1、課題名稱混合動力汽車原理及發展前景研究課 題 工 作 內 容根據課題要求，論文首先以混合動力汽車為對象，介紹其結構、工作原理和控制方法，再對其發展前景進行深入研究。當前，全球汽車工業正面臨著金融危機和能源環境問題的巨大挑戰。發展新能源汽車，實現汽車動力系統的新能源化，推動傳統汽車產業的戰略轉型，在國際上已經形成廣泛共識。在太陽能、電能等替代能源真正進入實用階段之前，混合動力汽車因其低油耗、低排放的優勢越來越受到人們的關注。雖然混合動力汽車并不是完全意義上的新能源汽車，但在近期或相當長一段時間內，最適合中國現實條件的還是混合動力汽車。混合動力汽車是中國汽車市場唯一能夠實現大批量商品化的節能產品。

2、論文內容如下：一、混合動力汽車概念1混合動力汽車的概念2混合動力汽車的分類二、混合動力汽車的工作原理三、混合動力系統控制策略1靜態邏輯門限值策略2順勢優化控制策略3全局優化控制策略4模糊邏輯控制策略四、混合動力汽車的發展前景研究1混合動力汽車的市場應用2.混合動力汽車的市場推廣情況3混合動力汽車面臨的問題4.混合動力汽車的前景與展望指標要求1掌握混合動力汽車的基本結構和原理；2掌握混合動力汽車的類型；3了解混合動力汽車的電能儲存裝置；4了解混合動力汽車的應用；5分析混合動力汽車的優點及國內外混合動力汽車的發展前景；論文書寫要求：1. 畢業論文說明書按學院規定的撰寫格式、要求和紙張格式裝訂成冊，

3、內容順序為：封面、中英文摘要、目錄、說明書正文、參考書目錄、致謝、表1表6。2. 論文說明書的論證要有科學根據，要有說服力；計算部分須指出公式來源并說明公式中的符號所代表的意義，公式中所有常數或系數必須正確，計算結果要足夠準確，計算中采用的數據及計算結果可列表表示。3. 說明書要求章節分明，層次清楚，文理通順，圖表、簡圖規范、清晰。進程安排1.根據畢業課題任務，收集、閱讀整理有關資料； 1周2.擬訂并確定設計方案； 1周 3.依據設計方案完成論文初稿； 2周4. 修改、定稿、打印； 5周5.編寫說明書，整理并完成畢業（設計）論文，制作答辯幻燈片； 2周6.畢業（設計）論文審閱、評閱、答辯。主要

4、參考文獻1關文達，汽車構造M，清華大學出版社，2009年1月第二版。2麻友良，陳全世，混合動力電動汽車的發展M，公路交通技術，2001年。3刑偉巖，宋振寰，周雅夫，混合動力電動汽車進入實用化的關鍵因素J，廣西交通科技，2002年03期。4岳東鵬，郝志勇，張俊智，混合動力電動汽車研究開發及前景展望J，拖拉機與農用運輸車，2004年02期。5陳智家，陳祥豐，歐陽海，混合動力汽車控制策略研究現狀及發展趨勢J，汽車工程師，2009年第10期。6楊金星，周榮，喬維高，Plug-in混合動力電動汽車的研究分析J，汽車工程師，2009年第10期。7蔣延蓮，混合動力汽車發展前景探討J，江蘇科技信息，2010年

5、第2期。8何云信，謝文尚，汽車混合動力技術發展現狀及前景J，裝備制造技術，2010年第2期。起止日期2010年10月8 日2010 年12月10日系(部)蓋章： 教研室主任(簽字)： 年 月 日 年 月 日說明：畢業設計任務書根據課題的具體情況填寫，經教研室主任簽字及系部審核蓋章后生效。此任務書要求按固定格式雙面打印,在畢業設計工作開始前一周內填寫并發給學生。 混合動力汽車原理及發展前景研究摘要：隨著世界各國環境保護的措施越來越嚴格，替代燃油發動機汽車的方案也越來越多，例如氫能源汽車、燃料電池汽車、混合動力汽車等。但目前最有實用性價值并已有商業化運轉的模式，只有混合動力汽車。本文主要對混合動力

6、汽車的結構和工作原理進行分析，并對其發展前景進行深入研究。而且本文分析了混合動力汽車的研究現狀，介紹了混合動力汽車的主要結構形式與工作特點，指出了混合動力汽車目前需要解決的主要問題和采用的關鍵技術，并對其發展前景進行了預測。關鍵詞：混合動力；工作原理；發展前景Principle of Hybrid Vehicles and Development Prospects of0801 Vehicle Inspection and Maintenance Chen Hao(Yangzhou Industry Polytechnic Institute, Yangzhou 225127, China)

7、Abstract: With the world increasingly stringent environmental protection measures, alternative fuel engine cars more and more programs, such as hydrogen cars, fuel cell vehicles, and hybrid cars and so on. But the most practical method and mode of operation have been commercialized and only hybrid v

8、ehicles. In this paper, the structure of hybrid vehicles and working principle of the analysis, and to develop prospects for further study. And this article analyzes the power of a car, with the main form of power structures and working quality, pointed out a move the car is now required to solve th

9、e major issues and adopt the key technology and development made a prediction.Keywords: Hybrid; Working principle; Development prospects 目 錄一、混合動力汽車概念 11.1混合動力汽車的概念 11.2混合動力汽車的分類 11.2.1串聯式混合動力電動汽車 11.2.2并聯式混合動力電動汽車 21.2.3混聯式混合動力電動汽車 3二、混合動力汽車的工作原理 5三、混合動力系統控制策略 63.1靜態邏輯門限值策略 73.2順勢優化控制策略 83.3全局優化控制策

10、略 93.4模糊邏輯控制策略10四、混合動力汽車的發展前景研究114.1混合動力汽車的市場應用114.2混合動力汽車的市場推廣情況。4.3混合動力汽車面臨的問題144.4混合動力汽車的前景與展望164.4.1混合動力汽車的市場164.4.2成熟的混合動力汽車技術174.4.3混合動力汽車市場推廣政策184.4.4我國混合動力汽車發展概況18結語 19參考文獻 19致謝 20一、混合動力汽車概念1.1混合動力汽車的概念混合動力汽車（Hybrid Electrical Vehicle，簡稱HEV）是指同時裝備兩種動力來源熱動力源（由傳統的汽油機或者柴油機產生）與電動力源（電池與電動機）的汽車。通過

11、在混合動力汽車上使用電機，使得動力系統可以按照整車的實際運行工況要求靈活調控，而發動機保持在綜合性能最佳的區域內工作，從而降低油耗與排放。混合動力汽車就是在純電動汽車上加裝一套內燃機，其目的是減少汽車的污染，提高純電動汽車的行駛里程。混合動力汽車的燃油經濟性能高，而且行駛性能優越，混合動力汽車的發動機要使用燃油，而且在起步、加速時，由于有電動馬達的輔助，所以可以降低油耗。簡單地說，就是與同樣大小的汽車相比，燃油費用更低。而且，輔助發動機的電動馬達可以在啟動的瞬間產生強大的動力，因此，車主在享受更強勁的起步、加速的同時，還能實現較高水平的燃油經濟性。1.2混合動力汽車的分類混合動力汽車包括串聯式

12、混合動力電動汽車（Series Hybrid Electric Vehicle，SHEV）、并聯式混合動力電動汽車（Parallel Hybrid Electric Vehicle，PHEV）、混聯式混合動力電動汽車（Parallel Series Hybrid Electric Vehicle，PSHEV）三種。一般所說的混合動力汽車是由電動馬達作為發動機的輔助動力驅動汽車。其結構特點就是在傳統HEV上改裝或加裝可充電的動力電池，因此，不同類型傳統HEV所具備的特點在相應類型的可外接充電式混合動力汽車（Plug-in HEV）上依然具備，所不同的是Plug-in HEV用發動機功率比傳統HE

13、V的小，電機和電池功率比傳統HEV的大，電池可通過電網進行充電。1.2.1串聯式混合動力電動汽車串聯式混合動力電動汽車主要由發動機、發電機、驅動電機和蓄電池組等部件組成。發動機僅僅用于發電，發電機所發出的電能供給電動機，電動機驅動汽車行駛。發電機發出的部分電能向電池充電，來延長混合動力電動汽車的行駛里程。另外電池還可以單獨向電動機提供電能來驅動電動汽車，使混合動力電動汽車在零污染狀態下行駛。串聯式混合動力電動汽車中發動機不直接驅動汽車行駛，而是通過發電機轉化為電能，再通過電動機驅動汽車行駛，這使得串聯式混合動力電動汽車更加適合城市低轉速下頻繁起步和低速行走，但缺點是結構比汽油機復雜，占用空間更

14、多，能量耗損比較多。在這種連接方式下，電池就像一個水庫，只是調節的對象不是水量，而是電能。電池對在發電機產生的能量和電動機需要的能量之間進行調節，從而保證車輛的正常工作。這種動力系統在城市公交上的應用比較多，轎車上很少使用。串聯型Plug-in HEV的特點是：發動機帶動發電機發電，電能通過電動機控制器直接輸送給電動機，由電動機產生電磁力矩驅動汽車。在發動機與驅動橋之間通過電能實現動力傳遞，因此更像是電傳動汽車，其結構原理圖，如圖1所示。圖 1 串聯型Plug-in HEV動力系統簡圖1.2.2并聯式混合動力電動汽車并聯式混合動力電動汽車主要是由發動機、發電/電動機和蓄電池組等部件組成。并聯式

15、驅動系統可以單獨使用發動機或電動機作為動力源，也可以同時使用電動機和發動機作為動力源來驅動汽車。并聯式混合動力系統有兩套驅動系統：傳統的內燃機系統和電動驅動系統。兩個系統既可以同時協調工作，也可以各自單獨工作驅動汽車。這種方式的優點是動力更猛，結構相對簡單，但由于電動機只是輔助驅動系統，因此在節油效果上不如混聯式顯著。這種系統適用于多種不同的行駛工況，尤其適用于復雜的路況。該聯結方式結構簡單，成本低。并聯型Plug-in HEV的特點是：并聯式布置保留了發動機及其后續傳動的機械連接，由電池組-電動機所提供的動力在原驅動系統的某一處和主動力匯合，或者發動機和電動機產生的力完全分開用以驅動不同的驅

16、動橋，即汽車可由發動機和電動機共同驅動或者各自單獨驅動。發動機和電機是兩個相互獨立的系統，即可實現純電動行駛，又可實現內燃機驅動行駛，在功率需求較大時還可以實現全混合動力行駛，在停車狀態下可進行外接充電。其結構原理圖，如圖2所示。圖 2 并聯型Plug-in HEV動力系統簡圖1.2.3混聯式混合動力電動汽車混聯式混合動力電動汽車主要由發動機、發電機、電動機、行星齒輪機構和蓄電池組等部件組成。如豐田PRIUS所采用的混合驅動方式，是將發動機、發電機和電動機通過一個行星齒輪裝置連接起來。動力從發動機輸出到與其相連的行星架，行星架將一部分轉矩傳送到發電機，另一部分傳送到電動機并輸出到驅動軸。此時車

17、輛并不是串聯式或者并聯式，而是介于串聯和并聯之間，充分利用兩種驅動方式的優點，可以在低速下用電池帶動汽車工作，在加速時，由兩套動力系統一同工作，在驅動汽車行駛的同時又為電池充電，因此非常適合城市走走停停的低速路況。混聯式混合動力系統的特點在于內燃機系統和電機驅動系統各有一套機械變速機構，兩套機構或通過齒輪系，或采用行星輪式的結構結合在一起，從而綜合調節內燃機與電動機之間的轉速關系。另外，汽車在小負荷工作時，電動機/發電機（作為發電機）給蓄電池充電，使蓄電池得以補充電能；在汽車減速或制動時，汽車驅動電動機/發電機（作為電動機）為蓄電池充電（回收汽車減速或制動時的部分能量轉變為電能儲存）。與并聯式

18、混合動力系統相比，混聯式混合動力系統可以更加靈活地根據工況來調節內燃機的功率輸出和電機的運轉。唯一的缺點就是價格高，結構復雜。基本上混合動力汽車就是以上說的那些，不過現在也有公司在開發非電動的混合動力車，比如通用公司的氫動力車。混聯型Plug-in HEV驅動系統是串聯式與并聯式的綜合，圖3為一種典型的混聯型Plug-in HEV動力系統結構原理圖。發動機發出的功率一部分通過機械傳動輸送給驅動橋，另一部分則驅動發電機發電。發電機發出的電能由控制器控制，輸送給電動機或電池，電動機產生的驅動力矩通過動力耦合裝置傳送給驅動橋。混聯型Plug-in HEV驅動系統的控制策略是：在汽車低速行駛時，驅動系

19、統主要以串聯方式工作；汽車高速穩定行駛時，則以并聯工作方式為主；停車時，通過車載充電器對其進行外接充電。圖 3 混聯型Plug-in HEV動力系統簡圖二、混合動力汽車的工作原理混合動力汽車在發達國家已經日益成熟，有些已經進入使用階段。由于構造復雜，成本較高，在電動汽車時代到來之前，混合動力型汽車只是一種過渡產品。HEV既要使用發動機作為動力來保證HEV正常行駛時所需要的基本動力，又要對發動機的節能和環保做出種種限制，使發動機的燃料消耗降低到最低，使發動機的有害氣體的排放達到“超低污染”標準的要求。而采用控制發動機轉速范圍、降低發動機的最高轉速、保持發動機穩定均衡地運轉、并采取“開關”的控制方

20、式，使發動機避開啟動、怠速和轉速突然變化時，燃料燃燒不完全而引起的燃料經濟性降低和增加有害廢氣的排放，從而控制發動機始終處于最佳狀態下運轉。另外，HEV還可以廣泛地采用轉子發動機（Wankel Engine、Rotary Engine）、燃氣輪機(Gas Turbine)和斯特林發動機（Stirling Engine）作為HEV的發動機。HEV上是以電動機驅動作為發動機驅動的輔助動力，但必須對電池組的質量和整車的整備質量進行限制，以減輕HEV的總質量。因此，一般電動/發電機只是在HEV發動機啟動，車輛啟動、加速或爬坡時起作用。電動/發電機又是發動機的飛輪，起調節發動機輸出功率作用。電動/發電機

21、還起發電機的作用，將發動機的動能轉化為電能，儲存到電池組中去。在HEV下坡或制動時，將汽車慣性動能轉換為電能，儲存到電池組中去。因此，HEV有了電動機的輔助作用，就可以使用HEV達到節能和“超低污染”的要求。HEV汽車在起步、行車、加速和停車時，由其控制系統自動判斷和控制使用何種動力，使汽車的能源消耗和排放指標控制在最佳范圍。汽車起步時因發動機的效率低，由電動機提供動力，在信號等待時，發動機會自動停止運行，避免怠速空轉的燃油消耗。汽車在正常行駛中控制發動機在最佳區域運行，一部分動力用于克服道路阻力，另一部分動力用于為電池充電。當車輛起步加速或爬坡時，除機組所產生的電能，通過控制設備，輸往驅動車

22、輪的電動機，此外，蓄電池組也同時供電給驅動車輪的電動機，以保證車輛具有足夠的牽引能力。當車輛在平坦道路上作等速運行時，只需發電機組（或蓄電池組）單獨提供電能驅動車輛即可。當車輛減速時，發電機組產生的電能，通過控制設備，向蓄電池組充電；在車輛制動過程中，驅動車輪的電動機，將轉變為發電機，并通過控制設備向蓄電池充電。此種能將車輛的動能轉變為電能并加以回收的制動方式，被稱為“再生制動”。混合動力汽車通過將發動機、充電電池和電動機的最佳組合，既可以提高發動機工作效率，節省能源，又可以清潔排放，減少環境污染。這種車除發動機可對電池充電外，在減速時動力回收再生，制動器可以將機械能轉換成電能，避免了能量的浪

23、費。裝用了混合動力系統的汽車燃料經濟性比普通汽車可提高1倍，同時使能引起地球變暖的CO2排放量減少一半。混合動力驅動車輛在運行中，能向蓄電池組補充電能，因此，沒有必要像電動車（電瓶車）那樣，必須停歇在車庫（或充電站點）內花很長時間充電。混合動力驅動的車輛具有節能、低排放、低噪音等優點，并且保持了傳統的由內燃機驅動的汽車續駛里程長的固有特點，混合動力驅動的車輛不論在小轎車或是大型車輛（如：公共汽車）領域中，均將有巨大的發展潛力和看好的市場前景。混合動力汽車(HEV)不加重環境污染,其動力系統包括內燃機和電池組，兼備了內燃機汽車和電動汽車的優點，它將內燃機、電動機與一定容量的儲能器件通過控制系統相

24、組合，電動機可補充提供車輛起步、加速時所需轉矩，又可以存儲吸收內燃機富余功率和車輛制動能量，從而可大幅度降低油耗，減少污染物排放。混合動力汽車雖然沒有實現零排放，但其動力性、經濟性和排放等綜合指標能滿足當前苛刻要求，可緩解汽車需求與環境污染及石油短缺的矛盾。與傳統內燃機汽車相比，其主要優點是采用了高功率的能量儲存裝置（飛輪、超級電容器或蓄電池）向汽車提供瞬時能量，可以提高效率、節省能源、降低排放，因此經濟性和排放性明顯改善，技術經濟可行性較強。較之純電動汽車，其主要優點是：續駛里程和動力性可達到內燃機汽車的水平；空調、真空助力、轉向助力及其它輔助電器，借助原動機動力，無需消耗電池組有限電能，從

25、而保證了乘坐的舒適性；而且混合動力汽車技術難度相對較小，成本也相對較低。混合動力汽車介于傳統汽車和純電動汽車、燃料電池汽車之間，是一種承前啟后的，在經濟和技術方面都趨于成熟的電動汽車產品。三、混合動力系統控制策略因混合動力汽車各個組成部件、布置方式及控制策略的不同，形成了各式各樣的結構形式。根據發動機和電機的功率比的混合動力汽車將發動機、電動機和能量儲存裝置（蓄電池）按某種方式組合在一起，有串聯式、并聯式和混聯式三種布置形式。串聯式混合動力汽車的控制策略的主要目標是使發動機在最佳效率區和排放區工作，其主要控制策略有恒溫器模式、發動機跟蹤器控制模式及基于規則型策略（前兩者綜合）。并聯控制策略主要

26、包括：靜態邏輯門限值策略、瞬時優化控制策略、全局優化控制策略和模糊邏輯控制策略。其中后三個策略也適用于混聯式的控制策略，另外混聯式還有兩種特有的控制策略：發動機恒定工作點策略和發動機最優工作曲線策略。下面主要對并聯式和混聯式混合動力汽車典型的控制策略進行分析。3.1 靜態邏輯門限值策略該策略主要通過設置車速、動力電池的電池荷電狀態（SOC）上下限及發動機工作轉矩等一組門限參數，限定動力系統各部件的工作區域，并根據車輛實時參數及預先設定的規則調整動力系統各部件的工作狀態，以提高車輛整體性能。這種策略的主要依據是工程經驗，根據部件的穩態效率MAP圖來確定如何進行發動機和電動機之間的動力分配。美國密

27、西根大學Peng Huei等人將混合動力汽車控制分成三種模式，即正常行駛模式、充電模式及制動能量回饋模式。發動機穩態效率MAP圖的劃分，如圖1 所示。圖 4 基于規則的功率管理策略中發動機穩態效率MAP圖的劃分（1）正常行駛模式。從圖4中可以看出，用“發動機工作最小功率”曲線和“電動機助力最小功率”曲線將發動機效率MAP圖劃分成三個區域，即：純電動區域、發動機驅動區域及電動機輔助功率區域。功率分配規則：a.如果需求的驅動功率小于發動機工作的最小功率，則由電動機提供全部的驅動功率；b.如果需求的驅動功率超過該限值，則由發動機取代電動機驅動車輛前進；c.如果需求的驅動功率大于電動機助力最小功率，則

28、由電動機提供額外的驅動功率。在正常行駛模式下，發動機總是工作在“發動機工作最小功率”和“電動機助力最小功率”之間效率最高的區域。（2）充電模式。對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值位于最高效率區的上下限值之間（設定為55% 60%）。當SOC值小于55% 時，應切換至充電模式（當且僅當SOC值大于60%時充電過程完成），并計算電池的充電功率，該功率同時也作為電動機的目標功率。發動機的目標功率為需求的驅動功率與充電功率之和。充電模式中存在一個特例：當發動機的目標功率小于發動機工作最小功率時，為避免發動機在效率極低的區域內工作，仍然依靠電動機提供驅動力。（3）制動能量回饋模

29、式。駕駛員踩下制動踏板，表明了駕駛員對負驅動功率的需求，應進入制動能量回饋模式，吸收混合動力汽車制動時的能量。然而，當制動能量超過可回饋的制動能量時，液壓制動系統將提供剩余的制動能量。靜態邏輯門限值策略主要依靠工程經驗和實驗，限定發動機的工作區域和工作方式，達到降低燃油消耗和排放的目的，方法比較簡單直觀，具有實用價值。但由于主要依靠工程經驗設置門限參數，無法保證車輛燃油經濟性最優，而且這些靜態參數不能適應工況的動態變化，因此無法使整車系統達到最大效率。3.2 瞬時優化控制策略該控制策略是在發動機最優工作曲線模式的基礎上，對混合動力汽車在特定工況點下整個動力系統的優化目標（如效率損失和名義油耗）

30、進行優化，便可得到瞬時最優工作點，然后基于系統的瞬時最優工作點，對各個狀態變量進行動態再分配。瞬時優化策略一般是采用“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”法將電機的等效油耗與發動機的實際油耗之和定義為名義油耗，將電機的能量消耗轉換為等效的發動機油耗，得到一張類似于發動機萬有特性圖的電機等效油耗圖。在某一個工況瞬時，從保證系統在每個工作時刻的名義油耗最小出發，確定電機的工作范圍（用電機轉矩表示），同時確定發動機的工作點，對每一對工作點計算發動機的實際燃油消耗，以及電機的等效燃油消耗，最后選名義油耗最小的點作為當前工作點，實現對發動機和電機輸出轉矩的合理

31、控制。為了將排放一同考慮，該策略還可采用多目標優化技術，采用一組權值來協調排放和燃油同時優化存在的矛盾。等效燃油消耗最小方法在每一步長內是最優的，但無法保證在整個運行區間內最優，而且需要大量的浮點運算和比較精確的車輛模型，計算量大，實現困難。瞬時控制策略應考慮以下四個方面問題：1）汽車整車性能優化應考慮發動機、電機和蓄電池組的瞬態效率；2）汽車實時最優控制應結合實際運行狀態，如發動機等關鍵總成溫度以及制動時能量回收量；3）用戶可自定義燃油經濟性和排放目標；4）任意一個給定速度下發動機的工作點，由控制器根據控制目標尋求發動機-電機最佳能量組合來決定發動機的最優工作點。根據對并聯混合動力汽車動力性

32、、經濟性和排放性能的折中，建立實時控制的目標函數。Min( f )=+ +式中：wi對應量的權系數，i=16，通過調整權重來改變各參數的影響程度。由優化理論可知，瞬時最小值之和并不等于和的最小值，因此瞬時優化模式并不能導致全局最優的控制策略。全局優化模式才能實現真正意義上的最優化。3.3 全局優化控制策略全局最優能量管理策略是應用最優化方法和最優控制理論開發出來的混合動力系統能量分配策略，目前主要有基于多目標數學規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動態規劃理論的能量管理策略三種。研究最為成熟的是基于Bellman動態規劃理論的能量管理策略，該方法首先建立空間

33、狀態方程，然后計算在約束條件下滿足性能指標的最優解。對于一般的控制對象，該方法通常按照時間順序把一個過程分為若干段，把一個復雜的決策問題（包括連續變量和離散變量的取值序列）轉化為一系列單段（某一時間段內）決策問題，然后從最后一段狀態開始逆向遞推到初始段狀態為止，最后就可以求解出完整的最優策略（即輸入控制量的最優值序列）。當這個原理應用于混合動力汽車時，可假設系統發展用狀態方程來描述，狀態變量是SOC，每一節點代表每一時刻（橫軸）對應的SOC值（縱軸），如圖5所示。假設初始（t=0）SOC 是A，而終止SOC是E，連線上的數字代表了從一點到另一點的燃油消耗量。應用此原理可以得出最優的途徑（從A到

34、E）是：A B C D E。圖 5 貝爾曼（Bellman）動態規劃全局優化原理在實際混合動力系統的仿真優化中，Bellman過程這樣來實現：首先通過離散SOC來建立Bellman過程的節點，SOC離散精度可以選擇為1%，時間步長可以確定為1s。然后計算各SOC節點之間連線的權重，這個權重對應于實現SOC變化而需要的發動機油耗。只要那些從初始SOC節點可以到達或可以由此出發達到終點SOC的節點都要被考慮。在循環工況中計算各連線權重，保留最優解，實現電機和發動機的功率要求和傳動比的全局最優化。仿真結果顯示，在某種工況循環下，通常全局優化比瞬時優化降低油耗5%20%。全局優化模式實現了真正意義上的

35、最優化，但實現這種策略的算法往往都比較復雜，計算量也很大，在車輛的實時控制中很難得到應用。通常的作法是把應用全局優化算法得到的能量管理策略作為參考，以幫助總結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合，在保證可靠性和實際可能性的前提下進行優化控制。3.4 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力系統的工作模式和功率分配，將“專家”的知識以規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/轉矩等輸入量模糊化，基于設定的控制規則來完成決策，以實現對混合動力系統的合理控制，從而提高車輛整體性能。模糊邏輯控制策略目標與瞬時優化控制策略類似，但與瞬時控制

36、策略相比，模糊邏輯控制策略具有魯棒性好的優點。模糊邏輯控制策略用于電動汽車驅動系統的控制原理，如圖6所示。在控制過程中，微機經中斷采樣獲取電動汽車行駛工況值，然后將其量與給定值比較得到誤差信號E（在此取單位反饋），再取E作為模糊控制器的一個輸入量，把E的精確量轉化為模糊量，E 量可用相應的模糊語言表示。至此，就得到了E的模糊語言集合的一個子集e（模糊向量），再由e和模糊控制規則R根據推理的合成規則進行模糊決策得到模糊控制量u: =e0R圖 6 模糊邏輯控制原理圖為了對被控制的量施加精確的控制，還需要將模糊量轉換為精確量。得到了精確的數字控制量后，經數模轉換變為精確的模擬量送給執行機構，即電動機

37、控制器，對驅動電機進行第一步控制，然后等待第二次采樣，進行第二步控制，這樣循環下去，就實現了對被控制對象的模糊控制，完成驅動控制的要求。基于模糊邏輯的策略可以表達難以精確定量表達的規則，方便地實現不同影響因素（功率需求、SOC和電機效率等）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，在混合動力汽車能量管理策略中應用是比較合適的。四、混合動力汽車的發展前景研究4.1混合動力汽車的市場應用自1995年起，世界各大汽車生產商已將研究的重點轉向了混合動力汽車的研究開發。日本豐田汽車公司開發了混合動力轎車。美國三大汽車公司均開發了包括轎車、面包車、貨

38、車在內的混合動力汽車。目前，混合動力汽車技術及市場均被看好。日本國內擁有的混合動力電動汽車已超過7萬輛，預計在2010年將達到210萬輛。美國通用公司將在5年內銷售100萬輛混合動力汽車。目前日本豐田汽車公司是走在混合動力汽車研發前沿的汽車公司，其后又在2001年相繼推出了混合動力面包車和皇冠轎車。到2002年底，豐田汽車公司生產的混合動力汽車在日本國內和海外的累計銷量均突破了10萬輛，現在已經在全世界20多個國家上市銷售。豐田混合動力系統（THS）電子控制裝置的特點是：分別利用電能、汽油或兩者組合同時工作。根據車速和負荷情況，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

39、行。在車輛的行駛過程中，乘客對THS的轉換是感覺不到的。THS系統的關鍵部分是功率分流裝置。該裝置利用一套行星齒輪組將發動機功率直接傳遞到車的前輪和發電機上。電控式變速器將汽油機、發動機和電動機的功率輸出加以混合，從而達到汽車加速和減速的需要。2002年，豐田混合動力面包車投產，其混合動力系統采用了世界首次批量生產的電動四輪驅動力/制動力綜合控制系統，它給混合動力汽車的行駛性能帶來了革命性的改進。所有這些都表明豐田公司在普及混合動力系統的低燃耗、低排放和改進行駛性能方面已經走在了世界同行前列。豐田汽車公司計劃在2012年在其全部汽車產品上采用汽油電力混合動力發動機，以提高燃油經濟性和降低排放污

40、染。據統計，美國市場上售出混合動力汽車接近7萬輛，2002年美國的混合動力汽車市場規模達到35000輛。美國已有近20個城市在試用混合動力公共汽車。歐洲各大汽車廠商也紛紛推出了混合動力汽車。法國BE集團先后推出了貝靈格型和薩拉型混合動力汽車。排放量較同類普通汽車降低35%，一次行程可高達1000km。國內90年代末期開始了混合動力汽車的研發工作。1999年，清華大學與廈門金龍聯合汽車工業有限公司合作研制成功國內第一輛混合動力輕型客車。2001年底，國家863電動汽車科技公關項目正式啟動，第一批項目中主要是混合動力車，目前正在進行當中。一汽和東風汽車集團聯合在所在地的高校和研究所，在各自客車底盤

41、上，研發混合驅動公共汽車和大型客車。此外，東風電動汽車公司還承擔了混合動力轎車的研究開發。十五目標是攻克關鍵技術、推出新產品，主要研究內容包括：發動機、電動機、蓄電池等各種單元技術；各系統的電子控制技術和整車的動力系統優化與控制技術，應節省燃料50%，排放下降80%；制動能量回收技術，應能回收30%制動能量。目前東風電動車輛股份有限公司開發出的混合動力汽車。其中，EQ7200 HEV型混合動力轎車以風神藍鳥轎車為平臺，以滿足未來城市公務、出租用車需求為目標，最大限度利用東風公司現有產品平臺及社會資源開發而成，實現產品系列化、通用化、標準化設計。主要技術參數：最高車速160km/h，鋰離子電池。

42、EQ6110V型混合動力城市公交車采用混聯 方案，專為2008年北京奧運會公交用車而開發。主要性能參數：采用東風康明斯6BTA型柴油機（最大轉矩488Nm，額定轉速2200r/min）；中科院電工所研制的交流發電機，純電池電動運行最高車速72km/h。天津清源電動車輛有限公司開發出混合動力中型客車。其主要技術特點：使用燃油和電力雙能源，同時兼顧了傳統汽車的方便性和電動汽車的環保性能；排放達到歐標準，燃油經濟性提高15%以上，適于城市和城際之間的公共交通。深圳明華環保汽車有限公司開發出混合動力電動輕型客車。其技術特點：采用并聯式混合動力系統，內燃機采用達到歐排放標準的柴油機，電動機采用國際先進的

43、異步交流電機，具有變頻調速的矢量控制系統；自身反充功能：內燃機做動力源驅動車輛行駛中可同時通過電動機/發動機功能互換將發動機用作發電機為車載蓄電池組充電以補充能量，提高電驅動續駛里程。第一汽車集團公司、美國電動車（亞洲）公司、汕頭國家電動汽車試驗示范區三方共同合作推出一款混合動力轎車CA7180AE。該款串聯式的混合動力轎車屬中高檔，13kW油機，15kW流電機，144V（105Ah）鉛酸電池，42前驅動形式，最高車速可達135km/h。4.2混合動力汽車的市場推廣情況目前從全球范圍來看，混合動力汽車已處于大規模產業化的前夕，國際、國內的汽車企業在競相研發混合動力汽車。但要真正實現自主混合動力

44、車型的普及，還有諸多障礙需要克服，包括技術上的一些關鍵難題和成本增加太多、零部件配套資源體系不成熟等。面對交通能源與環境問題的巨大挑戰，以能源多元化、排放潔凈化、燃料節約化為主要特征的節能與新能源汽車迅速發展，相互競爭，并引發了汽車動力的電控化和電氣化兩大技術變革，促進了汽車能源及動力的快速轉型。混合動力汽車可在不改變既有的汽車產業結構、能源(石油燃料)體系以及用戶對車輛使用習慣的前提下，最大限度地發揮內燃機和純電動汽車的雙重優點，達到節能和環保的目的。因而被業界認為是目前最現實可行且長遠有效的節能環保方案。混合動力汽車融合了純電動汽車和燃油汽車優點，較好地滿足了汽車低排放、低油耗、高性價比的

45、綜合要求，并較好地解決了汽車節能與環保問題，因而逐漸成為世界各大汽車生產企業開發的熱點，其市場前景也越來越被看好。目前，豐田公司是混合動力汽車領域的佼佼者。1997年12月，日本豐田汽車公司首先在日本市場上推出了世界上第一款批量生產的混合動力汽車“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。普銳斯在達成高水平的燃油經濟性和環保性能的前提下，實現了出色的動力性和舒適性。“PRIUS”的正式量產上市標志以混合動力汽車為代表的新一輪汽車研發競爭的開始。為保持領先地位，豐田公司加大了對混合動力車的投入。2005年，豐田投資1000萬美元在美國肯塔基州工廠改造設備和

46、訓練員工，以生產混合動力車。2006年10月，肯塔基州工廠生產的第一輛佳美（Camry）混合動力家庭轎車下線，預計年產量為4.8萬輛。日本本田公司推出了“Insight”、“CIVIC”等混合動力汽車，福特公司緊隨其后，推出了“ESCAPE”混合動力汽車，戴克、通用、雪鐵龍、日產等公司也紛紛加快了混合動力技術的產業化開發。普銳斯1997年在日本上市后一直反應平平，2002年的銷售量不到40000輛。2003年下半年第二代普銳斯上市，由于技術得到很大的改進，銷量迅速增長到12萬輛。隨著油價的持續上漲，更多的消費者開始購買節油和環保的混合動力汽車，這使得美國和日本混合動力汽車市場率先經歷了“井噴式

47、”增長。2005年，混合動力汽車的全球銷量增長到45萬輛，是2003年的近4倍。2000年以來，美國混合動力車市場實現了大幅增長。在美國市場，2004年混合動力汽車的銷售量僅為5萬輛，而2005年的銷售量快速增長到20.5萬輛，占全部新車銷量的1.2%。從1997年到2006年，豐田已在全球銷售75萬輛普銳斯、雷克薩斯等品牌的混合動力車，占有混合動力汽車市場近70%的份額。2006年，豐田汽車公司在美國市場上推出了4款從現有車型改造成的混合動力汽車，這些混合動力汽車的外形、操控以及車內的設備和普通車完全一樣。豐田的目標是最終將推出旗下幾乎所有車型的混合動力版，并在2012年把混合動力汽車的產量

48、提高到100萬輛。豐田公司預測，在未來的10年內，其在美國的全部轎車銷量中，混合動力車型將占有25%的市場份額。4.3混合動力汽車面臨的問題環境污染問題全世界都很關注，如何保持良好的生態環境，維護人類自身和子孫后代的健康，是全人類共同的責任。推出更加節能減排的汽車產品是所有汽車生產廠商的愿望。目前世界范圍內，豐田、本田、別克等公司均有成熟的混合動力車型，在我國市場上的混合動力車型相對較少，主要為車田的普瑞斯、本田思域Hybrid、別克君越ECO-Hybrid、雷克薩斯LS600hL、奔馳S400、奇瑞混合動力A5 BSG等車型，目前的市場銷售狀況一般，消費者評論褒貶不一。(1)混合動力車輛價格

49、偏高制約消費者的購買力。以普銳斯為例。目前由于技術限制，普銳斯售價一直偏高，在國外和國內的售價上相差也較大。一輛普瑞斯在日本的售價相當于人民幣16萬元，比同級別汽油車僅貴3萬元人民幣，在獲得部分政府補貼后，價格相當；但在我國售價要30萬元左右。雖然能降低油耗，但節省下的錢并不能抵消消費者的購車款。故有“普銳斯PRIUS所節省的汽油的價值遠低于普銳斯PRIUS比同級別全汽油車高出的價值”之說。據調查，中國的汽車消費主要還是傾向于經濟型車輛，偏高的售價讓普通消費者對混合動力車望而卻步。(2)新能源汽車的開發研究對混合動力汽車的發展有一定影響。石油資源的日漸短缺，人們越來越多地將目光投入到新興能源的

50、開發上。目前已經獲得認可的石油替代能源有：電能、氫氣、醇類、天然氣、液化石油氣、生物質能和二甲醚等，其中有些已經獲得了一定的應用。尤其電動汽車作為一種零排放、高效率、結構簡單及維修、使用方便的汽車，無疑是交通運輸工具的最佳選擇。汽車廠商將更多的人力資源和資金投入新能源汽車的開發和研究，一旦新能源技術有了較大的突破，對混合動力汽車的發展將有著一定的制約。混合動力汽車要進入實用化，需要具備高比能量和高比功率的能量儲存裝置，低成本、高效率的功率電子設備和燃料經濟性 高排放低的發動機。所面臨的關鍵性技術和需要解決的問題包括一下幾個方面。第一，內燃機與電機最優耦合功率分配比的控制和實現、功率分配裝置及其

51、與變速器一體化的設計。混合動力汽車發動機頻繁啟動、關閉，使驅動系統和附件的電能管理變得復雜，因此需要先進的檢測和控制系統；現有的以熱力發動機為主的混合動力單元在將燃油轉化為有用功的同時，需要提高轉化效率，同時還要滿足嚴格的排放標準。第二，電池性能的提高。能量儲存裝置要具有較高的比功率，以滿足汽車加速和爬坡時對大功率的需要；同時，要有較高的比能量、較長的使用壽命和低廉的制造成本。第三，減小電力電子器件尺寸、減輕質量和降低制造成本。混合動力汽車的產業化發展，依賴于上述電動汽車配套的一次或二次動力電池技術的進步或突破，也有賴于傳統內燃機技術提高，更重要的是完善驅動系統、控制系統的系統集成。第四，電力

52、驅動系統。電機必須要具有良好的可控性和容錯能力，以及具有低噪聲、高效率的特點。4.4混合動力汽車的前景與展望汽車動力系統是一個完整的體系，包括燃料、發動機、動力傳動系統三個主要層次。根據生命周期循環分析，從油井到車輪的效率來看，源于石油的最佳組合是：汽油/柴油內燃機混合動力；源于天然氣、煤的氫燃料電池及其混合動力可與合成燃料內燃機及其混合動力競爭。近年來，汽車動力系統最大的突破是混合動力技術，它為汽車動力系統的轉型奠定了基礎平臺。4.4.1混合動力汽車的市場混合動力電動汽車比較純電動汽車和原動機具有以下優點：(1)電池的數量減少，因此混合動力電動汽車自身質量可減輕。輔助動力單元(APU)的選用

53、使汽車的續駛里程與動力性能可以達到內燃機汽車的水平。(2)混合動力汽車廢氣排放量低，符合“低碳經濟”的發展規律。面對全球氣候變化，急需世界各國協同減低或控制二氧化碳排放，“低碳經濟”在這種形勢下應運而生。所謂“低碳經濟”是指在可持續發展理念指導下，通過技術創新、制度創新、產業轉型、新能源開發等多種手段，盡可能地減少煤炭、石油等高碳能源消耗，減少溫室氣體排放，達到經濟社會發展與生態環境保護雙贏的一種經濟發展形態。低碳經濟是以低能耗、低污染、低排放為基礎的經濟模式。據資料顯示，混合動力汽車的混合動力裝置發揮發動機持續工作時間長，動力性好的優點，又可以充分利用電動機無污染、低噪聲的好處，二者“并肩戰

54、斗”，取長補短，使汽車的熱效率提高10%以上，廢氣排放改善30%以上，大大降低污染，符合“低碳經濟”低污染發展規律。(3)雖然原動機會有排放產生，但是由于原動機主要工作在最佳工況點附近，因而大大減少了汽車上內燃機變工況(特別是低速、怠速)時的排放，由于可回收制動能量，使得混合動力電動汽車成為較低排放的節能汽車。(4)借助原動機輸出的動力直接帶動車內空調、暖風、真空助力器、動力轉向等汽車電器附件，無需再消耗電池組內有限的電能。在某些對汽車排放嚴格限制的地區(如商業區、旅游區、居民小區等)，混合動力電動汽車可以關閉APU，由純電力方式驅動，成為零排放的電動汽車。(5)在能源短缺的大環境下，混合動力

55、汽車的發展符合社會發展的趨勢。能源危機問題已經是世界范圍內的共性問題。盡管混合動力并不是汽車替代能源措施的最終解決方案，但在最終解決方案未定論前，它的出現讓人們為之欣喜。并且已經確確實實在節能技術上有所作為。混合動力技術的問世，是現階段解決能源問題的有效措施，符合社會節能環保的發展趨勢。電能的取得比石油更為簡單，成本更低，利用各種方式獲得電源來供給電力汽車的使用，讓汽車的使用成本更低，同時由于電動汽車的環保性，將令它成為新時代的交通工具的代表，廣受世界各國人民的喜歡，這也就注定它擁有龐大的市場。4.4.2成熟的混合動力汽車技術混合動力汽車的動力系統的全面改進，各種高新技術開始在混合動力汽車上應用，主要技術包括：燃油動力與電動動力系統集成優化技術不斷取得進展，節能效果不斷提高；高性能鋰離子電池、鎳氫電池取代傳統的鉛酸電池；高效的一體化電力驅動系統取代傳統的直流電機；電動輔助系統的廣泛應用提高了整車能量利用效率和性能；網絡系統的應用促進了混合動力汽車的模塊化和智能化；輕量化技術和電器結構安全性技術得到了系統應用。在混合動力技術的發展上，表現出明顯的模塊化和平臺化趨勢，轎車混合動力系統的模塊化愈加明