1、混合動力汽車控制策略及其研究方向目錄1.混合動力汽車的系統結構2.混合動力汽車的控制策略3.混合動力汽車的研究方向1.混合動力汽車的系統結構根據動力系統的結構和能量流動方式的不同，混合動力電動汽車可分為串聯式、并聯式、混聯式。近年，又新出現了電動輪式混合動力電動汽車。1.1串聯式動力系統 串聯式混合動力電動汽車動力組成由發動機、發電機和驅動電機3大主要部件組成。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

2、力系統1.2并聯式動力系統 并聯式混合動力電動汽車主要由發動機、電動/發電機兩大部件總成組成，它們可分開工作也可以協調工作，結構具有明顯的多樣性，可以根據使用要求選用。兩大動力總成的功率可以互相疊加，發動機功率和電動/發電機功率約為電動汽車所需最大驅動功率的0.51倍，因此，可以采用小功率的發動機與電動/發電機，使得整個動力系統的裝配尺寸、質量都較小，造價也更低，行程也可以比串聯式混合動力電動汽車長一些，其特點更加趨近于內燃機汽車。由于并聯混合動力汽車有兩套驅動系統，且不同的驅動系統有不同的工作效率區間，這就使得汽車在不同的行駛工況下，具有不同工作模式。并聯式混合動力系統1.3混聯式動力系統

3、混聯式系統最能體現HEV系統的最優化思想，同時也是最復雜、研究難度最大的結構。低速和啟動時發動機關閉，電動機由電池供電并輸出動力；發動機運行時，視電池狀態和動力需求，發電機承擔發電或調速的作用；制動時電動機和發電機均能進行制動能量回收，向電池充電。上述幾種電動車原理，其動力傳動系統基本都維持了內燃機汽車傳統的傳動方案，特別是從主減速器、差速器、半軸到車輪基本沒有改變。最近出現了一種更為先進的電動汽車，取代了這一傳統的傳動方案，這就是電動輪式混合動力電動汽車混聯式動力系統1.4電動輪式動力系統 電動輪式混合動力電動汽車最大特點就是用電子差速器代替了傳統汽車的差速器和半軸，將電動機直接安裝在驅動輪

4、上，從而使電動輪驅動型式結構簡潔、傳動高效。電動輪式動力系統2.混合動力汽車的控制策略 在混合動力汽車各部件的配置確定下來之后，如何優化控制策略是實現混合動力汽車低油耗、低排放目標的關鍵所在。在滿足汽車的動力性和其他基本技術性能以及成本等要求的前提下，針對各部件的特性及汽車的運行工況，控制策略要實現能量在發動機、電機之間的合理而有效分配、使整車系統效率達到最高，獲得整車最大的燃油經濟性、最低的排放以及平穩的駕駛性能。2.1串聯式混合動力汽車的控制策略 由于串聯式混合動力汽車的發動機與汽車行駛工況沒有直接聯系，因此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。此外，為了優化控制策略，還必

5、須考慮合并在一起的電池、電傳動系統、發動機和發電機的總體效率。以下介紹串聯式混合動力汽車的兩種基本的控制模式。 2.1.1恒溫器控制模式2.1.2發動機跟蹤器控制模式 上述兩種控制模式可以結合起來使用，其目的是充分利用發動機和電池的高效率區，使其達到整體效率最高。發動機在荷電狀態值較低或負載功率較大時均會起動；當負載功率較小且荷電狀態值高于預設的上限值時，發動機被關閉；在發動機關和開之間設定了一定范圍的狀態保持區域，這樣可以避免發動機的頻繁起停。發動機一旦起動便在相對經濟的區域內對電動機的負載功率進行跟蹤，當負載功率大于或小于發動機經濟區域所能輸出的功率時，電池組可以通過充放電對該功率差進行緩

6、沖和補償，采用該控制策略可以減少電能的循環損耗，避免電池大電流放電和發動機的頻繁起動，降低了油耗，提高了排放性能。2.2并聯式混合動力電動汽車控制策略 目前用于并聯的策略一般有并聯電輔助驅動式控制策略、并聯自適應式控制策略(實時控制策略)和模糊邏輯控制策略三種,下面分別加以介紹.221 并聯電輔助驅動式控制策略 在電輔助驅動控制策略中,利用電動機提供額外功率,并要保持電池的荷電狀態處于允許的工作范圍。具體的控制策略如下: a.當車速低于某一最小車速時,電動機提供全部的驅動力; b.當轉矩需求高于發動機的最大值時,電動機提供額外的驅動轉矩; c.當發動機在給定的車速上效率很低時,發動機關機,由電

7、動機提供驅動轉矩; d.當電池SOC過低時,發動機提供額外扭矩帶動電機工作對電池充電。 e.回收制動能量,為蓄電池充電; 2.2.2 并聯自適應式控制策略(實時控制策略) 這種控制策略兼顧了燃油經濟性和發動機廢氣排放兩方面的性能,在每一個時間段內都對發動機和電動機的轉矩分配進行優化控制。主要特點如下: a.當車速低于某一最小車速時,由電機提供全部驅動力; b.當車速大于最小車速,并且行駛需要扭矩小于電機的最大扭矩時,根據發動機的燃油消耗率和當前電池的SOC值來決定動力源; c.當行駛需要扭矩大于電機的最大扭矩,并且小于發動機在給定轉速下所能產生的最大扭矩時,由發動機獨自提供全部驅動力。發動機是

8、否驅動電機對電池充電,取決于電池的SOC以及此時電池和電機的效率; d.當行駛需要扭矩大于發動機在給定轉速下所能產生的最大扭矩時,由電機提供扭矩助力; e.減速時回收制動能量。 2.2.3 模糊邏輯控制策略 模糊邏輯控制策略的出發點是通過綜合考慮發動機和蓄電池的工作效率來實現混合動力系統的整體效率達到最高。模糊邏輯控制策略目標與實時控制策略類似,但是與實時控制策略相比,模糊邏輯控制策略具有魯棒性好的優點。模糊控制規則的主要意圖是: a.所需功率近似為當前轉速下發動機最優功率時,電機基本不工作。 b.所需功率大于最優功率一定值時,發動機工作點位于最優工作點附近,余下的部分功率由電機提供,同時使電

9、機運行效率也在較高范圍內。 c.SOC超出限定值時,采取相應措施,使其回到正常范圍。2.3混聯式混合動力汽車的控制策略 混聯式結構最能體現混合動力系統的最優化思想，同時也是最復雜、型式最多樣和研究難度最大的結構。混聯式混合動力系統結合了串、并聯混合式動力汽車結構的優點，在能量流的控制上有更大的靈活性，可以實現油耗和排放的最佳優化目標。2.3.1發動機恒定工作點控制策略 這種策略采用發動機作為主要動力源，電機和電池通過提供附加轉矩的形式進行功率調峰，使系統獲得足夠的瞬時功率。由于采用了行星齒輪機構使發動機轉速可以不隨車速變化，這樣使發動機工作在最優的工作點，提供恒定的轉矩輸出，而剩余的轉矩則由電

10、機提供。這樣電動機來負責動態部分，避免了發動機動態調節帶來的損失。而且與發動機相比，電機的控制更為靈敏，也更容易實現。2.3.2發動機最優工作曲線控制策略 這種策略從靜態條件下的發動機萬有特性出發，經過動態校正后，跟蹤由驅動條件決定的發動機最優工作曲線，從而實現對發動機及整車的控制。在這種策略下，讓發動機工作在萬有特性圖中最佳油耗線上。發動機在高于某個轉矩或功率限值后才會打開；發動機關閉后，離合器可以脫開（避免損失）或接合（工況變化復雜時，發動機起動更為容易），只有當發電機電流需求超出電池的接受能力或者當電機驅動電流需求超出電機或電池的允許限制時，才調整發動機的工作點。2.3.3瞬時優化控制策

11、略 在發動機最優工作曲線模式思想的基礎上，對混合動力車在特定工況點下整個動力系統的優化目標（如效率損失、名義油耗）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。通常的瞬時優化策略采用名義油耗和功率損失作為控制目標。2.3.4全局優化控制策略瞬時優化控制策略 在每一步長內可能是最優的，但無法保證在整個運行區間內是最優的。全局優化控制策略實現了真正意義上的最優化，但實現這種控制策略的算法往往都比較復雜，計算量也很大，在實際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控制策略作為參考，再與其它的控制策略，如發動機最優工作曲線模式等

12、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。2.4電動輪式混合動力汽車的控制策略 現在借助現代計算機控制技術直接控制各電動輪實現電子差速的控制策略，已經成為電動汽車發展的一個獨特方向。電動輪式混合動力電動汽車的核心控制技術在于實現電子差速的控制策略，電子差速器工作原理如下：當汽車直線行駛時，左右兩側車輪轉速相等，通過車輪轉速傳感器測速后將信號送入中央處理器，中央處理器比較左右兩輪的轉速后，通知電機控制器，使之左右兩輪速度一致，并且還要保證左右兩輪滾過相同的距離。當汽車轉彎時，根據轉向盤給定的轉角、路面道路工況和車輪轉速情況，中央控制器及時計算，將兩輪所需的轉速信號送給電機控制器來實現

13、對兩輪的差速控制。3.混合動力汽車的研究方向 混合動力電動汽車的良好前景已經引起了研究者的廣泛關注,對混合動力電動車技術已經進行了大量的研究,在理論和應用上都取得了一定成績。但是,混合動力電動汽車是門新技術,還不夠成熟,要實現產業化還有許多工作要做。尤其是國內,對該課題的研究,目前還基本處于實驗研究階段。因此,對這方面的研究工作有著十分重要的意義。3.1串聯式 串聯式結構簡單,控制策略也不復雜,開發難度小。但是,由于系統負載能力完全取決于電動機,為了保證汽車正常啟動和爬坡、加速性能,電動機尺寸就會較大。從國內已開發的試驗車數據來看,大部分串聯式電動車排放有所降低,油耗基本和傳統燃油車相當,爬坡

14、、加速性能較差,一般只能用在短途輕載場所。如何控制發動機時刻工作在高效率區以及如何提高車輛爬坡、加速性能是串聯式混合動力車值得進一步研究的問題。3.2 并聯式 并聯式混合動力車適合多種工況,既能做到城市中心零排放,又能在郊外以傳統內燃機汽車方式工作。與串聯式相比,由于發動機直接對驅動軸驅動,沒有過多的功率損失,所以效率更高;電動機起動避免了傳統發動機起動的缺點,在各工況下系統控制策略始終控制發動機工作在高效率區,降低了汽車油耗和排放;并聯控制策略采取的是電力維持方式,SOC被控制在一個高效、安全的范圍內并且波動較小,故電池使用壽命更長,系統有更好的經濟性。但是,由于整車包含了兩套獨立的驅動結構

15、,整車質量有所增加。而且,雖然目前并聯式混合動力電動汽車控制策略有多種,但是都還處于實驗室階段,并聯自適應式控制策略(即實時控制策略)和模糊控制策略在混合動力電動汽車上逐漸展示了自身強大的生命力,但還極其不成熟。如何提高動力復合裝置效率,降低整車質量,實現驅動系統最優控制是并聯式混合動力電動汽車急待解決的幾個問題。3.3混聯式 混聯式雖然理論上易于實現最優的燃油消耗和低排放,但是具體開發起來難以把握。一方面,因為混聯式對動力復合裝置要求更高,目前行星輪動力復合裝置的機械構架只能按固定比例來分配動力,難以滿足系統更為復雜的動力復合要求。另一方面,為了滿足混聯式混合動力車在各種工況下同時實現低排放和低油耗的目的,控制策略就必須設計得龐大而復雜,而當前用于混聯式的控制策略總體相對貧乏,所以開發難度大,開發成本高。開發高性能動力復合裝置、優化控制策略和降低成本,是混聯式混合動力電動車下一步開發的重點。3.4電動輪式 該驅動控制系統由傳統的機械連接改為電氣連接,從而省略了傳統汽車所需的一整套機械部件,整車結構簡潔、傳動高