淺談雙模式機電復合傳動系統的綜合控制策略

肖偉明

摘 要：機電復合傳動可優化重型車輛的電驅動，其雙模式的綜合控制，是讓其有良好驅動型的方式之一。而為了優化傳統系統內部的能量控制，提高管理水平，讓多個能量源協調發展，會使用綜合控制策略，同時人們也建立了仿真平臺，利用這一平臺對綜合控制措施進行檢測。

關鍵詞：雙模式；機電復合傳動；綜合控制

引言：節約能源的使用，保護環境，是當下世界發展的主題之一，特別是對于汽車行業來說，電池技術尚未有很大的突破。機電負荷傳動會為車輛運行提供混合動力，它是把兩個電機放到同一個傳動系統內，保持轉速不變，改變電機的運行方式，而為了更好控制系統以及電機的運行，需綜合控制。

一、雙模式機電復合傳動的系統結構

本篇文章闡述的雙模式機電符合傳動系統，是為了滿足重型車輛驅動的需求，有較大的矩陣，其內部結構包括是兩個電機、三個行星排、兩個離合器、制動器、動力輸入、輸出等。系統運行模式是：發動機導入電力后，經過離合器把電力運動到行星排，第二行星排與第三行星排之間的一部分電力傳送，會用離合器完成，最后實現電力輸出。

二、雙模式機電復合傳動系統綜合控制

（一）控制結構

雙模式機電復合傳動系統是由數個小的系統組成，互相配合，協調各項工作的進行，以達到設定的動力、經濟指標。雙模式機電復合系統經過控制后，可對系統內的能源進行管理，優化對各子系的控制，同時，它還會協調各部分的運作，讓系統根據不同的情況切換工作模式，提高控制的水平。而為了使控制功能簡單化，增強系統的邏輯性并高效運行，會把整個系統分層，逐層管理[1]。

系統層：車輛駕駛是通過油門、換擋的操作，讓車輛順利行駛，同時也可以通過這幾部分的操作，判斷駕駛員操作的想法，明確功率的需求，根據系統內不同模式的切換，選擇相應的控制模式。

中間層：對系統信息充分了解后，并明確其控制目標的同時，把整體的系統功率按照各部分的要求，把對應的功率大小分配到各部分，滿足各部分對功率的需求，控制系統。

部件層：每個部件都有自己的穩態控制目標，其按照自己的運行邏輯計算當下控制瞬間的運行目標，轉化成控制指令，并把控制指令重新通過線路發送回對應的部件，以確保高效、穩定的完成控制目標。

（二）系統工作模式

從系統運行的方案，以及對系統轉速轉矩特性的分析，可以得出該傳動系統有以下幾種運行模式：包括純電驅動、發電機啟動、混合驅動EVT1、2等，每個模式都有其運行的特點。而車輛行駛時，系統的運行模式是由車輛使用功率決定，以及電池可承受的負荷，每個模式的運行方式如下：

首先，純電驅動模式是，如果車輛使用的功率在0以上，且功率在某個電機運行的功率范圍內，可由功率范圍內的電機負責驅動。而根據重型車輛工作時的情況，該工作模式主要用于倒車[2]。

其次，發動機啟動模式是，如果車輛發動機的轉速慢于車輛怠速狀態，啟用混合驅動模式前，要先經過發動機啟動模式，兩個電機同時運行，讓發動機的速度達到行駛的要求，啟動發動機。

再次，混合發動模式有兩種，一種是EVT1，另一種是EVT2，車輛運行的過程中，兩個電機都保持在最佳的工作狀態，以減少車輛的燃油量。而從傳動效率的角度分析，其會隨著行駛速度的變化轉化任意一種模式。

最后，制動能量回收模式是，駕駛員制動需求低于電池負荷，達不到充電的上限時，車輛運行會變為制動回收模式，用電機回收能量，如果是其他情況，車輛會采用單獨機械活動。

（三）系統能量管理

以滿足駕駛員動力要求為基礎，系統會調整各部件的運行狀態，讓發動機的消耗量達到最佳燃油量，同時，電池組的核電也不會超出設定的標準。其管理過程是，開始工作后，計算驅動需求的功率、電池組所需的功率、發電機所需的功率，然后把整個功率分配，找到發動機工作的地點，把功率運輸到對應的發動機中，最后結束計算[3]。

（四）EVT模式切換

重型車輛用混合驅動模式運行時，為保證車輛的正常行使，機電復合傳動系統有穩定的輸出與傳輸效率，要選擇對應的EVT模式，保持系統的穩定。當發動機正常運轉，轉速保持不變后，根據系統輸出的轉速，可以計算出這一時刻系統的運行效率。而系統模式切換為控制模塊，是客觀分析系統運行效率、車輛行駛速度、電池荷電等多種情況，以選擇最佳的EVT模式。同時，EVT模式轉換前，系統會發出轉換命令，但為了降低模式轉化對系統的影響，保護系統部件，會減緩各元件的轉速，縮小離合器與制動器的轉速差，平穩實現模式的切換。

三、硬件在環仿真平臺

（一）概述

硬件在環平臺上硬件是由多個部分組成，比如駕駛員意圖轉化的模塊、控制、仿真系統等。其中，駕駛員控制信號是利用A/D模塊采集信息，然后把這些信息輸入到控制器內，建立仿真模型，同時轉化仿真模型使用的代碼，當代碼變成C代碼后，隨即下載到dSPACE內，dSPACE系統與控制器之間信息的交互是利用仿真接口的CAN實現[4]。這些過程都會從仿真界面上體現出來，顯示系統內各部分的參數，每個部件的運行狀態都可以在界面上顯示出來，反饋駕駛員的狀態。

（二）測試

以硬件在環仿真平臺為基礎，對綜合控制策略進行檢測，可檢測軟件與硬件系統，根據不同模式的運行特點，分析綜合控制策略在不同模式中的運行效果。

由此分析出，普通駕駛的情況下，可以從駕駛員踩踏踏板次數，了解車輛的車速，以及駕駛者有哪些意圖，并分析發動機的運行狀態。根據系統對功率的需求，以及輸出轉速的標準，運行范圍多在900r/min到2000r/min之間，但為了積極響應節能減排，節省油量的使用，很多情況下，基本都保持為最佳燃油，如果系統向外輸出較大的功率，調節發動機的運行情況，即可以利用能量管理讓發動機有足夠的動力，提高燃油的燃燒率，有較高的經濟性[5]。

從兩個電機的運行分析，其協調控制的效果為轉速輸出后，輸入轉速保持不變，同時，如果踏板行程為正、行程較小時，車輛總體對功率的需求會明顯減少，發動機向外輸出電力，電池荷電值達到0.7，兩個電機的功率平衡，電池電量恒定。

結語

總而言之，對雙模式機電復合傳動系統的分析，預先了解系統的結構，根據系統結構給出綜合控制的策略，從不同方面對系統進行控制，同時，會通過硬件在環仿真平臺，檢驗綜合控制策略落實后的效果。

參考文獻：

[1]鄭海亮，項昌樂，王偉達，韓立金，張東好. 雙模式機電復合傳動系統綜合控制策略[J]. 吉林大學學報（工學版），2014，02：311-317.

[2]王偉達，項昌樂，韓立金，馬越，劉輝. 機電復合傳動系統綜合控制策略[J]. 機械工程學報，2012，20：152-158.

[3]項昌樂，吳洋，王偉達，劉輝，馬文杰. 雙模式機電復合傳動系統電功率協調控制策略[J]. 哈爾濱工業大學學報，2016，01：120-125.

[4]鄭海亮，項昌樂，韓立金，張東好. 雙模式機電復合傳動功率分配策略優化[J]. 中國機械工程，2015，10：1415-1419.

[5]王偉達，劉輝，韓立金，馬文杰，韓全福. 雙模式機電復合無級傳動動態功率控制策略研究[J]. 機械工程學報，2015，12：101-109.