浅谈双模式机电复合传动系统的综合控制策略

肖伟明

摘 要：机电复合传动可优化重型车辆的电驱动，其双模式的综合控制，是让其有良好驱动型的方式之一。而为了优化传统系统内部的能量控制，提高管理水平，让多个能量源协调发展，会使用综合控制策略，同时人们也建立了仿真平台，利用这一平台对综合控制措施进行检测。

关键词：双模式；机电复合传动；综合控制

引言：节约能源的使用，保护环境，是当下世界发展的主题之一，特别是对于汽车行业来说，电池技术尚未有很大的突破。机电负荷传动会为车辆运行提供混合动力，它是把两个电机放到同一个传动系统内，保持转速不变，改变电机的运行方式，而为了更好控制系统以及电机的运行，需综合控制。

一、双模式机电复合传动的系统结构

本篇文章阐述的双模式机电符合传动系统，是为了满足重型车辆驱动的需求，有较大的矩阵，其内部结构包括是两个电机、三个行星排、两个离合器、制动器、动力输入、输出等。系统运行模式是：发动机导入电力后，经过离合器把电力运动到行星排，第二行星排与第三行星排之间的一部分电力传送，会用离合器完成，最后实现电力输出。

二、双模式机电复合传动系统综合控制

（一）控制结构

双模式机电复合传动系统是由数个小的系统组成，互相配合，协调各项工作的进行，以达到设定的动力、经济指标。双模式机电复合系统经过控制后，可对系统内的能源进行管理，优化对各子系的控制，同时，它还会协调各部分的运作，让系统根据不同的情况切换工作模式，提高控制的水平。而为了使控制功能简单化，增强系统的逻辑性并高效运行，会把整个系统分层，逐层管理[1]。

系统层：车辆驾驶是通过油门、换挡的操作，让车辆顺利行驶，同时也可以通过这几部分的操作，判断驾驶员操作的想法，明确功率的需求，根据系统内不同模式的切换，选择相应的控制模式。

中间层：对系统信息充分了解后，并明确其控制目标的同时，把整体的系统功率按照各部分的要求，把对应的功率大小分配到各部分，满足各部分对功率的需求，控制系统。

部件层：每个部件都有自己的稳态控制目标，其按照自己的运行逻辑计算当下控制瞬间的运行目标，转化成控制指令，并把控制指令重新通过线路发送回对应的部件，以确保高效、稳定的完成控制目标。

（二）系统工作模式

从系统运行的方案，以及对系统转速转矩特性的分析，可以得出该传动系统有以下几种运行模式：包括纯电驱动、发电机启动、混合驱动EVT1、2等，每个模式都有其运行的特点。而车辆行驶时，系统的运行模式是由车辆使用功率决定，以及电池可承受的负荷，每个模式的运行方式如下：

首先，纯电驱动模式是，如果车辆使用的功率在0以上，且功率在某个电机运行的功率范围内，可由功率范围内的电机负责驱动。而根据重型车辆工作时的情况，该工作模式主要用于倒车[2]。

其次，发动机启动模式是，如果车辆发动机的转速慢于车辆怠速状态，启用混合驱动模式前，要先经过发动机启动模式，两个电机同时运行，让发动机的速度达到行驶的要求，启动发动机。

再次，混合发动模式有两种，一种是EVT1，另一种是EVT2，车辆运行的过程中，两个电机都保持在最佳的工作状态，以减少车辆的燃油量。而从传动效率的角度分析，其会随着行驶速度的变化转化任意一种模式。

最后，制动能量回收模式是，驾驶员制动需求低于电池负荷，达不到充电的上限时，车辆运行会变为制动回收模式，用电机回收能量，如果是其他情况，车辆会采用单独机械活动。

（三）系统能量管理

以满足驾驶员动力要求为基础，系统会调整各部件的运行状态，让发动机的消耗量达到最佳燃油量，同时，电池组的核电也不会超出设定的标准。其管理过程是，开始工作后，计算驱动需求的功率、电池组所需的功率、发电机所需的功率，然后把整个功率分配，找到发动机工作的地点，把功率运输到对应的发动机中，最后结束计算[3]。

（四）EVT模式切换

重型车辆用混合驱动模式运行时，为保证车辆的正常行使，机电复合传动系统有稳定的输出与传输效率，要选择对应的EVT模式，保持系统的稳定。当发动机正常运转，转速保持不变后，根据系统输出的转速，可以计算出这一时刻系统的运行效率。而系统模式切换为控制模块，是客观分析系统运行效率、车辆行驶速度、电池荷电等多种情况，以选择最佳的EVT模式。同时，EVT模式转换前，系统会发出转换命令，但为了降低模式转化对系统的影响，保护系统部件，会减缓各元件的转速，缩小离合器与制动器的转速差，平稳实现模式的切换。

三、硬件在环仿真平台

（一）概述

硬件在环平台上硬件是由多个部分组成，比如驾驶员意图转化的模块、控制、仿真系统等。其中，驾驶员控制信号是利用A/D模块采集信息，然后把这些信息输入到控制器内，建立仿真模型，同时转化仿真模型使用的代码，当代码变成C代码后，随即下载到dSPACE内，dSPACE系统与控制器之间信息的交互是利用仿真接口的CAN实现[4]。这些过程都会从仿真界面上體现出来，显示系统内各部分的参数，每个部件的运行状态都可以在界面上显示出来，反馈驾驶员的状态。

（二）测试

以硬件在环仿真平台为基础，对综合控制策略进行检测，可检测软件与硬件系统，根据不同模式的运行特点，分析综合控制策略在不同模式中的运行效果。

由此分析出，普通驾驶的情况下，可以从驾驶员踩踏踏板次数，了解车辆的车速，以及驾驶者有哪些意图，并分析发动机的运行状态。根据系统对功率的需求，以及输出转速的标准，运行范围多在900r/min到2000r/min之间，但为了积极响应节能减排，节省油量的使用，很多情况下，基本都保持为最佳燃油，如果系统向外输出较大的功率，调节发动机的运行情况，即可以利用能量管理让发动机有足够的动力，提高燃油的燃烧率，有较高的经济性[5]。

从两个电机的运行分析，其协调控制的效果为转速输出后，输入转速保持不变，同时，如果踏板行程为正、行程较小时，车辆总体对功率的需求会明显减少，发动机向外输出电力，电池荷电值达到0.7，两个电机的功率平衡，电池电量恒定。

结语

总而言之，对双模式机电复合传动系统的分析，预先了解系统的结构，根据系统结构给出综合控制的策略，从不同方面对系统进行控制，同时，会通过硬件在环仿真平台，检验综合控制策略落实后的效果。

参考文献：

[1]郑海亮，项昌乐，王伟达，韩立金，张东好. 双模式机电复合传动系统综合控制策略[J]. 吉林大学学报（工学版），2014，02：311-317.

[2]王伟达，项昌乐，韩立金，马越，刘辉. 机电复合传动系统综合控制策略[J]. 机械工程学报，2012，20：152-158.

[3]项昌乐，吴洋，王伟达，刘辉，马文杰. 双模式机电复合传动系统电功率协调控制策略[J]. 哈尔滨工业大学学报，2016，01：120-125.

[4]郑海亮，项昌乐，韩立金，张东好. 双模式机电复合传动功率分配策略优化[J]. 中国机械工程，2015，10：1415-1419.

[5]王伟达，刘辉，韩立金，马文杰，韩全福. 双模式机电复合无级传动动态功率控制策略研究[J]. 机械工程学报，2015，12：101-109.