混和動(dòng)力汽車結(jié)構(gòu)、原理及發(fā)展前景研究

1、 畢業(yè)論文 題 目：混和動(dòng)力汽車結(jié)構(gòu)、原理及發(fā)展前景研究學(xué) 院： 鄭州華信學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院專 業(yè)： 汽車運(yùn)用技術(shù) 班 級(jí)： 11級(jí)汽車班 學(xué) 號(hào)： 1102020143學(xué)生姓名： 薛海鋒 指導(dǎo)老師： 梁俊峰 完成日期： 2014年5月10日 - - 30 - -混和動(dòng)力汽車結(jié)構(gòu)、原理及發(fā)展前景研究裝訂線摘 要 當(dāng)前，全球能源和環(huán)境問題日益突出，有關(guān)資料表明，目前已探明的石油儲(chǔ)量，如果按照現(xiàn)在的開采速度，僅夠人類使用50-60年，近年來油價(jià)不斷攀升，世界進(jìn)入一個(gè)高油價(jià)時(shí)期。作為不可再生資源的石油隨著汽車業(yè)的發(fā)展顯得捉襟見肘，而傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車排放的廢氣對(duì)自然環(huán)境的污染也日益困擾著地球人。為此，各國

2、政府和汽車公司紛紛開展新型高效節(jié)能汽車的研究與開發(fā)，對(duì)此設(shè)計(jì)有很多方案，例如氫能源汽車、燃料電池汽車、太陽能汽車、混合動(dòng)力汽車等。但以目前的條件和實(shí)用性來看，具備商業(yè)化運(yùn)作條件的只有混合動(dòng)力汽車（Hybrid Electric Vehicle,簡稱HEV）?；旌蟿?dòng)力汽車（亦稱復(fù)合動(dòng)力汽車，英文為Hybrid Power Automobile）是指車上裝有兩個(gè)以上動(dòng)力源：蓄電池、燃料電池、太陽能電池、內(nèi)燃機(jī)車的發(fā)電機(jī)組，當(dāng)前復(fù)合動(dòng)力汽車一般是指內(nèi)燃機(jī)車發(fā)電機(jī)，再加上蓄電池的汽車?；旌蟿?dòng)力汽車的問世給人類生活帶來了諸多好處，不僅石油耗減少了，環(huán)境也得以改善。下面就來對(duì)混合動(dòng)力汽車做一些詳細(xì)分析介紹

3、。關(guān)鍵詞：新能源汽車 HEV 結(jié)構(gòu) 原理 發(fā)展前景Mixed electric vehicle structure, the principle and the development foreground researchAbstractNonce,Global energy and environment problem increasingly,Relevant data show that,At present its proven oil reserves,If according to the present mining speed,Only enough humans use

4、50-60 years.In recent years rising oil prices,The world into a period of high oil prices.As a nonrenewable resources with the development of the auto industry oil appears to their knees.While the traditional internal combustion engine air pollution from cars to the natural environment pollution is a

5、lso increasingly beset the earth person.For this,Governments and car companies have high efficiency and energy saving for a new car research and development,This design has many schemes.For example,Hydrogen energy vehicles,Fuel cell vehicles,Solar car,Hybrid Electric Vehicle.But with the current con

6、ditions 裝訂線and practical and see,Have the commercialized operation conditions of the only a Hybrid Electric Vehicle(HEV).HEV are equipped with refers to two or more power supply:battery,Fuel cells,Solar cells,Internal combustion engines generator sets.The current composite power car general is to po

7、int to internal-combustion engine car generator,Plus the battery cars.HEV to the introduction of the human life brought many benefits, not only reduce the oil consumption, the environment also can be improved.Here is the hybrid electric vehicle do some detailed analysis is introduced.Key words: New

8、energy vehicles HEV Structure Principle Development prospect裝訂線目 錄前言1一 題混合動(dòng)力汽車的定義與分類21.1混合動(dòng)力汽車的定義21.2混合動(dòng)力汽車的分類2二 混合動(dòng)力車的結(jié)構(gòu)和原理72.1串裝訂線聯(lián)式混合動(dòng)力汽車（SHEV）72.2并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（PHEV）82.3混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（PSHEV）10三 混合動(dòng)力汽車的策略113.1混合動(dòng)力系統(tǒng)控制策略11裝訂線3.2混合動(dòng)力能量管理策略15四 混合動(dòng)力汽車優(yōu)缺點(diǎn)分析164.1混合動(dòng)力汽車的優(yōu)點(diǎn)分析164.2混合動(dòng)力汽車的缺點(diǎn)分析17五 混合動(dòng)力汽車的發(fā)展前景185

9、.1混合動(dòng)力汽車在國內(nèi)外的發(fā)展18裝訂線5.2混合動(dòng)力汽車的前景235.2.1混合動(dòng)力汽車的技術(shù)235.2.2混合動(dòng)力汽車面臨的問題255.2.3混合動(dòng)力汽車的市場(chǎng)推廣26結(jié)語29參考文獻(xiàn)29致謝30- - 1 - -前 言地球上的石油資源總有一天會(huì)枯竭，若沒有信能源或代替能源，到那時(shí)汽車將寸步難行，為此，人類一直在尋求新能源或試圖找到新的方法以減少對(duì)石油資源的依賴。目前新能源汽車有純電動(dòng)汽車、燃料電池汽車、燃?xì)馄嚭突旌蟿?dòng)力汽車等。純電動(dòng)汽車可以實(shí)現(xiàn)零排放，動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、安全性和可靠性可以達(dá)到或接近普通內(nèi)燃機(jī)汽車，能滿足一定續(xù)駛里程的要求，但作為動(dòng)力源的蓄電池成本高，壽命短，體積和比重大，

10、充電時(shí)間長，所以，目前還沒有哪一種蓄電池能完全滿足電動(dòng)汽車的要求；燃料電池電動(dòng)汽車的工作原理是使作為燃料的氫在汽車搭載的燃料電池中與大氣中的氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)從而產(chǎn)生出電裝訂線能啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)汽車，燃料電池電動(dòng)汽車可以減少二氧化碳的排放，有利于人類居住，還可以減少人類對(duì)石油資源的依賴，雖然燃料電池電動(dòng)汽車有諸多有點(diǎn)，但還是有許多不完善之處，例如：制造、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、灌裝比較困難，氫氣價(jià)格過高、建立“加氫站”投資過大等；燃?xì)馄嚳梢越档团欧?、減低噪音、提高汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，但是氣體液化技術(shù)將提高成本，一次充氣續(xù)駛里程短，燃用天然氣或液化氣石油氣將使發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降；混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）是

11、指汽車使用汽油和電力兩種驅(qū)動(dòng)方式，優(yōu)點(diǎn)在于車輛啟動(dòng)停止時(shí)只靠發(fā)電機(jī)帶動(dòng)，不達(dá)到一定速度發(fā)動(dòng)機(jī)就不工作，因此便能使發(fā)動(dòng)機(jī)一直保持在最佳工況狀態(tài)，動(dòng)力性好、排放低，而且電能的來源都是發(fā)動(dòng)機(jī)，只需加油即可。采用混合動(dòng)力后可以按平均需用的功率來確定內(nèi)燃機(jī)的最大功率，此時(shí)處于油耗低、污染少的最優(yōu)工況下工作。需要大功率內(nèi)燃機(jī)功率不足時(shí)，由電池來補(bǔ)充；負(fù)荷少時(shí)，富余的功率可發(fā)電給電池充電，由于內(nèi)燃機(jī)可持續(xù)工作，電池又可以不斷得到充電，故其行程和普通汽車一樣。因?yàn)橛辛穗姵?，可以十分方便地回收制?dòng)、下坡、怠速時(shí)的能量。在繁華市區(qū)，可以關(guān)停內(nèi)燃機(jī)，由多次單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)“零”排放。有了內(nèi)燃機(jī)可以十分方便地解決耗能大

12、的空調(diào)、取暖、除霜等純電動(dòng)汽車遇到的難題。可以利用現(xiàn)有的加油站加油，不必再投資?？勺岆姵乇３衷诹己玫墓ぷ鳡顟B(tài)，不發(fā)生過充、過放，延長其使用壽命，降低成本。比較而言，混合動(dòng)力汽車更適合現(xiàn)階段的生活需求。一 題混合動(dòng)力汽車的定義與分類1.1混合動(dòng)力汽車的定義混合動(dòng)力汽車（Hybrid Electrical Vehicle，簡稱HEV）是指同時(shí)裝備兩種動(dòng)力來源熱動(dòng)力源（由傳統(tǒng)的汽油機(jī)或者柴油機(jī)產(chǎn)生）與電動(dòng)力源（電池與電動(dòng)機(jī)）的汽車。通過在混合動(dòng)力汽車上使用電機(jī)，使得動(dòng)力系統(tǒng)可以按照整車的實(shí)際運(yùn)行工況要求靈活調(diào)控，而發(fā)動(dòng)機(jī)保持在綜合性能最佳的區(qū)域內(nèi)工作，從而降低油耗與排放?；旌蟿?dòng)力汽車就裝訂線是在純電

13、動(dòng)汽車上加裝一套內(nèi)燃機(jī)，其目的是減少汽車的污染，提高純電動(dòng)汽車的行駛里程?；旌蟿?dòng)力汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性能高，而且行駛性能優(yōu)越，混合動(dòng)力汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)要使用燃油，而且在起步、加速時(shí)，由于有電動(dòng)馬達(dá)的輔助，所以可以降低油耗。簡單地說，就是與同樣大小的汽車相比，燃油費(fèi)用更低。而且，輔助發(fā)動(dòng)機(jī)的電動(dòng)馬達(dá)可以在啟動(dòng)的瞬間產(chǎn)生強(qiáng)大的動(dòng)力，因此，車主在享受更強(qiáng)勁的起步、加速的同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)較高水平的燃油經(jīng)濟(jì)性。1.2混合動(dòng)力汽車的分類（一）根據(jù)混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模式，混合動(dòng)力系統(tǒng)主要分為以下三類：a.串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（Series Hybrid Electric Vehicle，SHEV）;b.并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)

14、汽車（Parallel Hybrid Electric Vehicle，PHEV）;c.混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（Parallel Series Hybrid Electric Vehicle，PSHEV）。一般所說的混合動(dòng)力汽車是由電動(dòng)馬達(dá)作為發(fā)動(dòng)機(jī)的輔助動(dòng)力驅(qū)動(dòng)汽車。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)就是在傳統(tǒng)HEV上改裝或加裝可充電的動(dòng)力電池，因此，不同類型傳統(tǒng)HEV所具備的特點(diǎn)在相應(yīng)類型的可外接充電式混合動(dòng)力汽車(Plug-in HEV)上依然具備，所不同的是Plug-in HEV用發(fā)動(dòng)機(jī)功率比傳統(tǒng)HEV的小，電機(jī)和電池功率比傳統(tǒng)HEV的大，電池可通過電網(wǎng)進(jìn)行充電。（1）串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)串聯(lián)式動(dòng)力由發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)

15、電機(jī)和電動(dòng)機(jī)三部分動(dòng)力總成組成，他們之間用串聯(lián)方式組成SHEV動(dòng)力單元系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，電能通過控制器輸送到電池或電動(dòng)機(jī)，裝訂線由電動(dòng)機(jī)通過變速機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)汽車。小負(fù)荷時(shí)由電池驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪，大負(fù)荷時(shí)由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。當(dāng)車輛處于啟動(dòng)、加速、爬坡工況時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)組和電池組共同向電動(dòng)機(jī)提供電能；當(dāng)電動(dòng)車處于低速、滑行、怠速的工況時(shí)，則由電池組驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，當(dāng)電池組缺電時(shí)則由發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組向電池組充電。串聯(lián)式結(jié)構(gòu)適用于城市內(nèi)頻繁起步和低速運(yùn)行工況，可以將發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)整在最佳工況點(diǎn)附近穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，通過調(diào)整電池和電動(dòng)機(jī)的輸出來達(dá)到調(diào)整車速的目的。使發(fā)動(dòng)機(jī)避免了怠速和低速運(yùn)轉(zhuǎn)的工

16、況，從而提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，減少了廢氣排放。但是它的缺點(diǎn)是能量幾經(jīng)轉(zhuǎn)換，機(jī)械效率較低。串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)一般由內(nèi)燃機(jī)直接帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，產(chǎn)生的電能通過控制單元傳到電池，再由電池傳輸給電機(jī)轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，最后通過變速機(jī)構(gòu)來驅(qū)動(dòng)汽車。在這種聯(lián)結(jié)方式下，電池就象一個(gè)水庫，只是調(diào)節(jié)的對(duì)象不是水量，而是電能。電池對(duì)在發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的能量和電動(dòng)機(jī)需要的能量之間進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而保證車輛正常工作。這種動(dòng)力系統(tǒng)在城市公交上的應(yīng)用比較多，轎車上很少使用。 圖 1-1 串聯(lián)型Plug-in HEV動(dòng)力系統(tǒng)簡圖如圖1-1所示，串聯(lián)型Plug-in HEV的特點(diǎn)是：發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，電能通過電動(dòng)機(jī)控制器直接輸送給電動(dòng)機(jī)，由電

17、動(dòng)機(jī)產(chǎn)生電磁力矩驅(qū)動(dòng)汽車。在發(fā)動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)橋之間通過電能實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞，因此更像是電傳動(dòng)汽車。（2）并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)有兩套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。兩個(gè)系統(tǒng)既可以同時(shí)協(xié)調(diào)工作，也可以各自單獨(dú)工作驅(qū)動(dòng)汽車。這種系統(tǒng)適用于多種不同的行駛工裝訂線況，尤其適用于復(fù)雜的路況。該聯(lián)結(jié)方式結(jié)構(gòu)簡單，成本低。本田的Accord和Civic采用的是并聯(lián)式聯(lián)結(jié)方式。 并聯(lián)型Plug-in HEV的特點(diǎn)是：并聯(lián)式布置保留了發(fā)動(dòng)機(jī)及其后續(xù)傳動(dòng)的機(jī)械連接，由電池組-電動(dòng)機(jī)所提供的動(dòng)力在原驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的某一處和主動(dòng)力匯合，或者發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的力完全分開用以驅(qū)動(dòng)不同的驅(qū)動(dòng)橋，即汽車可由發(fā)動(dòng)機(jī)

18、和電動(dòng)機(jī)共同驅(qū)動(dòng)或者各自單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)是兩個(gè)相互獨(dú)立的系統(tǒng)，即可實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)行駛，又可實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)行駛，在功率需求較大時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)全混合動(dòng)力行駛，在停車狀態(tài)下可進(jìn)行外接充電。其結(jié)構(gòu)原理如圖1-2所示。圖 1-2 并聯(lián)型Plug-in HEV動(dòng)力系統(tǒng)簡圖（3）混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)的特點(diǎn)在于內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)各有一套機(jī)械變速機(jī)構(gòu)，兩套機(jī)構(gòu)或通過齒輪系，或采用行星輪式結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起，從而綜合調(diào)節(jié)內(nèi)燃機(jī)與電動(dòng)機(jī)之間的轉(zhuǎn)速關(guān)系。與并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)相比，混聯(lián)式動(dòng)力系統(tǒng)可以更加靈活地根據(jù)工況裝訂線來調(diào)節(jié)內(nèi)燃機(jī)的功率輸出和電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。此聯(lián)結(jié)方式系統(tǒng)復(fù)雜，成本高。豐田Prius采

19、用的是混聯(lián)式聯(lián)結(jié)方式。豐田Prius所采用的混合驅(qū)動(dòng)方式，是將發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)通過一個(gè)行星齒輪裝置連接起來。動(dòng)力從發(fā)動(dòng)機(jī)輸出到與其相連的行星架，行星架將一部分轉(zhuǎn)矩傳送到發(fā)電機(jī)，另一部分傳送到電動(dòng)機(jī)并輸出到驅(qū)動(dòng)軸。此時(shí)車輛并不是串聯(lián)式或者并聯(lián)式，而是介于串聯(lián)和并聯(lián)之間，充分利用兩種驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)，可以在低速下用電池帶動(dòng)汽車工作，在加速時(shí)，由兩套動(dòng)力系統(tǒng)一同工作，在驅(qū)動(dòng)汽車行駛的同時(shí)又為電池充電，因此非常適合城市走走停停的低速路況?；炻?lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)的特點(diǎn)在于內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)各有一套機(jī)械變速機(jī)構(gòu)，兩套機(jī)構(gòu)或通過齒輪系，或采用行星輪式的結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起，從而綜合調(diào)節(jié)內(nèi)燃機(jī)與電動(dòng)機(jī)之間的轉(zhuǎn)

20、速關(guān)系。另外，汽車在小負(fù)荷工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)（作為發(fā)電機(jī)）給蓄電池充電，使蓄電池得以補(bǔ)充電能；在汽車減速或制動(dòng)時(shí)，汽車驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)（作為電動(dòng)機(jī)）為蓄電池充電（回收汽車減速或制動(dòng)時(shí)的部分能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔軆?chǔ)存）。與并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)相比，混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)可以更加靈活地根據(jù)工況來調(diào)節(jié)內(nèi)燃機(jī)的功率輸出和電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。唯一的缺點(diǎn)就是價(jià)格高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜?；旧匣旌蟿?dòng)力汽車就是以上說的那些，不過現(xiàn)在也有公司在開發(fā)非電動(dòng)的混合動(dòng)力車，比如通用公司的氫動(dòng)力車?；炻?lián)型Plug-in HEV驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是串聯(lián)式與并聯(lián)式的綜合，圖1-3為一種典型的混聯(lián)型Plug-in HEV動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖。發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率一部

21、分通過機(jī)械傳動(dòng)輸送給驅(qū)動(dòng)橋，另一部分則驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能由控制器控制，輸送給電動(dòng)機(jī)或電池，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩通過動(dòng)力耦合裝置傳送給驅(qū)動(dòng)橋?；炻?lián)型Plug-in HEV驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制策略是：在汽車低速行駛時(shí)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要以串聯(lián)方式工作；汽車高速穩(wěn)定行駛時(shí)，則以并聯(lián)工作方式為主；停車時(shí)，通過車載充電器對(duì)其進(jìn)行外接充電。圖 1-3 混聯(lián)型Plug-in HEV動(dòng)力系統(tǒng)簡圖（二）根據(jù)在混合動(dòng)力系統(tǒng)中，電機(jī)的輸出功率在整個(gè)系統(tǒng)輸出功率中占的比重，也就是常說的混合度的不同，混合動(dòng)力系統(tǒng)還可以分為以下四類： （1）微混合動(dòng)力系統(tǒng)這種混合動(dòng)力系統(tǒng)在傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)上的啟動(dòng)電機(jī)（一般為12V）上加裝了

22、皮帶驅(qū)動(dòng)啟動(dòng)電機(jī)（也就是常說的Belt-alternator Starter Generator, 簡稱BSG系統(tǒng)）。該電機(jī)為發(fā)電啟動(dòng)(Stop-Start)一體式電動(dòng)機(jī)，用來控制發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停止，從而取消了發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速，降低了油耗和排放。從嚴(yán)格意義上來講，這種微混合動(dòng)力系統(tǒng)的汽車不屬于真正的混合動(dòng)力汽車，因?yàn)樗碾姍C(jī)并沒有為汽車行駛提供持續(xù)的動(dòng)力。在微混合動(dòng)力系統(tǒng)里，電機(jī)的電壓通常有兩種：12v 和42v。其中42v主要用于柴油混合動(dòng)力系統(tǒng)。 （2）輕混合動(dòng)力系統(tǒng)代表車型是通用的混合動(dòng)力皮卡車。該混合動(dòng)力系統(tǒng)采用了集成啟動(dòng)電機(jī)（也就是常說的Integrated Starter Genera

23、tor，簡稱ISG系統(tǒng)）。與微混合動(dòng)力系統(tǒng)相比，輕混合裝訂線動(dòng)力系統(tǒng)除了能夠?qū)崿F(xiàn)用發(fā)電機(jī)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停止，還能夠?qū)崿F(xiàn)：a.在減速和制動(dòng)工況下，對(duì)部分能量進(jìn)行吸收；b.在行駛過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)等速運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的能量可以在車輪的驅(qū)動(dòng)需求和發(fā)電機(jī)的充電需求之間進(jìn)行調(diào)節(jié)。輕混合動(dòng)力系統(tǒng)的混合度一般在20以下。 （3）中混合動(dòng)力系統(tǒng)該混合動(dòng)力系統(tǒng)同樣采用了ISG系統(tǒng)。與輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)不同，中混合動(dòng)力系統(tǒng)采用的是高壓電機(jī)。另外，中混合動(dòng)力系統(tǒng)還增加了一個(gè)功能：在汽車處于加速或者大負(fù)荷工況時(shí)，電動(dòng)機(jī)能夠輔助驅(qū)動(dòng)車輪，從而補(bǔ)充發(fā)動(dòng)機(jī)本身動(dòng)力輸出的不足，從而更好的提裝訂線高整車的性能。這種系統(tǒng)的混合程度

24、較高，可以達(dá)到30左右，目前技術(shù)已經(jīng)成熟，應(yīng)用廣泛。 （4）完全混合動(dòng)力系統(tǒng)該系統(tǒng)采用了272-650v的高壓啟動(dòng)電機(jī)，混合程度更高。與中混合動(dòng)力系統(tǒng)相比，完全混合動(dòng)力系統(tǒng)的混合度可以達(dá)到甚至超過50。技術(shù)的發(fā)展將使得完全混合動(dòng)力系統(tǒng)逐漸成為混合動(dòng)力技術(shù)的主要發(fā)展方向。二 混合動(dòng)力車的結(jié)構(gòu)和原理2.1串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車（SHEV）串聯(lián)式混合動(dòng)力（SHEV）模式由發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)三大動(dòng)力組成，發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)采用“串聯(lián)”的方式組成SHEV的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 。（一）串聯(lián)式混合動(dòng)力（SHEV）的結(jié)構(gòu)串聯(lián)式混合動(dòng)力（SHEV）的結(jié)構(gòu)如下圖所示。它由發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)三大動(dòng)力總成組

25、成，它們采用“串聯(lián)”的方式組成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。蓄電池逆變器電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)軸發(fā)電機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)圖2-1 串聯(lián)式簡圖 （二）串聯(lián)式混合動(dòng)力（SHEV）的工作原理在車輛行駛之初，蓄電池組處于電量飽和狀態(tài)，其能量輸出可以滿足車輛要求，輔助動(dòng)力系統(tǒng)不需要工作，蓄電池輸出的直流電經(jīng)控制器變?yōu)榻涣麟姾蠊┤腧?qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩經(jīng)變速器、傳動(dòng)軸及驅(qū)動(dòng)橋驅(qū)動(dòng)車輪。蓄電池組電量低于60%時(shí)，輔助裝訂線動(dòng)力系統(tǒng)起動(dòng)，為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供能量的同時(shí)，還給蓄電池組進(jìn)行充電。當(dāng)車輛能量需求較大時(shí)，輔助動(dòng)力系統(tǒng)與蓄電池組同時(shí)為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供能量，發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的交流電經(jīng)整流器變?yōu)橹绷麟姾碗姵剌敵龅闹绷麟娊?jīng)控制器變?yōu)榻涣麟姾蠊┤腧?qū)動(dòng)

26、電動(dòng)機(jī)。由于蓄電池組的存在，使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的工況，使其排放得到改善。2.2并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（PHEV）并聯(lián)式混合動(dòng)力（PHEV）由發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)/發(fā)電機(jī)或驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)兩大動(dòng)力總成組成。發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)/發(fā)電機(jī)或驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)采用“并聯(lián)”的方式組成PHEV的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。（一）并聯(lián)式混合動(dòng)力（PHEV）的結(jié)構(gòu) 并聯(lián)式混合動(dòng)力（PHEV）是由發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)或驅(qū)動(dòng)電機(jī)兩大動(dòng)力總成組成。裝訂線如圖2-2所示，它們采用“并聯(lián)”的方式組成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力要與車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相結(jié)合，可以：（1）在發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸處進(jìn)行組合；（2）在變速器（包括驅(qū)動(dòng)橋）處進(jìn)行組合；（3）在驅(qū)動(dòng)橋處進(jìn)行組合。蓄電池逆變

27、器電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)軸發(fā)動(dòng)機(jī)耦合器圖2-2 并聯(lián)式簡圖(并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的組成:發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、逆裝訂線變器、蓄電池組)(二）并聯(lián)式混合動(dòng)力（PHEV）的工作原理圖2-2所示，是一種電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力在驅(qū)動(dòng)輪處進(jìn)行組合的驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力組合式PHEV，其驅(qū)動(dòng)模式為：（1）以發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)為基本驅(qū)動(dòng)模式，獨(dú)立驅(qū)動(dòng)后驅(qū)動(dòng)輪；（2）驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)為輔助驅(qū)動(dòng)模式，能獨(dú)立驅(qū)動(dòng)前驅(qū)動(dòng)輪；在混合驅(qū)動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的后輪動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的前輪動(dòng)力進(jìn)行組合，成為混合四驅(qū)動(dòng)模式。2.3混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（PSHEV）混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車綜合SHEV和PHEV結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，由發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)-發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電

28、動(dòng)機(jī)三大動(dòng)力總成組成。裝訂線（一）混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（PSHEV）的結(jié)構(gòu)PSHEV是綜合SHEV和PHEV結(jié)構(gòu)特點(diǎn)組成的，由發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)三大動(dòng)力總成組成。電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力要與車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相適合，可以在變速器（包括驅(qū)動(dòng)橋）處進(jìn)行組合，也可以在驅(qū)動(dòng)輪處進(jìn)行組合。如圖2-3所示。蓄電池逆變器電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)軸發(fā)動(dòng)機(jī)行星齒輪機(jī)構(gòu)發(fā)電機(jī) 圖2-3 混聯(lián)式簡圖 混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的機(jī)構(gòu)組成：1、發(fā)動(dòng)機(jī) 2、電動(dòng)機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī) 3、變速器或減速器 4、驅(qū)動(dòng)橋 5、逆變器 6、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī) 7、蓄電池組PSHEV是綜合SHEV和PHEV結(jié)構(gòu)特點(diǎn)組成的，由發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)三大動(dòng)力總成組成

29、。電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力要與車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相適合，可以在變速器（包括驅(qū)動(dòng)橋）處進(jìn)行組合，也可以在驅(qū)動(dòng)輪處進(jìn)行組合。（二）混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（PSHEV）的工作原理圖2-3所示的是一種發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力在驅(qū)動(dòng)輪處進(jìn)行組合的方式，裝訂線其驅(qū)動(dòng)模式為：（1）以發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)為基本驅(qū)動(dòng)模式，帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)，并獨(dú)立驅(qū)動(dòng)后驅(qū)動(dòng)輪；（2）以驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)為輔助驅(qū)動(dòng)模式，能獨(dú)立驅(qū)動(dòng)前驅(qū)動(dòng)輪； 在混合驅(qū)動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的后輪動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的前輪動(dòng)力進(jìn)行組合，成為混合四輪驅(qū)動(dòng)模式。三 混合動(dòng)力汽車的策略3.1混合動(dòng)力系統(tǒng)控制策略因混合動(dòng)力汽車各個(gè)組成部件、布置方式及控制策略的不同，形成了各式各樣的結(jié)構(gòu)形式。

30、根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)的功率比的混合動(dòng)力汽車將發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)和能量儲(chǔ)存裝置（蓄電池）按某種方式組合在一起，有串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式三種布置形式。串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的控制策略的主要目標(biāo)是使發(fā)動(dòng)機(jī)在最佳效率區(qū)和排放區(qū)工作，其主要控制策略有恒溫器模式、發(fā)動(dòng)機(jī)跟蹤器控制模式及基于規(guī)則型策略（前兩者綜合）。并聯(lián)控制策略主要包括：靜態(tài)邏輯門限值策略、瞬時(shí)優(yōu)化控制策略、全局優(yōu)化控制策略和模糊邏輯控制策略。其中后三個(gè)策略也適用于混聯(lián)式的控制策略，另外混聯(lián)式還有兩種特有的控制策略：發(fā)動(dòng)機(jī)恒定工作點(diǎn)策略和發(fā)動(dòng)機(jī)最優(yōu)工作曲線策略。下面主要對(duì)并聯(lián)式和混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車典型的控制策略進(jìn)行分析。（一）靜態(tài)邏輯門限值策略該策略主

31、要通過設(shè)置車速、動(dòng)力電池的電池荷電狀態(tài)（SOC）上下限及發(fā)動(dòng)機(jī)工作轉(zhuǎn)矩等一組門限參數(shù)，限定動(dòng)力系統(tǒng)各部件的工作區(qū)域，并根據(jù)車輛實(shí)時(shí)參數(shù)及預(yù)先設(shè)定的規(guī)則調(diào)整動(dòng)力系統(tǒng)各部件的工作狀態(tài)，以提高車輛整體性能。這種策略的主要依據(jù)是工程經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)部件的穩(wěn)態(tài)效率MAP圖來確定如何進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)之間的動(dòng)力分配。美國密西根大學(xué)Peng Huei等人將混合動(dòng)力汽車控制分成三種模式，即正常行駛模式、充電模式及制動(dòng)能量回饋模式。（1）正常行駛模式。用“發(fā)動(dòng)機(jī)工作最小功率”曲線和“電動(dòng)機(jī)助力最小功率”曲線將發(fā)動(dòng)機(jī)效率劃分成三個(gè)區(qū)域，即：純電動(dòng)區(qū)域、發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)區(qū)域及電動(dòng)機(jī)輔助功率區(qū)裝訂線域。在正常行駛模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)總

32、是工作在“發(fā)動(dòng)機(jī)工作最小功率”和“電動(dòng)機(jī)助力最小功率”之間效率最高的區(qū)域。（2）充電模式。對(duì)電池能量的管理采用了充電維持策略，即始終保持電池的SOC值位于最高效率區(qū)的上下限值之間（設(shè)定為55% 60%）。當(dāng)SOC值小于55% 時(shí)，應(yīng)切換至充電模式（當(dāng)且僅當(dāng)SOC值大于60%時(shí)充電過程完成），并計(jì)算電池的充電功率，該功率同時(shí)也作為電動(dòng)機(jī)的目標(biāo)功率。發(fā)動(dòng)機(jī)的目標(biāo)功率為需求的驅(qū)動(dòng)功率與充電功率之和。充電模式中存在一個(gè)特例：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的目標(biāo)功率小于發(fā)動(dòng)機(jī)工作最小功率時(shí)，為避免發(fā)動(dòng)機(jī)在效率極低的區(qū)域內(nèi)工作，仍然依靠電動(dòng)機(jī)提供驅(qū)動(dòng)力。（3）制動(dòng)能量回饋模式。駕駛員踩下制動(dòng)踏板，表明了駕駛員對(duì)負(fù)驅(qū)動(dòng)功率的需求

33、，應(yīng)進(jìn)入制動(dòng)能量回饋模式，吸收混合動(dòng)力汽車制動(dòng)時(shí)的能量。然而，當(dāng)制動(dòng)能量超過可回饋的制動(dòng)能量時(shí)，液壓制動(dòng)系統(tǒng)將提供剩余的制動(dòng)能量。靜態(tài)邏輯門限值策略主要依靠工程經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)，限定發(fā)動(dòng)機(jī)的工作區(qū)域和工作方式，達(dá)到降低燃油消耗和排放的目的，方法比較簡單直觀，具有實(shí)用價(jià)值。但由于主要依靠工程經(jīng)驗(yàn)設(shè)置門限參數(shù)，無法保證車輛燃油經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)，而且這些靜態(tài)參數(shù)不能適應(yīng)工況的動(dòng)態(tài)變化，因此無法使整車系統(tǒng)達(dá)到最大效率。（二）瞬時(shí)優(yōu)化控制策略該控制策略是在發(fā)動(dòng)機(jī)最優(yōu)工作曲線模式的基礎(chǔ)上，對(duì)混合動(dòng)力汽車在特定工況點(diǎn)下整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的優(yōu)化目標(biāo)（如效率損失和名義油耗）進(jìn)行優(yōu)化，便可得到瞬時(shí)最優(yōu)工作點(diǎn)，然后基于系統(tǒng)的瞬時(shí)最優(yōu)

34、工作點(diǎn)，對(duì)各個(gè)狀態(tài)變量進(jìn)行動(dòng)態(tài)再分配。瞬時(shí)優(yōu)化策略一般是采用“等效燃油消耗最少”法或“功率損失最小”法，二者原理類似。其中“等效燃油消耗最少”法將電機(jī)的等效油耗與發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際油耗之和定義為名義油耗，將電機(jī)的能量消耗轉(zhuǎn)換為等效的發(fā)動(dòng)機(jī)油耗，得到一張類似于發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性圖的電機(jī)等效油耗圖。在某一個(gè)工況瞬時(shí)，從保證系統(tǒng)在每個(gè)工作時(shí)刻的名義油耗最小出發(fā)，確定電機(jī)的工作范圍（用電機(jī)轉(zhuǎn)矩表示），同時(shí)確定發(fā)動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)，對(duì)每一對(duì)工作點(diǎn)計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際燃油消耗，以及電機(jī)的等效燃油消耗，最后選名義油耗最小的點(diǎn)作為當(dāng)前工作點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的合理控制。為了將排放一同考慮，該策略還可采用多目標(biāo)優(yōu)化技術(shù)，

35、采用一組權(quán)值來協(xié)調(diào)排放和燃油同時(shí)優(yōu)化存在的矛盾。等效燃油消耗最小方法在每一步長內(nèi)是最優(yōu)的，但無法保證在整個(gè)運(yùn)行區(qū)間內(nèi)最優(yōu)，而且需要大量的浮點(diǎn)運(yùn)算和比較精確的車輛模型，計(jì)算量大，實(shí)現(xiàn)困難。瞬時(shí)控制策略應(yīng)考慮以下四個(gè)方面問題：（1）汽車整車性能優(yōu)化應(yīng)考慮發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)和蓄電池組的瞬態(tài)效率；（2）汽車實(shí)時(shí)最優(yōu)控制應(yīng)結(jié)合實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，如發(fā)動(dòng)機(jī)等關(guān)鍵總成溫度以及制動(dòng)時(shí)能量回收裝訂線量；（3）用戶可自定義燃油經(jīng)濟(jì)性和排放目標(biāo)；（4）任意一個(gè)給定速度下發(fā)動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)，由控制器根據(jù)控制目標(biāo)尋求發(fā)動(dòng)機(jī)-電機(jī)最佳能量組合來決定發(fā)動(dòng)機(jī)的最優(yōu)工作點(diǎn)。根據(jù)對(duì)并聯(lián)混合動(dòng)力汽車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能的折中，建立實(shí)時(shí)控制的目

36、標(biāo)函數(shù)。Min( f )=+ +式中：wi對(duì)應(yīng)量的權(quán)系數(shù)，i=16，通過調(diào)整權(quán)重來改變各參數(shù)的影響程度。由優(yōu)化理論可知，瞬時(shí)最小值之和并不等于和的最小值，因此瞬時(shí)優(yōu)化模式并不能導(dǎo)致全局最優(yōu)的控制策略。全局優(yōu)化模式才能實(shí)現(xiàn)真正意義上的最優(yōu)化。（三）全局優(yōu)化控制策略全局最優(yōu)能量管理策略是應(yīng)用最優(yōu)化方法和最優(yōu)控制理論開發(fā)出來的混合動(dòng)力系統(tǒng)能量分配策略，目前主要有基于多目標(biāo)數(shù)學(xué)規(guī)劃方法的能量管理策略，基于古典變分法的能量管理策略和基于Bellman動(dòng)態(tài)規(guī)劃理論的能量管理策略三種。研究最為成熟的是基于Bellman動(dòng)態(tài)規(guī)劃理論的能量管理策略，該方法首先建立空間狀態(tài)方程，然后計(jì)算在約束條件下滿足性能指標(biāo)的

37、最優(yōu)解。對(duì)于一般的控制對(duì)象，該方法通常按照時(shí)間順序把一個(gè)過程分為若干段，把一個(gè)復(fù)雜的決策問題（包括連續(xù)變量和離散變量的取值序列）轉(zhuǎn)化為一系列單段（某一時(shí)間段內(nèi)）決策問題，然后從最后一段狀態(tài)開始逆向遞推到初始段狀態(tài)為止，最后就可以求解出完整的最優(yōu)策略（即輸入控制量的最優(yōu)值序列）。當(dāng)這個(gè)原理應(yīng)用于混合動(dòng)力汽車時(shí)，可假設(shè)系統(tǒng)發(fā)展用狀態(tài)方程來描述，狀態(tài)變量是SOC，每一節(jié)點(diǎn)代表每一時(shí)刻（橫軸）對(duì)應(yīng)的SOC值（縱軸），如圖3-1所示。假設(shè)初始（t=0）SOC 是A，而裝訂線終止SOC是E，連線上的數(shù)字代表了從一點(diǎn)到另一點(diǎn)的燃油消耗量。應(yīng)用此原理可以得出最優(yōu)的途徑（從A到E）是：A B C D E。圖 3

38、-1 貝爾曼（Bellman）動(dòng)態(tài)規(guī)劃全局優(yōu)化原理在實(shí)際混合動(dòng)力系統(tǒng)的仿真優(yōu)化中，Bellman過程這樣來實(shí)現(xiàn)：首先通過離散SOC來建立Bellman過程的節(jié)點(diǎn)，SOC離散精度可以選擇為1%，時(shí)間步長可以確定為1s。然后計(jì)算各SOC節(jié)點(diǎn)之間連線的權(quán)重，這個(gè)權(quán)重對(duì)應(yīng)于實(shí)現(xiàn)SOC變化而需要的發(fā)動(dòng)機(jī)油耗。只要那些從初始SOC節(jié)點(diǎn)可以到達(dá)或可以由此出發(fā)達(dá)到終點(diǎn)SOC的節(jié)點(diǎn)都要被考慮。在循環(huán)工況中計(jì)算各連線權(quán)重，保留最優(yōu)解，實(shí)現(xiàn)電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的功率要求和傳動(dòng)比的全局最優(yōu)化。仿真結(jié)果顯示，在某種工況循環(huán)下，通常全局優(yōu)化比瞬時(shí)優(yōu)化降低油耗5%20%。全局優(yōu)化模式實(shí)現(xiàn)了真正意義上的最優(yōu)化，但實(shí)現(xiàn)這種策略的算法往

39、往都比較復(fù)雜，計(jì)算量也很大，在車輛的實(shí)時(shí)控制中很難得到應(yīng)用。通常的作法是把應(yīng)用全局優(yōu)化算法得到的能量管理策略作為參考，以幫助總結(jié)和提煉出能用于在線控制的能量管理策略，如與邏輯門限策略等相結(jié)合，在保證可靠性和實(shí)際可能性的前提下進(jìn)行優(yōu)化控制。（四）模糊邏輯控制策略該策略基于模糊控制方法來決策混合動(dòng)力系統(tǒng)的工作模式和功率分配，將“專家”的知識(shí)以規(guī)則的形式輸入模糊控制器中，模糊控制器將車速、電池SOC和需求功率/轉(zhuǎn)矩等輸入量模糊化，基于設(shè)定的控制規(guī)則來完成決策，以實(shí)現(xiàn)對(duì)混合動(dòng)力系統(tǒng)的合理控制，從而提高車輛整體性能。模糊邏輯控制策略目標(biāo)與瞬時(shí)優(yōu)化控制策略類似，但與瞬時(shí)控制策裝訂線略相比，模糊邏輯控制策略

40、具有魯棒性好的優(yōu)點(diǎn)。模糊邏輯控制策略用于電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制原理，如圖3-2所示。在控制過程中，微機(jī)經(jīng)中斷采樣獲取電動(dòng)汽車行駛工況值，然后將其量與給定值比較得到誤差信號(hào)E（在此取單位反饋），再取E作為模糊控制器的一個(gè)輸入量，把E的精確量轉(zhuǎn)化為模糊量，E 量可用相應(yīng)的模糊語言表示。至此，就得到了E的模糊語言集合的一個(gè)子集e（模糊向量），再由e和模糊控制規(guī)則R根據(jù)推理的合成規(guī)則進(jìn)行模糊決策得到模糊控制量u: =e0R圖 3-2 模糊邏輯控制原理圖為了對(duì)被控制的量施加精確的控制，還需要將模糊量轉(zhuǎn)換為精確量。得到了精確的數(shù)字控制量后，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換變?yōu)榫_的模擬量送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，即電動(dòng)機(jī)控制器，對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)

41、進(jìn)行第一步控制，然后等待第二次采樣，進(jìn)行第二步控制，這樣循環(huán)下去，就實(shí)現(xiàn)了對(duì)被控制對(duì)象的模糊控制，完成驅(qū)動(dòng)控制的要求?；谀：壿嫷牟呗钥梢员磉_(dá)難以精確定量表達(dá)的規(guī)則，方便地實(shí)現(xiàn)不同影響因素（功率需求、SOC和電機(jī)效率等）的折中，魯棒性好。模糊邏輯控制增加了模糊決策因素和邏輯思維，是比較符合人的思維邏輯的控制算法之一，在混合動(dòng)力汽車能量管理策略中應(yīng)用是比較合適的。3.2混合動(dòng)力能量管理策略混合動(dòng)力汽車具有兩個(gè)以上的動(dòng)力源，因此為了解決混合動(dòng)力汽車多動(dòng)力源所引起的模式切換和功率分配，需要引入一個(gè)能量管理系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)的能量流動(dòng)進(jìn)行合理的分配。管理模式應(yīng)該遵循選定的能量管理策略并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)混

42、合動(dòng)力汽車要達(dá)到的目標(biāo)，一般來說，應(yīng)該達(dá)到的幾個(gè)主要設(shè)定目標(biāo)是：（1） 使燃油經(jīng)濟(jì)性；（2）使排放最低；（3）為了保持整車價(jià)格能夠被市場(chǎng)接受，使裝訂線啟動(dòng)系統(tǒng)成本最小化；（4）在實(shí)現(xiàn)上述三點(diǎn)同時(shí)，維持或者提高整車的性能。通常來說，混合動(dòng)力汽車動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)從某種程度上決定了可以采用哪種控制策略，但仍然有一些可以廣泛應(yīng)用于各種結(jié)構(gòu)的控制策略。（一）電動(dòng)機(jī)輔助控制策略電動(dòng)機(jī)輔助控制策略（Electric Assisted Control Strategy）。電動(dòng)機(jī)輔助的能力控制策略采用發(fā)動(dòng)機(jī)作為主動(dòng)力源，電動(dòng)機(jī)和蓄電池協(xié)助提供峰值功率。這種控制策略容易對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況進(jìn)行優(yōu)化。與發(fā)動(dòng)機(jī)相比，電動(dòng)機(jī)

43、響應(yīng)快、控制靈敏，容易實(shí)現(xiàn)不同的控制方法。這種控制策略在大多數(shù)并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)中采用。（二）優(yōu)化ICE曲線控制策略優(yōu)化ICE曲線控制策略（Optimum ICE Curve Control Strategy）。優(yōu)化ICE曲線控制策略從靜態(tài)條件下的發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性出發(fā)，將一定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和一定負(fù)荷下發(fā)動(dòng)機(jī)的最低燃油消耗點(diǎn)連成一條線，也就是靜態(tài)條件下發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳工作曲線。在這種模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)在需求功率或轉(zhuǎn)矩高于某個(gè)限值時(shí)才會(huì)工作。同時(shí)，只有在極限情況下（如當(dāng)需求功率超過了蓄電池的最大功率調(diào)節(jié)能力時(shí)），才會(huì)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)。這種控制策略借鑒了傳統(tǒng)汽車的控制經(jīng)驗(yàn)，側(cè)重于發(fā)動(dòng)機(jī)局部最優(yōu)。四 混合動(dòng)力汽車

44、優(yōu)缺點(diǎn)分析4.1混合動(dòng)力汽車的優(yōu)點(diǎn)分析在所有的節(jié)能環(huán)保型汽車技術(shù)當(dāng)中，混合動(dòng)力技術(shù)被公認(rèn)為是目前最可行、最現(xiàn)實(shí)的節(jié)能技術(shù)，而混合動(dòng)力汽車也是目前世界上唯一能實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的節(jié)能環(huán)保型汽車，這是混合動(dòng)力汽車的最大優(yōu)勢(shì)所在。具體體現(xiàn)在：（1）排放性能良好。一般車輛在怠速、啟動(dòng)時(shí)造成的污染最厲害，因?yàn)榇藭r(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷大、汽油燃燒不充分；而在怠速狀態(tài)的混合動(dòng)力車發(fā)動(dòng)機(jī)并不工作，因此不會(huì)有排放?；旌蟿?dòng)力車在啟動(dòng)時(shí)只有電動(dòng)機(jī)工作，也克服了過多排放問題，使得發(fā)動(dòng)機(jī)能保持良好的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了燃油效率提高，在很大程度上減少了尾氣排放。（2）動(dòng)力性能佳?；旌蟿?dòng)力汽車可根據(jù)不同車況來選擇發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和蓄電池之裝訂線間的

45、任意組合，能形成適合車況的動(dòng)力輸出。當(dāng)混合動(dòng)力車達(dá)到一定速度時(shí)，車輛內(nèi)的發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)同時(shí)工作，這個(gè)時(shí)候排量為15的混合動(dòng)力車發(fā)揮出的動(dòng)力相當(dāng)于20排量的普通轎車，尤其是在爬坡、轉(zhuǎn)彎、加速時(shí)，更是體現(xiàn)出良好的動(dòng)力性能。（3）耗油量低。根據(jù)豐田公司的測(cè)試，普銳斯在城市路況下行駛比同等排量的花冠轎車節(jié)油444，在市郊行駛節(jié)油297。該車平均油耗為41100km，比平均油耗在7 1100kin左右的花冠每年節(jié)省大約2556元(按每年行駛20000km、93號(hào)汽油426形l計(jì))。尤其在大中城市，交通擁堵現(xiàn)象嚴(yán)重，汽車起步停車頻繁，混臺(tái)動(dòng)力車的能量轉(zhuǎn)化優(yōu)勢(shì)將體現(xiàn)得更為明顯。4.2混合動(dòng)力汽車的缺點(diǎn)分析由

46、于混合動(dòng)力汽車仍需要燃燒汽油，因此無法從根本上擺脫對(duì)石油的依賴和徹底解決環(huán)保問題，也因此混合動(dòng)力汽車沒有太大的市場(chǎng)號(hào)召力。和許多新技術(shù)一樣，混合動(dòng)力系統(tǒng)的生產(chǎn)成本比內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的成本更高。混合動(dòng)力車需要配置普通汽車并不需要的昂貴配件，例如龐大笨重的電池組、電力發(fā)動(dòng)機(jī)以及精密的電子控制模板。因此加載了混合動(dòng)力系統(tǒng)的車型要比同級(jí)別車型貴20-30(如豐田混合動(dòng)力車的價(jià)格比同級(jí)別汽油車貴4500美元左右)。這就妨礙了該類汽車的普及。在高速公路上表現(xiàn)不佳。據(jù)美國2006年進(jìn)行的一項(xiàng)對(duì)比測(cè)試顯示，在同一高速混合路況中行駛5000kin，柴油車和混合動(dòng)力車在燃油經(jīng)濟(jì)性方面幾乎是完全相同的。其原因是，混合

47、動(dòng)力雖然在城市路況中具有優(yōu)勢(shì)，但在高速路上，仍需全憑汽油發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，并且由于加載了幾百公斤的電池與電動(dòng)機(jī)，反而更多耗費(fèi)些汽油H1。五 混合動(dòng)力汽車的發(fā)展前景5.1混合動(dòng)力汽車在國內(nèi)外的發(fā)展就目前的形勢(shì)來看，混合動(dòng)力電動(dòng)車擁有的特點(diǎn)是混合動(dòng)力電動(dòng)汽車具備了良好的動(dòng)力性能、良好的燃油經(jīng)濟(jì)性、清潔環(huán)保、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，但為了達(dá)到提高車輛的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性, 就需要采用當(dāng)代最先進(jìn)的內(nèi)燃機(jī)技術(shù)深入分析低油耗特性； 選擇比功率、比能量和效率最高、扭矩密度最大的電機(jī), 研究它的低速大轉(zhuǎn)矩、效率和再生制動(dòng)能量回饋性能； 經(jīng)過周密分析和試驗(yàn)研究特性, 最佳選擇各自高性能區(qū)段的組合與疊加。另一方面，混合動(dòng)力汽車成

48、本過高絕對(duì)是目前混合動(dòng)力電動(dòng)汽車推廣應(yīng)用的主要難點(diǎn), 這是因?yàn)榛旌蟿?dòng)力汽車除了以往的動(dòng)力裝置外, 至少還必須安裝電池, 其成本不可能降至普通汽車的水準(zhǔn)。因此, 混合動(dòng)力汽車技術(shù)發(fā)展的首要難題是降低成本, 這也是今后有待解決裝訂線的最大課題, 特別是必須降低動(dòng)力電池、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng)等的成本。還有，要提高汽車行駛過程中的能量再生利用效率，.就得從汽車制造階段著手, 設(shè)計(jì)改進(jìn)汽車動(dòng)力系統(tǒng), 滿足汽車再生制動(dòng)回收要求，加強(qiáng)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的可靠性, 解決動(dòng)力電池的使用壽命和可靠性問題, 是混合動(dòng)力電動(dòng)汽車推廣應(yīng)用的前提。但是在國際能源緊缺，混合動(dòng)力可以很好的節(jié)省汽車行進(jìn)過程中減速、下坡過程

49、的能量消耗，同時(shí)其排量低、污染小，也是未來汽車發(fā)展的必然趨勢(shì)（一）國外混合動(dòng)力汽車的發(fā)展情況從目前世界范圍內(nèi)的整個(gè)形勢(shì)來看，日本是電動(dòng)汽車技術(shù)發(fā)展速度最快的少數(shù)幾個(gè)國家之一，特別是在發(fā)展混合動(dòng)力汽車方面，日本居世界領(lǐng)先地位。目前，世界上能夠批量產(chǎn)銷混合動(dòng)力汽車的企業(yè)，只有日本的豐田和本田兩家汽車公司。1997年12月，日本豐田汽車公司首先在日本市場(chǎng)上推出了世界上第一款批量生產(chǎn)的混合動(dòng)力汽車“普銳斯(PRIUS)”，該轎車于2000年7月開始出口北美，同年9月開始出口歐洲。普銳斯在達(dá)成高水平的燃油經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性能的前提下，實(shí)現(xiàn)了出色的動(dòng)力性和舒適性?！癙RIUS”的正式量產(chǎn)上市標(biāo)志以混合動(dòng)力汽車

50、為代表的新一輪汽車研發(fā)競爭的開始。為保持領(lǐng)先地位，豐田公司加大了對(duì)混合動(dòng)力車的投入，2005年，豐田投資1000萬美元在美國肯塔基州工廠改造設(shè)備和訓(xùn)練員工。以生產(chǎn)混合動(dòng)力車。2006年，豐田汽車公司在美國市場(chǎng)上推出了4款從現(xiàn)有車型改造成的混合動(dòng)力汽車，這些混合動(dòng)力汽車的外形、操控以及車內(nèi)的設(shè)備和普通車完全一樣。豐田的目標(biāo)是最終將推出旗下幾乎所有車型的混合動(dòng)力版，并在2012年把混合動(dòng)力汽車的產(chǎn)量提高到100萬輛。豐田公司預(yù)測(cè)，在未來的10年內(nèi)，其在美國的全部轎車銷量中，混合動(dòng)力車型將占有25的市場(chǎng)份額。本本田公司推出“Insight”、“CIVIC”等混合動(dòng)力汽車。福特公司緊隨其后，推出了“E

51、SCAPE”混合動(dòng)力汽車，戴克、通用、雪鐵龍、日產(chǎn)等公司也紛紛加快了混合動(dòng)力技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)。通用、戴克、寶馬三家公司在混合動(dòng)力技術(shù)發(fā)展方面結(jié)成了技術(shù)聯(lián)盟，攜手發(fā)展雙模混合動(dòng)力技術(shù)，并在2005年的北美車展上引入了一款結(jié)合了V8柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和最新一代混合動(dòng)力裝訂線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的S級(jí)轎車。通用汽車公司在2006年底特律北美國際汽車展上發(fā)布了兩款全新混合動(dòng)力SUV：2007年土星Vue Green Line混合動(dòng)力車和2008雪佛蘭Tahoe雙模式混合動(dòng)力車。自1995年起，世界各大汽車生產(chǎn)廠商已將研究的重點(diǎn)轉(zhuǎn)向了混合動(dòng)力汽車的研究開發(fā)。日本豐田汽車公司開發(fā)了Prius牌混合動(dòng)力轎車，本田公司開發(fā)了In

52、sight牌混合動(dòng)力轎車。美國三大汽車公司均開發(fā)了包括轎車、面包車、貨車在內(nèi)的混合動(dòng)力汽車，如通用汽車公司推出的Precept，福特汽車公司的Escape和Prodigy，戴-克汽車公司的Citadel、ESX3等。目前，混合動(dòng)力汽車技術(shù)及市場(chǎng)均看好。日本國內(nèi)擁有的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車己超過7萬輛，預(yù)計(jì)在2010年將達(dá)到210萬輛。日本豐田汽車公司計(jì)劃到2005年生產(chǎn)30萬輛混合動(dòng)力汽車。2003年初，美國Finance Times曾報(bào)道，一旦發(fā)生石油危機(jī)，美國通用公司計(jì)劃將在5年內(nèi)銷售100萬輛混合動(dòng)力汽車，并已決定在2003年銷售12種混合動(dòng)力汽車。目前，日本豐田汽車公司是走在混合動(dòng)力汽車研發(fā)

53、最前沿的汽車公司，開發(fā)的混合動(dòng)力汽車已達(dá)到實(shí)用化水平。1997年，豐田推出了世界上第一款批量生產(chǎn)的混合動(dòng)力汽車Prius，其后又在2001年相繼推出了"ESTIMA"混合動(dòng)力面包車和 "皇冠(CROWN)"轎車。到2002年底，豐田汽車公司生產(chǎn)的混合動(dòng)力汽車在日本國內(nèi)和海外的累計(jì)銷量均突破了10萬輛，現(xiàn)在已經(jīng)在全世界20多個(gè)國家上市銷售。著名的Prius為4門5座3廂式串聯(lián)式混合動(dòng)力轎車，采用了橫向直列4缸16氣門雙頂置凸輪軸電噴汽油機(jī)(1.5升、最大功率 53千瓦)、驅(qū)動(dòng)用鎳氫電池和電動(dòng)無級(jí)變速系統(tǒng)，標(biāo)準(zhǔn)配置有雙安全氣囊、電動(dòng)門窗、中置數(shù)字液顯儀表板、

54、行駛電腦顯示屏、自動(dòng)空調(diào)、音響等。豐田Prius混合動(dòng)力系統(tǒng)(THS)電子控制裝置的特點(diǎn)是，可分別利用電能、汽油或兩者組合同時(shí)工作。根據(jù)車速和負(fù)荷情況，THS可以控制每種能源所提供的功率比例，以保證汽車按最有效的模式運(yùn)行。在車輛的行駛過程中，乘客對(duì)THS的轉(zhuǎn)換是感覺不到的。THS系統(tǒng)的關(guān)鍵部分是功率分流裝置。該裝置利用一套行星齒輪組將發(fā)動(dòng)機(jī)功率直接傳遞到車的前輪和發(fā)電機(jī)上。電控式變速器將汽油機(jī)、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的功率輸出加以混合， 從而達(dá)到汽車加速和減速的需要。2002年，豐田ESTIMA混合動(dòng)力面包車投產(chǎn)，其混合動(dòng)力系統(tǒng)采用了世界首次批量生產(chǎn)的電動(dòng)4輪驅(qū)動(dòng)及4輪驅(qū)動(dòng)力/制動(dòng)力綜合控制系統(tǒng)，它給混合動(dòng)力汽車的行駛性能帶來了革命性的改進(jìn)。所有這些都表明豐田公司在普及混合動(dòng)力系統(tǒng)的低燃耗、低排放和改進(jìn)行駛性能方面已經(jīng)走在了世界同業(yè)前列。豐田汽車公司計(jì)劃20l2年在其全部汽車產(chǎn)品上采用汽油裝訂線電力混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)，以提高燃油經(jīng)濟(jì)性和降低排放污染。美國1993年9月啟動(dòng)新一代汽車伙伴計(jì)劃，其時(shí)間表為：1997年完成技術(shù)選擇，2000年推出概念車，2004年推出能用于投產(chǎn)的式樣車。當(dāng)年，美國能源部與三大汽車公司簽訂了混合動(dòng)力汽車開發(fā)合同，其中通用汽車公司投入1.48億美元，福特投入1.38億美元，克萊斯勒投入8480萬美元，進(jìn)行為期6年的研制開發(fā)工作。 1997年，PNGV計(jì)