并联混合动力汽车控制策略比较研究.docx

并联混合动力汽车控制策略比较研究 摘 要：根据不同控制方法的仿真控制效果和运行效率，分析了它们的优缺点，提出模糊控制方法具有适应性强、运行效率高、实时性好和鲁棒性强等优点，可作为并联混合动力汽车优先选择的控制策略。 下载 关键词：混合动力汽车结构；控制策略；结果 一、并联混合动力汽车结构 并联混合动力汽车的结构与传统汽车差异不大，主要是动力系统，传统汽车的能量流动是单方面的油箱流入发动机，再通过传动设备驱动车轮。而并联式混合动力汽车的能量流动则有两方面，一是由油箱流入发动机，二是由蓄电池流入电动机，再通过并排的传动装置，一起驱动车轮运转。由于，动力系统具有差异，所以控制策略上也会有所差别。 二、不同控制策略比较 并联混合动力汽车采用的控制方法有基线控制、模糊控制、实时最优控制等。为比较各控制方法的性能，模拟计算用到的汽车基本参数如下：汽油机功率41kW/6000rpm，电机峰值功率75 kW/4000rpm， m = 1350 kg， 12V26Ah-VRLA电池，车轮半径r = 0.28 m，滚动阻力系数f = 0.008，迎风面积A = 2 m2，风阻系数Cd= 0.335，扭矩耦合比ic= 1.73。 （一）基线控制策略（ BCS） 基线控制实际是一种固定的门限值控制方法，即根?不同工况来决定发动机和电机的运行状态，并将发动机和电动机的运行参数控制在有限区域内，以实现不同的控制目标。在基线控制中，电机在以下几种情况下工作： 1、当汽车速度小于最小设定车速时，关闭发动机，电动机提供全部的驱动力矩； 2、在发动机工作区，如果汽车需求的驱动力矩大于发动机能够提供的最大驱动力矩，此时，电动机提供驱动力矩不足部分来满足汽车动力性要求； 3、在给定发动机转速时，如果发动机工作在低效区，关闭发动机，由电动机提供汽车所需的驱动力矩； 4、当电池组的荷电状态state of charge（SOC）低于下限值时，发动机将提供额外扭矩来驱动发电机为电池组充电，以维持电池组要求的SOC状态。 （二）实时适应控制策略（ RTCS） 发动机的转速和扭矩工作范围较宽，其燃油经济区域与最低排放区不同，并且排放物NOX、HC和颗粒PM最低值的发动机工作区域也各不相同。为了获得理想的整车性能，必须折中处理燃油经济性和排放之间的关系。当汽车工况发生变化时，按照传统的固定阈值控制方法，要找到满足性能要求的最佳工作点比较困难。实时适应控制就是根据发动机的经济性和排放运行特点，利用最优控制原理，折中考虑燃油经济性和各排放物的特点，建立相应的目标函数，并使目标函数值最小来实现燃油消耗和各排放物都较少的目标。 （三）模糊控制策略（ FCS） 模糊控制实际上是基于知识库的一种智能控制方式，控制效果与专家经验和知识的提炼准确程度有很大关系。由于混合动力汽车动力传动系统具有较强非线性和时变的特点，用线性系统控制方法难于实现理想的控制效果。而模糊控制具有无需建模和对时变系统适应能力强的特点，因此，在汽车系统控制中得到广泛应用。 三、仿真结果比较 为评价各控制方法的相对性能，下面给出了不同驾驶循环下燃油经济性和排放的仿真结果。所选的测试工况是汽车获得欧美经济性和排放认证的标准驾驶循环： ? FTP（ Federal Test Procedure）循环 ? HWFET （Highway Fuel Economy Test） 循环 ? NEDC （New European Driving Cycle）循环 （一）工作点区域及基本性能比较 三种控制策略都能根据汽车实际工况要求很好地分配发动机和电机之间的功率（或扭矩），满足汽车的动力性和经济性。在三种策略控制下，模糊控制使发动机的负荷率最高，最靠近最低油耗曲线，基线控制次之，实时最优控制最低。在FTP循环下，它们的循环百公里油耗和0100km/h加速时间。尽管实时适应控制使发动机负荷率仅有20%，但它按全局最优原则进行控制，不仅保证了排放最低，而且使整车燃油消耗也最少，循环百公里油耗仅有3.1L/100km。由于发动机的低速小负荷油耗高和效率低的特点，在实际应用中希望发动机的负荷率尽量高一些，最好靠近最低燃油消耗曲线，并且使发动机转速位于经济转速区。 （二）各控制方法运算效率比较 多目标优化控制消耗的时间比模糊控制和基线控制长得多，这正是限制它在混合动力汽车控制中实际应用原因。模糊控制所用的时间只比基线控制多一点，却有基线控制没有的控制效果和灵活性，这些优点促使它在控制领域的广泛应用。 （三）模糊控制与基线控制结果比较 模糊控制和实时最优控制的结果与基线控制结果的比值基本一致，某些数值差异较大是由于各控制策略本身对不同指标折中考虑程度不同所致；但模糊控制与实时最优控制相比，各项性能指标均比实时最优控制的高，这也说明模糊控制在优化控制方面相对粗略。 （四）排放性能比较 基线控制策略相对粗放，发动机工作区域较宽，转速范围波动较大，三种主要排放物排放量相对最高；模糊控制工作时将发动机的工作点控制在经济油耗区或高效区，发动机工作点波动相对较小，各种排放物排放量相对较小；实时适应控制将各排放目标作为