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混合动力控制技术 当前位置:核心技术 > 混合动力控制技术

混合动力控制策略

混合动力汽车是兼顾了电动汽车和传统汽车优点的新一代汽车结构型式,它具有低油耗、低排放的潜力是各大汽车公司或研究机构所关注的重点。动力性接近传统汽车,而生产成本低于纯电动汽车,在电动汽车的储能部件——电池没有根本性突破之前,使用混合动力电动汽车是解决排污和能源问题最具实现意义的途径之一。

混合动力电动汽车与传统的内燃机汽车和纯电动汽车不同,它一般至少有两种车载能量源,其中一种为具有高功率密度的能量源。利用两种能量源的特性互补,实现整车系统性能的改善和提高。要实现两者之间相互协调工作,这就需要有良好的控制策略。控制策略是混合动力汽车的灵魂,它根据汽车行驶过程中对动力系统的能量要求,动态分配发动机和电动机系统的输出功率。采用不同的控制策略是为了达到最优的设计目标,其主要目标为:最佳的燃油经济性、最低的排放、最低的系统成本、以及最佳的驱动性能。

当前开发研制的混合动力汽车可以分为三类:串联式、并联式、混联式混合动力电动汽车。在各部件的选型确定以后,采用合适的控制策略是实现最佳燃油经济性,降低排放的关键。


串联式驱动系统

串联式驱动系统结构示意图如图1所示。混合动力汽车动力源由发动机和发电机组成,通常将这两个部件集成为一体。发动机带动发电机发电,其电能通过控制器直接输送到电动机,由电动机产生驱动力矩驱动汽车。电池实际上起平衡原动机输出功率和电动机输入功率的作用:1.当发电机的发电功率大于电动机所需的功率时,控制器控制发电机向电池充电;2.当发电机发出的功率低于电动机所需的功率时,电池则向电动机提供额外的电能。该系统辅助动力设备与电动机无机械连接,整车布置的自由度较大,控制系统也简单,但能量转换次数多,效率不高,续驶里程有限,仍需设置充电站。这种系统使用一个较小的发动机在效率最高的转速范围内工作,能够最大限度地改善燃油经济性和减少排放。


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1 串联式驱动系统结构示意图


并联式驱动系统

并联式驱动系统结构示意图如图2所示,汽车可由发动机和电动机共同駆动或各自单独驱动,当电动机只是作为辅助驱动系统时,功率可以比较小。与串联式结构相比,发动机通过机械传动机构直接驱动汽车,其能量的利用率相对较高,这使得并联式燃油经济性比串联式的高。并联式驱动系统最适合于汽车在城市间公路和高速公路上穏定行驶的工况。由于并联式驱动系统的发动机工况要受汽车行驶工况的影响,因此不适用于汽车行驶工况变化较多、较大的情况;相比于串联式结构,需要变速装置和动力复合装置,传动机构较为复杂,与串联混合动力传动系统相比,行驶里程更长:系统结构复杂,由于人们对控制单元要求较高,因而成本昂贵。


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图2 并联式驱动系统结构示意图


混联式驱动系统

混联式驱动系统是串联式与并联式的综合,其结构示意图如图3所示。发动机发出的功率一部分通过机械传动输送给驱动桥,另一部分则驱动发电机发电。发电机发出的电能输送给电动机或电池,电动机产生的驱动力矩通过动力复合装置传送给驱动桥。混联式驱动系统的控制策略是:在汽车低速行驶时,驱动系统主要以串联方式工作:当汽车高速稳定行驶时,则以并联工作方式为主。这种结构能较好地综合实现汽车的各项性能需求,但控制技术复杂,结构设计与制造要求高,发动机的工作不受汽车行驶状况的影响,总是在最高效率状态下工作或自动关闭,使汽车任何时候都可实现低排放及超低油耗,达到环保和节能效果。


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图3 混联式驱动系统结构示意图