基于串联式混合动力的控制策略研究

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1、北京建筑大学基于串联式混合动力的控制策略研究摘要： 混合动力汽车的控制策略及结构决定了整车的行驶性能。根据蓄电池组的荷电状态变化情况,对混合动力汽车的结构型式进行了分类,并对并联型和串联型混合动力汽车控制策略研究现状及其发展趋势进行了分析,指出混合动力汽车的控制策略不十分完善,需要进一步优化。控制策略不仅仅要实现整车最佳的燃油经济性,同时还要兼顾发动机排放、蓄电池寿命、驾驶性能、各部件可靠性及整车成本等多方面要求,并针对混合动力汽车各部件的特性和汽车的运行工况,使发动机、电机、蓄电池和传动系统实现最佳匹配,兼顾了上述各方面要求的优化控制策略的研究是今后的一个研究重点。还指出,采用小功率电机、小

2、排量发动机配以自动无级变速器的并联型混合动力汽车,是获得较高的燃油经济性、较小的排放、平稳的驾驶性能、较低的制造成本及质量的一种比较理想的系统型式。关键词:混合动力汽车;结构;控制策略第一章 绪论1.1 引言随着科技的飞速发展，混合动力汽车已经在汽车市场占据了一席之地，而且在提倡低碳环保的今天，也越来越被广大的消费者所推崇，如同现今大部分的汽车一样，混合动力汽车也经历了漫长的演变过程，尤其是在科技迅猛发展今天，人类对原油的需求与日俱增，油价也在不停地调高，低碳环保和绿色出行已经成为当今这个时代必须的，也是不得不面对的一个事实，近几十年内，随着全球气候的逐步恶化，城市空气污染和石油资源的消耗过度

3、，环保与节能已经成为这个世界所面对的重中之重，世界各国在这期间也在不断的改进自己国家的汽车技术来适应消耗量如此之大的产业结构，全球汽车的工业的飞速发展，使得汽车的产量，销售量和保有量在逐年的增长，因此，为保证汽车工业能够维持长期的稳定的发展，现在的人们必须寻求代用燃料或者减少燃油的消耗量，从这个方面出发，世界各国的汽车制造商都在大力的开发节能汽车或者新能源汽车。现在，发展节能型，环保型汽车已经成为世界汽车工业技术创新的风向标和汽车产业可持续发展的必然选择，研发和推出一系列有商业应用价值的环保，节能HEV会在以后相当长的时间内成为世界汽车工业的趋势和主流方向。根据国际机电委员会下属的电力机动车技

4、术委员会的提案，混合动力汽车是指有两种或两种以上的储能器，能源和转换器作驱动能源，并且其中至少有一种能够提供电能的车辆被称作混合动力汽车。根据这个通用规定，混合动力汽车有多种形式：汽油机和蓄电池混合，柴油机和蓄电池混合，蓄电池和燃料电池混合，蓄电池和超大容量电容器混合，蓄电池和飞轮混合，蓄电池和蓄电池混合等等，但是该定义未被所有人所接受一般意义上的混合动力汽车就是指既有内燃机又有电动机驱动的车辆，本文中所指的混合动力汽车就是指一般意义上的混合动力汽车，这种系统较好的利用了蓄电池比功率大和燃油比能量高的特点，并采用这种系统可以较好的利用现在已有的各类汽车基础设施，入燃油供给系统，生产车辆平台，易

5、于实现产业化。1.2国内外混合动力汽车研究现状及发展趋势1.2.1 国内外混合动力汽车的研究现状混合动力汽车自1900年由电动车衍生而来以后，相比于电动汽车和发动机汽车而言，混合动力汽车不仅有更好环境性和更高的能源利用率，还比电动汽车有更高的舒适性，更低的成本，更强的操控性，最重要的是他解决了纯电动车所无法达到的行驶距离的问题，混合动力汽车可以像发动机汽车一样行驶足够长的距离再加油，目前，主流的油电混合汽车主要分为3种：(1)串联混合。发动机可以按照与车辆速度、功率无关的最佳工况进行运作，效率很高(比传统燃油车高30)，排放水平也可以控制到更高水平。(2)并联混合。车辆制动时电机作发电机使用，

6、回收制动能量并储存到蓄电池，供车辆起动、加速等工况功率补充。主要优势在于容易实现，即使电气系统出现故障时仍可以继续运行。(3)串并联混。集成了并联与串联的优点，但是结构比较复杂，制造水平要求高，成本较高，控制系统也比较复杂。混合动力汽车在各个国家也有不同的发展状况：德国Ma g n e t -M o t o r 公司仿照内燃-电动机车原理, 开发了一种柴油-电动汽车推进动力系统, 正在慕尼黑进行作为公共汽车替代动力的试验。这种柴油-电动系统的关键部分是磁动力储存装置(M D S) , 它用一个玻璃纤维做成的飞轮储存能量。在该飞轮系统的转子内侧装有一个电动机/ 发电机, 用以吸收和放出能量, 这

7、就是所谓复式电子永磁马达(ME P ) 先进技术。该马达的转子是一个钢筒, 外围装有高级永久磁铁, 定子装有许多相同尺寸的电磁铁。这种电动机/ 发电机可产生比传统电动机高2.5倍的扭矩, 发出较大的功率, . 既可作电动机也可作发电机用。同为德国奥迪汽车公司工程部提出一种饶有趣味的电动/ 汽油混合动力小轿车驱动系统。该系统安装在奥迪1 0 系列试验车上。原车采用一台五缸2 . 3 l o o k W 的汽油机作动力, 通过一个5 档手动变速器进行前轮驱动。混合动力小客车与其不同之处在于后部, 它用一个直流马达驱动后轮, 其电源为镍镐电池。本田汽车公司在日本和美国密执安的研究发展部门把开发汽油一

8、电动混合动力小客车放在优先地位并正在制定开发计划细节, 预计在1991年第三季度能够确定最终产品方案,1996年将其混合动力车辆投放市场。本田公司的混合动力汽车, 采用本田恒速发电机并装备有超级排放控制系统。这是一种专门设计用于电动车辆的混合动力全新模式。在商用领域, 该公司能提供纯电动型车辆, 而混合动力汽车则提供给个人消费者市场作为代步工具。日本日野汽车公司将很快开始生产柴油-电动混合动力客车。日野公司开发的这种混合动力实际上就是一台普通柴油机和一个可逆变的电动机/ 发电机组合系统, 称作混合逆变控制马达和减速系统(HIMR) 该客车可利用制动能产生电力。当客车制动时, 电马达起发电机的作

9、用( 即所谓可再生制动) , 把惯性动能转变成电能存人蓄电池; 当车辆处于高负荷而需要额外动力时, 可用贮存的电能驱动电动机来增大车辆的扭矩。据说, 日野混合动力客车可减少柴油机炭烟颗粒排放量70%和NOx排放量30%。1.2.2 混合动力电动汽车的发展趋势当今很多国内外著名的汽车品牌已经研发出了各具特色的底盘技术，意在保护环境的情况下又能最大化的利用资源，VOLVO卡车公司还对新能源商用车底盘进行了广泛深刻的研究其FE系列卡车底盘采用并联混台动力技术即柴油发动机和电动机可以同时或者单独工作：电动机有三个功能：驱动车辆、车辆制动时作为发电机使用和作为柴油发动机的起动机。当车辆从静止开始运动时，

10、电动机提供动力：柴油发动机则随着车速的增加而被自动激活开始替代电动机驱动车辆。当车辆在遇到信号灯或其他原因则停下时柴油发动机则在停下之前熄火电动机则起到发动机制动的作用并将动能转化成电能给电池完电。在爬坡时电动机和柴油发动机可以同时工作，提供较大的动力。在传统卡车上太多数外围设备如伺服泵、空气压缩机和取力器等均由发动机驱动；然而在混合动力卡车上电动供应很充足因此，可以使用轻小的电动机来实现这些功能。这样，可以极大程度提高相关部件布置的自由性而在组成汽车底盘的制动系这一部分中，电动汽车和混合动力汽车上具有再生制动能力的电机, 在回收制动能量时起制动作用, 它引人了新型的制动器。作为一种新的制动器

11、型式, 势必引起制动器型式的变革。电制动系统制动器是基于传统的制动器, 也分为盘式电制动器和鼓式电制动器, 鼓式电制动器由于制动热衰减性大等缺点, 将来汽车上会以盘式电制动器为主。电子制动首先应用到飞机上, 目前处于向汽车领域应用的研究和改进阶段, 随着技术进步, 各种问题会逐步得到解决, 电制动系统最终会取代传统的以液压为主的制动控制系统以及电液复合制动系统。电制动或者线控制动是未来制动系统发展的方向。电制动器和电制动控制单元、制动力模拟器是其重要组成部分, 反馈制动力给制动踏板产生制动感觉。从结构上,电制动具有其它传统制动无法比拟的优点：（1）结构简单, 系统质量较传统制动系统降低很多,

12、从而减少了整车质量（2）制动响应时间短, 提高制动性能, 缩短制动距离（3）系统中不存在制动液, 维护容易、简单, 采用电线连接, 系统的耐久性能良好（4）系统总成的制造、装配、调试、标定更快,易于采用模块化结构（5）已经开发出具有容错功能的适用于汽车的网络通讯协议,可以应用到电制动系统中第二章 串联式混合动力汽车的结构特点分析混合动力汽车的驱动系统从能源输入，原动机到机械能的传递，其组成方式多种多样，具体的结构设计也各不相同。可以根据动力传递布置，混合动力汽车的用途，混合度大小以及是否依赖电网充电等来进行分类，一般情况下，我们都采用第一种分类方式对混合动力电动汽车进行分类加以分析，根据动力传

13、递布置即根据其部件的种类，数量和连接关系可以将HEV的动力系统分为三种基本结构类型：串联式，并联式和混联式三种，各自驱动结构如下。2.1 串联式混合动力汽车（SHEV）图2.1为串联式混合动力汽车的典型结构形式，这种结构由发动机带动发电机发电，其电能通过带您冬季控制系统直接输送到电动机，由电动机产生电磁力矩驱动汽车。在发动机和驱动桥之间通过电传动实现动力传递，因此更像是电传动汽车。由于断开了发动机与后续驱动系统的机械连接，发动机与外界负载没有直接联系，可以在一个特定工况区域内相对稳定地运行。串联式结构是混合动力电动汽车中最简单的一种，发动机输出的机械能首先通过发电机转化为电能，转化后的电能一部

14、分用来给蓄电池充电，另一部分经由电动机和传动装置驱动车轮。和燃油车比较，它是一种发动机辅助型的电动车，主要是为了增加车辆的行驶里程，偶遇在发动机和发电机之间的机械连接装置中没有离合器，因而它有一定的灵活性。尽管其传动结构简单，但它需要三个驱动装置：发动机、发电机和电动机。如果串联式混合动力汽车设计师考虑爬长坡，未提供最大功率，三个驱动装置的尺寸就会较大，如果用作短途运行，如当通勤车用或只是用于购物，相应的内燃机-发电机装置应采用低功率的。2.2 并联式混合动力汽车（PHEV）图2.2为并联式混合动力汽车的结构形式，这种结构的混合动力电动汽车与串联式混合动力电供汽车不同的是采用发动机和电动机两套

15、相互独立的驱动系统驱动车轮，没有串联式SHEV动力传动系中的发电机，因此更像传统汽车的动力传动系。发动机和电动机通常通过不同的的离合器来驱动车轮，可以采用发动机单独驱动，电力单独驱动或者发动机和发电及混合驱动三种工作模式驱动。从概念上讲，它是电力辅助型的燃油车，目的是为了降低排放和燃油消耗。当发动机提供的功率大于驱动车辆所需的功率或者再生制动时，电动机工作在发电机状态，将多余的能量充入电池。这种结构的混合动力汽车只需两个驱动装置，即发电机和电动机。而且，在蓄电池放完电之前，如果要得到相同的性能，并联式比串联式混合动力电动汽车的发动机和电动机的体积要小。即使在长途行驶时，发动机的功率可以达到最大

16、而电动机的功率只需发出50%即可。2.3 混联式混合动力汽车（PSHEV）图2.3为混联式混合动力汽车的结构形态，这种结构综合了串联式和并联式的结构特点，有发动机、电动机/发电机和驱动电机三个动力总成组成。与串联式相比，它增加了机械动力的传递路线，与并联式相比，它增加了电力的传输路线。混联式结构能够使发动机、发电机、电动机等部件进行更多的组合。同时具有串联式和并联式的优点，从而在结构上能够保证在更复杂的工况下是系统工作在最优状态，因此更容易实现低排放和低油耗目标。但是其系统过于复杂，部件性能要求高，造价高，从而导致了其可靠性难以保证，实际加工困难，市场化举步维艰。不过，随着控制技术和制造技术的

17、发展，一些现代混合动力电动汽车更倾向于选择这种结构。第三章 三种混合动力驱动系统的性能特点及对比不同形式的混合动力系统在结构和性能上各有优缺点。下面就对其各自的优缺点进行详细的介绍。3.1 串联式（SHEV）驱动系统的性能特点3.1.1 SHEV的优点（1）SHEV只有驱动电动机的电力驱动系统，其特点更加趋近于EV。从总体结构上来看，比较简单易于控制，三大动力总成之间没有机械联系，在电动汽车上布置起来，有较大的自由度，可以独立地布置。（2）SHEV的发动机-发电机组中的发动机工作状态不受汽车行驶工况的影响，能够保持在稳定、高效、低污染的状态下运转，因此，在发动机具有良好的经济性和较低的排放指标

18、。（3）SHEV以动力电池组为基本能源来驱动，使SHEV在城市中，实现“零污染”状态的行驶。发动机-发电机组所发出的电能向动力电池组充电，用于补充动力电池组的电能，或直接供应驱动电动机，大大地延长SHEV续驶历程。（4）可以采取电动机集中驱动系统或轮驱动系统。3.1.2 SHEV的不足（1）驱动电动机的功率必须能够克服汽车在行驶过程中的最大阻力，驱动电动机的功率要求较大，外形尺寸较大，质量也较重。由于不是经常在满负荷状态下运转，因此效率较低，由于外形尺寸大，质量也较大，在中小型车上的布置有一定困难，但较适合在大型客车上采用。（2）发电机将机械能量转变成电能、电动机将定能转变成机械能、电池的充电

19、和放电都有能量损失，因此发动机输出的能量利用率较低，这是其固有弱点。（3）发动机-发电机组与动力电池之间的匹配要求严格，应能自动启动或关闭发动机-发电机组，以避免动力电池组过度放电，这就需要更大的电池容量。3.2 并联式（PHEV）驱动系统的性能特点3.2.1 PHEV的优点（1）基本驱动模式是发动机驱动模式，由于发动机的机械能可直接输出到汽车驱动桥，没有机械能-电能-机械能的转换过程，与串联式相比，能量综合效率较高。（2）由于在车辆需要最大输出功率时，驱动电动机可以向汽车提供额外的辅助动力，因此发动机功率可以选择的较小，使汽车的燃油经济性提高。（3）具有发动机和驱动电动机两个动力总成，其中每

20、个动力总成的功率设计为车辆驱动功率的50%-100%，因此，质量和体积要小得多。3.2.2 PHEV的不足（1）由于基本驱动模式使发动机驱动，故需要配备与内燃机汽车相同的传动系统，在总布置上基本与内燃机汽车相同，动力性能接近内燃机汽车，发动机有害气体的排放高于串联式。（2）.发动机驱动模式需要装置离合器、变速器、传动轴和驱动器等转动总成，另外还有驱动电动机、动力电池组，以及动力组合器等装置，因此使动力系统机构复杂，布置和控制也更加困难。（3）发动机和车辆驱动轮间有直接的机械连接，发动机运行工况不可避免地受到汽车具体行驶工况的影响，要维持发动机在最佳工作区工作，则控制系统和控制策略较复杂。3.3

21、 混联式（PSHEV）驱动系统的性能特点3.3.1 PSHEV的优点（1）发动机的工作不受汽车行驶状况的影响，总能在最高效率下工作或自动关闭，是汽车在任何时候都可实现低排放及超低油耗，达到环保和节能的效果。（2）车辆的最大输出功率相当于三个动力装置共同组成混合动力驱动汽车时发动机和电动机的最大输出功率之和，因此发动机排量可减少，电动机功率可降低，其体积减少，而加速性能很好。（3）配有专用电动机/发电机发电系统，所以对电池的依赖较少。3.3.2 PSHEV的不足控制系统比较复杂，部件性能要求高，造价高，从而导致了其可靠性难以保证，设计加工困难。3.4 三种混合动力驱动结构对比通过对上述不同结构形

22、式的动力系统进行对比，可以得出：SHEV有利于降低排放，但现有技术条件下降低油耗作用不明显；PSHEV可以使油耗和排放都得到显著降低，目前的开发重点是高效率、易控制的动力复合装置，PSHEV在理论上容易实现最低的燃油经济性和低排放，但由于结构过于复杂，开发难度较大，所以成本高。从上述对三种结构的混合动力电动汽车的介绍，分析可以看出，这三种类型的混合动力驱动系统在结构和性能上各有优缺点。各自的技术特点决定其适应于不同的工况。3.5 串联式混合动力驱动系统的确定不同形式的混合动力驱动系统在结构和性能上各有优缺点。各自的技术特点决定了并联式混合动力汽车更适合于路况简单的城市间公路及高速行驶的车辆；而

23、混联式结构由于其系统过于复杂，部件性能要求高，造价也高，在研究，开发和应用中都受到很大的限制；串联式混合动力汽车特别适合于在市内低速运行，频繁的加速，减速，停车的复杂工况，在这种工况下串联式混合动力驱动系统发挥了其发动机工作条件稳定，制动能量回收效果好，工作稳定可靠的优势。本文选择串联式驱动结构，其主要原因表现在以下方面：（1）串联式结构中发动机的工作状况不受路况的影响，不会随着车速的变化而产生波动，发动机能稳定工作在某一较小的区间，经济性，排放性能较好，适应于城市交通。 （2）串联式方案实现了车载能源的多样化选择，能满足车辆特殊的使用要求，比如零排放行驶，再生制动能量回收等，这使它更适合于在

24、排放要求极为严格的中心市区内运行。（3）串联式方案具有排放低，布置灵活，结构简单，控制方便等优势尤其适用于市内常见的频繁起步加速工况和低速运行工况。 （4）采用串联方案后，电动机功率比采用并联式要大，更有利于较多的回馈制动能量。 （5）串联式方案只有电动机直接驱动车轮这一驱动形式，电动机在低速时绝佳的扭矩特性使得以串联式布置的混合动力汽车具有很好的加速性能。 （6）串联式方案中的发动机能在最佳工作区域稳定运行的优势主要表现在低速，加速等运行工况，而在高，中速行驶时，由于其电传动效率较低，抵消了发动机油耗低的优点，因此，串联式混合动力汽车更适合用于市区内低速运行。因为在繁华的市区中，汽车的起步和

25、低速时可以关闭发动机，只利用蓄电池组进行功率输出，使汽车达到零排放的要求。所以在低速且走/停转换次数多的短途运输车上宜采取串联式结构。基于上述对混合动力系统的分析，可知混合动力汽车是一个组成部件多，驱动布置形式多样的复杂系统。根据现有的机械加工能力，大中城市汽车排放污染严重的问题和我国国情，并结合短途运输车的发展需要，我认为应该选择串联式结构形式是较为可行的方案。第四章 串联式混合动力汽车总成控制策略控制策略是混合动力汽车的核心，是混合动力汽车驱动系统发挥最佳性能的关键，它根据汽车行驶过程中对动力系统的能量需求，动态分配发动机与电机系统的输出功率，使发动机尽量工作在最优工作区，当车辆的需求功率

26、较小时，发动机必须将多余的能量输入蓄电池储存起来；在车辆的需求功率较大时，再将蓄电池的电能释放出来。在目前的技术条件下，蓄电池的充放电效率都不高，特别是频繁的充放电过程造成了很多不必要的能量的损失。所以合理的控制策略特别重要，其不但可以优化能量流动，而且能够在很大程度上改善 SHEV的动力性、燃油经济性、排放性以及续驶里程。SHEV控制策略按性质可分为被动型和主动型两大类，被动型能量管理策略是在保证蓄电池和发动机各自工作于其最佳工作区域的条件下被动地满足车辆功率需求的一种控制模式，这种控制模式以提高能量流动效率为主要目的。而主动型能量管理策略在注重提高汽车系统内部能量流动效率的同时，可根据行车

27、环境主动减小车辆功率需求4.1 被动能量管理策略4.1.1 恒温器型（开关型）控制策略恒温器型（Thermostat）控制策略的特征为：发动机开机后即恒定地工作于效率最高点，为使蓄电池组工作于充放电性能良好的工作区，预先设定了其充电状态SOC的最大值SOCmax与最小值SOCmin。当蓄电池SOC SOCmin时，发动机启动并进入设定的工作点（最低油耗或最低排放）工作，输出功率的一部分满足车辆驱动功率需求，另一部分功率向蓄电池充电。而当蓄电池SOC SOCmax时，发动机关闭，由蓄电池单独向电动机供电驱动车辆。恒温器型控制策略的优点是发动机的燃烧充分，排放低。缺点是动力蓄电池必须满足驱动电动机

28、瞬时功率的需要，其放电电流波动较大，经常出现大电流放电的情况，且蓄电池充放电频繁，对蓄电池使用寿命均有不利影响。其次，虽然辅助动力单元(Auxiliary PowerUnit ，APU)可以在最优效率点工作，但由于多了能量转换的环节，加上发动机开关时的动态损耗，因而有可能抵消由发动机运行时工作效率最高所带来的好处，使得系统总体的损失功率变大，能量转换效率趋低。这种能量管理策略对发动机有利而对动力电池不利。图 4-1中 1 部分的功能是当 SOC 达到低限 cs_lo_soc 时，发动机开；2 部分表示的功能是如果发动机前一状态是开的，那么发动机就保持开的状态，直到电池 SOC 达到高的限值 c

29、s_hi_soc。到达最高限后发动机关闭。3 部分的功能是使发动机在控制文件预先确定的最佳效率下的转速和转矩处工作。4.1.2 功率跟随型控制策略功率跟随型（Power-Follower）控制策略由辅助动力单元APU全程跟踪车辆功率需求，发动机总保持运转，这与传统汽车的行驶相似。功率跟随型能量管理策略的优点是蓄电池容量被减小到最小程度，因而蓄电池重量相对恒温器型策略来说减轻了许多，从而在很大程度上减小了汽车行驶阻力，此外由于蓄电池充放电次数减少而使得系统内部功率损失相应减少。缺点是APU必须满足续驶里程内的所有功率要求且要做出快速响应，发动机必须在从低到高的整个负荷区范围内运行，这些都损害了发

30、动机的效率和排放性能(尤其在低负荷区)。因此，该控制策略对蓄电池有利而对发动机不利。4.2 主动型能量管理策略4.2.1 线路适应型控制策略路线适应型控制策略基于城市公交车加减速频繁、路线固定，站点、站距、停车时间均已知的特点，在恒温器型或功率跟随器型控制策略的基础上增加两个子控制策略：Adviser子控制策略，Adapter子控制策略。Adviser根据行车路线数据帮助驾驶员发出当前工况下的最佳加速踏板请求；Adapter仅根据车辆停靠站点信息控制车辆进站前的速度，以使再生制动能量回收增加。路线适应性控制策略挖掘了混合动力车在城市公交中使用的潜力，但没考虑交通干扰、意外停车等因素。路线适应型

31、控制策略特别适合城市公交车。4.2.2 动态规划优化控制策略动态规划方法是R.Bellman提出的主要用于求解多级决策问题的方法，并成功地应用于网络最优路径查找、线性时不变离散系统的优化等问题。其主要针对多阶段决策过程的寻优问题，是求解最优控制问题的有效数学方法之一。动态规划优化控制策略以汽车在给定的驾驶循环工况下最小油耗为优化目标，根据串联式HEV的能量流动特点建立适当的数学模型，按照时间顺序把整个循环工况下的功率与效率以一定的时间间隔分成若干个时间片段，然后从最后一段状态开始逆向递推到初始段状态为止，最后求出整个循环工况下发动机最优输出功率序列。该方法只能用于特定的驾驶循环，必须预先精确知

32、道车辆的需求功率，因而不能用于在线控制，常用于离线优化，以帮助总结和提炼出能用于在线控制的能量管理策略。4.2.3 负荷预测型控制策略负荷预测型控制策略基于APU输出功率要比车辆驱动功率随时间变化平稳得多这一事实，在恒温器型或功率跟随型策略的基础上添加一个车辆负荷预测器。预测器根据车辆运行工况预测车辆需要的驱动功率，通过车辆已耗功率的记录测算出驱动功率的一些平均值和它的波动范围，再利用路面坡度、交通情况等信息，来预测出车辆下一个时刻的负荷。利用该预测值、蓄电池的SOC状态决定采用哪一种工作模式。负荷预测型控制策略的最大特征是：提供了一种根据在线所预测的驱动功率参与系统能量管理。达到油耗最低、排

33、放最低的目的，可操作性强。缺点是所预测的驱动功率由于是由已耗功率推测得出的，与车辆功率的即时需求值是有差异的。4.3 串联式混合动力控制策略的选择通过上述分析比较可以看出，两种控制策略各有优缺点，恒温器控制策略中由于发动机不需要跟踪路面负荷的瞬态变化而恒定工作，因此有利于降低 HEV 排放；功率跟随控制策略中发动机沿着燃油经济性较好的曲线跟踪路面功率的需求，因此有利于提高HEV 的燃油经济性。为了实现混合动力城市客运的主要设计任务，必须采用合理的控制策略对驱动系统进行综合控制。具体来说就是兼顾发动机和电池的效率，实现整车效率最优。也就是说，优化的控制策略对驱动系统各部件的特性高度依赖。本文选择

34、的控制策略是把上述两种模式结合起来，充分利用发动机和电池的高效率区，使其达到整体效率最高。发动机在 SOC 较低或负载功率较大时均会启动；当负载功率较小且 SOC 高于预设的上限值时，发动机被关闭；在发动机关停之间设定了一定范围的状态保持区域，这样可以避免频繁关停。 发动机一旦起动便在相对经济的区域内对电动机的负载功率进行跟踪，当负载功率大于或小于发动机经济区域所能输出的功率时，电池组可以通过充放电对该功率差额进行缓冲和补偿。例如，当汽车加速和爬坡时，为了满足车轮驱动功率要求，降低对蓄电池峰值功率要求，延长其工作寿命，可采用发动机跟随模式；当汽车车轮功率要求低时，为了避免发动机低效率工况的发生

35、，可以采用恒温器模式，以提高整车系统的效率。通过上面对两种控制策略的详细介绍，不难看出恒温器控制策略也可以在功率跟随控制策略中实现，在本文设计的控制策略中，就采用了这样方法，使得恒温器控制策略在功率跟随控制策略中体现出来，把两种控制策略结合起来，达到设计的目的。具体就是把恒温器式控制策略嵌入到功率跟随控制策略中，其控制策略框图如图 4-3所示。 其总体的原则如下： （1）当电池组的 SOC 值很高，并足以满足汽车行驶时的路面功率需求时，就由电池组单独驱动，发动机关闭。 （2）当汽车行驶时的路面功率需求较大，电池的组不能单独满足其要求，或者电池组的 SOC 值较低时，发动机都要开启。 （3）发动

36、机的输出功率应该根据电池组的 SOC 值来调整，能够使 SOC 处于其预先设定的范围内。 （4）发动机的输出功率一定要在规定的功率范围内，即大于其设定的最小值，小于规定的最大值，使其处于较经济的区域内。 （5）要尽量减少发动机的开关次数，当汽车行驶时的路面需求功率适中，电池组的功率相对较足时，要由发动机的前一时刻工作状态来决定发动机的开关状态，即前一时刻状态是开则开，是关则关。第五章 总结与展望5.1 论文总结随着汽车保有量的增加，世界石油资源日趋匮乏，环境污染日益严重。由于混合动力汽车融合了传统燃油汽车和纯电动汽车的优点，在节能和降低排放污染方面有明显的优势，因而受到很大的重视。混合动力汽车

37、的动力性、燃油经济性和排放性与驱动系统的参数匹配以及控制策略的协调控制密切相关，本文主要是对这两部分内容进行了研究，主要工作如下：（1）详细分析介绍了混合动力汽车的驱动型式及其特点，通过比较三种驱动型式的优劣，总结出各自使用的范围，同时考虑城市交通路况及汽车工况的特点，确定本文研究串联式驱动型式。（2）通过分析介绍串联式混合动力汽车的两种典型的控制策略，即恒温器控制策略和功率跟随式控制策略，制定了适合本文的控制策略，即恒温器+功率跟随控制策略。5.2 研究展望混合动力电动汽车的开发成为二十一世纪汽车工业发展的主要趋势之一，它是当前解决节能、环保问题切实可行的过渡方案。但总的来说，对于混合动力电

38、动汽车的研究和开发仍处于起步阶段，其关键技术（如电池系统、传动总成系统等）还有待改进和创新，成本价格有待降低，性能也有待提高，具体包括一下内容：（1）目前控制策略还不十分成熟，对控制策略进行优化是目前的一个发展方向，兼顾最佳燃油经济性、排放性、电池使用寿命等各方面的控制策略的研究是今后一个工作重点和难点。（2）研制混合动力汽车的目的就是来提高燃油经济性并降低排放，使其更适合于城市交通运输。所以，它首先应该满足城市中特定的循环工况。在以后的工作中急需制定适合我国城市客车的循环工况。参考文献：1 王军，申金升. 国内外混合动力电动汽车开发动态及发展趋势J，公路交通科技，2000；2 陈清泉，孙逢春，祝嘉光. 现代电动汽车技术M，北京：北京理工大学出版社，2002；3 余志生. 汽车理论(第3版)M，北京：机械工业出版社，2001；4 麻友良，陈全世. 混合动力电动汽车的发展J，公路交通科技，2001；5 赵宏伟,陈鹏,刘大有,王庆年.混合动力汽车多能源动力总成嵌入式系统J.吉林大学学报(工学版),2003；6 黄妙华,金国栋,邓亚东.串联混合动力电动汽车先导车的研究开发J.武汉理工大学学报:交通科学与工程版,2001；7 龚君.混合动力汽车控制策略的研究.武汉理工大学硕士学位论文.2007.第 20 页