混合動力城市客車控制策略研究

1、<p>　　混合動力城市客車控制策略研究</p><p>　　摘要:本文對串聯(lián)式混合動力城市客車的兩種常見控制策略進行了詳細的分析,并在ADVISOR中進行了仿真,比較二者的區(qū)別。 </p><p>　　關(guān)鍵詞:電動客車;混合動力;控制策略 </p><p><b>　　1引言 </b></p><p>　　混

2、合動力汽車兼顧了傳統(tǒng)燃油汽車和純電動汽車的優(yōu)點,它的性能取決于部件的合理選型和控制策略的合理制定。在混合動力汽車結(jié)構(gòu)一定的情況下,其性能主要取決于控制策略的制定,為到達某一最優(yōu)設(shè)計目標,必須制定相應(yīng)的控制策略。因此,選用并制定合理的控制策略是開發(fā)混合動力汽車的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文在對串聯(lián)式混合動力城市客車的兩種常見控制策略進行詳細分析的基礎(chǔ)上,并在ADVISOR中進行了仿真,分析兩者的不同控制特征。 </p><p&g

3、t;　　2常見控制策略分析 </p><p>　　適合于混合動力總成的控制策略通常有四種:邏輯門限值控制、動態(tài)自適應(yīng)控制、邏輯模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制。采用后述三種控制方法需要采集和運算的資料量非常大,特別是要實時采集大量的發(fā)動機運行資料計算發(fā)動機的最佳油耗點和最佳排放點,并在運行中實時跟蹤兩點數(shù)值的變化,使控制系統(tǒng)的軟件和硬件都非常復(fù)雜。因此,在目前的情況下,采用邏輯門限值控制方法對動力總成進行控制是合適的,國外

4、成型混合動力的樣車和產(chǎn)品車大多采用這種控制方法。 </p><p>　　串聯(lián)式混合動力汽車的邏輯門限值控制策略常見有兩種典型的控制策略:開關(guān)式控制策略和功率跟隨控制策略。 </p><p>　　(1)開關(guān)式控制策略 </p><p>　　在這種模式下,當電池SOC降到設(shè)定的低門限值SOCmin時,發(fā)動機啟動,在最低油耗(或最佳排放)點按恒功率輸出,一部分功率用于滿足

5、車輪驅(qū)動功率要求,另一部分向蓄電池充電。而當蓄電池組SOC上升到所設(shè)定的高門限值SOCmax時,發(fā)動機關(guān)閉,由電動機驅(qū)動車輪。控制策略具體描述如下: </p><p>　　1)發(fā)動機設(shè)置在經(jīng)濟點穩(wěn)定地運行,帶動發(fā)電機發(fā)電向電池充電; </p><p>　　2)當電池SOC超過某上限值SOCmax時,發(fā)動機關(guān)閉,車輛以純電動模式運行; </p><p>　　3)當電池

6、SOC小于某下限值SOCmin時,發(fā)動機開啟,帶動發(fā)電機發(fā)電向電池充電。 </p><p>　　該種策略發(fā)動機處于經(jīng)濟點穩(wěn)定運行,燃燒充分,排放低,但驅(qū)動動力的傳遞要經(jīng)過電池充放電,增加了動力的傳遞環(huán)節(jié),因此電池的充放電循環(huán)效率較低,整個動力傳動系統(tǒng)效率較低,油耗較高。 </p><p>　　(2)功率跟隨式控制策略 </p><p>　　在這種控制策略中,發(fā)動機的

7、功率緊緊跟隨車輪功率的變化,這與傳統(tǒng)的汽車運行相似。當電池組的SOC值較高且總線向發(fā)動機需求功率較小時,發(fā)動機關(guān)閉;當電池組的SOC值較低或者總線向發(fā)動機需求功率較大時,發(fā)動機開啟;在其它情況下發(fā)動機有可能開啟,有可能關(guān)閉,與上次發(fā)動機所處的狀態(tài)一致。在發(fā)動機開啟時,輸出功率跟隨SOC的變化而變化,使其維持在設(shè)定范圍之內(nèi)。如果總線向發(fā)動機需求功率小于發(fā)動機的最小功率請求Pmin,那么發(fā)動機維持在此最小功率下運行;如果總線向發(fā)動機需求功率

8、大于發(fā)動機的最大功率請Pmax,發(fā)動機維持在此最大功率下運行。發(fā)動機需求功率變化控制在一定的范圍之內(nèi),盡可能使發(fā)動機工況變化比較平穩(wěn)。 </p><p><b>　　3仿真結(jié)果與分析 </b></p><p><b>　　3.1仿真結(jié)果 </b></p><p>　　(1)開關(guān)式控制策略 </p><p

9、>　　開關(guān)式控制策略仿真結(jié)果如圖1所示。 </p><p>　　3.2 仿真結(jié)果分析 </p><p>　　(1)動力電池仿真結(jié)果分析 </p><p>　　從圖1(a)和圖2(a)可以看出,在我國典型城市公交車循環(huán)工況下,開關(guān)式控制策略電池的SOC值在剛開始時就下降迅速,直至SOC值在0.4時(SOC為低)才穩(wěn)定下來;而功率跟隨式控制策略和綜合式控制策略動力

10、電池的SOC值下降比較平緩。這說明,開關(guān)式控制策略在SOC值處在[0.4,0.8]內(nèi)動力電池大多時間處于放電,即發(fā)動機—發(fā)電機組基本不工作,只在SOC值為低時,發(fā)動機—發(fā)電機才開始工作動力,動力電池則處于較為頻繁的充放電中;而功率跟隨式和綜合式控制策略發(fā)動機—發(fā)電機和動力電池間歇性交替工作。 </p><p>　　(2)發(fā)動機仿真結(jié)果分析 </p><p>　　從圖1(b)和圖2(b)可以

11、看出,開關(guān)式控制策略的在發(fā)動機開啟時就以恒功率輸出,所以實際輸出的功率為恒定值,發(fā)動機不需要跟蹤路面負荷的瞬態(tài)變化而恒定工作,因此有利于降低HEV排放;而功率跟隨式控制策略和綜合式控制策略中由于對發(fā)動機的功率范圍進行了限制,因此,實際輸出功率都比較穩(wěn)定,發(fā)動機沿著燃油經(jīng)濟性較好的曲線跟蹤路面功率的需求,有利于提高HEV的燃油經(jīng)濟性。 </p><p><b>　　4 結(jié)論 </b></

12、p><p>　　本文主要研究串聯(lián)式混合動力城市客車開發(fā)的核心內(nèi)容和技術(shù)難點,即串聯(lián)式混合動力城市客車動力總成的控制策略。 </p><p>　　(1)通過分析比較開關(guān)式控制策略和功率跟隨式控制策略優(yōu)缺點,并結(jié)合混合動力城市客車的自身特點,對串聯(lián)式混合動力城市客車的控制目標和控制方法進行了詳細的分析。 </p><p>　　(2)開關(guān)式控制策略中由于發(fā)動機不需要跟蹤路面負

13、荷的瞬態(tài)變化而恒定工作,因此有利于降低HEV排放;功率跟隨控制策略中發(fā)動機沿著燃油經(jīng)濟性較好的曲線跟蹤路面功率的需求,因此有利于提高HEV的燃油經(jīng)濟性。 </p><p>　　(3)功率跟隨式控制策略下如果發(fā)動機匹配的好,運行于經(jīng)濟區(qū)域,可獲得良好的燃油經(jīng)濟性。它的缺點是發(fā)動機工況不斷變化,排放不如開關(guān)式。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p

14、><p>　　[1] 趙碩,張緩緩,王慶年.混合動力汽車電動機恒功率特性研究[J].微電動機.2004, 38(3):75-77 </p><p>　　[2] 黃妙華,金國棟,鄧亞東.串聯(lián)式混合動力電動汽車先導(dǎo)車的研究開發(fā)[J].武漢理工大學學報,2001,25(3):273-275. </p><p>　　[3] 陳全世.先進電動汽車技術(shù)[M],北京:化學工業(yè)出版社,

15、2007:275-278. </p><p>　　[4] 林楓,昊森,曹正策等.混合動力電動城市公交客車控制策略[J].武漢理工大學學報,2003,25(6):179-182. </p><p>　　[5] 姬芬竹,高峰.電動汽車驅(qū)動電動機和傳動系統(tǒng)的參數(shù)匹配[J].華南理工大學學報,2006,34(4):33-37. </p><p>　　[6] 嚴冬.混合動力電

16、動車參數(shù)匹配及電動機控制系統(tǒng)仿真研究[D].湖北:武漢理工大學,2007:38-52. </p><p>　　[7] Stephane Rimaux, Michel Delhom, Heybrid Vehicle Powertrain: Modeling and Control,EVS16,1999:120-135. </p><p>　　[8] Wipke, K., Cuddy, M.,

17、 Burch, S., ADVISOR 2.1: A User-Friendly Advanced Powertrain Simulation Using a Combined Backward/Forward Approach, IEEE Transactions on Vehicular Technology: Special Issue on Hybrid and Electric Vehicles, 1999:58-65 <