增程式混合動力汽車控制策略分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u15838增程式混合動力汽車控制策略分析案例 1278561.1控制策略的設(shè)計原則 153501.2增程式混合動力汽車的工作模式 1270931.3本文的控制策略 2326761.4判定發(fā)動機是否直接驅(qū)動 4194101.5油耗計算 61.1控制策略的設(shè)計原則在保障了整車動力性的前提下，以車輛燃油經(jīng)濟(jì)性為主要設(shè)計目的的增程式混合動力汽車的控制策略時應(yīng)該遵守如下所示原則[16]：電機驅(qū)動優(yōu)先原則插電式混合動力汽車與非插電式混合動力汽車的能量來源不同，在提供同等驅(qū)動力的情況下，電的成本比燃油成本低，且電機的功率高于發(fā)動機。因此制定增程式混合動力車的控制策略要多多利用電機的優(yōu)勢，盡量多的以電驅(qū)動車輛行駛。動力電池能量耗盡原則設(shè)計的增程式混合動力汽車搭載了大容量的鋰離子電池，可以實現(xiàn)足夠長的純電行駛，且可以充電補給，由此，設(shè)定的控制策略在電池SOC不減少到最低設(shè)定值時盡量消耗電池電量。當(dāng)電池SOC降低于最低下限時，為了保護(hù)電池應(yīng)當(dāng)根據(jù)發(fā)動機工作區(qū)間給電池充電。最大制動能量回饋原則增程式混合動力車裝備的電機既能作為驅(qū)動電機又可以作為發(fā)電機，因此在車輛制動和減速的時候，先是要求電機發(fā)電存儲到電池中，當(dāng)電池SOC被充到上限值或者僅靠電機來制動力矩仍不夠時，再開啟機械制動器制動。1.2增程式混合動力汽車的工作模式純電動模式低載荷狀態(tài)，車輛需要的轉(zhuǎn)矩低于發(fā)動機經(jīng)濟(jì)高效區(qū)間的最小扭矩。電池soc達(dá)預(yù)設(shè)最小值，該換成行車充電模式。發(fā)動機直驅(qū)模式中等負(fù)荷狀態(tài)，需要的扭矩在發(fā)動機和發(fā)動機最大扭矩范圍內(nèi)；若此時電池soc最小小于需求轉(zhuǎn)為混合驅(qū)動模式?；旌向?qū)動模式高速大負(fù)荷，需要扭矩高于發(fā)動機最大扭矩；發(fā)動機在最大扭矩處工作，由電機來彌補不夠的扭矩。如果需要的扭矩處在發(fā)動機經(jīng)濟(jì)高效區(qū)間與發(fā)動機最大扭矩中間，并且電池電量充實。行車充電模式中低負(fù)荷，需要的轉(zhuǎn)矩小于并靠近在最經(jīng)濟(jì)區(qū)間；電池電量不滿，發(fā)動機運行在最優(yōu)區(qū)域，多于能量給電池組充電。需求扭矩在發(fā)動機最優(yōu)效率曲線與發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩之間，電池電量不足，則給電池行車充電再生制動模式車輛在減速或者制動時刻，且電池電量不滿，利用電機工作進(jìn)行能量回收。停車充電模式車輛停止運行，不需要提供動力，連接充電裝置，進(jìn)行外網(wǎng)充電補充。表4-1工作模式圖1.3本文的控制策略本文的控制策略有以下幾點：1.依據(jù)需要的功率和此刻行車速度決定需要的扭矩。2.依據(jù)此刻行車速度和需要的轉(zhuǎn)矩確定此時發(fā)動機直接驅(qū)動與否。由此刻行駛速度判定發(fā)動機輸出扭矩，根據(jù)發(fā)動機萬有特性圖，判定此刻發(fā)動機轉(zhuǎn)速以及輸出扭矩在不在經(jīng)濟(jì)區(qū)區(qū)間。如果均剛好符合都在經(jīng)濟(jì)區(qū)間，就決定發(fā)動機直接驅(qū)動，動力源直接按此時的情況工作；如果此時發(fā)動機的轉(zhuǎn)速在經(jīng)濟(jì)區(qū)間但轉(zhuǎn)矩不在，這時求出需要的扭矩與此刻經(jīng)濟(jì)扭矩的差值，如果得數(shù)是正數(shù)，就讓電動機工作補上這個差距，如果這時電池組電量過低，提供不了需求額，就決定發(fā)動機不直驅(qū)；如果得數(shù)為負(fù)數(shù)，就讓發(fā)電機把這個差距值消耗掉，但如果此刻電池組電量充足，決定發(fā)動機不直驅(qū)。若果發(fā)動機轉(zhuǎn)速和扭矩均不位于經(jīng)濟(jì)區(qū)間，決定發(fā)動機不直驅(qū)。3.發(fā)動機不直驅(qū)前提下，依據(jù)此時的行車速度和需要的扭矩，決定電機的轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)矩。依據(jù)行車所需的扭矩、電池組soc，判定是單個電機工作還是兩個電機同時工作。如果電池soc在預(yù)設(shè)工作區(qū)間，則發(fā)動機不工作，僅靠電池驅(qū)動；如果電池soc不足，判定發(fā)動機開始工作，為電池供電。這時候：發(fā)動機在經(jīng)濟(jì)區(qū)間的功率小于需要的，這時真實工作點就可能會偏離經(jīng)濟(jì)區(qū)間為了達(dá)到車輛的的行駛需求。如果需要的功率達(dá)不到發(fā)動機經(jīng)濟(jì)區(qū)間的功率，這時其將工作在最低的經(jīng)濟(jì)區(qū)線上，多余的動能給電池補充電量。如果功率需要剛好滿足在發(fā)動機的經(jīng)濟(jì)期間之內(nèi)，則發(fā)動機就在其工作點工作。1.需要減速或者制動的時候：如果電池組剩余電量沒有到最大設(shè)定，這時候發(fā)動機不工作，發(fā)電機啟動工作，為電池組補充電量。要依據(jù)所需制動力的大小，判定是單個電機工作還是兩個電機工作，或者是機械制動器也開始工作，。如果電池組剩余電量到最大設(shè)定，這時發(fā)動工作來輔佐制動，依據(jù)需要的制動力矩多少來判定機械制動器提供多少扭矩。由下圖4-1BYD371QA發(fā)動機的萬有特性曲線圖，就能看出這個發(fā)動機的最低比油耗是215g/kwh，在最低比油耗的前后，可以建立發(fā)動機的經(jīng)濟(jì)燃油消耗區(qū)。圖4-1發(fā)動機萬有特性曲線圖比對圖上標(biāo)注的區(qū)域，可以得到發(fā)動機的經(jīng)濟(jì)油耗區(qū)間在轉(zhuǎn)速為1200-2500rpm，功率為15-25kw,轉(zhuǎn)矩為55-65Nm。表示為在滿足三者都在這一區(qū)域就是發(fā)動機的經(jīng)濟(jì)位置。圖4-2電機效率曲線圖由圖可以知道電機效率在轉(zhuǎn)速3000r/min-6000r/min，功率22KW-25KW，轉(zhuǎn)矩100Nm-400Nm區(qū)間效率最大為0.91。1.4判定發(fā)動機是否直接驅(qū)動由于實際駕駛時路況復(fù)雜，把車速0-150km/h分成十六個勻速車況，計算發(fā)動機驅(qū)動行駛阻力功率和需要的功率發(fā)動機驅(qū)動行駛阻力功率：（4—1）發(fā)動機直驅(qū)需求功率：（4-2）發(fā)動機直驅(qū)時傳動比是固定的，那么他的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速都是一定的?？梢杂嬎阒彬?qū)時所需要的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，公式如下：（4-3）（4-4）公式中，Ttq-為發(fā)動機動機直驅(qū)的轉(zhuǎn)矩（N.m）；ua是車速(km/h)；n為不同車速對應(yīng)的轉(zhuǎn)速（r/min）。車速V（km/h）行駛阻力功率（kw）發(fā)動機功率（kw）轉(zhuǎn)矩(Nm)轉(zhuǎn)速（r/min）00000100.5480.60920.946208.192201.1481.27621.940416.3839301.8502.05623.570621.5759402.7053.00625.848832.7679503.7641.18228.7741040.96605.0785.64232.3491249.152706.6997.44336.5791457.344808.6779.64141.4571665.5369011.06412.29346.9881873.72810013.91115.45753.1512081.92011017.26819.18760.0022290.11212021.18623.54067.4812498.30413025.71828.57675.6152706.49614030.91331.34881.3972911.68815036.82340.91493.8403122.8816043.45047.373103.7973331.071表4-1車速-功率-轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速表由上表可知當(dāng)車速在100-120km/h，此時功率，車速以及轉(zhuǎn)矩都在發(fā)動機經(jīng)濟(jì)區(qū)間內(nèi)，此時驅(qū)動電機不工作，發(fā)動機直接連接離合器驅(qū)動車輛。車速在0-50km/h，此時功率，車速以及轉(zhuǎn)矩不在發(fā)動機經(jīng)濟(jì)區(qū)域，所以應(yīng)該由電池供能，單個或者兩個電機串聯(lián)驅(qū)動。車速在60-90km/h時，車速在經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速范圍但轉(zhuǎn)矩小于經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)矩最小值，在此速度區(qū)間需求大功率時，發(fā)動機和電動機并聯(lián)驅(qū)動，或者發(fā)動機帶動發(fā)電機工作，電能直接供應(yīng)驅(qū)動電機，若是有額外多出的電量則輸送到動力電池，此時的發(fā)動機均控制其處于經(jīng)濟(jì)功率下限處。當(dāng)車速在130-160km時，此時功率，車速以及轉(zhuǎn)矩都大于發(fā)動機經(jīng)濟(jì)區(qū)間，在高速小功率時，發(fā)動機單獨驅(qū)動加電機發(fā)電或者電機單獨驅(qū)動；高速大功率時，發(fā)動機，發(fā)電機和電動機并聯(lián)驅(qū)動。發(fā)動機啟動時均控制其在經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)矩上限。此區(qū)間劃分均是在動力電池電量充實情況下劃分的，一般電量保持在30%以上。如果出現(xiàn)電量不足的情況，那么在車速0-100km/h發(fā)動機和發(fā)電機都保持運行狀態(tài)，直到電池SOC達(dá)到一定界限。在電量不足時，在后續(xù)速度區(qū)間發(fā)動機一直保持直驅(qū)，驅(qū)動電機不參與輔助驅(qū)動。1.5油耗計算依據(jù)比油耗數(shù)值來計算發(fā)動機直驅(qū)情況下的汽油消耗，公式如下國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了使用汽油發(fā)電機每發(fā)一度的電消耗270g的汽油。計算發(fā)電1kw需要消耗汽油0.27kg，在用重量除以0.722的密度，可以得到數(shù)據(jù)大約為0.374L。可以得到結(jié)論車輛以純電行駛的情況下，每使用1kw電，就可以換算為消耗汽油0.374L。在勻速情況下，有發(fā)動機參加工作的情況，真實消耗的燃油量經(jīng)計算得到下表4-2。車速/(km/h)發(fā)動機功率/(kw)發(fā)動機油耗/(L/100km)驅(qū)動電機功率(kw)驅(qū)動電機油耗/(L/100km)混合油耗/(L/100km)10015.4571.809001.80911019.1875.427005.42712023.5406.103006.10313023.5406.1035.0361.8837.98614023.5406.10310.8081.04210.14515023.5406.10317.3746.49812.60116023.5406.10323.8338.91315.016表4-2發(fā)動機參與驅(qū)動消耗的燃油量等計算出控制策略下，等速行駛時，各個車速相對應(yīng)的電機油耗，發(fā)動機油耗以及混合油耗值。車速/(km/h)電機油耗/(L/100km)發(fā)動機油耗/(L/100km)混合油耗/(L/100km)控制策略0000100.22800.228電機工作200.47700.477電機工作300.76900.769電機工作401.12401.124電機工作501.56401.564電機工作602.11002.110電機工作702.78402.784電機工作803.6