混合动力汽车行驶模式控制系统设计

 　　混合动力汽车也就是可以在电池电量耗尽后通过外接电网获得能量，这就会使电池电量更加充足，纯电动续航更长。本文提出了驾驶员选择行驶模式的控制策略。

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　　目前实车上应用的插电式混合动力汽车控制策略研究多采用CD/CS控制策略，借助电力驱动控制策略在电量消耗(CD)阶段的应用，为外接电网导入廉价电能提供了基础条件。如果电池的SOC进入到特定范围，则转入电量保持(CS)阶段，从而启动发动机，并控制SOC处于特定范围。

　　对于这种控制策略而言，由于架构简单，在实际中应用较多。不过对于这种控制策略而言，只是考虑了电池消耗的电量，并没根据实际工况及行驶里程合理地分配电池电量，但是日常行驶中的车辆行驶工况是有较大变化的。当前阶段，国外相关机构提出了以ITS以及GPS为基础的插电式混合动力车辆的策略，即借助3S体系，将路况信息、工况信息及剩余电量信息等，对控制策略进行修正，以实现对电池电量的合理分配。

　　对于我国目前现状而言，由于智能交通体系没有建成，驾驶员是可以读取以上信息的。将驾驶员的操作导入到控制策略中，就可基于路况、形势工况及剩余电量等信息来实现电量的分配。本文提出了通过驾驶员进行行驶模式选择的方式，辅助整车控制系统完成行驶过程中工作模式的选择，主要原理是基于驾驶员需求和各种工况信息来合理分配各个能量源的功率实现对整车能量的管理控制。以实现在各种行驶工况下电池电量的合理分配，完成整车最优的能量管理及控制。

　　1行驶模式选择控制系统的设计

　　本文提出的控制策略提供行驶模式供驾驶员选择，可以更加合理地分配电量、增加纯电续驶里程、实现对不同驾驶员的驾驶需求的满足。对于行驶模式而言，主要是指在行驶过程中，混合动力汽车动力系统的能量提供方式，主要涉及纯电动模式、电量保持模式以及充电和能量再回收等，对于驾驶员而言，可基于车辆运行信息和道路反馈信息来切换行驶模式，以便实现整车的最佳性能目标。1.1控制系统工作原理控制系统的具体工作原理是：在初始阶段直接进入混合动力模式，电池电量信息、纯电动续驶里程、车辆当前行驶工况的类型等信息会通过CAN总线由VCU收集并反馈到中控台信息显示屏上，驾驶员可以根据上述信息手动选择行驶模式。

　　在行驶中，纯电动工况不满足续驶里程要求或者有可能进入到交通拥堵区域时，驾驶员可以切换到纯电动驱动模式，采用廉价清洁的电能驱动;在中高速顺畅的工况下选择混合动力模式或充电模式，为后续行驶增加纯电动续驶里程。所以，对于以驾驶员为基础的控制系统，需要增加新的功能，能够显示道路交通信息(是否拥堵)供驾驶员参考。通过系统数据传输及实时计算并比照大数据可以将当前的道路信息、行驶工况信息及车辆信息显示在驾驶员信息显示屏上。可以手动切换行驶模式的功能，主要是指驾驶员可以基于采集到的相关信息来选择充电模式或者电动模式。

　　1.2行驶模式选择设计行驶模式指车辆行驶过程中动力源能量流动方式，包括混合动力模式、电动模式和充电模式三种。为了达到在不同工况下电量最优分配的目标，整车设置默认模式为混合动力模式，驾驶员参考车辆及道路交通信息，在适当的情况下手动选择纯电动模式或充电模式。

　　下面分别对三种行驶模式下两个动力源的工作状态进行分析。

　　(1)纯电动模式：以降低行驶过程中能耗为目标，采用电能驱动，最大限度地发挥车辆的纯电动行驶能力，系统自动协调整车状态以增加续驶里程。当电池SOC低于限值时自动转换到混合动力模式。

　　(2)混合动力模式：车辆起步后的默认模式，经济挡位下，电量高时多用电能驱动，电量不足时需要起动发动机以保持电池电量水平，此时发动机提供主要驱动能源;运动挡位下发动机电机联合驱动，增强整车动力性能。

　　(3)充电模式：根据车辆和道路信息，在较顺畅的工况下驾驶员可以手动选择充电模式，由发动机带动发电机为电机组充电。以增加后续行程的纯电动续驶里程。此模式下电池SOC到达上限值后自动切换到电量保持状态。

　　为了分析驾驶员如何选择行驶模式，用一段行驶工况来具体表示。在行程初始阶段t0~t1车辆启动时整车控制策略为默认的混合动力模式，由于已经完成通过外接电网的形式充电，电池电量为最高值，此时的混合动力模式为电量消耗模式。

　　t1时刻起，驾驶员得知车辆行驶在车速较低的拥堵工况下，且通过中控台信息仪表得知当前电池电量充足，驾驶员依据上述信息手动选择进入纯电动模式。此时电能作为唯一的驱动能源，电池电量下降明显。t2时刻的电池SOC已降到最低限值，车辆仍然行驶在拥堵工况、发动机不能起动，因此不能选择充电模式，车辆则默认自动进入混合动力模式以维持电量平衡。当t3时刻驾驶员目测到当前行驶较为顺畅、进入了市郊工况，电池电量较低，驾驶员手动选择充电模式。为下阶段的行驶做电量储备。t4时刻根据驾驶信息反馈模块提供的续驶里程估计值，如驾驶员判断纯电动续航可维持到行程终点，此时驾驶员可以选择纯电动模式，以电能作为唯一动力来源，行程结束后仍可外接电网充电。

　　2仿真结果及分析

　　为了验证本文中设计的控制策略的合理性及准确性。采用前向建模仿真的方法，基于Matlab/Simu-link仿真平台搭建控制策略模型并基于Cruise仿真软件搭建整车模型，联合仿真，验证本文制定的控制策略的是否达到预期目标。图8中，当位于0～1200s区间范围内，原车的控制策略电池SOC下降明显，与此阶段对应的工作模式为CD模式;超过1200s之后，如果达到电量消耗模式的电量下限后，电量区间为35%～45%之间，发动机起动，1600s后车速增加，整车需求动力增加，在切换到联合驱动模式后，电机全程参与工作。

　　当位于0～800s区间范围内时下降明显，此时会切换到电动模式，此时唯一的动力源来自电池;在800～1200s区间范围内属于高速工况，此时会进入到充电模式，发动机带动电机为电池充电，电池SOC呈上升趋势，1200s后工况识别结果为拥堵工况，将工作模式切换回电动模式，电池SOC继续下降，发动机不参与驱动，在1400～1600s道路交通较顺畅的情况下，切换至充电模式，启动发动机驱动的同时为电池充电。1600s后进入电动模式至行程结束，电池电量下降，发动机停转。

　　3结论

　　本文首先搭建了行驶模式选择型控制系统的架构，详细介绍了控制系统的工作原理，并采用建模联合仿真的方式，在仿真平台上对本文设计的控制策略的有效性进行验证。仿真结果表明，设计满足预期要求，达到了合理分配电池电量，提高经济性的目标。

《混合动力汽车行驶模式控制系统设计》

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文章名称： 混合动力汽车行驶模式控制系统设计

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