混合动力汽车动力切换控制研究

郭家田 徐建喜

摘要：以行驶车速为参数控制汽车发动机与电动机之间的动力切换，基于ADVISOR仿真软件分析门限值控制下动力切换车速值对汽车经济性和动力性的影响。根据动力切换车速值对汽车经济性和动力性的影响制定模糊逻辑控制策略，应用ADVISOR仿真软件分析模糊逻辑控制策略下汽车的动力性和经济性。

关键词：混合动力汽车  动力切换  模糊控制

0 引言

随着混合动力汽车的快速发展，汽车的控制策略也变得越来越复杂，但大体可归纳为四类：逻辑门限值控制策略、模糊逻辑控制策略、自适应控制策略和神经网络控制策略[1]。

1 动力切换逻辑门限值控制策略研究

以限制蓄电池SOC值调节发动机工作点使发动机工作点围绕其效率最高曲线波动为目标[2]，设定蓄电池SOC上下限值，使蓄电池SOC值不超过上下限值。

油门踏板与触发器连接，蓄电池通过改变油门踏板的开度来调节电动机供电电压。根据电动机效率曲线，通过调节电动机的输出转速，保持电动机额定输出扭矩，可以获得较高的传递效率。

为了达到节能减排的目的，发动机启动时应由电动机在很短的时间内加速至怠速转速后喷油点火，在其启动后应沿最佳经济曲线运行。并联式混合动力汽车的油门踏板开度在20%以下时仅由电动机驱动车辆;油门踏板开度在20%以上时为发动机调节区，发动机节气门开度为油门踏板开度减去20%[3]。

分别选取25km/h、20km/h、15km/h、10km/h作为电动机与发动机动力切换的车速值，运用ADVISOR仿真软件建立控制模型，选用美国城市道路循环工况（UDDS），分析在不同转换车速下汽车的动力性和经济性。

从仿真结果可以看出随着转换车速的降低汽车的动力性越来越好，转换车速为20km/h时，汽车的运行工况就基本与目标工况相符。随着转换车速的降低，在汽车动力性提高的同时，蓄电池的SOC值能够更好的保持在高效区。各转换车速下汽车的燃油消耗量和排放量如表1所示。

表1  各转换车速下汽车的燃油消耗量和排放量

从上表可以看出，在转换车速高时，汽车的经济性和排放性较好。但是当转换车速由25km/h下降到20km/h后燃油经济性大幅下降，而且随着汽车经济性的下降，有害气体的含量大幅升高。在转换车速由15km/h下降到10km/h后，UDDS工况下的耗油量明显增加。

根据各转换车速对汽车的燃油消耗量和排放量的影响，制定动力切换逻辑门限值控制策略。当油门踏板开度较大时，在充分利用电动机扭矩大的优点的同时，应让发动机尽早投入工作，以保证车辆的较快加速，并使发动机尽快达到其稳态工作点，在兼顾经济性和尾气排放情况下，选取15km/h作为转换车速;当油门踏板开度较小时，为了利于节能减排，延长电动机的工作时间，同时可避免发动机工作在低转速、高比油耗下，选取25km/h为转换车速。

2 动力切换模糊控制策略

用模糊参数取代精确参数，并综合考虑蓄电池的充放电效率，模糊控制比传统的门限值控制更接近人的思维方式，能够更好地描述控制规则。混合动力汽车动力切换模糊控制策略就是在门限值控制策略的基础上建立的[4]，通过油门踏板开度和蓄电池SOC值确定发动机和电动机的转换车速。

当汽车油门踏板开度在20%以下时，转换车速以经济性作为调节目标，由电动机带动汽车加速行驶到25km/h时切换到发动机驱动。当汽车油门踏板开度在60%以上时，转换车速以动力性作为调节目标，由电动机带动汽车加速行驶到15km/h时切换到发动机驱动。当汽车油门踏板开度在20%到60%之间时，随着油门踏板开度的增大，转换车速的控制由经济性向动力性偏移。

动力切换模糊逻辑控制策略下汽车以经济性为目标时，控制转换车速为25km/h，其经济性和排放性与门限值控制策略下汽车的经济性和排放性一致。当动力切换模糊逻辑控制策略下汽车以动力性为控制目标时，通过搭建仿真控制模型对汽车的经济性和排放性能进行仿真分析。

模糊控制策略下汽车的经济性与排放性如表2所示。

仿真结果表明动力切换模糊逻辑控制策略下汽车以动力性为控制目标时，汽车的经济性和排放性能明显优于门限值控制策略。

3 总结

应用ADVISOR仿真软件建立整车仿真模型，仿真分析不同转换车速下汽车的经济性和排放性，由仿真结果得出转换车速由25km/h下降到20km/h后燃油经济性大幅下降，而且有害气体的含量大幅升高。在转换车速由15km/h下降到10km/h后，耗油量明显增加。应用门限值控制策略下的仿真结果建立动力切换模糊控制策略，仿真结果表明动力切换模糊控制可在满足汽车动力性的条件下提高汽车的经济性和排放性。

参考文献：

[1]王园，贺岩松，王保华.基于CRUISE的PHEV控制策略参数仿真[J].重庆大学学报（自然科学报），2006.12：22-29.

[2]明绍民.并联混合动力汽车模糊逻辑控制策略的研究[D].吉林大学，2007.

[3]孙东野，秦大同.并联式混合动力车辆动力转换控制策略研究[J].农业机械学报，2003.

[4]颜伏伍，潘庆庆，杜常清.并联混合动力汽车从纯电动切换至发动机驱动的控制研究[J].

[5]Schouten N J，Salman MA，Kheir N A.Fuzzy Logic Control for Parallel Hybrid Vehicles.IEEE Transactions on Control SystemsTechnology，2002，10（3）.

作者簡介：郭家田（1987-），男，山东潍坊人，助教，汽车动力学仿真研究。