混合动力控制原理

混合动力控制原理

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发动机启动模式

一：发动机起动模式

当驾驶者发出起动指令后，由电动机通过行星轮系给发动机供能，使之起动。该模式就是发

动机起动模式。在这种模式下，输出轴固定不动，与之啮合的齿轮副均不动，因此齿轮环静

止。

二、蓄电池充电模式

在这种模式中，电机通过电动机同步开关连接到太阳轮上，停车锁将输出轴锁定，所有齿轮副空转。发动机通过行星轮系给电动机供能，电动机工作在发电机状态，给蓄电池充电。

这种模式下的运动学和动力学关系与第一种模式相同，只是功率流动的方向

相反。

三、电动机驱动模式

汽车起动时速度较低，若发动机工作则效率较低，一般只让电动机单独工作。电机轴与电动机同步开关咬合，转矩通过电机齿轮传递到输出轴上。其余齿轮均空转。

四、混合驱动模式

在汽车加速和爬坡这样需要较高的功率时，工作与混合驱动模式。在这种模式中，电机轴与一组齿轮副共同作用，发动机和电机共同向输出轴提供转矩驱动车轮转动。由于有

四组齿轮，故可以得到不同的速度，可以根据具体运行环境选

五、发动机驱动模式

正常行驶时，发动机单独驱动时最经济的运行方式。在这种模式中，一组齿数比较低的齿轮副被用于将发动机的转矩传递给输出轴，电机轴空转。在这种模式下运行的HEv

类似于普通燃油汽车。

六、电力连续可变传动模式(CVT)

这种模式用到了行星轮系，为汽车的控制提供了两个自由度，允许发动机的状态优化至最佳燃油效率。发动机是唯一的动力源，给输出轴提供转矩驱动车轮运转的同时，给电机提供转矩，电机工作在发电机状态，将机械能转化成电能给蓄电池充电。太阳轮通过电机同步开关于电机轴咬合，第四组齿轮副于行星轮系的齿轮环相连。

七、能量回收模式

类似于Prius的再生制动动能回收。电机通过电机齿轮与输出轴连接，工作于发电机状态，将减速和刹车的机械能转化为电能为蓄电池重点。运动学和动力学关系与第一种模式相

同，只是功率流动的方向相反。

由上述可见，这种新设计的驱动系统可以完成Prius的驱动系统的全部工作模式，但是结构要简单，并且少了发电机以及在发电机处进行能量转换消耗的能

量，能够进一步的提高系统的效率。输出轴最终驱动汽车运行还要克服相关阻力，包括滚动阻力、空气阻力、坡道阻力以及汽车加速以跟随预定速度轨迹而加速过程中的惯性

等，如图4-9所

示。最终的速度关系为:

工作模式的选择：

1：驾驶者发出手动命令“起动”，汽车工作于发动机起动模式。

2：驾驶者发出手动命令“充电”，汽车工作于蓄电池充电模式。

3：在汽车所需要的功率较低、汽车运行速度较低、蓄电池储能较高、冷却液温度过高或发动机刚停止运行不久这几种情况之一下，汽车工作于电动机驱动模式。逻辑表达式如下:

4：当汽车所需转矩大于电力连续可变传动模式下发动机能够提供的转矩时，汽车工作于混合驱动模式。逻辑表达式如下:

4：在满足混合驱动条件但是电池电量低于储能下限、蓄电池电量正常但汽车运行于正常行驶状况要求有最佳效率或满足电力连续可变传动模式条件但是蓄电池储能太高不能继续充电的三种情况之一下，汽车工作于发动机驱动模式。逻辑表达式如下:

5：在汽车需要的转矩小于发动机所能提供的转矩且蓄电池储能低于其储能上限，或者汽车在正常行驶中蓄电池电量接近储能下限需充电时，汽车工作于电力连续可变传动模式。逻辑表达式如下:

6：汽车减速或刹车，所需要功率为零时，工作于能量回收模式。逻辑表达式如

发动机性能优化

一：混合驱动模式

在混合驱动模式下，先确定发动机需要提供的功率，然后从we一Pe关系曲线中选出对应的角速度we以实现最低油耗。选出四组齿轮副中的一组，其齿数比最接近发动机角速度和输出轴角速度之比。之后控制电动机工作在式(4-7)决定的角速度和式(4-8)决定的转矩上，以提供所需的辅助转矩。

二、发动机驱动模式

在这种模式中，发动机是唯一的动力源，它的输出功率由输出轴的角速度和功率决定。输出轴功率给定后，发动机工作于最低速度时的耗油量是最低的，而对应的转矩最大以满足功率要求。因此，四组齿轮副按照齿数比递减的优先权选择，齿数比最低的优先选择，这样发动机就能在运转域内以最低角速度运转。这种策略能够达到最低油耗。

三、连续可变传动模式

在该模式下，对每一给定驾驶条件，发动机和电机转矩由式(4-12)和(4-13)决定，但根据式(4-11)，发动机仍然有一个自由度We，它是该模式的优化目标。对于一个给定的发动机转矩，存在一个发动机速度，在这一点发动机效率达到最大。发动机的效率E可以用下面的函数表示:

增程式电动车

最小燃油消耗特性曲线对应的发动机的输出功率只比发动机全负荷工作(节气门全开)的输出功率稍微小一点。

荷电状态最大化控制策略

荷电状态最大化控制策略应该遵循以下原则，在任何时候(除了soc达到最高限度时)，发动机应该工作在全负荷状态(节气门大开度)，发动机输出其最大功率。一部分功率用来平衡行驶时的路面需求功率，另一部功率则用来给电池充电。

博世起停系统：

启动停止策略：

MT/手动AT and AMT/手动与手自动

发动机停止的条件车辆停止，空档位置

松离合器踏板车辆停止踩刹车踏板

并且没有其他系统要求发动机运转

发动机起动的条件踩离合器踏板松离合器踏板

或其他系统要求发动机运转

双离合器分离机构

1)纯电动工况

在纯电动工况下，发动机不工作，离合器1由控制系统控制处于分离状态，此时只有电动机工作带动整车行驶。离合器2为手动离合器，由驾驶员按照传统汽车的使用方法来操作。

2)混合驱动工况

在混合驱动工况时，离合器1由控制系统控制处于接合状态，电动机和发动机共同工作来实现各种混合驱动工况。

这种双离合器的方案在原理上是可行的，结构相对于行星轮系的方案要简单一些。但是，自动离合器(离合器1)的接合，分离过程要求有完善的控制策略和控制精度的保证，因此需要做大量的实验和分析来优化自动离合器的控制系统，减少自动离合器接合时因前后两部分转速、扭矩差过大造成的接合冲击。