王虎++++高曉珍

摘 要：根據(jù)不同控制方法的仿真控制效果和運行效率，分析了它們的優(yōu)缺點，提出模糊控制方法具有適應(yīng)性強、運行效率高、實時性好和魯棒性強等優(yōu)點，可作為并聯(lián)混合動力汽車優(yōu)先選擇的控制策略。

關(guān)鍵詞：混合動力汽車結(jié)構(gòu)；控制策略；結(jié)果

一、并聯(lián)混合動力汽車結(jié)構(gòu)

并聯(lián)混合動力汽車的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)汽車差異不大，主要是動力系統(tǒng)，傳統(tǒng)汽車的能量流動是單方面的油箱流入發(fā)動機，再通過傳動設(shè)備驅(qū)動車輪。而并聯(lián)式混合動力汽車的能量流動則有兩方面，一是由油箱流入發(fā)動機，二是由蓄電池流入電動機，再通過并排的傳動裝置，一起驅(qū)動車輪運轉(zhuǎn)。由于，動力系統(tǒng)具有差異，所以控制策略上也會有所差別。

二、不同控制策略比較

并聯(lián)混合動力汽車采用的控制方法有基線控制、模糊控制、實時最優(yōu)控制等。為比較各控制方法的性能，模擬計算用到的汽車基本參數(shù)如下：汽油機功率41kW/6000rpm，電機峰值功率75 kW/4000rpm， m = 1350 kg， 12V26Ah-VRLA電池，車輪半徑r = 0.28 m，滾動阻力系數(shù)f = 0.008，迎風(fēng)面積A = 2 m2，風(fēng)阻系數(shù)Cd= 0.335，扭矩耦合比ic= 1.73。

（一）基線控制策略（ BCS）

基線控制實際是一種固定的門限值控制方法，即根據(jù)不同工況來決定發(fā)動機和電機的運行狀態(tài)，并將發(fā)動機和電動機的運行參數(shù)控制在有限區(qū)域內(nèi)，以實現(xiàn)不同的控制目標。在基線控制中，電機在以下幾種情況下工作：

1、當汽車速度小于最小設(shè)定車速時，關(guān)閉發(fā)動機，電動機提供全部的驅(qū)動力矩；

2、在發(fā)動機工作區(qū)，如果汽車需求的驅(qū)動力矩大于發(fā)動機能夠提供的最大驅(qū)動力矩，此時，電動機提供驅(qū)動力矩不足部分來滿足汽車動力性要求；

3、在給定發(fā)動機轉(zhuǎn)速時，如果發(fā)動機工作在低效區(qū)，關(guān)閉發(fā)動機，由電動機提供汽車所需的驅(qū)動力矩；

4、當電池組的荷電狀態(tài)state of charge（SOC）低于下限值時，發(fā)動機將提供額外扭矩來驅(qū)動發(fā)電機為電池組充電，以維持電池組要求的SOC狀態(tài)。

（二）實時適應(yīng)控制策略（ RTCS）

發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和扭矩工作范圍較寬，其燃油經(jīng)濟區(qū)域與最低排放區(qū)不同，并且排放物NOX、HC和顆粒PM最低值的發(fā)動機工作區(qū)域也各不相同。為了獲得理想的整車性能，必須折中處理燃油經(jīng)濟性和排放之間的關(guān)系。當汽車工況發(fā)生變化時，按照傳統(tǒng)的固定閾值控制方法，要找到滿足性能要求的最佳工作點比較困難。實時適應(yīng)控制就是根據(jù)發(fā)動機的經(jīng)濟性和排放運行特點，利用最優(yōu)控制原理，折中考慮燃油經(jīng)濟性和各排放物的特點，建立相應(yīng)的目標函數(shù)，并使目標函數(shù)值最小來實現(xiàn)燃油消耗和各排放物都較少的目標。

（三）模糊控制策略（ FCS）

模糊控制實際上是基于知識庫的一種智能控制方式，控制效果與專家經(jīng)驗和知識的提煉準確程度有很大關(guān)系。由于混合動力汽車動力傳動系統(tǒng)具有較強非線性和時變的特點，用線性系統(tǒng)控制方法難于實現(xiàn)理想的控制效果。而模糊控制具有無需建模和對時變系統(tǒng)適應(yīng)能力強的特點，因此，在汽車系統(tǒng)控制中得到廣泛應(yīng)用。

三、仿真結(jié)果比較

為評價各控制方法的相對性能，下面給出了不同駕駛循環(huán)下燃油經(jīng)濟性和排放的仿真結(jié)果。所選的測試工況是汽車獲得歐美經(jīng)濟性和排放認證的標準駕駛循環(huán)：

· FTP（ Federal Test Procedure）循環(huán)

· HWFET （Highway Fuel Economy Test） 循環(huán)

· NEDC （New European Driving Cycle）循環(huán)

（一）工作點區(qū)域及基本性能比較

三種控制策略都能根據(jù)汽車實際工況要求很好地分配發(fā)動機和電機之間的功率（或扭矩），滿足汽車的動力性和經(jīng)濟性。在三種策略控制下，模糊控制使發(fā)動機的負荷率最高，最靠近最低油耗曲線，基線控制次之，實時最優(yōu)控制最低。在FTP循環(huán)下，它們的循環(huán)百公里油耗和0～100km/h加速時間。盡管實時適應(yīng)控制使發(fā)動機負荷率僅有20%，但它按全局最優(yōu)原則進行控制，不僅保證了排放最低，而且使整車燃油消耗也最少，循環(huán)百公里油耗僅有3.1L/100km。由于發(fā)動機的低速小負荷油耗高和效率低的特點，在實際應(yīng)用中希望發(fā)動機的負荷率盡量高一些，最好靠近最低燃油消耗曲線，并且使發(fā)動機轉(zhuǎn)速位于經(jīng)濟轉(zhuǎn)速區(qū)。

（二）各控制方法運算效率比較

多目標優(yōu)化控制消耗的時間比模糊控制和基線控制長得多，這正是限制它在混合動力汽車控制中實際應(yīng)用原因。模糊控制所用的時間只比基線控制多一點，卻有基線控制沒有的控制效果和靈活性，這些優(yōu)點促使它在控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

（三）模糊控制與基線控制結(jié)果比較

模糊控制和實時最優(yōu)控制的結(jié)果與基線控制結(jié)果的比值基本一致，某些數(shù)值差異較大是由于各控制策略本身對不同指標折中考慮程度不同所致；但模糊控制與實時最優(yōu)控制相比，各項性能指標均比實時最優(yōu)控制的高，這也說明模糊控制在優(yōu)化控制方面相對粗略。

（四）排放性能比較

基線控制策略相對粗放，發(fā)動機工作區(qū)域較寬，轉(zhuǎn)速范圍波動較大，三種主要排放物排放量相對最高；模糊控制工作時將發(fā)動機的工作點控制在經(jīng)濟油耗區(qū)或高效區(qū)，發(fā)動機工作點波動相對較小，各種排放物排放量相對較小；實時適應(yīng)控制將各排放目標作為控制系統(tǒng)的優(yōu)化參數(shù)，通過最小化目標函數(shù)得到的控制命令兼顧汽車動力性、經(jīng)濟性和排放，使其在三種策略中控制效果最佳，實現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)控制。

參考文獻：

[1]熊安勝.并聯(lián)混合動力汽車控制策略[J].湖南農(nóng)機，2014（5）：100-100.endprint