混合动力客车控制策略设计

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混合动力客车是传统汽车与电动汽车的科学结合，-方面可以充分利用传统汽车的技术成果和工业基础，另-方面可以有效减少油耗和排放，是传统发动机汽车向零排放电动汽车过渡的最实用方案，是目前解决排放和能源问题最现实的-条途径。而混合动力客车的控制策略是其技术的核心，是能量管理的关键，是实现混合动力客车节能减排的核心技术n。目前，对于并联式白勺昆合动力客车，E匕较常用的控制策略有：逻辑门限直策略 、瞬时优化控制策略 、全局优化控制策 模糊逻辑控制策略日。其中，静态逻辑门限值策略是最简单、最实用的方法，是控制策略发展的基础，后述方法都是进行优化之后产生的，每种方法都各有其优越l生和缺点。对于由普通客车改装的并联式混合动力客车，采用逻辑门限值策略。

2混合动力客车设计及基本参数将某畅销型号普通柴油客车改装成混合动力客车，其车辆系统布置，如图 1所示。混合动力系统结构采用双离合器方案。发动机和驱动电机之间采用自动离合器，在驱动电机和变速器之间选用手动离合器。相对于原型车只需较少的结构改动，在保证动力性不变的前提下，经济性得到提高。混合动力客车改装中，最主要的选型为电机、电池的选型。经过计算，所选取的电机技术参数为：额定功率 30kW，峰值功率 45kW，额定转速 1200rpm；电池技术参数为：电池组的电压为 336V，容量为 60Ah。

- 发动机图 1车辆系统布置Fig.1 Vehicle System Arrangement3混合动力客车控制设计思想根据设计需求，该车存在通过按钮切换的五种运行状态：自动运行状态、纯电动准备状态、纯电动运行状态、停车发电状态、发动机单独驱动状态。(1)自动运行状态：就是由整车控制器直接来协调发动机、电机、电池等的工作，使整车工作在最佳状态；(2)纯电动准备状态：为长时间的纯电动行驶做准备，在保证正常运行的情况下，电池最大限度的补充电力；(3)纯电动运行状态：当车辆在特殊环境下，需要进行纯电动行驶的时候，通过按钮切换来实现强制的完全的纯电动行驶 ，而不进行模式的切换。(4)停车来稿日期：2012-04-27基金项目：江苏省自然科学基金项目(BK2011405)；淮阴工学院大学生科技创新项目作者简介：孙 丽，(1979)，女，吉林集安，讲师，博士 ，主要研究方向：汽车现代设计方法第2期 孙 丽等：混合动力客车控制策略设计 261发电状态：停车状况下使用大功率用电设备的时候，根据电池的SOC状况来确定是否启动发动机发电。(5)发动机单独驱动状态：主要用于故障状态或其他特殊状态下由发动机单独驱动车辆行驶。因此，控制策略的整体思想，如图2所示。

图2控制策略的整体思想Fig.2 Whole Idea of Control Strategy4能量管理策略4.1工作模式介绍混合动力客车的能量管理策略首先要考虑工作模式的种类和模式切换时的输入量：(1)工作模式的种类：纯电动模式、纯电动准备模式、发动机单独驱动模式、停车发电模式、联合驱动模式。(2)模式切换基本考虑的输入量：车速、需求扭矩、油门开度、SOC值。

4.2能量管理策略混合动力客车的发动机稳态效率MAP图。如图3所示。

10o0 1500 2000 2500 30oO 35oor/rain图3发动机稳态效率MAP图的划分Fig.3 MAP Division of Engine Steady State Eficiency4.2.1联合驱动模式模式下能力管理系统根据动力系统各部件的状况进行能量合理分配，调整发动机的工作区间、电机的工作模式和扭矩，实现效果最佳。联合驱动模式的能量管理逻辑(图略)。(1)SOC<40状态；①若驾驶员需求扭矩在区域A内：(行车发电)；发动机目标扭矩等于发动机最小扭矩TA；电机工作在发电模式，目标扭矩为以下三值(绝对值)中的最小值(发动机最小扭矩TA-驾驶员需求扭矩，电机最大制动扭矩，电池最大制动扭矩)；②若驾驶员需求扭矩在区域B内：(行车发电)；发动机目标扭矩为以下二值中的最小值(驾驶员需求扭矩电机最大制动扭矩，发动机最大扭矩TB)；其中电机最大制动扭矩为以下二值中的最小值(电机最大制动扭矩，电池最大制动扭矩)；电机工作在发电模式，目标扭矩为(发动机目标扭矩-驾驶员需求扭矩)；否则，(发动机单独驱动)；发动机目标扭矩等于发动机最大扭矩；电机扭矩为0。4.2.1.2408o状态；①若驾驶员需求扭矩在区域A内：(纯电动)；发动机关闭；电机工作在驱动模式纯电动行驶，目标扭矩为以下三值中的最小值(驾驶员需求扭矩，电机最大驱动扭矩，电池最大驱动扭矩)；②若驾驶员需求扭矩在区域B内：(发动机单独驱动)；电机需求扭矩为O；发动机目标扭矩等于驾员需求扭矩；否则，(联合驱动)；发动机目标扭矩等于发动机最大扭矩；电机工作在驱动模式，目标扭矩为以下三值(绝对值)中的最，J、值(驾驶员需求扭矩-发动机最大扭矩，电机最大驱动扭矩，电池最大驱动扭矩)。

4.2.2纯电动行驶准备模式为满足车辆-定的纯电动行驶里程要求，本控制系统中设置了纯电动行驶准备模式，用于为电池系统快速充电，为纯电动行驶需求做准备。该模式的控制逻辑，如图4所示。

图4纯电动行驶准备模式控制逻辑图Fig.4 Control Logic Diagram of Pure Electric Driving Ready Mode当电池的SOC值低于90%时，在行驶过程中，在满足驾驶员需求扭矩的前提下，最大限度地将额外的发动机动力提供给发电机让其发电，使电池的SOC值眷达到90%，为纯电动行驶做准备。当电池的SOC值达到90%后，对动力电池的电量进行保持，尽量由发动机为车辆的行驶提供动力。

4.2-3纯电动行驶模式在纯电动行驶模式的时候，关闭发动机，由驱动电机来单独驱动车辆，当电池的SOC值低于20%时，为保护电池，强制切换到混合驱动模式。其控制逻辑，如图5所示。若SOC>80则电机工作模式为0，电机需求转矩为0。否则电机工作模式为 1，电机目标转矩为以下三值(绝对值)中的最小值(当前需求的制动扭矩，电机最大制动扭矩，电池最大制动扭矩)。

姗 瑚 抛 啪 m ∞262 机 械设 计 与制 造NO.2Feb.201 3图5纯电动行驶模式控制逻辑图Fig.5 Control Logic Diagram of Pure Electric Driving Mode4.2.4停车发电模式停车发电模式主要用于满足警方要求的停车状况下使用大功率用电设备的要求。该模式下，控制策略根据电池的SOC来控制发动机的启停和发电功率。其控制逻辑，如图6所示。当电池的电量下降到40%以下时。启动发动机，并按照设定功率开始发电，在满足车载用电设备后额外的电力存储到动力电池中。给电池充电后，当电池的电量达到70%，则停止发动机 ，改由动力电池给车载用电设备供电。

图6停车发电模式控制逻辑图Fig.6 Control Logic Diagram of Parking Power Generation Mode5混合动力客车动力性能混合动力客车混合驱动模式所能达到的动力性能，如表 1所示。经过对比可见，混合动力客车的动力性能几乎与原型车-致，而且其可达到的最高车速略高于原车，加速时间也略有提高。

表 1混合驱动动力·陛能Tab.1 Power Performance of Hybrid Driving混合动力客车纯电动模式所能达到的动力性能，如表 2所示。经过对比可见，该混合动力客车的纯电动驱动性能皆达到了设计指标要求。混合动力汽车发动机单独驱动模式所能达到的动力性能，如表 3所示。

表2纯电动驱动动力性能Tab.2 Power Performance of Pure Electric Driving- - -- -- -- 落 粝 两委i占表 3发动机驱动动力性能Tab.3 Power Performance of Engine Driving验证项目 校核结果最高车速(kmh)直接档初速30kndh加速至 400m时间(s)原地起步换档加速至400m时间(s)最大爬坡度(%)1l2.627l2925.78306总结为某普通柴油客车改装为并联式混合动力客车设计了控制策略，使用的是最常用的门限值控制策略，根据驾驶员的扭矩需求、发动机的工作区间和电池的状态对连个动力源进行动力的合理分配，实现削峰填谷提高经济性能。该控制策略主要包括联合驱动模式、纯电动准备模式、纯电动模式、发动机单停车发电模式。然后对该混合动力客车的动力性能进行了校核，发现该车的动力性良好。采用混合动力模式，也可大大提升车辆的经济性能。

控制策略是混合动力能量管理中最简单、实用的-种方法。