并联式混合动力汽车驱动系统及控制策略研究

摘 要：混合动力汽车综合了技术、经济和环保等方面的因素，是现在及未来汽车行业发展的一个重要方向。并联式混合动力汽车装置装有发动机和电动机两套系统，可以通过不同的驱动模式为汽车提供动力扭矩。文章对并联式混合动力汽车进行了结构和技术分析，对不同的动力组合模式做出了阐述。为使系统的能量能够合理分配和工作，对汽车的控制策略进行了分类探讨，并对比其优缺点，以此进行更深入的研究。

关键词：混合动力汽车 并联式 驱动 控制策略

中图分类号：TK44 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）12（a）-0083-01

混合动力汽车能够实现能量驱动之间的合理搭配，并有其油耗低、污染小等优点，已成为了各国汽车行业发展的一个新型模式。按照其驱动结构进行分类，混合动力汽车可以分为串联式、并联式、混联式和复合式四大类。本文重点对并联式混合动力汽车的系统结构和控制策略进行分析研究。

1 并联式混合动力汽车的驱动结构及模式

1.1 驱动结构

并联式混合动力汽车的驱动结构主要由发动机和电动机两套系统组成。这两套系统以机械能叠加的方式，既可采用发动机或电动机单独驱动，也可以两者混合驱动。而不论是发动机还是电动机，其功率均能满足汽车的所需的驱动功率，能量的利用率较高。这样，能够选择相对较小功率的发动机和电动机，既可实现多样化的驱动模式，又能使整个驱动系统的结构尺寸和质量变的更小。

并联式混合动力汽车驱动系统的结构如图1所示。

1.2 驱动模式

通过上面的结构图可以看到，两条驱动线路中，发动机和电动机都是由耦合装置及变速箱与车轮上的驱动轴直接啮合。因此，系统可同时采用电动机和发动机作为自己的动力源。在运行过程中，若是其中的某条驱动线路出现了故障，另一条线路仍可继续工作。采用这种设计模式，既能使汽车以纯燃油的状态运行，也能用电能来完成驱动。

并联式混合动力汽车驱动系统通常可分为以下四种组合模式：（1）动力源合成式。针对于汽车前轮，系统可以安装一个小功率的内燃机来提供动力；同时还要为后轮驱动系统配上一个电动机，电动机可以帮助发动机提供更大的驱动力，在汽车启动、加速行进或坡陡路面时起的作用更为明显。采用这两套系统，可以根据需要单独或结合提供动力。（2）双轴转矩合成式。主要驱动力要靠发动机来完成，同时发动机能够间接地促使电机转动，实现蓄电池的充电。充电后的电池反过来也能给电动机提供电能，完成别的工作。（3）单轴转矩合成式。单轴式和双轴式原理基本相同，只是发动机直接带动电动机对电池进行充电。（4）转速合成式。电动机和发动机都是通过离合器和一个“驱动结合器”来完成驱动。在此工作模式下，发动机的传动机构可以采用普通内燃机，而电动机可以通过“驱动结合器”实现与传动系统的连接。因此，不论是进行改制还是维修都比较方便可行。

2 并联式混合动力汽车控制策略的综合性分析

2.1 设计准则

并联式混合动力汽车控制策略的设计准则应包括以下几个方面：（1）不论在何种模式下，都应该使发动机的启动、关闭次数尽量减少。（2）要尽量达到和保持“两机”的工作效率。（3）针对不用的运行模式，对电池SOC做出合适稳定的选取。（4）优化车况自身的性能，使功率得到有效的分配，子系统间的能量流动效率得到提高。（5）工作运行动态保持良好，对不同条件下，表现出较高的适应性和自学习能力。

2.2 控制策略的优化分析

系统控制策略一直是混合动力汽车研究的热门问题。而随着混合动力汽车的发展，现在的控制策略大都是从转矩和功率的角度来实现控制。

（1）静态逻辑门限控制策略。首先要将电池SOC、所需汽车功率、加速信号（也可选其它参数）等作为事先选定的变量，根据之前设定好的章程，对驱动系统的工作模式做出选择，以此来提高汽车的工作效率和油耗使用率。这种策略的实施过程相对来说简便易行，应用也较为广泛。但设定的门限静态参数都是由经验所得，并不能反映和适应实际的动态过程，也很难使汽车获得最大的工作效率。（2）瞬时优化控制策略。目前所提出来的瞬时优化策略不外乎是“等效燃油消耗最少”法或“功率损耗最小”法，二者的工作原理基本一样。“等效燃油消耗最少”法是针对某个瞬时工况，将电动机所消耗的电量通过一定的公式换算成发动机的燃油量和排放，再加上制动过程产生的回收能量与燃油量和排放组成一个整体模型，针对此模型求算出最小值所在，并将其对应的点作为此瞬时工况的工作点。（3）模糊能量控制策略。此控制策略主要用来确定运行模式及相关的功率。将已有“权威”的规则以固定的形式输入到模糊控制器中，利用控制器将速度、功率等等输入量进行模糊处理，依照设定的规则来完成选择。对于有些难以进行精确定量的理论规则，可使用此策略进行表述，并能够对各种因素进行折中处理。（4）全局最优能量控制策略。对于整个运行区间，全局最优控制策略主要是依据某种优化理论，建立以经济、排放为目的，系统运动变量为约束条件的最优化数学模型，并采用一定的算法来做出全局最优设计。目前研究的全局控制策略还不够成熟，而且存在着计算量大的缺陷，实时工况性能差。

3 结语

并联式驱动系统只是混合动力汽车的一种驱动方式，且存在着一些缺陷和不足之处。因此，要对汽车的驱动系统进行更优性能的开发。控制策略是提供动力的核心和关键所在，目前人们所提出的能量控制策略还不够完善，实用性并不强。如何开发一种最优化和最实用的控制策略，在充分考虑整车性能和运行工况的前提下，实现最佳的能耗和排放，是目前混合动力汽车需要解决的一个难题。

参考文献

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