混合动力车辆结构和能量分配控制策略天亮 天

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1、混合动力车辆结构和能量分配控制策略天亮天混合动力车辆结构和能量分配控制策略2010年06月23日混合动力车辆结构和能量分配控制策略　　混合动力车辆可在不改变现有的汽车产业结构、现有能源（石油燃料）体系和用户对汽车的使用习惯的前提下，最大限度发挥内燃机和纯电动汽车的双重优点，达到节能和环保的目的。本文简要介绍混合动力车辆结构和特点，以及在驱动系统功率合成形成方式的基础上，对并联混合动力车辆的能量分配控制策略进行探讨。混合动力车辆的结构和特点　　根据电动驱动系统与APU(辅助动力单元)的结合方式，混合动力车辆的驱动形式分：串联、并联和混联三种

2、。　　串联式混合驱动系统由电动机驱动汽车行驶，发动机与发电机集成为APU，如图1(a)所示。该系统APU与电动机无机械连接，整车布置的自由度较大，控制系统也简单，但能量转换次数多，效率不高，续驶里程有限，仍需设置充电站。　　并联式混合动力系统是指车轮可以分别由发动机与电动机独立驱动，适合于城市间公路行驶的车辆。当汽车进入市区行驶时，发动机关闭，进入电动状态；当汽车在市郊公路行驶时，电动机关闭，由发动机直接驱动。使用并联式结构的典型示例为日本日野公司的HIMR系统.　　混联式混合动力系统中的发动机和电动机，可以分别驱动汽车或同时驱动汽车，它

3、们的工作状态是由计算机控制的。该系统适合各种行驶条件，不需外界充电，续驶里程与内燃机汽车相当，是最理想的混合电动方案，但结构复杂，成本高，控制复杂。　　混合动力车辆将传统的内燃机、电力驱动和储能装置结合在一起，其主要优点有：减小发动机外形尺寸、效率高、排放低；具有可以最大限度发挥内燃机汽车和纯电动汽车的双重优点；辅助动力单元(APU)的选用使汽车的续驶里程和动力性能可以达到内燃机汽车的水平。虽然内燃机会有排放产生，但由于其排量小，主要工作在最佳工况点附近，而大大减少了汽车变工况(特别是低速、怠速)时的排放，再由于可回收制动能量，可使混合动

4、力汽车成为较低排放的节能汽车，在一些对汽车排放严格限制的地区(如商业区、游览区、居民区等)，混合动力车辆可以关闭APU，由纯电力驱动，成为零排放的电动汽车。混合动力车辆驱动系统功率合成　　混合动力车辆驱动系统根据功率合成的形成方式可分为转矩复合式、速度复合式和混合复合式三种。　　转矩复合式结构　　转矩复合式结构的特点是发动机通过主传动轴与变速器相联，电机的转矩与发动机的转矩在变速器前或后进行复合，传到驱动轴上的转矩是两者的和。在这种结构中，发动机与主传动轴之间通过机械联接。本田Insight型混合动力汽车采用起动机和发动机一体化设计，实现

5、转矩复合。　　速度复合式结构　　速度复合式结构是采用行星差速机构的混合动力系统，通过行星机构可以实现多个部件转速的复合，而各个部件间的转矩保持一定的比例关系。如图2所示的华沙工业大学的行星齿轮混合动力系统，内燃机和电动机通过行星齿轮变速器实现转速复合。丰田Prius行星齿轮混合动力系统的驱动系统则被公认为目前最成功的速度复合结构之一。　　混合复合式结构　　既转速和转矩都要满足一定关系的复合结构，如图3所示的一种“变速也变矩”的混合复合结构。并联混合动力车辆的能量分配控制策略　　混合动力车辆需要良好的策略来控制热机(一般是发动机)和电动机的

6、工作状况和功率输出，以优化能量流动、提高动力总成协调程度，从而使燃油经济性和尾气排放以及汽车的其他性能都达到最佳状态。控制策略的基本思路通常有两种：一是直接法，即直接将优化目标(如油耗等)表示为系统状态变量、控制变量等的函数；二是间接法，即最小损失法，从计算当前驱动条件下各个部件的效率入手，得到整个系统的能量(功率)损失。损失最小的状态变量就是当前驱动条件下应该选择的状态变量，如发动机转矩、转速，电池的放电电流等。驱动条件常用驱动轴的转矩和转速来表示。　　串联混合动力车辆的能量分配控制策略一般是采用恒温器或功率跟随方式，也有控制策略综合其

7、它控制方式如发动机多点、单点或最佳燃油经济性曲线控制等。而混联混合动力车辆的能量分配控制策略比较复杂。　　并联式混合动力车辆的主要工作模式有：纯电机模式、纯发动机模式、发动机驱动+电机发电模式、发动机和电机混合驱动模式、复合制动模式、停车充电模式。　　并联式的动力系统的控制策略通常是根据电池的SOC、驾驶员的加速踏板位置、车速和驱动轮的平均功率等参数，按照一定的规则使发动机和电动机输出相应的转矩(或功率)，以满足驱动轮驱动力矩的要求。根据上述两种控制策略的基本思路和车辆工作模式，可以得到以下几种具体的控制策略。　　以车速为主要参数的控制策

8、略　　这是最早也是最常采用的一种控制策略，利用车速大小作为控制的依据。当汽车车速低于所设定的车速时，电机单独驱动车轮；当车速高于所设定的车速时，电机停止驱动，而由发动机驱动车轮；当车轮负荷比较