混合動力驅(qū)動方式、簡介

1、. 混合動力汽車的驅(qū)動方式3.1 混合動力汽車的定義國際電子技術(shù)委員會(International Electro-technical Commission，簡稱 IEC)對混合動力車輛的定義為：“在特定的工作條件下，可以從兩種或兩種以上的能量存儲器、能量源或能量轉(zhuǎn)化器中獲取驅(qū)動能量的汽車。其中至少有一種存儲器或轉(zhuǎn)化器要安裝在汽車上。混合動力電動汽車（HEV）至少有一種能量存儲器、能量源或能量轉(zhuǎn)化器可以傳遞電能。串聯(lián)式混合動力車輛只有一種能量轉(zhuǎn)化器可以提供驅(qū)動力，并聯(lián)式混合動力車輛則不止一種能量轉(zhuǎn)化器提供驅(qū)動力?！?.2 混合動力汽車的驅(qū)動類型 根據(jù)混合動力驅(qū)動的聯(lián)結(jié)方式，混合動力系統(tǒng)主要分為

2、以下三類：一是串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)。串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)一般由內(nèi)燃機(jī)直接帶動發(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)化為動能，最后通過變速機(jī)構(gòu)來驅(qū)動汽車。在這種聯(lián)結(jié)方式下，電池就象一個水庫，只是調(diào)節(jié)的對象不是水量，而是電能。電池對在發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的能量和電動機(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。這種動力系統(tǒng)在城市公交上的應(yīng)用比較多，轎車上很少使用。二是并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)。并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)有兩套驅(qū)動系統(tǒng)：傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)。兩個系統(tǒng)既可以同時協(xié)調(diào)工作，也可以各自單獨工作驅(qū)動汽車。這種系統(tǒng)適用于多種不同的行駛工況，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

3、本低。本田的Accord和Civic采用的是并聯(lián)式聯(lián)結(jié)方式。三是混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)?；炻?lián)式混合動力系統(tǒng)的特點在于內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動系統(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)與電動機(jī)之間的轉(zhuǎn)速關(guān)系。與并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)相比，混聯(lián)式動力系統(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)。此聯(lián)結(jié)方式系統(tǒng)復(fù)雜，成本高。Prius采用的是混聯(lián)式聯(lián)結(jié)方式。 根據(jù)在混合動力系統(tǒng)中，電機(jī)的輸出功率在整個系統(tǒng)輸出功率中占的比重，也就是常說的混合度的不同，混合動力系統(tǒng)還可以分為以下四類：一是微混合動力系統(tǒng)。代表的車型是PSA的混合動力版C3和豐田的

4、混合動力版Vitz。這種混合動力系統(tǒng)在傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)上的啟動電機(jī)(一般為12V)上加裝了皮帶驅(qū)動啟動電機(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(Stop-Start)一體式電動機(jī)，用來控制發(fā)動機(jī)的啟動和停止，從而取消了發(fā)動機(jī)的怠速，降低了油耗和排放。從嚴(yán)格意義上來講，這種微混合動力系統(tǒng)的汽車不屬于真正的混合動力汽車，因為它的電機(jī)并沒有為汽車行駛提供持續(xù)的動力。在微混合動力系統(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力系統(tǒng)。二是輕混合動力系統(tǒng)。代表車型是通用的混合動力皮卡車。該混合動力系統(tǒng)

5、采用了集成啟動電機(jī)(也就是常說的Integrated Starter Generator，簡稱ISG系統(tǒng))。與微混合動力系統(tǒng)相比，輕混合動力系統(tǒng)除了能夠?qū)崿F(xiàn)用發(fā)電機(jī)控制發(fā)動機(jī)的啟動和停止，還能夠?qū)崿F(xiàn)：(1)在減速和制動工況下，對部分能量進(jìn)行吸收;(2)在行駛過程中，發(fā)動機(jī)等速運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的能量可以在車輪的驅(qū)動需求和發(fā)電機(jī)的充電需求之間進(jìn)行調(diào)節(jié)。輕混合動力系統(tǒng)的混合度一般在20%以下。三是中混合動力系統(tǒng)。本田旗下混合動力的Insight, Accord 和Civic都屬于這種系統(tǒng)。該混合動力系統(tǒng)同樣采用了ISG系統(tǒng)。與輕度混合動力系統(tǒng)不同，中混合動力系統(tǒng)采用的是高壓電機(jī)。另外，中混合動力系統(tǒng)

6、還增加了一個功能：在汽車處于加速或者大負(fù)荷工況時，電動機(jī)能夠輔助驅(qū)動車輪，從而補(bǔ)充發(fā)動機(jī)本身動力輸出的不足，從而更好的提高整車的性能。這種系統(tǒng)的混合程度較高，可以達(dá)到30%左右，目前技術(shù)已經(jīng)成熟，應(yīng)用廣泛。四是完全混合動力系統(tǒng)。豐田的Prius 和未來的Estima屬于完全混合動力系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用了272-650v的高壓啟動電機(jī)，混合程度更高。與中混合動力系統(tǒng)相比，完全混合動力系統(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力系統(tǒng)逐漸成為混合動力技術(shù)的主要發(fā)展方向。3.3、串聯(lián)式混合動力電動汽車(SHEV)3.3.1、串聯(lián)式混合動力電動汽車的結(jié)構(gòu)串聯(lián)式混合動力電動汽車由發(fā)動機(jī)、發(fā)

7、電機(jī)、電池組、驅(qū)動電機(jī)和控制器主要部件組成。發(fā)動機(jī)僅僅用于發(fā)電，發(fā)電機(jī)所發(fā)出的電能供給電動機(jī)，電動機(jī)驅(qū)動汽車行駛。發(fā)動機(jī)和發(fā)電機(jī)集成組成一個系統(tǒng)，即輔助動力單元，當(dāng)發(fā)動機(jī)發(fā)出的功率超過汽車行駛所需要的功率時，發(fā)電機(jī)發(fā)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(jī)提供電能來驅(qū)動電動汽車，使混合動力電動汽車在零污染狀態(tài)下行駛。3.3.2、串聯(lián)式混合動力電動汽車的驅(qū)動模式在串聯(lián)式混合動力電動汽車上，由發(fā)動機(jī)帶動發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的電能和電池輸出的電能，共同輸出到電動機(jī)來驅(qū)動汽車行駛，電動機(jī)是唯一的驅(qū)動模式。串聯(lián)式 HEV 驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如下圖所示。只有電動機(jī)直接與驅(qū)

8、動橋相連接（這一點與純電動汽車相同），而發(fā)動機(jī)與發(fā)電機(jī)直接連接產(chǎn)生電能，來驅(qū)動電動機(jī)或者給蓄電池充電。汽車行駛時的驅(qū)動力由電動機(jī)來輸出，它將儲存在蓄電池中的電能轉(zhuǎn)化為車輪上的機(jī)械能。當(dāng)蓄電池的荷電狀態(tài)值（SOC，StateOf Charge）降到一個預(yù)定值時，發(fā)動機(jī)即開始對蓄電池進(jìn)行充電。發(fā)動機(jī)與驅(qū)動系統(tǒng)并沒有機(jī)械地連接在一起，這種方式可以很大程度地減少發(fā)動機(jī)所受到的車輛的瞬態(tài)響應(yīng)。瞬態(tài)響應(yīng)的減少可以使發(fā)動機(jī)進(jìn)行最優(yōu)的噴油和點火控制，使其在最佳工況點附近工作。3.3.3、串聯(lián)式混合動力電動汽車的優(yōu)缺點 優(yōu)點：(1)發(fā)動機(jī)能夠經(jīng)常保持在穩(wěn)定、高效、低污染的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，使有害排放氣體控制在最低范圍內(nèi)

9、，并可采用燃?xì)廨啓C(jī)、轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)等其他形式的發(fā)動機(jī)。(2)串聯(lián)式混合動力電動汽車從整體結(jié)構(gòu)上看，只有發(fā)電機(jī)電動機(jī)的電力系統(tǒng)，其特點更加趨近于電動汽車。幾個大部件總成在電動汽車上布置起來，將有較大的自由度。缺點：各部件總成各自的功率較大，外形較大，質(zhì)量也較大，在中小型電動汽車上布置有一定的困難。在發(fā)動機(jī)發(fā)電機(jī)電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中的熱能電能機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換過程中，能量損失較大。因此發(fā)動機(jī)輸出的能量利用率要比內(nèi)燃機(jī)汽車低。所以，串聯(lián)式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)較適合在大型客車上使用，該布置形式更適合于道路復(fù)雜的城市工況和山區(qū)公路運(yùn)行。在環(huán)保要求高的市區(qū)，汽車在起步和低速行駛時，可以關(guān)閉發(fā)動機(jī)進(jìn)入純電動狀態(tài)，使汽車達(dá)

10、到零排放的要求。隨著蓄電池技術(shù)的發(fā)展，存儲能量性能的不斷提高，串聯(lián)式混合動力電動汽車使用發(fā)動機(jī)的次數(shù)越來越少，最終會向純電動汽車的目標(biāo)邁進(jìn)。3.4、混聯(lián)式混合動力電動汽車混聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)是串聯(lián)式與并聯(lián)式的綜合，它的結(jié)構(gòu)形式和控制方式充分發(fā)揮了兩種驅(qū)動形式各自的優(yōu)點。能夠使發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動機(jī)等部件進(jìn)行更多的優(yōu)化匹配，從而在結(jié)構(gòu)上保證了在更復(fù)雜的工況下使系統(tǒng)工作在最優(yōu)狀態(tài)，因此更容易實現(xiàn)排放和燃油消耗的控制目標(biāo)。一種可能的設(shè)計方式是將串聯(lián)式和并聯(lián)式的所有部件用一個離合器連接起來，使車輛在某種情況下以串聯(lián)式工作，在另一種情況下則以并聯(lián)式工作。根據(jù)不同的驅(qū)動條件來選擇具有優(yōu)勢的那一種驅(qū)動方式。但是這

11、種布置方式將會比單純的串聯(lián)式或并聯(lián)式增加更多的零部件，導(dǎo)致整車的尺寸增大和復(fù)雜程度增加。豐田 Prius 所采用的混合驅(qū)動方式豐田 Prius 驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖所示。豐田 Prius 驅(qū)動系統(tǒng)是將發(fā)動機(jī)、發(fā)電 豐田prius混合動力電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)機(jī)和電動機(jī)通過一個行星齒輪裝置連接起來。動力從發(fā)動機(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機(jī)并輸出到驅(qū)動軸。這種機(jī)構(gòu)有兩個自由度，可以自由的控制兩個不同的速度(例如：發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速與差速器輸入的轉(zhuǎn)速)。此時車輛并不是串聯(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)動方式的優(yōu)點。3.5、并聯(lián)混合動力汽

12、車研究狀況3.5.1、并聯(lián)式混合動力電動汽車的驅(qū)動模式并聯(lián)式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖所示， 發(fā)動機(jī)和電動機(jī)通過某種變速裝置同時與驅(qū)動橋直接相連接。電動機(jī)可以用來平衡發(fā)動機(jī)所受的載荷，使其能在高效率區(qū)域工作，因為通常發(fā)動機(jī)工作在滿負(fù)荷(中等轉(zhuǎn)速)下，燃油經(jīng)濟(jì)性最好。當(dāng)車輛在較小的路面載荷下工作時，傳統(tǒng)車輛的發(fā)動機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性比較差，而并聯(lián)式混合動力汽車的發(fā)動機(jī)此時可以被關(guān)閉掉而只用電動機(jī)來驅(qū)動汽車，或者增加發(fā)動機(jī)的負(fù)荷使電動機(jī)作為發(fā)電機(jī)，給蓄電池充電以備后用（即一邊驅(qū)動汽車，一邊充電）。由于并聯(lián)式混合動力電動汽車在穩(wěn)定的高速行駛下發(fā)動機(jī)具有比較高的效率和相對較小的質(zhì)量，所以它在高速公路上行駛

13、具有比較好的燃油經(jīng)濟(jì)性。 并聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)有兩條能量傳輸路線，可以同時使用電動機(jī)和發(fā)動機(jī)作為動力源來驅(qū)動汽車，如果其中的一條驅(qū)動線路出了問題，另一個仍然可以驅(qū)動汽車。這種設(shè)計方式可以使其以純電動汽車，或低排放汽車的狀態(tài)運(yùn)行，但是此時不能提供全部的動力能源。并聯(lián)式混合動力汽車通常有以下四種組合驅(qū)動方式（如下圖）：a. 驅(qū)動力結(jié)合式 驅(qū)動力結(jié)合式電動汽車采用一個小功率的發(fā)動機(jī)，單獨地驅(qū)動汽車的前輪。另外一套電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)單獨地驅(qū)動汽車的后輪，可以在汽車啟動、爬坡或加速時增加混合動力汽車的驅(qū)動力。兩套驅(qū)動系統(tǒng)可以獨立地驅(qū)動汽車，也可以聯(lián)合驅(qū)動汽車，使電動汽車變成四輪驅(qū)動的電動汽車。此種混合動力電動汽車

14、具有四輪驅(qū)動的特性。b. 轉(zhuǎn)矩結(jié)合式(雙軸式和單軸式) 轉(zhuǎn)矩結(jié)合式并聯(lián)式混合動力電動汽車的發(fā)動機(jī)通過傳動系統(tǒng)直接驅(qū)動混合動力電動汽車，并直接（單軸式）或間接（雙軸式）帶動電動/發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動向蓄電池充電。蓄電池也可以向電動/發(fā)電機(jī)提供電能，此時電動/發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換成電動機(jī)，可以用來啟動發(fā)動機(jī)或驅(qū)動汽車。c. 轉(zhuǎn)速結(jié)合式 轉(zhuǎn)速結(jié)合式并聯(lián)式混合動力電動汽車的發(fā)動機(jī)通過離合器和一個“動力組合器”來驅(qū)動汽車，電動機(jī)也是通過“動力組合器”來驅(qū)動汽車?？梢岳闷胀▋?nèi)燃機(jī)汽車的大部分傳動系統(tǒng)的總成，電動機(jī)只需通過“動力組合器”與傳動系統(tǒng)連接，結(jié)構(gòu)簡單，改制容易，維修方便。通?！皠恿M合器”就是一個行星齒輪機(jī)構(gòu)，這種

15、裝置可以使發(fā)動機(jī)或電動機(jī)之間的轉(zhuǎn)速可以靈活的分配，但它們組合在特定的“動力組合器”中，因為“動力組合器”使它們的轉(zhuǎn)矩固定在電動汽車行駛時的轉(zhuǎn)矩上，要用調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)節(jié)氣門的開度來與電動機(jī)的轉(zhuǎn)速相互配合，才能獲得最佳傳動效果，從而使得控制裝備變得十分復(fù)雜。3.5.2、并聯(lián)混合動力電動汽車的結(jié)構(gòu)特點及優(yōu)缺點 結(jié)構(gòu)特點 1、兩條驅(qū)動線路：內(nèi)燃機(jī)和電動機(jī)都可以通過各自的驅(qū)動線路驅(qū)動車路。2、三種基本驅(qū)動方式：發(fā)動機(jī)單獨驅(qū)動、電動機(jī)單獨驅(qū)動、發(fā)動機(jī)和電動機(jī)聯(lián)合驅(qū)動。3、屬于電力輔助型燃油汽車，可降低排放和燃油消耗。4、當(dāng)發(fā)動機(jī)提供的功率大于驅(qū)動車輪所需的功率或者再生制動時，電動機(jī)工作在發(fā)電的狀態(tài)，將多余的能

16、量充入蓄電池。優(yōu)點: 1、只有發(fā)動機(jī)和電動機(jī)兩個動力總成，兩者的功率可以等于車輛驅(qū)動功率的50%-100%，比串聯(lián)式混合動力電動汽車三個動力總成的功率、質(zhì)量和體積小很多。2、發(fā)動機(jī)可以直接驅(qū)動車輛，沒有串聯(lián)式混合動力電動汽車發(fā)動機(jī)的機(jī)械能-電能-機(jī)械能的轉(zhuǎn)換過程，能量轉(zhuǎn)換的綜合效率比串聯(lián)式混合動力電動汽車高，當(dāng)車輛需要最大輸出功率時，電動機(jī)可以提供額外的輔助動力，因此發(fā)動機(jī)功率可以選擇較小，燃油經(jīng)濟(jì)性比串聯(lián)式混合動力電動汽車好。3、與電動機(jī)配套的動力電池組容量較小，使整車質(zhì)量減小。4、當(dāng)輕度混合時，電動機(jī)可帶動發(fā)動機(jī)起動，調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)的輸出功率，使發(fā)動機(jī)基本穩(wěn)定在高效率、低污染狀態(tài)下工作。發(fā)動機(jī)

17、也可以帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電向電池組充電，以延長續(xù)駛里程。缺點：1、需要配備與內(nèi)燃機(jī)相同的傳動系統(tǒng)，總布置基本與內(nèi)燃機(jī)汽車相同，動力性能接近內(nèi)燃機(jī)汽車。發(fā)動機(jī)工況會受到車輛行駛工況的影響，有害氣體排放高于串聯(lián)式混合動力電動汽車。2、需要裝置離合器、變速器、傳動軸和驅(qū)動橋等總成，還有電動機(jī)、動力電池組和動力合成器等裝置，因此動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，布置和控制更困難。因此，并聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)最適合在城市間道路和高速公路上行駛，工況穩(wěn)定，發(fā)動機(jī)經(jīng)濟(jì)性和排放性都會有所改善,和混聯(lián)式混合動力電動汽車相比較而言結(jié)構(gòu)簡單，價格也容易被廣大消費(fèi)者接受，因此，在電池技術(shù)問題沒有得到很好的解決的情況下，它有望在不久的將來成為汽車商

18、業(yè)的主流產(chǎn)品。3.5.3、并聯(lián)混合動力電動汽車的控制 并聯(lián)混合動力汽車是一個集機(jī)械、電器、化學(xué)和熱力學(xué)系統(tǒng)于一體的復(fù)雜的高度非線性動態(tài)系統(tǒng),如何有效地協(xié)調(diào)好各子系統(tǒng),控制各子系統(tǒng)間的能量流動,并針對不同的行駛工況和駕駛風(fēng)格,在不降低整車性能的情況下,實現(xiàn)整車的最佳燃油經(jīng)濟(jì)性和排放并兼顧整車的成本是并聯(lián)混合動力汽車控制策略的設(shè)計方向。基于以上要求,并聯(lián)混合動力汽車控制策略總的設(shè)計準(zhǔn)則為:1、盡量控制使發(fā)動機(jī)在高效區(qū)工作,保持電機(jī)高效工作;2、減少發(fā)動機(jī)的開/關(guān)次數(shù);3、選擇合適的電池SOC,并維持在一定范圍內(nèi);4、合理分配汽車所需功率,優(yōu)化車載能源,提高各子系統(tǒng)間的能量流動效率;5、動態(tài)性能好,

19、有良好的自適應(yīng)和自學(xué)習(xí)能力。早期的控制策略由于技術(shù)的限制大多是基于速度的控制。在這種控制策略中,將發(fā)動機(jī)啟動的設(shè)定車速設(shè)計為一個定值,依據(jù)瞬時工況車速判定整車的工作模式:當(dāng)車速低于設(shè)定值時,發(fā)動機(jī)關(guān)閉,由電機(jī)單獨工作;當(dāng)車速高于設(shè)定值時,發(fā)動機(jī)單獨工作;當(dāng)車輪負(fù)荷比較大時(如汽車急加速、爬陡坡或以較高車速爬坡),則由發(fā)動機(jī)和電機(jī)聯(lián)合驅(qū)動車輪?；谒俣鹊目刂撇呗?由于其簡單,易于被控制工程師理解,技術(shù)門檻較低,因而在混合動力汽車開發(fā)初期得到了較為廣泛的研究和應(yīng)用。但同時也有其明顯的缺點:控制參數(shù)單一,動態(tài)特性差,沒有充分利用混合動力系統(tǒng)的優(yōu)勢,通常整車的燃油經(jīng)濟(jì)性不是最優(yōu),而且還沒有考慮排放,特

20、別是有時車速即便很高,但對驅(qū)動力的要求可能很低,比如在高速滑行或勻速行駛時,此時發(fā)動機(jī)的工作負(fù)荷較低,效率不高?；谝陨显?現(xiàn)在的控制策略基本上屬于基于轉(zhuǎn)矩或功率的控制。目前已經(jīng)提出的控制策略主要可以分為4類:基于規(guī)則的邏輯門限控制策略;瞬時優(yōu)化控制策略;智能控制策略;全局最優(yōu)控制策略。（1）基于規(guī)則的邏輯門限控制策略 這類控制策略的主要思想是:根據(jù)發(fā)動機(jī)的研究靜態(tài)效率曲線圖,通過控制選定的幾個變量,如整車功率需求、加速信號、電池SOC等等,并根據(jù)預(yù)先設(shè)定的規(guī)則,判斷并選擇混合動力系統(tǒng)的工作模式,使車輛運(yùn)行在高效區(qū),提高汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性。(1)電力輔助控制策略來源于數(shù)學(xué)中的平均值和方差的概念

21、,它將整車的功率需求分為平均功率需求(Pa)和動態(tài)功率需求(Pd)兩部分。發(fā)動機(jī)提供Pa,Pd則由電動機(jī)提供。傳統(tǒng)汽車在一般工況下所需的平均功率需求一般不到發(fā)動機(jī)峰值功率的20%,這就意味著大部分情況下發(fā)動機(jī)是在低效區(qū)工作,如果Pa由運(yùn)行在高效區(qū)的發(fā)動機(jī)單獨提供,而爬坡或加速時所需的額外動態(tài)功率由電機(jī)提供,可以大大地提高整車燃油經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)然,考慮到電池SOC,在不同的車輛工作模式下,還需輔助于其他的控制策略才能達(dá)到預(yù)期效果。(2)最大電池SOC控制策略的目標(biāo)是電池SOC盡量維持在最高允許值處,發(fā)動機(jī)盡可能運(yùn)行,盡可能少地使用電動驅(qū)動系統(tǒng)。這是由于車輛在城市工況下頻繁地加速,將會導(dǎo)致電池快速放電

22、,使電池SOC下降很快,對電池的壽命影響很大。(3)發(fā)動機(jī)開/關(guān)控制策略也叫恒溫器控制策略,最早應(yīng)用于串聯(lián)式混合動力汽車。當(dāng)汽車高速運(yùn)行于公路上,不需要頻繁加減速時,大大減 少了使用電動驅(qū)動系統(tǒng)的概率,且此時車輛功率需求常常低于發(fā)動機(jī)滿載時,發(fā)動機(jī)還有一部分的富余功率,致使電池SOC很容易達(dá)到上限。為避免發(fā)動機(jī)低效工作,此時應(yīng)關(guān)掉發(fā)動機(jī),由電機(jī)單獨驅(qū)動汽車;當(dāng)電池SOC達(dá)到設(shè)定的下限時,發(fā)動機(jī)啟動,由電機(jī)單獨驅(qū)動,富余的功率則用來給電池充電。基于規(guī)則的邏輯門限控制策略算法簡單,容易實現(xiàn),且具有很好的魯棒性,但從理論上講,靜態(tài)的控制策略不是最優(yōu)的,它不考慮工況的動態(tài)變化,而且一般只考慮燃油經(jīng)濟(jì)性

23、而不考慮排放,另外,當(dāng)SOC低于設(shè)定門限值時就要進(jìn)行充電,沒有考慮電池充放電的能量損失。（2）瞬時優(yōu)化控制策略 規(guī)則的邏輯門限控制策略是基于工程師的經(jīng)驗及靜態(tài)的能耗圖來制定的,由于它不考慮工況的動態(tài)變化,因此它不是最優(yōu)的。為了克服這些缺點,人們又提出了一種新的控制策略瞬時優(yōu)化控制策略,也叫實時控制策略。目前提出來的瞬時控制策略主要有/等效燃油消耗最少和功率損失最小兩種。雖然這兩種方法的出發(fā)點不同,但其原理是一樣的。等效燃油消耗最小控制策略的主要思想是:在某一瞬時工況,將電機(jī)消耗的電量折算成發(fā)動機(jī)提供相等能量所消耗的燃油和產(chǎn)生的排放,再加上制動回收的能量與發(fā)動機(jī)實際的燃油消耗和排放組成總的整車燃

24、油消耗與排放模型,計算此模型的最小值,并選在此工況下最小值所對應(yīng)的點作為當(dāng)前發(fā)動機(jī)的工作點。瞬時優(yōu)化控制策略可以綜合考慮燃油消耗和排放,它通過一組權(quán)值來描述各自的重要性,用戶可以根據(jù)自己的要求來設(shè)定這組權(quán)值,從而在燃油消耗和排放之間獲得折中。比如,在排放法規(guī)比較嚴(yán)格的地區(qū),可以適當(dāng)?shù)靥岣吲欧诺臋?quán)值比重,放棄一點燃油經(jīng)濟(jì)性;注重燃油消耗,但排放法規(guī)比較寬松的地區(qū),則可以適當(dāng)提高燃油消耗的權(quán)值比重。當(dāng)然,這種控制策略也有它的缺點:需要大量的浮點運(yùn)算,計算量大,實現(xiàn)起來困難,成本比較高。此外,在計算過程中,需要對未來的行駛工況中由制動產(chǎn)生的回收能量進(jìn)行預(yù)估,這就需要建立一個比較精確的預(yù)測模型,這一點

25、實現(xiàn)起來也比較困難,它需要兩個前提:一是對典型工況的統(tǒng)計分析,二是實時判斷行車工況。（3）智能控制策略 智能控制的基本出發(fā)點是模仿人的智能,根據(jù)復(fù)雜被控動態(tài)過程的定性信息和定量信息,進(jìn)行定性定量綜合集成推理決策,以實現(xiàn)對難以建模的復(fù)雜非線性不確定系統(tǒng)的有效控制。由于混合動力汽車的能量消耗模型正是這么一個系統(tǒng),因此它非常適合于智能控制。目前提出的基于智能控制的并聯(lián)混合動力汽車控制策略主要有3種:模糊邏輯控制策略、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制策略、遺傳算法控制策略。(1)模糊邏輯是經(jīng)典數(shù)理邏輯與模糊數(shù)學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物。在模仿人的推理和決策方面,模糊邏輯無疑是目前最成功的技術(shù)之一,與經(jīng)典邏輯相比,它更接近人的思維方式

26、,表達(dá)上更接近自然語言的形式。模糊邏輯控制的核心是模糊控制器。模糊控制器由4部分組成:規(guī)則庫、推理機(jī)制、模糊化接口和反模糊化接口。模糊控制器將其關(guān)心的各傳感器傳來的精確信號轉(zhuǎn)換成模糊量,根據(jù)專家制定的推理機(jī)制,應(yīng)用基于控制知識與專家工程經(jīng)驗的規(guī)則庫中的相關(guān)規(guī)則,得出模糊結(jié)論,并將其轉(zhuǎn)換成精確量,作為控制指令,協(xié)調(diào)車輛各部件的能量流動,使整車的燃油經(jīng)濟(jì)性和排放達(dá)到最佳。模糊邏輯控制策略不需要精確的整車能量消耗的數(shù)學(xué)模型。它可以很方便的處理諸如/如果車速較高且SOC較低而加速踏板踩下較小的角度,則發(fā)動機(jī)單獨驅(qū)動,并給電池充電0這樣無法用精確參數(shù)表達(dá)的控制規(guī)則。它不僅可以優(yōu)化發(fā)動機(jī),同時還可以優(yōu)化其

27、他組件,如電機(jī)、電池、變速器等,實現(xiàn)各組件間的折中,以達(dá)到整車的燃油消耗和排放的最優(yōu)。當(dāng)然,模糊邏輯控制策略也有其局限性:在模糊推理過程中會增加模糊性;在整個控制過程中,各變量的論域等級是固定的,控制規(guī)律也是固定的,系統(tǒng)的動態(tài)特性較差,無法滿足不同駕駛員意圖和不同的路面環(huán)境下汽車的自動控制;對于復(fù)雜系統(tǒng)的模糊規(guī)則的建立還沒有確定的方法可以遵循,隸屬度函數(shù)的確立也需要反復(fù)進(jìn)行確定;缺乏簡單有效的方法對模糊邏輯系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定性的研究。(2)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是以對信息的分布式存儲和并行處理為基礎(chǔ),在許多方面更接近人對信息的處理方法,有很強(qiáng)的逼近非線性函數(shù)的能力,它具有自組織、自學(xué)習(xí)的功能,但它采用的是典型的黑

28、箱式學(xué)習(xí)模式,因此當(dāng)學(xué)習(xí)完成后,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所獲得的輸入/輸出關(guān)系無法以容易被人接受的方式表達(dá)出來。(3)遺傳算法是建立在自然選擇和自然遺傳學(xué)機(jī)理基礎(chǔ)上的迭代自適應(yīng)概率性搜索算法。它能夠同時搜索空間的許多點,且能充分搜索,因而能夠快速全局收斂。遺傳算法的優(yōu)化問題是對優(yōu)化參數(shù)的集合進(jìn)行編碼,而不是對參數(shù)本身,其遺傳操作均在字符串上進(jìn)行。只需要評價用的適應(yīng)函數(shù),而不需要其它形式信息,這些都使得遺傳算法對問題適應(yīng)能力強(qiáng)。從以上分析可以看出,模糊邏輯在控制中的應(yīng)用需要先驗知識,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)需要不斷從輸入/輸出關(guān)系中學(xué)習(xí),而遺傳算法是屬于從過去性能學(xué)習(xí)的方法。3種方法各有特色,各有優(yōu)缺點,互補(bǔ)性很強(qiáng),如果能將三者有