并联式混合动力汽车驱动系统及控制策略研究

麦鹏

西安汽车科技职业学院 陕西省西安市 710600

1 引言

由于混合动力汽车可以将能车驱动进行合理搭配，而且油耗量小、污染程度低等方面的优点，而被世界各国的汽车行业所认可并被大量地推广与普及。根据混合动力汽车的驱动结构进行划分的话，可以分成串联式、并联式、混联式以及复合式这四个类别。文中主要是针对并联式混合动力汽车的系统以及控制策 略进行研究探讨。

2 并联式混合动力汽车的驱动结构

2.1 混合动力电动汽车的定义

混合动力电动汽车主要由驱动系统、传动系统、原动机、车载能量源、连接部件等方面所构成。所谓的混合动力汽车，指的是汽车的动力驱动系统是通过两个、或者两个以上的，能够同时进行运转的单个驱动系统所联合组成的汽车。并且汽车在行驶上的功率是通过单个驱动系统进行独立、或者共同提供的。按照世界电子技术委员会的定义来说，电动汽车就是在特定的工作环境中，能够通过两种、或者两种以上的能量存储设备、以及能量源、能量转化设备中得到驱动能量的汽车。并且当中最少有一种存储设备、或者转化器必须要安装在汽车中。当前市场中的混合动力汽车是基于传统发动机汽车上，扩增蓄电池组来储存电能，然后再运用电动机把电能转为机械能。

2.2 驱动结构

并联式混合动力汽车的驱动结构与其他类型的汽车驱动有着明显的区别，并联式混合动力汽车是由发动机以及电动机两种驱动系统构成。而且这两种不同的驱动系统可以进行机械能叠加，不但可以使用发动机或者电动机进行独立驱动，还能够进行两种系统混合驱动运转。并且不管是采用哪一个单独的驱动系统，驱动所产生的功率都能够轻松满足汽车的需求标准，因此在能量的利用效果上是相当出色的。因此在汽车动力系统设计的过程中，可以采用功率小一点的发动机与电动机，这样不但能够达到多选择的驱动方式，还可以确保汽车的驱动系统在内部结构与尺寸、以及质量会更加的合理化。

2.3 驱动模式

通过对并联式混合动力汽车的内部结构图的内容，可以清楚地了解到有两条驱动线路，并且在这两条驱动线路当中的发动机与电动机，全部是采用耦合装置以及变速箱、汽车轮毂位置的驱动轴进行啮合而成的结构。所以并联式混合动力汽车驱动系统能够将两种不同结构的动力驱动系统进行使用，并且将电动力机与发动机来作为汽车行驶的动力源。如果汽车在正常行驶的过程当中，其中某个部分的驱动线路出现了问题或者故障，那么另外一条驱动线路依然能够进行正常的运作，这样就起到了“双重保险”的作用。通过这种汽车驱动线路设计方式，可以让汽车在行驶的过程当中采用纯燃油的动力模式运作，也可以使用环保型的电力能源来给汽车提供动力。

并联式混合动力汽车的驱动系统在通常情况之下，主要包括了以下几个方面：（1）第一，动力源合成式。这种方式是将汽车的前轮位置，安装一个功率较低的内燃式发动机给汽车提供动力。除此之外也必须要在汽车后轮的位置上再安装一个电动机。电动机能够为汽车的起步与行驶提供更加稳定的驱动力。特别是对于汽车在进行加速、变速、或者坡陡路况的时候有着相当良好的效果。除此之外，通过两种动力驱动系统，还能够在出现突发事件或者车况不佳的时候提供另一种选择。（2）第二，双轴转矩合成式。这种方式所产生的驱动力，必须要以发动机为中心进行运转，然后把发动机所产生的能量给汽车中的大功率蓄电池进行充电。当蓄电池充满电之后又会将电能提供给电动机运转。（3）第三，单轴转矩合成式。单轴式与双轴式的工作原理在本质上没有多大的区别，就是发动机在动转的时候带动电动机然后对蓄电池进行充电。（4）第四，转速合成式。电动力与发动机都是通过离合器与“驱动结合器”来实现驱动。在这种运作模式中，发动机本身的传动构件可以使用内燃机进行，而电动机可以将“驱动结合器”和传动系统进行相互连接。所以不管是进行维护或者改装都是相当便捷的，而且可行性相当高。

3 并联式混合动力汽车控制策略的分析

3.1 设计标准

并联式混合动力汽车控制策略设计准则应当要具备以下几个部分：（1）首先，不管是采用哪一种的动力驱动模式，都必须要将发动机的启动、以及关闭次数进行控制，不能够频繁启动、关闭。（2）其次，要把发动机与电动机的工作效率进行合理安排，以提升动力系统的使用寿命。（3）第三，对于没有经常使用的、或者不使用的运行模式，必须要对电池的SOC进行相应的选取。（4）将汽车的车况以及汽车的整体性能进行全面性地优化与整理，将功率进行合理地进行分配，确保子系统内部的能量流通速率能够有效地提升。（5）驱动系统的运动状态保持稳定，在不同的运行环境当中，都可以有出色的适应性能以及学习能力。

3.2 控制策略的优化与分析

系统控制策略长期以来都是混合动力汽车行业内部的热门话题。伴随着科学技术的不断发展与进步，混合动力汽车的生产与制造技术也在不断地完善，目前市面上绝大多数混合动力汽车的控制策略主要是通过转矩以及功率的方面来对其进行控制的。

3．2．1 静态逻辑门限控制策略

静态逻辑门限控制策略是先把电池SOC、以及所需要汽车的总功率、加速信号（当然也能够使用其他的参数）来当成事前所确定的变量，然后按照先前所确立好的流程，对汽车的驱动系统中所使用的工作方式进行选择，从而全面性地提升汽车的整体运作效率以及所产生的油耗。施行这种策略的方式与过程比较简单而且操作容易，因此在运用范围上也相当广阔。可是其所设定的门限静态参数通常都是通过经验得出的，所以也不能够全面性地把具体的动态过程进行完整而真实地进行反映出来，所以也不能够让汽车得到最大最好的功作效率。

3．2．2 瞬时优化控制策略

现阶段在汽车行业内主流的瞬时优化策略无非就是“等效燃油消耗最少”法、或者“功率损耗最小”法这两种，而这两种瞬时优化策略所使用的工作原理的内部构架与外部机制具有较高的相似度。“等效燃油消耗最少”法这要是对于某个瞬时工作情况，把电动机所消耗的电量按照严格的公式进行换算成为发动机的燃油量与排放量，然后再算上发动机制过程中所造成的回收能量和燃油量、以及排放量来构成一个完整的模型，最后再对这个模型进行计算并得出其最小值，再把与其相对应的点来当成瞬时工况中的工作点。

3．2．3 模糊能量控制策略

模糊能量控制策略是进行确定运行模式、以及相关的功率大小。把当前现有的“权威”的规则，通过固定的方式将其传输到模糊控制设备当中，通过控制器内部强大的运算能力把速度、以及功率等输入量进行模糊处理，并且再按照原先所确立的规则来选择其中最合适的。而对于一些不能够精确定量的理论规则，那么就能够采用这种策略来进行表述，并且还可以对各种不同的因素与问题进行折中化解决。

3．2．4 全局最优能量控制策略

对于整个运行区间而言，全局最优控制策略的核心定义就是按照某一种最合适的优化理论，构建一个以经济价值、排放做为主要目的的，系统运动变量做为限制规则的合理化数学模型，然后再使用严谨而高精确的算法来进行全局化的最优设计。由于全局控制策略对于硬件设备上的要求相当高，而且现阶段的全局控制策略在技术攻关上仍然有着不小的阻力，而且在计算量上也相当庞大，因此在实时工况当中的性能表现并不太好。

4 结语

综上所述，并联式驱动系统做为混合动力汽车当中众多驱动方式中的一种，并且该驱动方式在实际的运作过程中，或者在内部机制上仍然有一些不足与缺陷尚未解决。所以必须要对混合动力汽车的驱动系统采取更加深入的性能与技术研发。而控制策略是整个混合动力汽车的重要核心，由于种种原因，当前的世面上所有的能量控制策略都不能够达到尽善尽美，而且在实际运用的效果上也不太尽如人意。因此要怎么样才能够研发出一种既能够保障整车性能达到最优，又具有良好的实用效果，还能够做到最佳的能耗与排放控制，是当前混合动力汽车所面临的重要课题。