1、 .PAGE- 31 - / NUMPAGES36 . 畢業論文題 目：混和動力汽車結構、原理與發展前景研究專 業：汽車檢測與維修 混和動力汽車結構、原理與發展前景研究裝訂線摘 要 當前，全球能源和環境問題日益突出，有關資料表明，目前已探明的石油儲量，如果按照現在的開采速度，僅夠人類使用50-60年，近年來油價不斷攀升，世界進入一個高油價時期。作為不可再生資源的石油隨著汽車業的發展顯得捉襟見肘，而傳統燃機汽車排放的廢氣對自然環境的污染也日益困擾著地球人。為此，各國政府和汽車公司紛紛開展新型高效節能汽車的研究與開發，對此設計有很多方案，例如氫能源汽車、燃料電池汽車、太陽能汽車、混合動力汽車等。但

2、以目前的條件和實用性來看，具備商業化運作條件的只有混合動力汽車（Hybrid Electric Vehicle,簡稱HEV）。混合動力汽車（亦稱復合動力汽車，英文為Hybrid Power Automobile）是指車上裝有兩個以上動力源：蓄電池、燃料電池、太陽能電池、燃機車的發電機組，當前復合動力汽車一般是指燃機車發電機，再加上蓄電池的汽車。混合動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，環境也得以改善。下面就來對混合動力汽車做一些詳細分析介紹。關鍵詞：新能源汽車 HEV 結構 原理 發展前景Mixed electric vehicle structure, the princ

3、iple 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 50-60 years.In recent years rising oil prices,The world into a perio

4、d 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 also increasingly beset the earth person.For this,Governments and car

5、 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 conditions 裝訂線and practical and see,Have the commercialized operation c

6、onditions 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 point to internal-combustion engine car generator,Plus the battery car

7、s.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 energy vehicles HEV StructurePrincipleDevelopment prospect裝訂線目 錄前言1一

8、題混合動力汽車的定義與分類21.1混合動力汽車的定義21.2混合動力汽車的分類2二 混合動力車的結構和原理72.1串裝訂線聯式混合動力汽車（SHEV）72.2并聯式混合動力電動汽車（PHEV）82.3混聯式混合動力電動汽車（PSHEV）10三 混合動力汽車的策略113.1混合動力系統控制策略11裝訂線3.2混合動力能量管理策略15四 混合動力汽車優缺點分析164.1混合動力汽車的優點分析164.2混合動力汽車的缺點分析17五 混合動力汽車的發展前景185.1混合動力汽車在國外的發展18裝訂線5.2混合動力汽車的前景235.2.1混合動力汽車的技術235.2.2混合動力汽車面臨的問題255.2.

9、3混合動力汽車的市場推廣26結語29參考文獻30前 言地球上的石油資源總有一天會枯竭，若沒有信能源或代替能源，到那時汽車將寸步難行，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石油資源的依賴。目前新能源汽車有純電動汽車、燃料電池汽車、燃氣汽車和混合動力汽車等。純電動汽車可以實現零排放，動力性、經濟性、安全性和可靠性可以達到或接近普通燃機汽車，能滿足一定續駛里程的要求，但作為動力源的蓄電池成本高，壽命短，體積和比重大，充電時間長，所以，目前還沒有哪一種蓄電池能完全滿足電動汽車的要求；燃料電池電動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生化學反應從而產生出電裝訂線

10、能啟動電動機，進而驅動汽車，燃料電池電動汽車可以減少二氧化碳的排放，有利于人類居住，還可以減少人類對石油資源的依賴，雖然燃料電池電動汽車有諸多有點，但還是有許多不完善之處，例如：制造、儲存、運輸、灌裝比較困難，氫氣價格過高、建立“加氫站”投資過大等；燃氣汽車可以降低排放、減低噪音、提高汽車的動力性和經濟性，但是氣體液化技術將提高成本，一次充氣續駛里程短，燃用天然氣或液化氣石油氣將使發動機功率下降；混合動力電動汽車（HEV）是指汽車使用汽油和電力兩種驅動方式，優點在于車輛啟動停止時只靠發電機帶動，不達到一定速度發動機就不工作，因此便能使發動機一直保持在最佳工況狀態，動力性好、排放低，而且電能的來

11、源都是發動機，只需加油即可。采用混合動力后可以按平均需用的功率來確定燃機的最大功率，此時處于油耗低、污染少的最優工況下工作。需要大功率燃機功率不足時，由電池來補充；負荷少時，富余的功率可發電給電池充電，由于燃機可持續工作，電池又可以不斷得到充電，故其行程和普通汽車一樣。因為有了電池，可以十分方便地回收制動、下坡、怠速時的能量。在繁華市區，可以關停燃機，由多次單獨驅動，實現“零”排放。有了燃機可以十分方便地解決耗能大的空調、取暖、除霜等純電動汽車遇到的難題。可以利用現有的加油站加油，不必再投資。可讓電池保持在良好的工作狀態，不發生過充、過放，延長其使用壽命，降低成本。比較而言，混合動力汽車更適合

12、現階段的生活需求。一 題混合動力汽車的定義與分類1.1混合動力汽車的定義混合動力汽車（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工作，從而降低油耗與排放。混合動力汽車就裝訂線是在純電動汽車上加裝一套燃機，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

13、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（一）根據混合動力驅動模式，混合動力系統主要分為以下三類：a.串聯式混合動力電動汽車（Series Hybrid Electric Vehicle，SHEV）;b.并聯式混合動力電動汽車（Parallel Hybrid Electric Vehicle，PHEV）;c.混聯式混合動力電動汽車（Parallel Series Hybrid Electric Vehic

14、le，PSHEV）。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HEV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）串聯式混合動力系統串聯式動力由發動機、發電機和電動機三部分動力總成組成，他們之間用串聯方式組成SHEV動力單元系統，發動機驅動發電機發電，電能通過HYPERLINK :/baike.baidu /view/122229.htm

15、控制器輸送到電池或電動機，裝訂線由電動機通過變速機構驅動汽車。小負荷時由HYPERLINK :/baike.baidu /view/3543395.htm電池驅動電動機驅動HYPERLINK :/baike.baidu /view/81241.htm車輪，大負荷時由發動機帶動發電機發電驅動電動機。當車輛處于啟動、加速、爬坡工況時，發動機、電動機組和電池組共同向電動機提供電能；當HYPERLINK :/baike.baidu /view/69501.htm電動車處于低速、滑行、怠速的工況時，則由電池組驅動電動機，當電池組缺電時則由發動機-發電機組向電池組充電。串聯式結構適用于城市頻繁起步和低速運

16、行工況，可以將發動機調整在最佳工況點附近穩定運轉，通過調整電池和電動機的輸出來達到調整車速的目的。使發動機避免了怠速和低速運轉的工況，從而提高了發動機的效率，減少了廢氣排放。但是它的缺點是能量幾經轉換，機械效率較低。串聯式混合動力系統一般由燃機直接帶動發電機發電，產生的電能通過控制單元傳到電池，再由電池傳輸給電機轉化為動能，最后通過變速機構來驅動汽車。在這種聯結方式下，電池就象一個水庫，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。圖 1-1 串聯型Plug-in HEV動力

17、系統簡圖如圖1-1所示，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。（2）并聯式混合動力系統并聯式混合動力系統有兩套驅動系統：傳統的燃機系統和電機驅動系統。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。這種系統適用于多種不同的行駛工裝訂線況，尤其適用于復雜的路況。該聯結方式結構簡單，成本低。本田的Accord和Civic采用的是并聯式聯結方式。 并聯型Plug-in HEV的特點是：并聯式布置保留了發動機與其后續傳動的機械連接，由電池組-

18、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。其結構原理如圖1-2所示。圖 1-2 并聯型Plug-in HEV動力系統簡圖（3）混聯式混合動力系統混聯式混合動力系統的特點在于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，或采用行星輪式結構結合在一起，從而綜合調節燃機與電動機之間的轉速關系。與并聯式混合動力系統相比，混聯

19、式動力系統可以更加靈活地根據工況裝訂線來調節燃機的功率輸出和電機的運轉。此聯結方式系統復雜，成本高。豐田Prius采用的是混聯式聯結方式。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燃機系統和電機驅動

20、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

21、串聯式與并聯式的綜合，圖1-3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 1-3 混聯型Plug-in HEV動力系統簡圖（二）根據在混合動力系統中，電機的輸出功率在整個系統輸出功率中占的比重，也就是常說的混合度的不同，混合動力

22、系統還可以分為以下四類： （1）微混合動力系統這種混合動力系統在傳統燃機上的啟動電機（一般為12V）上加裝了皮帶驅動啟動電機（也就是常說的Belt-alternator Starter Generator, 簡稱BSG系統）。該電機為發電啟動(Stop-Start)一體式電動機，用來控制發動機的啟動和停止，從而取消了發動機的怠速，降低了油耗和排放。從嚴格意義上來講，這種微混合動力系統的汽車不屬于真正的混合動力汽車，因為它的電機并沒有為汽車行駛提供持續的動力。在微混合動力系統里，電機的電壓通常有兩種：12v 和42v。其中42v主要用于柴油混合動力系統。 （2）輕混合動力系統代表車型是通用的混合

23、動力皮卡車。該混合動力系統采用了集成啟動電機（也就是常說的Integrated Starter Generator，簡稱ISG系統）。與微混合動力系統相比，輕混合裝訂線動力系統除了能夠實現用發電機控制發動機的啟動和停止，還能夠實現：a.在減速和制動工況下，對部分能量進行吸收；b.在行駛過程中，發動機等速運轉，發動機產生的能量可以在車輪的驅動需求和發電機的充電需求之間進行調節。輕混合動力系統的混合度一般在20以下。 （3）中混合動力系統該混合動力系統同樣采用了ISG系統。與輕度混合動力系統不同，中混合動力系統采用的是高壓電機。另外，中混合動力系統還增加了一個功能：在汽車處于加速或者大負荷工況時，

24、電動機能夠輔助驅動車輪，從而補充發動機本身動力輸出的不足，從而更好的提裝訂線高整車的性能。這種系統的混合程度較高，可以達到30左右，目前技術已經成熟，應用廣泛。 （4）完全混合動力系統該系統采用了272-650v的高壓啟動電機，混合程度更高。與中混合動力系統相比，完全混合動力系統的混合度可以達到甚至超過50。技術的發展將使得完全混合動力系統逐漸成為混合動力技術的主要發展方向。二 混合動力車的結構和原理2.1串聯式混合動力汽車（SHEV）串聯式混合動力（SHEV）模式由發動機、發電機和驅動電動機三大動力組成，發動機、發電機和驅動電動機采用“串聯”的方式組成SHEV的驅動系統 。（一）串聯式混合動

25、力（SHEV）的結構串聯式混合動力（SHEV）的結構如下圖所示。它由發動機、發電機和驅動電動機三大動力總成組成，它們采用“串聯”的方式組成驅動系統。蓄電池逆變器電動機驅動軸發電機發動機圖2-1 串聯式簡圖 （二）串聯式混合動力（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，其能量輸出可以滿足車輛要求，輔助動力系統不需要工作，蓄電池輸出的直流電經控制器變為交流電后供入驅動電動機、驅動電動機輸出的轉矩經變速器、傳動軸與驅動橋驅動車輪。蓄電池組電量低于60%時，輔助裝訂線動力系統起動，為驅動系統提供能量的同時，還給蓄電池組進行充電。當車輛能量需求較大時，輔助動力系統與蓄電池組同時為驅

26、動系統提供能量，發動機-發電機組產生的交流電經整流器變為直流電和電池輸出的直流電經控制器變為交流電后供入驅動電動機。由于蓄電池組的存在，使發動機工作在一個相對穩定的工況，使其排放得到改善。2.2并聯式混合動力電動汽車（PHEV）并聯式混合動力（PHEV）由發動機、電動/發電機或驅動電動機兩大動力總成組成。發動機、電動/發電機或驅動電動機采用“并聯”的方式組成PHEV的驅動系統。（一）并聯式混合動力（PHEV）的結構并聯式混合動力（PHEV）是由發動機與電動機、發動機或驅動電機兩大動力總成組成。裝訂線如圖2-2所示，它們采用“并聯”的方式組成驅動系統。電動機的動力要與車輛驅動系統相結合，可以：（

27、1）在發動機輸出軸處進行組合；（2）在變速器（包括驅動橋）處進行組合；（3）在驅動橋處進行組合。蓄電池逆變器電動機驅動軸發動機耦合器圖2-2 并聯式簡圖(并聯式混合動力汽車的組成:發動機、電動機/發動機、機械傳動系統、驅動電動機、逆裝訂線變器、蓄電池組)(二）并聯式混合動力（PHEV）的工作原理圖2-2所示，是一種電動機的動力在驅動輪處進行組合的驅動輪動力組合式PHEV，其驅動模式為：（1）以發動機驅動為基本驅動模式，獨立驅動后驅動輪；（2）驅動電動機為輔助驅動模式，能獨立驅動前驅動輪；在混合驅動時，發動機驅動的后輪動力與驅動電機驅動的前輪動力進行組合，成為混合四驅動模式。2.3混聯式混合動力

28、電動汽車（PSHEV）混聯式混合動力電動汽車綜合SHEV和PHEV結構特點，由發動機、電動-發電機和驅動電動機三大動力總成組成。裝訂線（一）混聯式混合動力電動汽車（PSHEV）的結構PSHEV是綜合SHEV和PHEV結構特點組成的，由發動機、電動機或發動機和驅動電機三大動力總成組成。電動機的動力要與車輛驅動系統相適合，可以在變速器（包括驅動橋）處進行組合，也可以在驅動輪處進行組合。如圖2-3所示。蓄電池逆變器電動機驅動軸發動機行星齒輪機構發電機圖2-3 混聯式簡圖混聯式混合動力汽車的機構組成：1、發動機 2、電動機/發動機 3、變速器或減速器 4、驅動橋 5、逆變器 6、驅動電動機 7、蓄電池

29、組PSHEV是綜合SHEV和PHEV結構特點組成的，由發動機、電動機或發動機和驅動電機三大動力總成組成。電動機的動力要與車輛驅動系統相適合，可以在變速器（包括驅動橋）處進行組合，也可以在驅動輪處進行組合。（二）混聯式混合動力電動汽車（PSHEV）的工作原理圖2-3所示的是一種發動機的動力與驅動電動機的動力在驅動輪處進行組合的方式，裝訂線其驅動模式為：（1）以發動機驅動為基本驅動模式，帶動電動機/發動機，并獨立驅動后驅動輪；（2）以驅動電動機為輔助驅動模式，能獨立驅動前驅動輪； 在混合驅動時，發動機驅動的后輪動力與驅動電動機驅動的前輪動力進行組合，成為混合四輪驅動模式。三 混合動力汽車的策略3.

30、1混合動力系統控制策略因混合動力汽車各個組成部件、布置方式與控制策略的不同，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與基于規則型策略（前兩者綜合）。并聯控制策略主要包括：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

31、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。（一）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）上下限與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與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、充電模式與制動能量回饋模式。（1）正常行駛模式。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

32、率劃分成三個區域，即：純電動區域、發動機驅動區域與電動機輔助功率區裝訂線域。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工作，

33、仍然依靠電動機提供驅動力。（3）制動能量回饋模式。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。（二）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

34、個動力系統的優化目標（如效率損失和名義油耗）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。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，以與電機的等效燃油消耗，最后選名義油耗最小的點作為當前

35、工作點，實現對發動機和電機輸出轉矩的合理控制。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是最優的，但無法保證在整個運行區間最優，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與制動時能量回收裝訂線量；（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

36、定發動機的最優工作點。根據對并聯混合動力汽車動力性、經濟性和排放性能的折中，建立實時控制的目標函數。Min( f)= QUOTE + QUOTE + QUOTE + QUOTE +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。（三）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

37、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）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3-1所示。假設初始（t=0）SOC

38、是A，而裝訂線終止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E）是：A B CDE。圖 3-1 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

39、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。（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，

40、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，但與瞬時控制策裝訂線略相比，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3-2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 3-2 模糊邏輯控制原理圖為了對被控

41、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。3.2混合動力能量管理策略混合動力汽車具有兩個以上的動力源，因此為了解決混合動力汽車多動力源

42、所引起的模式切換和功率分配，需要引入一個能量管理系統對系統的能量流動進行合理的分配。管理模式應該遵循選定的能量管理策略并對其進行優化，以實現混合動力汽車要達到的目標，一般來說，應該達到的幾個主要設定目標是：使燃油經濟性；（2）使排放最低；（3）為了保持整車價格能夠被市場接受，使裝訂線啟動系統成本最小化；（4）在實現上述三點同時，維持或者提高整車的性能。通常來說，混合動力汽車動力系統的結構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用于各種結構的控制策略。（一）電動機輔助控制策略電動機輔助控制策略（Electric Assisted Control Strategy）。電動機輔

43、助的能力控制策略采用發動機作為主動力源，電動機和蓄電池協助提供峰值功率。這種控制策略容易對發動機運行工況進行優化。與發動機相比，電動機響應快、控制靈敏，容易實現不同的控制方法。這種控制策略在大多數并聯式混合動力系統中采用。（二）優化ICE曲線控制策略優化ICE曲線控制策略（Optimum ICE Curve Control Strategy）。優化ICE曲線控制策略從靜態條件下的發動機萬有特性出發，將一定發動機轉速和一定負荷下發動機的最低燃油消耗點連成一條線，也就是靜態條件下發動機的最佳工作曲線。在這種模式下，發動機在需求功率或轉矩高于某個限值時才會工作。同時，只有在極限情況下（如當需求功率超

44、過了蓄電池的最大功率調節能力時），才會調整發動機的工作點。這種控制策略借鑒了傳統汽車的控制經驗，側重于發動機局部最優。四 混合動力汽車優缺點分析4.1混合動力汽車的優點分析在所有的節能環保型汽車技術當中，混合動力技術被公認為是目前最可行、最現實的節能技術，而混合動力汽車也是目前世界上唯一能實現量產的節能環保型汽車，這是混合動力汽車的最大優勢所在。具體體現在：（1）排放性能良好。一般車輛在怠速、啟動時造成的污染最厲害，因為此時發動機負荷大、汽油燃燒不充分；而在怠速狀態的混合動力車發動機并不工作，因此不會有排放。混合動力車在啟動時只有電動機工作，也克服了過多排放問題，使得發動機能保持良好的工作狀態

45、，實現了燃油效率提高，在很大程度上減少了尾氣排放。（2）動力性能佳。混合動力汽車可根據不同車況來選擇發動機、發電機和蓄電池之裝訂線間的任意組合，能形成適合車況的動力輸出。當混合動力車達到一定速度時，車輛的發動機、電動機同時工作，這個時候排量為15的混合動力車發揮出的動力相當于20排量的普通轎車，尤其是在爬坡、轉彎、加速時，更是體現出良好的動力性能。（3）耗油量低。根據豐田公司的測試，普銳斯在城市路況下行駛比同等排量的花冠轎車節油444，在市郊行駛節油297。該車平均油耗為41100km，比平均油耗在7 1100kin左右的花冠每年節省大約2556元(按每年行駛20000km、93號汽油426形

46、l計)。尤其在大中城市，交通擁堵現象嚴重，汽車起步停車頻繁，混臺動力車的能量轉化優勢將體現得更為明顯。4.2混合動力汽車的缺點分析由于混合動力汽車仍需要燃燒汽油，因此無法從根本上擺脫對石油的依賴和徹底解決環保問題，也因此混合動力汽車沒有太大的市場號召力。和許多新技術一樣，混合動力系統的生產成本比燃發動機系統的成本更高。混合動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、電力發動機以與精密的電子控制模板。因此加載了混合動力系統的車型要比同級別車型貴20-30(如豐田混合動力車的價格比同級別汽油車貴4500美元左右)。這就妨礙了該類汽車的普與。在高速公路上表現不佳。據美國2006年

47、進行的一項對比測試顯示，在同一高速混合路況中行駛5000kin，柴油車和混合動力車在燃油經濟性方面幾乎是完全一樣的。其原因是，混合動力雖然在城市路況中具有優勢，但在高速路上，仍需全憑汽油發動機驅動，并且由于加載了幾百公斤的電池與電動機，反而更多耗費些汽油H1。五 混合動力汽車的發展前景5.1混合動力汽車在國外的發展就目前的形勢來看，混合動力電動車擁有的特點是混合動力電動汽車具備了良好的動力性能、良好的燃油經濟性、清潔環保、經濟實用，但為了達到提高車輛的動力性、經濟性和環保性, 就需要采用當代最先進的燃機技術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, 研究它的低速大

48、轉矩、效率和再生制動能量回饋性能； 經過周密分析和試驗研究特性, 最佳選擇各自高性能區段的組合與疊加。另一方面，混合動力汽車成本過高絕對是目前混合動力電動汽車推廣應用的主要難點, 這是因為混合動力汽車除了以往的動力裝置外, 至少還必須安裝電池, 其成本不可能降至普通汽車的水準。因此, 混合動力汽車技術發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, 特別是必須降低動力電池、電機驅動系統、電子控制系統等的成本。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, 設計改進汽車動力系統, 滿足汽車再生制動回收要求，加強混合動力電動汽車的可靠性, 解決動力電池的使

49、用壽命和可靠性問題, 是混合動力電動汽車推廣應用的前提。但是在國際能源緊缺，混合動力可以很好的節省汽車行進過程中減速、下坡過程的能量消耗，同時其排量低、污染小，也是未來汽車發展的必然趨勢（一）國外混合動力汽車的發展情況從目前世界圍的整個形勢來看，日本是電動汽車技術發展速度最快的少數幾個國家之一，特別是在發展混合動力汽車方面，日本居世界領先地位。目前，世界上能夠批量產銷混合動力汽車的企業，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

50、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訓練員工。以生產混合動力車。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、操控以與車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提高到100萬輛。豐田公司預測，在未來的10年，其在美國的全部轎車銷量中，混合動力

51、車型將占有25的市場份額。本本田公司推出“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。通用、戴克、寶馬三家公司在混合動力技術發展方面結成了技術聯盟，攜手發展雙模混合動力技術，并在2005年的北美車展上引入了一款結合了V8柴油發動機和最新一代混合動力裝訂線驅動系統的S級轎車。通用汽車公司在2006年底特律北美國際汽車展上發布了兩款全新混合動力SUV：2007年土星Vue Green Line混合動力車和2008雪佛蘭Tahoe雙模式混合動力車。自1995年起，世界各大汽車

52、生產廠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Prius牌混合動力轎車，本田公司開發了Insight牌混合動力轎車。美國三大汽車公司均開發了包括轎車、面包車、貨車在的混合動力汽車，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，混合動力汽車技術與市場均看好。日本國擁有的混合動力電動汽車己超過7萬輛，預計在2010年將達到210萬輛。日本豐田汽車公司計劃到2005年生產30萬輛混合動力汽車。2003年初，美國Finance Times曾報道，一旦發生石油危機，美國通用公司計劃將在5年銷售

53、100萬輛混合動力汽車，并已決定在2003年銷售12種混合動力汽車。目前，日本豐田汽車公司是走在混合動力汽車研發最前沿的汽車公司，開發的混合動力汽車已達到實用化水平。1997年，豐田推出了世界上第一款批量生產的混合動力汽車Prius，其后又在2001年相繼推出了ESTIMA混合動力面包車和 皇冠(CROWN)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。著名的Prius為4門5座3廂式串聯式混合動力轎車，采用了橫向直列4缸16氣門雙頂置凸輪軸電噴汽油機(1.5升、最大功率 53千瓦)、驅動用鎳氫電池和電動無級

54、變速系統，標準配置有雙安全氣囊、電動門窗、中置數字液顯儀表板、行駛電腦顯示屏、自動空調、音響等。豐田Prius混合動力系統(THS)電子控制裝置的特點是，可分別利用電能、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、發電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ESTIMA混合動力面包車投產，其混合動力系統采用了世界首

55、次批量生產的電動4輪驅動與4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與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業前列。豐田汽車公司計劃20l2年在其全部汽車產品上采用汽油裝訂線電力混合動力發動機，以提高燃油經濟性和降低排放污染。美國1993年9月啟動新一代汽車伙伴計劃，其時間表為：1997年完成技術選擇，2000年推出概念車，2004年推出能用于投產的式樣車。當年，美國能源部與三大汽車公司簽訂了混合動力汽車開發合同，其用汽車公司投入1.48億美元，福特投入1.38億美元，克萊斯勒投入8480萬美元，進行為期6年

56、的研制開發工作。 1997年，PNGV計劃已完成了新一代汽車的技術選擇，經過充分醞釀，認真篩選，確定了輕質材料、混合動力、高性能引擎(四沖程直燃式引擎)和燃料電池(PEM燃料電池)為PNGV的技術主要方向。在美國47個州的21個聯邦實驗室，51所大學中，有1200多個PNGV的研究專案正在進行中，PNGV計劃已使美國全國形成了一個汽車技術創新的國家行動。經過多年努力，三大公司于1998年北美國際汽車展上分別展出了樣車。在此基礎上，現已按期推出三款混合動力轎車-通用Precept、福特Prodigy、克萊斯勒Dodge ESX3，三款車均接近或實現了3升/百公里的目標。其中，通用汽車Precep

57、t是目前唯一達到新一代汽車協作伙伴關系(PNGV)油耗要求的車型。這是一輛四門、五人座轎車，其驅動系統系由一臺3缸1.3升直噴柴油引擎與兩臺電動機(包括驅動前輪的電動機和驅動后輪的柴油-電動機組)與一臺手動自動變速箱組成，而電動機可吸收剎車過程中的制動能量，并給以上的電池組充電。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。薩拉型混合動力汽車以雪鐵龍的Estate加長型轎車為原型，配備一個55kWDE的汽

58、油燃機發動機和一個25kW的電動機，排放量較同類普通汽車降低35%，一次行程可高達1000km。（二）國混合動力汽車發展情況目前我國各大汽車集團都在進行混合動力電動汽車研發，多數以混合動力電動客車為主，這種研發方向符合我國國情，有利于我國電動汽車的研究發展。 一汽研發的紅旗HQ3裝訂線于2006年投產；東風集團的混合動力公交車已于2005年7月完成最終產品定型樣車試驗并通過驗收；長安集團具有完全自主知識產權的羚羊混合電動車已產出樣車，其裝備混合動力技術的長安CV9已經下線；奇瑞集團成立了國家節能環保汽車工程技術研究中心，將在2006年下半年重點推出第一自主品牌真正意義上的混合動力車，代號為“B

59、SG”的混合動力車；吉利集團旗下的華普汽車已與同濟大學汽車學院簽署合作協議，預計3年完成混合動力轎車商業化生產；五洲龍汽車也表示，中國規模最大、投放車輛最多的混合動力示運營線路即將在市龍崗區開通。而本田更是緊跟豐田的步伐，于2006年中下旬推出國產雅閣混合動力車。上汽集團與通用簽署協議，將聯手開發混合動力轎車和公交客車。來自中興汽車的消息，中興汽車與美國在“汽車混合動力技術、轉子發動機技術與飛行汽車技術”等方面有著雄厚的技術實力的梅爾萊普頓集團簽訂了合作意向書，正式介入“油汽混合動力技術”領域。與此同時，新能源汽車作為未來汽車的主要發展方向，國家一向給予支持和鼓勵。如汽車產業發展政策、“十一五

60、”汽車產業發展規劃等政策和文件都鼓勵清潔汽車、代用燃料與汽車節油技術的發展。據悉，長安集團也已加快了混合動力汽車的下線準備，日前，長安杰勛混合動力汽車經過六年的艱苦攻關研發成功，目前已進入量產階段。其整車油耗比傳統汽車低20以上，排放限值滿足國標準。據長安集團有關負責人介紹，長安杰勛HEV轎車創造了多項中國第一：第一款自主研發量產的混合動力轎車；第一個將中度混合技術方案實現產業化的車型；第一款在整車、動力總成和混動系統三個方面全新自主的一體化設計量產車型；國家863計劃重大汽車專項中第一款實現量產下線的自主品牌轎車；第一款在整車和系統技術上擁有完整自主知識產權的車型，共擁有各類專利300余項，