混合動力汽車行駛模式控制系統(tǒng)設(shè)計

　　混合動力汽車也就是(PHEV)可以在電池電量耗盡后通過外接電網(wǎng)獲得能量，這就會使電池電量更加充足，純電動續(xù)航更長。為此本文提出了駕駛員選擇行駛模式的控制策略，通過駕駛員選擇行駛模式的方式將駕駛員作為控制系統(tǒng)的一部分，體現(xiàn)了人-車-路閉環(huán)控制的思想，以達到在各種行駛工況下合理分配電池電量的目標(biāo)，實現(xiàn)整車最優(yōu)的能量管理及控制。

　　關(guān)鍵詞：PHEV,行駛模式,控制系統(tǒng)

　　目前實車上應(yīng)用的插電式混合動力汽車控制策略研究多采用CD/CS控制策略，借助電力驅(qū)動控制策略在電量消耗(CD)階段的應(yīng)用，為外接電網(wǎng)導(dǎo)入廉價電能提供了基礎(chǔ)條件。如果電池的SOC進入到特定范圍，則轉(zhuǎn)入電量保持(CS)階段，從而啟動發(fā)動機，并控制SOC處于特定范圍。

　　對于這種控制策略而言，由于架構(gòu)簡單，在實際中應(yīng)用較多。不過對于這種控制策略而言，只是考慮了電池消耗的電量，并沒根據(jù)實際工況及行駛里程合理地分配電池電量，但是日常行駛中的車輛行駛工況是有較大變化的。當(dāng)前階段，國外相關(guān)機構(gòu)提出了以ITS以及GPS為基礎(chǔ)的插電式混合動力車輛的策略，即借助3S體系，將路況信息、工況信息及剩余電量信息等，對控制策略進行修正，以實現(xiàn)對電池電量的合理分配。

　　對于我國目前現(xiàn)狀而言，由于智能交通體系沒有建成，駕駛員是可以讀取以上信息的。將駕駛員的操作導(dǎo)入到控制策略中，就可基于路況、形勢工況及剩余電量等信息來實現(xiàn)電量的分配。本文提出了通過駕駛員進行行駛模式選擇的方式，輔助整車控制系統(tǒng)完成行駛過程中工作模式的選擇，主要原理是基于駕駛員需求和各種工況信息來合理分配各個能量源的功率實現(xiàn)對整車能量的管理控制。以實現(xiàn)在各種行駛工況下電池電量的合理分配，完成整車最優(yōu)的能量管理及控制。

　　1行駛模式選擇控制系統(tǒng)的設(shè)計

　　本文提出的控制策略提供行駛模式供駕駛員選擇，可以更加合理地分配電量、增加純電續(xù)駛里程、實現(xiàn)對不同駕駛員的駕駛需求的滿足。對于行駛模式而言，主要是指在行駛過程中，混合動力汽車動力系統(tǒng)的能量提供方式，主要涉及純電動模式、電量保持模式以及充電和能量再回收等，對于駕駛員而言，可基于車輛運行信息和道路反饋信息來切換行駛模式，以便實現(xiàn)整車的最佳性能目標(biāo)。1.1控制系統(tǒng)工作原理控制系統(tǒng)的具體工作原理是：在初始階段直接進入混合動力模式，電池電量信息、純電動續(xù)駛里程、車輛當(dāng)前行駛工況的類型等信息會通過CAN總線由VCU收集并反饋到中控臺信息顯示屏上，駕駛員可以根據(jù)上述信息手動選擇行駛模式。

　　在行駛中，純電動工況不滿足續(xù)駛里程要求或者有可能進入到交通擁堵區(qū)域時，駕駛員可以切換到純電動驅(qū)動模式，采用廉價清潔的電能驅(qū)動;在中高速順暢的工況下選擇混合動力模式或充電模式，為后續(xù)行駛增加純電動續(xù)駛里程。所以，對于以駕駛員為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)，需要增加新的功能，能夠顯示道路交通信息(是否擁堵)供駕駛員參考。通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸及實時計算并比照大數(shù)據(jù)可以將當(dāng)前的道路信息、行駛工況信息及車輛信息顯示在駕駛員信息顯示屏上。可以手動切換行駛模式的功能，主要是指駕駛員可以基于采集到的相關(guān)信息來選擇充電模式或者電動模式。

　　1.2行駛模式選擇設(shè)計行駛模式指車輛行駛過程中動力源能量流動方式，包括混合動力模式、電動模式和充電模式三種。為了達到在不同工況下電量最優(yōu)分配的目標(biāo)，整車設(shè)置默認(rèn)模式為混合動力模式，駕駛員參考車輛及道路交通信息，在適當(dāng)?shù)那闆r下手動選擇純電動模式或充電模式。

　　下面分別對三種行駛模式下兩個動力源的工作狀態(tài)進行分析。

　　(1)純電動模式：以降低行駛過程中能耗為目標(biāo)，采用電能驅(qū)動，最大限度地發(fā)揮車輛的純電動行駛能力，系統(tǒng)自動協(xié)調(diào)整車狀態(tài)以增加續(xù)駛里程。當(dāng)電池SOC低于限值時自動轉(zhuǎn)換到混合動力模式。

　　(2)混合動力模式：車輛起步后的默認(rèn)模式，經(jīng)濟擋位下，電量高時多用電能驅(qū)動，電量不足時需要起動發(fā)動機以保持電池電量水平，此時發(fā)動機提供主要驅(qū)動能源;運動擋位下發(fā)動機電機聯(lián)合驅(qū)動，增強整車動力性能。

　　(3)充電模式：根據(jù)車輛和道路信息，在較順暢的工況下駕駛員可以手動選擇充電模式，由發(fā)動機帶動發(fā)電機為電機組充電。以增加后續(xù)行程的純電動續(xù)駛里程。此模式下電池SOC到達上限值后自動切換到電量保持狀態(tài)。

　　為了分析駕駛員如何選擇行駛模式，用一段行駛工況來具體表示。在行程初始階段t0~t1車輛啟動時整車控制策略為默認(rèn)的混合動力模式，由于已經(jīng)完成通過外接電網(wǎng)的形式充電，電池電量為最高值，此時的混合動力模式為電量消耗模式。

　　t1時刻起，駕駛員得知車輛行駛在車速較低的擁堵工況下，且通過中控臺信息儀表得知當(dāng)前電池電量充足，駕駛員依據(jù)上述信息手動選擇進入純電動模式。此時電能作為唯一的驅(qū)動能源，電池電量下降明顯。t2時刻的電池SOC已降到最低限值，車輛仍然行駛在擁堵工況、發(fā)動機不能起動，因此不能選擇充電模式，車輛則默認(rèn)自動進入混合動力模式以維持電量平衡。當(dāng)t3時刻駕駛員目測到當(dāng)前行駛較為順暢、進入了市郊工況，電池電量較低，駕駛員手動選擇充電模式。為下階段的行駛做電量儲備。t4時刻根據(jù)駕駛信息反饋模塊提供的續(xù)駛里程估計值，如駕駛員判斷純電動續(xù)航可維持到行程終點，此時駕駛員可以選擇純電動模式，以電能作為唯一動力來源，行程結(jié)束后仍可外接電網(wǎng)充電。

　　2仿真結(jié)果及分析

　　為了驗證本文中設(shè)計的控制策略的合理性及準(zhǔn)確性。采用前向建模仿真的方法，基于Matlab/Simu-link仿真平臺搭建控制策略模型并基于Cruise仿真軟件搭建整車模型，聯(lián)合仿真，驗證本文制定的控制策略的是否達到預(yù)期目標(biāo)。圖8中，當(dāng)位于0～1200s區(qū)間范圍內(nèi)，原車的控制策略電池SOC下降明顯，與此階段對應(yīng)的工作模式為CD模式;超過1200s之后，如果達到電量消耗模式的電量下限后，電量區(qū)間為35%～45%之間，發(fā)動機起動，1600s后車速增加，整車需求動力增加，在切換到聯(lián)合驅(qū)動模式后，電機全程參與工作。

　　當(dāng)位于0～800s區(qū)間范圍內(nèi)時下降明顯，此時會切換到電動模式，此時唯一的動力源來自電池;在800～1200s區(qū)間范圍內(nèi)屬于高速工況，此時會進入到充電模式，發(fā)動機帶動電機為電池充電，電池SOC呈上升趨勢，1200s后工況識別結(jié)果為擁堵工況，將工作模式切換回電動模式，電池SOC繼續(xù)下降，發(fā)動機不參與驅(qū)動，在1400～1600s道路交通較順暢的情況下，切換至充電模式，啟動發(fā)動機驅(qū)動的同時為電池充電。1600s后進入電動模式至行程結(jié)束，電池電量下降，發(fā)動機停轉(zhuǎn)。

　　3結(jié)論

　　本文首先搭建了行駛模式選擇型控制系統(tǒng)的架構(gòu)，詳細(xì)介紹了控制系統(tǒng)的工作原理，并采用建模聯(lián)合仿真的方式，在仿真平臺上對本文設(shè)計的控制策略的有效性進行驗證。仿真結(jié)果表明，設(shè)計滿足預(yù)期要求，達到了合理分配電池電量，提高經(jīng)濟性的目標(biāo)。

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