田洋
摘 要:電動汽車在當今社會獲得了快速的發(fā)展,這主要是由于,傳統(tǒng)汽車帶來的能源問題以及環(huán)境問題,制約了其自身進一步擴展,從而帶來了電動汽車領域的探索。而增程式電動汽車,是近些年,在電動汽車基礎上,開發(fā)的一種增設增程器的過渡車型。其具有運轉效率更高、電池容量較小的以及行駛里程提升等多種優(yōu)點。其發(fā)動機,可以通過增程器進行額定功率以外的多工作點的發(fā)動機控制。這種多工作的的控制策略,正在逐漸的被研究開發(fā),以及改進應用。本文針對增程式電動汽車發(fā)動機多工作點控制進行研究,完成相應問題的探討,并提出其發(fā)展的有效策略。
關鍵詞:增程式汽車;電動汽車;發(fā)動機控制
1 增程式電動汽車的工作模式分析
1.1 純電動模式
相較于普通電能電動汽車,增程式電動汽車的動力蓄電池,能夠儲存更多的電量,提供充足的電能。同樣,增程式電動汽車也不會出現(xiàn)過多的大功率用電需求,因此,其電量的儲備,完全可以支持增量汽車采用純電動模式來運行。其車載動力電池,能夠通過減少增程器使用,或者完全不驚喜增程器使用,實現(xiàn)零油耗的純電動運行電力支持。這種純電動的運行,系統(tǒng)會進行準確的動力電池管理,運行過程中,為實現(xiàn)電力的穩(wěn)定和運行的動力保證,系統(tǒng)會根據(jù)動力所需的供電需求,提供一個邏輯算法。算法會得出一個電能的供應值,得到這個供應值的發(fā)動機,根據(jù)其輸出核實的機械能通過機械的設備轉換,實現(xiàn)電能驅動車輛的目的。這種純電能的驅動模式,能夠實現(xiàn)絕大部分的汽車運行需求,同時能夠實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的作用。
1.2 增程運行模式
如果增程式電動汽車,只能使用純電動模式,那么就和普通電動汽車無異了。其真正的效能表現(xiàn)在于,當汽車的動力系統(tǒng)出現(xiàn)電池電量不足的情況時,可以通過工作點的控制,實現(xiàn)增程器的啟動,這樣,汽車不需要在繼續(xù)依靠汽車的電池供應動力,而是通過增程器發(fā)動機工作燃燒燃油,來獲取其供應的動力。這個模式中能量增程器,同步流向動力電池和驅動電機,提供相應機械能,再由驅動電機完成供能給轉換機械設備的過程,實現(xiàn)汽車動力的供給。這個時候,增程器發(fā)動機增程器工作直接通過整車的運行過程來確定燃燒燃油的供給量,繼而燃燒燃油其產生的機械產能。
2 增程式電動汽車發(fā)動機多工作點控制策略分析
之所以在純電動汽車上增設一個增程器作為其性能提升的關鍵點,主要是為了提升其控制系統(tǒng)的能效和能力。但同時,這種提升,對于汽車的控制系統(tǒng)復雜程度,也提出了更高的需求。也就是說,研究增程式汽車,本身是為了提升汽車動力的簡便性,但同時這種技術的革新和提升,具有一定的難度,其控制系統(tǒng)相應的更為復雜。其復雜性在于,增程式電動汽車的發(fā)動機系統(tǒng)通過增程器完成可一種多輸入和多輸出的發(fā)展形勢,包含了控制過程中的多種影響和數(shù)據(jù)耦合,實現(xiàn)這些影響和耦合的控制過程較為復雜且困難。
對于增程式電動汽車發(fā)動機多工作點的控制,其研究一般采用對比模糊控制能量分配方法,以及電子芯片修正能量分配方法等,其總體上,比單一的電子芯片修正能量分配方法要更有優(yōu)勢,能夠實現(xiàn)其多個運行系統(tǒng)對于輸入量和輸出量的共性需求達成。總體上說,這種研究方式能夠實現(xiàn)增程式電動汽車對于動力性能方面的工作點確定,實現(xiàn)控制發(fā)動機以及其電力發(fā)動機之間的快速動能切換,能夠保持車輛切換動能和運行動能時,其工作點的穩(wěn)定工作,高效運行。
設計和研發(fā)多工作點控制增程式電動汽車發(fā)動機的主要原因在于,其滿足車輛在行進過程中的多動力供應的需求,控制發(fā)動機根據(jù)駕駛者的不同意圖,通過設置開關,進行供能的不同模式選擇??梢圆捎眉冸妱邮焦δ埽瑫翰皇褂迷龀唐鞴ぷ?當車輛動力電池不足時,也可通過最低限制的警報系統(tǒng),提醒駕駛者使用增程模式,采用增程器工作。
增程器多工作點控制的運用,其能夠滿足車輛行駛的多重情況需求。使用情況為,電動汽車本身的載重量沒有過重的負擔的情況,同時,其行駛里程不能有過高的要求,這種形式的行駛狀態(tài),其控制策略方面可以以純電動模式進行,并能夠實現(xiàn)節(jié)省能源以及,零排放的目的。而一旦出現(xiàn)駕駛者的行駛情況出現(xiàn)變化時,就可以根據(jù)不同的行駛情況,完成不同的工作點設置,從而改變增程器的控制。不同的增程器控制,有不同的工作點控制策略,對于車輛的行駛經濟性、能源性、排放情況,都有不同的影響。
3 增程式電動汽車發(fā)動機多工作點控制策略
傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)電動汽車無法實現(xiàn)其根據(jù)車輛行駛情況而調整控制策略的能力,其控制策略無法滿足人們對于電動汽車的使用需要??紤]到這種情況,我們探索適合現(xiàn)今汽車行駛需求的多重增程器工作點控制實施方案。
3.1 結合汽車行駛的需求
在實施增程式電動汽車的多工作點控制時,我們要首先結合汽車行駛的不同需求。對于不同的需求情況,我們歸納總結為以下幾點:一是長時間進行較重負荷的運行行駛;二是行駛狀態(tài)不穩(wěn)定,出現(xiàn)頻繁的減速或加速的情況;三是長時間以穩(wěn)定的速度運行;四是車速較快的運行行駛,沒有過大的車輛負荷。根據(jù)以上的汽車行駛需求。我們確定不同的發(fā)動機工作策略,提出相應的工作控制點。
3.2 考慮發(fā)動機工作策略
通過汽車的形式需求,我們首先進行增程器系統(tǒng)發(fā)動機的工作策略基礎方向的考慮。一是考慮其汽車長時間負荷情況下,其發(fā)動機的轉速和功率都有很大的消耗,同時發(fā)動機油耗有著很大的耗用。這種情況下對于發(fā)動機的最佳工作點設計控制在于其工作效率的控制,要結合其車速情況以及電池電量情況,確定其工作點的選取和控制。二是不穩(wěn)定行駛狀態(tài)時,對于發(fā)動機的工作點控制,要控制發(fā)動機動態(tài)波動的間值縮短,實現(xiàn)其間值最小化,轉速變化評率提升,但是不影響其動力電力電量的使用情況。三是長時間穩(wěn)定行駛對于電動力以及燃油效率的要求都較低,因此在這情況下的工作點控制在于實現(xiàn)其發(fā)動機轉速的穩(wěn)定,甚至可以實現(xiàn)其轉速的最低化,如果電池動力充足,完全可以釋放發(fā)動機的使用,實現(xiàn)能耗的最低。
3.3 工作點的選取
工作點的選取,正是根據(jù)不同的發(fā)動機控制策略,需求的動力高效區(qū)間以及恒定區(qū)間的不同,從而確定其穩(wěn)定的工作點切換位置。一般來說,工作點的選取主要有三種情況。
3.3.1 發(fā)動機轉速恒定工作點
當發(fā)動機最大運行處于高效區(qū)間,其運行過程中的恒定轉速不變,其工作點的選擇可以選定轉速恒定工作點。
3.3.2 發(fā)動機轉矩恒定工作點
當發(fā)動機最大運行處于高效區(qū)間,其運行過程中的恒定轉矩不變時,其工作點的選擇可以選定轉矩恒定工作點。
3.3.3 發(fā)動機變化工作點
當發(fā)動機最大運行處于高效區(qū)間,但是其運行過程中的轉速和轉矩都處于變化狀態(tài),這種情況下其工作點的選擇需要選擇變化工作點。這種情況的發(fā)動起控制最為復雜。
3.4 策略方案的確定
根據(jù)工作點的選取,策略方案的確定主要有以下三個。
一是依據(jù)車輛運行中的功率需求、發(fā)動機燃油效率在發(fā)動機轉速恒定工作點,確定其高效能位置,以及其輸出的功率,完成在這個高效能位置和輸出功率最高點的工作點切換,實現(xiàn)這個位置的耗油、效率最佳。
二是轉矩恒定工作點,由于其轉矩的恒定,其車速的穩(wěn)定,因此以車速為工作切換點,完成車速上限和下限的取值,實現(xiàn)其轉換。
三是發(fā)動機變化工作點其電力輸出方面以及燃油動能輸出兩方面的轉換,要實現(xiàn)以燃油供能為主,動力電池供能為輔的形式進行工作的確定。尤其是有不同的供能需求變量時,要完成其功率的變化。
3.5 多工作點控制實施
最終的發(fā)動機多控制的實施是在于將三種不同的策略方案,進行工作模式的設定和結合。其中涉及的車速門限切換、轉矩距離切換、以及變量切換,能夠使發(fā)動起工作點的切換頻率降低,實現(xiàn)增程器電動汽車的行駛穩(wěn)定化和系統(tǒng)化,保證一定時間內的電池穩(wěn)定,有利于增程器以及電池的使用壽命延長,完成汽車的耗能節(jié)約。
4 結語
增程式電動汽車,在動力系統(tǒng)方面不同于一般的汽車結構形式,其特殊性能夠讓發(fā)動機工作狀況進行轉變。增程式電動汽車動力特殊性在于其發(fā)動機的工作狀況較為先進,能夠實現(xiàn)發(fā)動機的控制不受其負載功率的限制。從發(fā)動機主體上來說,這是一種控制策略的多樣選擇和多重設計。目前,針對增程式電動汽車發(fā)動機所設計的控制策略,尤其是在其多工作點的控制方面,還沒有更多的深入研究。對于增程式電動汽車的形式過程來說,其本身在運行數(shù)據(jù)的約束條件方面有更多的需求,諸如功率、車速、電池電量等方面,都有不同的控制策略需求。這種情況下,根據(jù)不同的工作特性,提出更多的工作點,進行動力的控制,能夠滿足其約束條件的需求,對于電動汽車中動力電池以及其整車的燃燒燃料機械產能,都能起到良好的運轉。
參考文獻:
[1]吳自賢,張希.基于工作軌跡優(yōu)化的增程式電動汽車APU控制策略設計[J].傳動技術,2017,31(03):9-13+31.
[2]李博超,謝金法,張正奇,校玲玲.增程式電動車神經模糊推理系統(tǒng)能量管理策略研究[J].現(xiàn)代制造工程,2018(08):63-68.
[3]張昕,吳建政,宋雯,魏躍遠.基于阿特金森發(fā)動機的增程式電動汽車控制策略匹配設計[J].北京交通大學學報,2017,41(04):98-103.