混合动力基础及并联混合动力电动汽车控制策略

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1、混合动力基础及并联混合动力电动汽车控制策略1混合动力技术的分类及原理电动汽车（EV）[1]是21世纪清洁、高效和可持续得交通工具，是一种电力驱动的道路交通工具。电动汽车这个概念的内涵很广泛，它包括蓄电池电动汽车或纯电动汽车（BEV）、混合动力电动汽车（HEV）和燃料电池电动汽车（FCEV），涉及到很多学科，内容广泛而且复杂，其核心技术包括底盘和车身技术、驱动技术和能源技术。目前，蓄电池电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车处于不同的发展阶段，面临着不同的挑战。蓄电池电动汽车的关键问题在于蓄电池及其管理系统，主要适用于短程、低速的社区间，难以实现市场化。燃料电池电动

2、汽车具有作为未来主流汽车的潜力，但其技术尚处于研发阶段，它的成本太高和燃料系统的供应是主要问题。因此，从1996年以后，国外很多公司开始研究混合动力电动汽车，国内多家科研机构和企业也纷纷涉足混合动力电动汽车的研发。混合动力电动汽车能量效率高，排放性能好，技术相对成熟，市场化进程快，与燃料电池电动汽车相比，技术实现的障碍小，成本低。当人们把解决汽车能源与环境问题的希望寄托在混合动力上后，各种混合动力汽车如雨后春笋般纷纷面世[2]。1997年，在第57届法兰克福国际车展上，奥迪首先展出一款并联混合动力汽车Duo；同年，在第32届东京国际车展上，丰田公司推出具有里程碑意义的P

3、rius车型。奥迪与丰田的这一举动引发了混合动力汽车的研发热潮；1998年1月，克莱斯勒公司宣布开发出DoudgeIntrepid　ESX2并联混合动力车；1999年，福特公司P2000型5座并联混合动力车在北京展出；1999年11月，在第33届东京国际车展上，除了丰田公司以外，本田、三菱和日产等公司也分别推出各自产品，并在性能方面有了很大的改善；而2000年1月的北美国际车展更是让人耳目一新，通用、宝马、戴-克和丰田等公司所展出的混合动力汽车新产品总计有23款，其中，13款由内燃机与电机混合驱动，10款为燃料电池混合动力汽车。预计在今后的十几年里，混合动力电动汽车的发

4、展将更为迅速。混合动力电动汽车按结构一般分类为3种：串联式、并联式、混联式.1.1串联图一串联结构的特征是以电力形式进行复合，发动机直接驱动发电机对储能装置和牵引电机供电，电动机用来驱动车轮，储能装置起着发动机输出和电动机需求之间的调节作用。其优点是发动机的运行独立于车速和道路条件，适用于车辆频繁起步、加速和低速运行。发动机在最佳工况点附近运转，避免了怠速和低速工况，从而提高了效率，提高了排放性能。但在机械能与电能的转化过程中有效率损失，很难达到明显降低油耗的目的，目前主要用于城市大客车，在轿车中很少见。1.2并联并联结构的特征是以机械形式进行复合，发动机通过变速并联混

5、合动力系统装置和驱动桥直接相连，电机可同时用作电动机或发电机以平衡发动机所受的载荷，使其能在高效率区域工作。但是由于发动机和驱动桥机械连接，在城市工况时，发动机并不能运行在最佳工况点，车辆的燃油经济性比串联时要差。其中转速复合装置类似于差速器，这种结构形式在实际中很难被采用，因为这种结构需要发动机和电动机的输出转矩时刻保持相等；单轴转矩复合式车辆驱动系中机械功率的联合是在发动机曲轴输出端处实现的，变速器为单轴输入，本田Insight属于这种形式；双轴转矩复合式的机械功率的联合是在变速器的输出轴处实现的，发动机和电机采用不同的变速系统，变速器为双端输入；华沙工业大学设计的

6、混合动力系统属于这种形，这种结构也可以实现无级变速，但是不能实现发动机输出转矩和电机输出转矩的直接叠加。在牵引力复合式系统中，机械功率的联合是在驱动轮处通过路面实现的，具有两套独立的驱动系，可以实现全轮驱动，主要适用于SUV，丰田的THS—C系统就属于这种形式。1.3混联混联式结合了串联和并联的优点。但是结构复杂，以丰田Prius为例，如图3所示，Prius采用行星齿轮机构作为动力分配装置，发动机与行星架相连，发动机的一部分功率通过发电及转换为电能对电机供电或对储能装置进行充电；另一部分机械能直接作用于齿圈上，同时电机与齿圈相连，提供部分功率和转矩。2混合动力技术发展的

7、技术基础汽车混合动力技术发展与机械、电气、内燃机、能源技术息息相关，随着这些方面技术的发展，混合动力技术的发展也随之广泛。主要包括：1）最先进的内燃机技术，体积小重量轻以及油耗低排放性能优良的发动机都引领着汽车业的发展，而目前Prius发动机的技术已经达到了目前先进的水平。2）先进的电机系统技术，电机技术则决定着电动汽车的发展空间，对于电动机的要求也越来越高，电动机要具有较大的负载特性以及很宽的高效率工作区间。3）高性能的动力电池，动力电池在混合动力电动汽车上应用,主要起到以下作用:a)起动、加速时作为动力；b)车辆减速、下坡行驶时回收车