進(jìn)行測試，仿真結(jié)果表明本文提出的協(xié)調(diào)控制策略能夠有效地改善整車動力性、經(jīng)濟(jì)性與排放特性。

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基金項目：吉林省教育廳基金項目《混合動力客車多目標(biāo)綜合協(xié)調(diào)控制技術(shù)研究》。