混合動(dòng)力汽車（Hybrid Vehicle）指的是車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由兩個(gè)或多個(gè)能同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的單個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)聯(lián)合組成的車輛，車輛當(dāng)前的行駛功率依據(jù)實(shí)際的車輛行駛狀態(tài)決定，即由單個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)單獨(dú)或多個(gè)系統(tǒng)共同提供。對(duì)于混合動(dòng)力系統(tǒng)的控制研究主要集中在系統(tǒng)穩(wěn)定性、模式切換問(wèn)題和效率方面。以下介紹了相關(guān)的幾項(xiàng)研究成果。

1 電動(dòng)汽車混合儲(chǔ)能系統(tǒng)和IPM電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的集成控制方法[1]

1.1 主要目的及原理

本文提出了一種用于配備有混合動(dòng)力儲(chǔ)能系統(tǒng)（HESS）和IPM驅(qū)動(dòng)器的電動(dòng)汽車直流母線電壓控制方法。HESS由高能量密度電池組和高功率密度超級(jí)電容器組成。內(nèi)部永磁（IPM）電機(jī)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)通常是基于固定的直流母線電壓設(shè)計(jì)的。但是，可以通過(guò)HESS的電壓可控性，選擇最佳的直流母線電壓來(lái)提高系統(tǒng)效率。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法不同，所提出的HESS僅通過(guò)接口DC/DC轉(zhuǎn)換器處理車輛功率的一部分，減少了轉(zhuǎn)換器的損耗，充分利用了存儲(chǔ)設(shè)備中儲(chǔ)存的能量，并提供了直流母線電壓的升壓能力。因此，電機(jī)驅(qū)動(dòng)可以以最大轉(zhuǎn)矩控制運(yùn)行，適用于更長(zhǎng)的工作范圍。

在本文中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器與HESS集成在一起（文中Fig.10），用于追蹤最佳直流母線電壓，同時(shí)降低系統(tǒng)成本并降低處理功率。電機(jī)模型用于產(chǎn)生最佳的直流母線電壓，通過(guò)降低開(kāi)關(guān)損耗來(lái)最大化系統(tǒng)效率。HESS能夠追蹤最佳的直流母線電壓，因?yàn)樗纳龎禾匦钥梢酝ㄟ^(guò)將DC/DC轉(zhuǎn)換器輸出與UC串聯(lián)連接來(lái)實(shí)現(xiàn)。該特性允許電動(dòng)機(jī)在MTPA區(qū)域運(yùn)行更長(zhǎng)的時(shí)間間隔。

1.2 主要結(jié)論

配備有HESS和IPM驅(qū)動(dòng)器的電動(dòng)車輛在不同的駕駛條件下模擬。所提供的原型系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)驗(yàn)證系統(tǒng)的有效性。通過(guò)城市道路循環(huán)（UDDS）工況仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該控制方法在整個(gè)駕駛周期中具有可靠的效果。

Fig.10 Block diagram of integrated HESSand motor controller.

2 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車LPV轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)控制[2]

2.1 主要目的及原理

本文主要研究由發(fā)動(dòng)機(jī)向傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞時(shí)的減振控制（文中Fig.3）。在混合動(dòng)力電動(dòng)汽車中本文推薦使用永磁同步電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，以確保車輛在推進(jìn)過(guò)程中，同時(shí)也減輕由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。大多數(shù)基于這種推進(jìn)方法的減振策略都需要非常精確的位置傳感器。然而，本文所提出的方法并不要求使用傳感器，而是建議使用位置或速度觀測(cè)器。該方法與線性參數(shù)變化控制相結(jié)合，以確保速度瞬變過(guò)程中的性能穩(wěn)定。此外，該方法不會(huì)使混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)器使用額外的硬件，并且消耗非常少的額外電能（不包括電機(jī)和逆變器中的電氣損耗）。所提出的LPV輸出調(diào)節(jié)方法可以緩解大范圍速度變化中的扭矩干擾。

Fig.3 Global control loop

2.2 主要結(jié)論及未來(lái)發(fā)展

通過(guò)在城市旅行情景中進(jìn)行仿真，以驗(yàn)證所提出方法的有效性。仿真結(jié)果表明，該方法的優(yōu)點(diǎn)是它不需要產(chǎn)生擾動(dòng)的非線性系統(tǒng)模型（這里指的是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)）。因此，在這種情況下，系統(tǒng)被認(rèn)為是一個(gè)非平穩(wěn)的多正弦微擾發(fā)生器。使得該方法可以很容易地?cái)U(kuò)展到所有產(chǎn)生正弦或脈沖信號(hào)的系統(tǒng)中應(yīng)用，例如柴油發(fā)電機(jī)或風(fēng)力渦輪機(jī)。對(duì)于未來(lái)的研究工作，LPV控制應(yīng)該通過(guò)綜合優(yōu)化不同參數(shù)域（在這種情況下是速度）上來(lái)改進(jìn)該方法，并使用未知輸入的觀測(cè)器來(lái)估計(jì)多正弦干擾。

3 基于V2G技術(shù)的混合動(dòng)力系統(tǒng)極點(diǎn)模糊控制策略[3]

3.1 主要目的及原理

本文提出了一種用于新能源汽車的混合動(dòng)力系統(tǒng)極點(diǎn)模糊（PF）控制策略。該控制策略彌補(bǔ)了可再生能源不確定性導(dǎo)致的系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性和需求供應(yīng)連續(xù)性問(wèn)題。其中混合動(dòng)力系統(tǒng)（文中Fig.1）由風(fēng)力發(fā)電機(jī)（WTG）、太陽(yáng)能光伏發(fā)電（PV）、太陽(yáng)能熱發(fā)電機(jī)（STPG）、柴油發(fā)電機(jī)組（DEG）、水電解槽（AE）、超級(jí)電容器UC）、燃料電池（FC）和飛輪（FW）組成。由于電池儲(chǔ)能系統(tǒng)（BESS）成本較高，本文采用V2G技術(shù)將電動(dòng)汽車（EV）的電池等效于大規(guī)模能量存儲(chǔ)單元來(lái)代替小電池來(lái)提高系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性。此外，本文使用最小階觀測(cè)器來(lái)估計(jì)供應(yīng)誤差，根據(jù)估計(jì)的電源誤差和頻率偏差計(jì)算區(qū)域控制誤差（ACE）信號(hào)。基于PF技術(shù)設(shè)計(jì)了兩個(gè)控制器，每個(gè)控制器的任務(wù)都是抑制ACE信號(hào)的一個(gè)頻率分量。ACE信號(hào)的高頻成分使用諸如UC和FW等短時(shí)間常數(shù)量來(lái)進(jìn)行衰減；ACE的低頻分量則由具有長(zhǎng)時(shí)間常數(shù)的DEG、FC和EV進(jìn)行最小化。

Figure1.Singlelinediagram of thehybrid power system.

3.2 主要結(jié)論及未來(lái)發(fā)展

本文還將所提出的控制策略與傳統(tǒng)的模糊邏輯控制（FLC）相比較，通過(guò)在各種情況下的數(shù)值模擬分析來(lái)驗(yàn)證所提出的控制策略的有效性和魯棒性，如下：

（1）該控制方案可以根據(jù)風(fēng)速、負(fù)荷需求和太陽(yáng)輻射的變化，瞬時(shí)管理PDEG、PFC、PUC、PFW和 PEV的功率流，以減少供電誤差和系統(tǒng)頻率振蕩。

（2）克服了傳統(tǒng)FLC需要大量控制規(guī)則的主要缺點(diǎn)，顯著減少了計(jì)算時(shí)間和內(nèi)存要求。

（3）能夠承受風(fēng)速、負(fù)荷需求、太陽(yáng)輻射、系統(tǒng)參數(shù)變化以及故障條件等實(shí)際數(shù)據(jù)突然增減的嚴(yán)重情況，驗(yàn)證了其對(duì)各種運(yùn)行條件的穩(wěn)健性和有效性。

（4）減少混合動(dòng)力系統(tǒng)所有部件（DEG、FC、UC、FW、EV）的波動(dòng)。因此，如果使用這種控制策略，則只需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行小規(guī)模地調(diào)整，不僅提高了系統(tǒng)總體效率也降低了總成本。

總體而言，實(shí)施該控制策略后，混合動(dòng)力系統(tǒng)的響應(yīng)得到了極大的改善。未來(lái)的工作將改善本研究以進(jìn)一步探索系統(tǒng)的響應(yīng)，包括各部分詳細(xì)的非線性模型等。

4 插電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)模式優(yōu)化和路徑規(guī)劃[4]

4.1 主要目的及原理

駕駛模式指的是駕駛員可選擇的動(dòng)力傳動(dòng)系和某些車輛參數(shù)的預(yù)設(shè)配置。插入式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車通常具有可以影響混合能源管理系統(tǒng)的特殊驅(qū)動(dòng)模式選項(xiàng)，例如：電動(dòng)車輛模式（即充分利用電池）和充電維持模式（利用內(nèi)燃機(jī)在推進(jìn)車輛時(shí)對(duì)電池充電）。本文提出一種優(yōu)化算法，使駕駛員能夠選擇合適的驅(qū)動(dòng)模式以提高燃油消耗率。該算法根據(jù)行程信息對(duì)駕駛模式的決策進(jìn)行優(yōu)化，并與考慮到加油站和充電站的路徑規(guī)劃相結(jié)合以找到最佳路徑。

4.2 主要結(jié)論及未來(lái)發(fā)展

本文通過(guò)雪佛蘭Volt的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)估所提出優(yōu)化算法的可靠性。評(píng)估結(jié)果表明，該算法能夠有效地減小燃油量。

未來(lái)的研究工作將在以下幾個(gè)方面改善所提出的優(yōu)化算法。

?該算法應(yīng)該能夠通知駕駛員切換駕駛模式。且只有在車輛停止或以安全速度行駛時(shí)才允許進(jìn)行駕駛模式的切換。此外，優(yōu)化駕駛模式切換的時(shí)間間隔，以減少駕駛模式?jīng)Q策的頻率（文中Fig.1）。

?一般ECO模式與車輛性能相沖突。未來(lái)可以通過(guò)該算法優(yōu)化駕駛模式，使得車輛不僅可以保持理想的性能，還可以實(shí)現(xiàn)ECO模式。

?本文所提出的算法都是在假設(shè)天氣溫和且交通狀況良好的情況下實(shí)施。因此，未來(lái)可以結(jié)合額外的參數(shù)來(lái)增加天氣在車輛模型中的影響。

Fig.1.System modelsof four generic drivemodes.

參考文獻(xiàn)

[1]BADAWY M O,HUSAIN T,SOZER Y,et al.Integrated Control of an IPM Motor Drive and a Novel Hybrid Energy Storage System for Electric Vehicles[J].IEEE Transactions on Industry Applications,2017,53(6):5810-5819.

[2] CAUET S,ETIEN E,RAMBAULT L.Mechanical sensorless LPV torque ripple control of hybrid electric vehicle[J].IETControl Theory&Applications,2017,11(16):2761-2771.

[3] LOTFY M,SENJYU T,FARAHAT M,et al.A Polar Fuzzy Control Scheme for Hybrid Power System Using Vehicle-To-Grid Technique[J].Energies,2017,10(8):1083.

[4] CHAU C,ELBASSIONI K,TSENG C.Drive Mode Optimization and Path Planning for Plug-In Hybrid Electric Vehicles[J]. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems,2017,18(12):3421-3432.