1、混合动力城市客车控制策略研究摘要:本文对串联式混合动力城市客车的两种常见控制策略进行了详细的分析,并在 ADVISOR 中进行了仿真,比较二者的区别。 关键词:电动客车;混合动力;控制策略 1 引言 混合动力汽车兼顾了传统燃油汽车和纯电动汽车的优点,它的性能取决于部件的合理选型和控制策略的合理制定。在混合动力汽车结构一定的情况下,其性能主要取决于控制策略的制定,为到达某一最优设计目标,必须制定相应的控制策略。因此,选用并制定合理的控制策略是开发混合动力汽车的关键技术之一。本文在对串联式混合动力城市客车的两种常见控制策略进行详细分析的基础上,并在 ADVISOR 中进行了仿真,分析两者的不同控制
2、特征。 2 常见控制策略分析 适合于混合动力总成的控制策略通常有四种:逻辑门限值控制、动态自适应控制、逻辑模糊控制和神经网络控制。采用后述三种控制方法需要采集和运算的资料量非常大,特别是要实时采集大量的发动机运行资料计算发动机的最佳油耗点和最佳排放点,并在运行中实时跟踪两点数值的变化,使控制系统的软件和硬件都非常复杂。因此,在目前的情况下,采用逻辑门限值控制方法对动力总成进行控制是合适的,国外成型混合动力的样车和产品车大多采用这种控制方法。 串联式混合动力汽车的逻辑门限值控制策略常见有两种典型的控制策略:开关式控制策略和功率跟随控制策略。 (1)开关式控制策略 在这种模式下,当电池 SOC 降
3、到设定的低门限值 SOCmin 时,发动机启动,在最低油耗(或最佳排放)点按恒功率输出,一部分功率用于满足车轮驱动功率要求,另一部分向蓄电池充电。而当蓄电池组 SOC 上升到所设定的高门限值 SOCmax 时,发动机关闭,由电动机驱动车轮。控制策略具体描述如下: 1)发动机设置在经济点稳定地运行,带动发电机发电向电池充电; 2)当电池 SOC 超过某上限值 SOCmax 时,发动机关闭,车辆以纯电动模式运行; 3)当电池 SOC 小于某下限值 SOCmin 时,发动机开启,带动发电机发电向电池充电。 该种策略发动机处于经济点稳定运行,燃烧充分,排放低,但驱动动力的传递要经过电池充放电,增加了动
4、力的传递环节,因此电池的充放电循环效率较低,整个动力传动系统效率较低,油耗较高。 (2)功率跟随式控制策略 在这种控制策略中,发动机的功率紧紧跟随车轮功率的变化,这与传统的汽车运行相似。当电池组的 SOC 值较高且总线向发动机需求功率较小时,发动机关闭;当电池组的 SOC 值较低或者总线向发动机需求功率较大时,发动机开启;在其它情况下发动机有可能开启,有可能关闭,与上次发动机所处的状态一致。在发动机开启时,输出功率跟随 SOC 的变化而变化,使其维持在设定范围之内。如果总线向发动机需求功率小于发动机的最小功率请求 Pmin,那么发动机维持在此最小功率下运行;如果总线向发动机需求功率大于发动机的
5、最大功率请 Pmax,发动机维持在此最大功率下运行。发动机需求功率变化控制在一定的范围之内,尽可能使发动机工况变化比较平稳。 3 仿真结果与分析 3.1 仿真结果 (1)开关式控制策略 开关式控制策略仿真结果如图 1 所示。 3.2 仿真结果分析 (1)动力电池仿真结果分析 从图 1(a)和图 2(a)可以看出,在我国典型城市公交车循环工况下,开关式控制策略电池的 SOC 值在刚开始时就下降迅速,直至 SOC 值在 0.4 时(SOC 为低)才稳定下来;而功率跟随式控制策略和综合式控制策略动力电池的 SOC 值下降比较平缓。这说明,开关式控制策略在 SOC 值处在0.4,0.8内动力电池大多时
6、间处于放电,即发动机发电机组基本不工作,只在 SOC 值为低时,发动机发电机才开始工作动力,动力电池则处于较为频繁的充放电中;而功率跟随式和综合式控制策略发动机发电机和动力电池间歇性交替工作。 (2)发动机仿真结果分析 从图 1(b)和图 2(b)可以看出,开关式控制策略的在发动机开启时就以恒功率输出,所以实际输出的功率为恒定值,发动机不需要跟踪路面负荷的瞬态变化而恒定工作,因此有利于降低 HEV 排放;而功率跟随式控制策略和综合式控制策略中由于对发动机的功率范围进行了限制,因此,实际输出功率都比较稳定,发动机沿着燃油经济性较好的曲线跟踪路面功率的需求,有利于提高 HEV 的燃油经济性。 4
7、结论 本文主要研究串联式混合动力城市客车开发的核心内容和技术难点,即串联式混合动力城市客车动力总成的控制策略。 (1)通过分析比较开关式控制策略和功率跟随式控制策略优缺点,并结合混合动力城市客车的自身特点,对串联式混合动力城市客车的控制目标和控制方法进行了详细的分析。 (2)开关式控制策略中由于发动机不需要跟踪路面负荷的瞬态变化而恒定工作,因此有利于降低 HEV 排放;功率跟随控制策略中发动机沿着燃油经济性较好的曲线跟踪路面功率的需求,因此有利于提高 HEV 的燃油经济性。 (3)功率跟随式控制策略下如果发动机匹配的好,运行于经济区域,可获得良好的燃油经济性。它的缺点是发动机工况不断变化,排放
8、不如开关式。 参考文献 1 赵硕,张缓缓,王庆年.混合动力汽车电动机恒功率特性研究J.微电动机.2004, 38(3):75-77 2 黄妙华,金国栋,邓亚东.串联式混合动力电动汽车先导车的研究开发J.武汉理工大学学报,2001,25(3):273-275. 3 陈全世.先进电动汽车技术M,北京:化学工业出版社,2007:275-278. 4 林枫,昊森,曹正策等.混合动力电动城市公交客车控制策略J.武汉理工大学学报,2003,25(6):179-182. 5 姬芬竹,高峰.电动汽车驱动电动机和传动系统的参数匹配J.华南理工大学学报,2006,34(4):33-37. 6 严冬.混合动力电动车
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