混合动力汽车能量优化研究

邓瑞

摘 要：随着全球环境的不断变化与汽车行业的快速发展，混合动力汽车成为汽车行业的发展方向之一，其存在不同类型的能源装置，关于混合动力汽车的能量优化，主要为选取参数完美匹配的发动机、传动装置、蓄电池以及电动机和科学合理的控制优化对策，且制定科学合理的能量控制对策非常关键。鉴于此，本文通过对混合动力汽车能量优化进行分析研究，以此给相关人员提供参考与借鉴。

关键词：混合动力汽车；能量控制；能量优化；

前言：随着社会经济的不断发展，现代交通系统日趋完善，汽车已然变成人们日常出行的重要交通工具，与之相关的则是全球石油需求量日益提升，石油作为不可再生资源，面临着枯竭微机，与此同时，全球气候变换等问题同样值得关注。因此，混合动力汽车应运而生，其车辆驱动系统搭载超过两个可以共同运转的单个驱动系统构成，其对环境造成的污染较小，能源消耗相对较低，受到众多车企的关注，汽车制造企业开始对其进行研究，随着混合动力汽车的良好发展势头，汽车生产制造企业将其规划为企业发展的全新战略方向之一。本文基于动力源分类，对串联、并联与混联式混合动力汽车能量优化做出简要分析。

一、混合动力汽车概述

混合动力汽车存在的能量流主要为发动机动能能量流以及电动机电能量流。能量管理系统的最终任务为增加车辆燃油经济性、降低尾气排放量，与此同时不对车辆加速性能与爬坡性能造成影响，并对成本进行合理控制。理想化的能量优化控制为确保混合动力汽车疏导众多动力源的协同作用影响，能够实现科学高效的模式切换以及功率合理分配，使能量管理系统可以对众多动力做出精准的切换与及时高效转变。

混合动力汽车的类型划分较多，参考发动机与电动机实际功率各不相同做出划分，主要包括里程延长型以及动力辅助型与双模式型。参考運行模式存在的区别做出划分，主要包括发动机开关模式型以及电动机连续运行模式型。参考发动机与电动机规划设计是否处于相同轴线，能够划分成串联式以及并联式与混联式[1]。

二、串联型混动力汽车能量优化

该类型车辆借助电动机提供基础动力，发动机转动带动发电机开始发电，所以发动机仅仅作为辅助动力源。当车辆开始启动时，因为蓄电池自身存储电能无法驱动汽车行驶，因此需蓄电池开始为电动力输出能量，电能通过线路输送至电动机，电动机通过传动装置使车辆进行移动。而发动机的关键作用是将燃料蕴含的化学能通过转化变成机械能，之后将机械能通过转化变成电能，车辆行驶需要的动力变少时，发动机工作带动电动机开始发电并有效储存至蓄电池，能量装置与系统之中，电动机发挥主要作用。不过因为能源转换步骤过多，综合效率相对较低，因此能量优化的效果有限，所以串联式混合动力汽车相对较少串联式采取的控制对策而言，主要涵盖恒温模式以及发动机跟踪模式与基于规则型对策[2]。

第一，恒温控制。若电池所剩电量SOC不足设计规定的限制值，发动机运转进入工作状态，处于最小油耗点（或是最小排放点）状态下进行工作，发动机工作转动产生的功率可以驱动汽车正常稳定行驶，还能够对蓄电池进行充电，此种模式状态下，蓄电池充放电阶段会产生能量的过多损耗，且蓄电池需有效符合全部瞬时功率的标注需求，对蓄电池造成不良影响。

第二，发动机跟踪模式与基于规则型对策。发动机工作转动产生的功率，需按照车辆需要的实际功率的情况进行相应变化，同传统汽车类似，充放电过程阶段功率损失降低，发动机需快速做出响应，发动机处于低到高的符合区间变化工作，对发动机燃油性能与排放量造成不利影响。解决对策可使用CVT，对CVT速比做出适当的调整，使发动机处于低油耗状态工作，降低排放，以上模式进行联合应用，可使汽车保持能量最优状态。

三、并联式混合动力汽车能量优化

该类型车辆借助两套相对独立的传动装置对汽车进行驱动行驶，具备发动机与电动机单独驱动以及电力混合驱动各不相同的模式。并联式混合动力汽车主要是通过使用电力为辅助动力，若发动机工作运转产生的功率超过汽车正常运行需要的全部能量，发电机则会进入发电状态，将剩余能量有效转移至蓄电池。若车辆进入加速或是爬坡使因其需要大量能量驱动，发电机则会进入工作状态，确保车辆运行需要的全部能量。若车辆保持低速行驶，因为发动机处于此种情况下无法保持良好的经济性，所以发电机进入工作状态为车辆行驶提供所需能量。并联式混合动力汽车能量优化控制对策涵盖瞬时优化与全局优化控制对策[3]。

第一，瞬时优化。通过对发动机与电动机处于各不相同功率分配方案，各不相同的运行情况下瞬间产生的燃油消耗率与排放进行实时精准计算，确保电动机等效油耗与发动机实际油耗最低的情况时，对最优混合动力系统工作模式以及运行状态做出严格明确。具体为特定时刻条件下，对电动机实际使用电量进行折算，转化成发动机等量能源消耗，加之制动回收所得能量以及发动机时间耗损能量，构建优化模型以及排放模型，并对最小值进行准确计算，并将最小值设置为最优工作状态。

第二，全局优化。采取最优方式以及最优控制理论，以此设计制定混合驱动驱动力分配控制对策。基于整车燃油经济性以及排放为标准、系统状态量为限制标准条件，构建适合的全局优化模型，获取有效的动态最优控制，应用有关优化方式进行计算，获取最优混合动力分配对策。

四、混联式混合动力汽车能量优化

该类型汽车结构主要是串联与并联式汽车优点进行高效综合，根据以上类型汽车优势特点做出融合，不过结构较为复杂，使制造成本相应提升。混联式能量优化控制对策包括发动机恒定工作点对策以及发动机最优工作曲线对策[4]。

第一，发动机恒定工作点对策。主要是对车辆设置行星齿轮为主要传统结构，发动机转速不受车轮转速影响，保证发动机保持最优工作状态，保持恒定转矩，多余转矩通过电机负责输出，加速或是爬坡状态下主要由电机负责输出，防止动态调节对发动机造成的不良影响，电动机控制可以做到灵活响应快速。

第二，发动机最优工作曲线对策。确保发动机工作保持在万有特性油耗曲线，基于静态万有特性曲线为基础，保持在跟踪条件分析判断的最优工作曲线进行工作，需要的功率或是转矩超过设定值的情况下，发动机进入工作状态。当发电机工作制造电流大于蓄电池承受电流或是驱动电流大于电机或是电池承受能力，对发动机最优状态进行调节。

结论：综上所述，本文通过对混合动力汽车能量优化研究进行简要分析论述，对于混合动力汽车而言，其综合性能获得大部分人群的认可与青睐，从关于能量优化控制算法的不断变化发展，将促进增强混合动力汽车的动力性能与经济适用性，从而有效推动混合动力汽车的良好发展。

参考文献：

[1]凌滨，王博强，卢晓琳.混合动力汽车功率分配管理优化研究[J].计算机仿真，2017，15（05），108-110.

[2]陈德海，王一栋.基于双模糊控制的混合动力汽车能量管理策略研究[J].汽车实用技术，2017，12，06）：37-41.

[3]刘天露，高春艳.基于多模式切换的插电式混合动力电动汽车能量优化管理方法[J].河北工业大学学报，2017，22（03），123-125.

[4]陈锐，唐智，刘逢春.混联混合动力车辆能量管理控制策略优化[J].同济大学学报（自然科学版），2017，45（22）：91-95.

[5]刘世达，齐毅，谭超广，刘豪睿.基于混沌粒子群算法的并联混合动力汽车能量管理策略[J].汽车实用技术，2017（17）：78-80.