并联式混合动力叉车功率分配控制策略的研究.pdf
摘 要：混合动力汽车能够减少污染物排放量，节约汽车燃油，并保证汽车具有较高的动力性能，所以在现代汽车行业中，混合动力汽车受到了广泛欢迎。
关键词：混合动力汽车；功率分配；控制方法优化
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.04.051
随着混合动力汽车的全面普及，为了保障此类汽车的动力性能及系统质量、内部整体部件的有效运行，就必须注重混合动力汽车的功率合理化分配。本文首先论述了混合动力汽车功率分配目标，其次探讨了混合动力汽车功率分配控制方法。
1 混合动力汽车功率分配目标
混合动力汽车的内部结构一般有：发动机、发电机、牵引电机、动力电池组等部件组合而成，有的部件与部件之间主要采用机械方式进行连接，有的则采用电缆方式进行连接，这样一个系统中就会出现两种不同的能量，也就是我们常说的机械能与电能。混合动力汽车存在纯电驱动、混合驱动、纯发动机驱动等多样化的工作模式。由于每辆车的行驶工况都不相同，所以通过整车控制策略来考虑车辆适合什么样的工作模式。混合动力汽车系统内的能量呈现出了多样性流动趋势，同时能量变化多端，也就是说在瞬态状况下各种元件中流入或者流出了不同的功率流。
混合动力汽车的类型直接决定了其具有多样化的功率流控制目标，在众多目标中占据核心地位的目标是：燃油经济性、尾气排放量的降低、动力电池SOC的最小动态波动率、较高驱动性能、实现驾驶员的意图以及尽可能少的开发设计成本。
要想落实燃油经济性目标，就必须对发动机的工作范围进行适当调整。现阶段，大部分混合动力汽车都会以下列两种方式为主：首先，在发动机的万有特性曲线基础上，将发动机的工作范围延伸至相近于最小燃油消耗曲线位置处。其次，对发动机与牵引电机的工作范围进行相应调整，将二者的工作范围延伸至最高效率附近。尾气排放控制会受到发动机工况的影响，通常情况下当发动机处于最高效率附近时会处于最优排放状态。由于动力电池在不间断的充电与放电过程中会导致自身使用寿命的降低，所以出于对整车高性能的考虑，要求动力电池的SOC波动率保持在最小状态。为了实现理想的驱动性能，在功率分配过程中应注重稳态性与瞬态性。在确立整车控制策略时，应认真分析驾驶员的驾驶意图。
2 混合动力汽车功率分配控制方法
2.1 串联式混合动力汽车功率分配控制方法
首先，采用ON-OFF控制方法。如果电池SOC已经处于下限值状态，那么工作于最小排放量与油耗量的发动机通过恒功率输出，这不仅达到了车辆行驶功率标准，而且还保证了电池及时充电；如果电池SOC处于上限值状态，那么发动机就会结束自己的工作，由动力电池组为车辆行驶提供整体功率。这样车辆行驶中，电池就会不间断的循环运行，进而影响了电池的使用寿命。采用ON-OFF控制方法能够实现发动机燃油经济性目标，并提高发动机的排放性能。其次，功率跟随式控制方法。如果整车行驶需求功率要比发动机-发电机组的最好效率区输出功率低，且电池SOC处于下限值状态时，那么发动机输出功率就会在车辆行驶与电池充电中使用。如果整车行驶需求功率要比发动机-发电机组的最好效率区输出功率低，而电池SOC处于上限值状态时，那么发动机输出功率将在整车行驶中使用。如果整车行驶需求功率高于发动机-发电机组的最大输出功率，且电池SOC高于下限值时，那么就会将发动机输出功率调整为最大功率，动力电池同时为牵引电机提供电能，发动机与牵引电机在车辆行驶中同时发挥驱动作用。如果电池SOC高于上限值，并且只通過动力电池为车辆行驶提供所需功率，发动机停止工作。虽然功率跟随式控制方法会影响发动机工作区域的稳定性，对油耗量与排放量无法控制，但有效保证了动力电池的使用寿命。
2.2 混联式混合动力汽车功率分配控制方法
首先，发动机恒定工作点控制方法。将发动机作为核心动力源，对发动机的工作效率进行控制，使其保持在最高效率上，通过恒转矩输出：由电池与发电机在供应电能过程中获得附加转矩，从而完成发动机功率调峰工作，这样不仅防止了发动机循环使用中出现高负荷工况的现象，而且增强了动力驱动系统的瞬时功率。其次，发动机最优工作曲线控制方法。当发动机功率或者转矩高于标准限值，这时启动发动机。当发电机电流需求高于动力电池的接受能力，这是对发动机的工作范围进行调整。发动机最优工作曲线控制方法有效保证了发动机处于万有特性曲线的最佳油耗线上工作。此外，瞬时优化控制方法。以发动机最优工作曲线控制为基础，合理优化动力系统内部分优化指标，将混合动力汽车的特定工况区域作为主要对象，在优化后可以实现瞬时最优工作点，然后动态式分配所有状态变量，从而实现瞬时最优工作点。瞬时优化控制方法下，通常针对油耗曲线或者功率曲线对发动机工作点进行科学设定，并对电池DOS加以考虑。
3 结论
综上所述可知，将ON-OFF控制方法与功率跟随式控制方法综合起来使用，能够对串联式混合动力汽车的油耗量、排放量进行有效控制，并保证电池的良好使用寿命。混联式混合动力汽车的结构具有一定的复杂性且控制难度较大，现阶段实践意义高的是最优工作曲线控制方法，但该方法只实现了最佳油耗量或者最高效率，无法控制其他变量。
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作者简介：黄富勋（1991-），男，壮族，广西钦州人，本科，助教，教师，研究方向：汽车服务工程。endprint
