【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的消耗（特別是在城市市區(qū)行駛 )； 3 帶有液力變矩器的汽車在頻繁起停的時(shí)候傳動(dòng)效率很低。 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車相比傳統(tǒng) ICE 汽車之所以節(jié)油，主要結(jié)合上述在以下方面有所改進(jìn)： 1 作為動(dòng)力裝 置的發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸有所減小。 2 通過(guò)控制能使發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)盡量靠近或在發(fā)動(dòng)機(jī)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)區(qū)域 ,提高發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率 ， 不足動(dòng)力由電機(jī)補(bǔ)充。 3 在汽車制動(dòng)時(shí) ， 控制電機(jī)以發(fā)電機(jī)模式工作進(jìn)行回饋制動(dòng)，將汽車的動(dòng)能或勢(shì)能部分回收。 4 在頻繁起停工況下：汽車停車時(shí)，若電池荷電狀態(tài)處于合理范圍，將發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，節(jié)省發(fā)動(dòng)機(jī)怠速油耗；在汽車起動(dòng)時(shí)，由電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，能避免帶有液力變矩器的汽車在起動(dòng)時(shí)的傳動(dòng)效率低的問(wèn)題。 混聯(lián)式 混合動(dòng)力 電動(dòng) 汽車的排放問(wèn)題 在控制排放方面，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車有若干優(yōu)點(diǎn)，降低排排放的主要途徑如下。 （ a）純電動(dòng)汽車模式運(yùn)行 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車一般設(shè)計(jì)成具有純電動(dòng)運(yùn)行模式。這種混合動(dòng)力電動(dòng)汽車在進(jìn)入車輛和人口密集的城市中心時(shí)，可以關(guān)閉其發(fā)動(dòng)機(jī)以純電動(dòng)方式工作，達(dá)到零排放，到了郊區(qū)時(shí)可重新啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。這種車輛還可以在晚上或停車時(shí)利用電網(wǎng)的電充電，類似與純電動(dòng)汽車的情況。 （ b）降低發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)排放 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車可采用電動(dòng)起步，當(dāng)車速達(dá)到預(yù)定值或車輛負(fù)荷達(dá)到預(yù)定水平時(shí)才啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī) ， 盡量使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在遠(yuǎn)離排放差的區(qū)域；采用功率小的發(fā)動(dòng)機(jī)意味著混合動(dòng)力車輛比起傳統(tǒng)車輛來(lái)，在常見(jiàn)負(fù)荷下，可在較高的額定功率桂 林 航 天 工 業(yè) 院 第 10 頁(yè) 共 25 頁(yè) 下 工作，效率更高、污染最??；動(dòng)力電池的功率緩沖能力可使發(fā)動(dòng)機(jī)縮短冷啟動(dòng)時(shí)間，從而減少整車?yán)鋯?dòng)是的排放。 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車還可以在停車、滑行、低負(fù)荷、制動(dòng)或蓄電池 SOC 到最大值時(shí)關(guān)掉發(fā)動(dòng)機(jī)，取消發(fā)動(dòng)機(jī)怠速，而當(dāng)需要發(fā)動(dòng)機(jī)輸出力矩時(shí)重新啟動(dòng)，這樣可以取消怠速時(shí)的排放，降低整車排放污染。 混聯(lián)式 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車分類 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車是指采用兩種動(dòng)力源作為動(dòng)力裝置的汽車， HEV至少有一種能量存儲(chǔ)器、能量源或能量轉(zhuǎn)化器可以傳遞電能。因混合動(dòng)力電動(dòng)汽車各個(gè)組成部件、布置方式及控制策略的不同，而形成了各式 各樣的結(jié)構(gòu)型式，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的分類方法也有多種方式。根據(jù)動(dòng)力源的數(shù)量及動(dòng)力傳遞方式的不同，分為串聯(lián)型、并聯(lián)型和混聯(lián)型；根據(jù)行駛前后蓄電池組的荷電狀態(tài) (SOC)變化情況，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車可分為電量維持型和電量消耗型兩種；根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行模式的不同，分為發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)／關(guān)模式和發(fā)動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行模式；根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)是否布置在同一軸線上，分為單軸式和雙軸式。 桂 林 航 天 工 業(yè) 院 第 11 頁(yè) 共 25 頁(yè) 3 混聯(lián)式 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)與工作原理 根據(jù)動(dòng)力源的數(shù)量及動(dòng)力傳遞方式的不同，混 合動(dòng)力電動(dòng)汽車分為串聯(lián)型、并聯(lián)型和混聯(lián)型 3種典型結(jié)構(gòu)，不同結(jié)構(gòu)實(shí)施不同控制策略?？刂撇呗缘闹贫ㄊ腔旌蟿?dòng)力電動(dòng)汽車開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵，因?yàn)槠渲苯佑绊懼芰吭谲囕v內(nèi)部的流動(dòng)及整車的性能?？刂撇呗匝芯孔鳛殡妱?dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)之一受到了普遍重視。本章主要以介紹混聯(lián)式電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)與工作原理為主。 串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu) 及工作原理 串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)原理串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車最簡(jiǎn)單，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能首先通過(guò)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能，轉(zhuǎn)化后的電能一部分用來(lái)給蓄電池充電，另一部分經(jīng)由電動(dòng)機(jī)和動(dòng)力傳動(dòng)裝置 驅(qū)動(dòng)車輪結(jié)構(gòu) （ 見(jiàn)圖 31)。 圖 31 串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)原理 并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu) 及工作原理 （ 1） 并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu) 并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車采用發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)兩套獨(dú)立驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可以采用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、電力驅(qū)動(dòng)或混合驅(qū)動(dòng) 3種工作模式。從概念上講，它是電力輔助型的燃油車，目的是為了降低排放和燃油消耗。國(guó)內(nèi)外對(duì)并聯(lián)式的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車精力投入較其它兩種形式要多，并且出現(xiàn)了多種并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車控制策略。 （ 2） 并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 的 原理 桂 林 航 天 工 業(yè) 院 第 12 頁(yè) 共 25 頁(yè) 并聯(lián)式混合動(dòng)力 電動(dòng)汽車發(fā)展迅速，它的一般原理結(jié)構(gòu) （見(jiàn) 圖 32） ，動(dòng)力復(fù)合裝置采用行星輪系。目前也有將發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)直接同軸串聯(lián)的新結(jié)構(gòu)出現(xiàn)，它通過(guò)磁場(chǎng)疊加原理完成動(dòng)力復(fù)合，省略了機(jī)械動(dòng)力復(fù)合裝置。 圖 32 并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)原理 混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu) 及工作原理 （ 1） 混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu) 混聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是串聯(lián)式與并聯(lián)式的綜合，能使發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)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(shí)現(xiàn)排放和燃油消耗的控制目標(biāo)。種可能的設(shè)計(jì)方式是將串聯(lián)式和并聯(lián)式的所有部件用一離合器連接起來(lái)，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(dòng)條件來(lái)選擇具有優(yōu)勢(shì)的驅(qū)動(dòng)方式。但這種布置方式將會(huì)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。 （ 2） 混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)原理 混聯(lián)式結(jié)構(gòu)最能體現(xiàn)混合動(dòng)力系統(tǒng)的最優(yōu)化思想，同時(shí)也是最復(fù)雜、型式最多樣和研究難度最大的結(jié)構(gòu)。下面就以豐田 2020年最新推出的 Lexus RX400h為例，介紹混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng) 汽車結(jié)構(gòu)和控制策略特點(diǎn)。豐田 Lexus RX400h混合動(dòng)力車驅(qū)動(dòng)系的結(jié)構(gòu) （見(jiàn)圖 33） 。 桂 林 航 天 工 業(yè) 院 第 13 頁(yè) 共 25 頁(yè) 圖 33 豐田 Lexus RX400h混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理 該車包含了 4個(gè)動(dòng)力源：發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、前輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和后輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，前 3個(gè)動(dòng)力源通過(guò)行星齒輪連接起來(lái)構(gòu)成多能源的藕合驅(qū)動(dòng)。在此基礎(chǔ)上，雙軸式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)增加了后輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，與前驅(qū)動(dòng)軸相比，后驅(qū)動(dòng)軸只少了一種發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)動(dòng)力復(fù)合驅(qū)動(dòng)模式。 混聯(lián)式驅(qū)動(dòng)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(dòng)形式各自的優(yōu)點(diǎn)。 能夠使發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)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(shí)現(xiàn)排放和燃油消耗的控制目標(biāo)。 一種可能的設(shè)計(jì)方式是將串聯(lián)式和并聯(lián)式的所有部件用一個(gè)離合器連接起來(lái)，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(dòng)條件來(lái)選擇具有優(yōu)勢(shì)的那一種驅(qū)動(dòng)方式。但是這種布置方式將會(huì)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。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是將發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)通過(guò)一個(gè)行星齒輪裝置連接起來(lái)。動(dòng)力從發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)并輸出到驅(qū)動(dòng)軸。這種機(jī)構(gòu)有兩個(gè)自由度，可以自由的控制兩個(gè)不同的速度 (例如：發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與差速器輸入的轉(zhuǎn)速 )。此時(shí)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(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)。但其對(duì)控制系統(tǒng)的要求很高。 桂 林 航 天 工 業(yè) 院 第 14 頁(yè) 共 25 頁(yè) 4 混聯(lián)式 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 控制策略概述 混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 的 控制策略 混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)車在結(jié)構(gòu)上集成了串聯(lián)與并聯(lián)系統(tǒng)，其制方法在同樣也可充分利用它們各種控制方法的優(yōu)點(diǎn)?；炻?lián)式由于其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜其控 制系統(tǒng)也非常復(fù)雜。在傳統(tǒng)的控制領(lǐng)域里 ， 控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模式的精確與否是影響控制優(yōu)劣的最主要關(guān)鍵，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的信息越詳細(xì)，貝 U 越能達(dá)到精確控制的目的。然而，對(duì)于復(fù)雜的系統(tǒng)，由于變量太多 ， 往往難以正確的描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)，于是對(duì)其控制系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)化，才能達(dá)成控制的目的。 傳統(tǒng)的控制理論對(duì)于明確系統(tǒng)有強(qiáng)而有力的控制能力，但對(duì)于過(guò)于復(fù)雜或難以精確描述的系統(tǒng) ， 則顯得無(wú)能為力。自從 Zadeh 發(fā)展出模糊數(shù)學(xué)之后 ， 對(duì)于不明確系統(tǒng)的控制有極大的貢獻(xiàn)，自 70 年代后，便有一些實(shí)用的模糊控制器相繼的完成，使得我們?cè)诳刂祁I(lǐng)域中又向前邁進(jìn) 了一大步。 模糊控制是把模糊數(shù)學(xué)理論應(yīng)用于自動(dòng)控制領(lǐng)域 ， 從而產(chǎn)生的控制方法稱為模糊控制方法，模糊控制有其優(yōu)點(diǎn)，主要表現(xiàn)為： 1 無(wú)需預(yù)先知道被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型； 2 容易學(xué)習(xí)和掌握模糊邏輯控制方法 (規(guī)則由人的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來(lái)、以條件語(yǔ)句表示 )； 3 有利于人機(jī)對(duì)話和系統(tǒng)知識(shí)處理 (以人的語(yǔ)言形式表示控制知識(shí) )。 在混聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)中的控制中需要加入模糊控制器才能使混聯(lián)混合動(dòng)力的節(jié)能優(yōu)勢(shì)發(fā)揮充分。 1)起動(dòng)時(shí)，由電池組分別向車輛前驅(qū)動(dòng)軸、后驅(qū)動(dòng)軸電動(dòng)機(jī)供電直到發(fā)動(dòng)機(jī)可以較高效 率工作時(shí)，起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)并用于驅(qū)動(dòng)車輛前軸； 2)輕載時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，車輛前驅(qū)動(dòng)軸由電池組、電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)； 3)正常行駛時(shí)，由發(fā)動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)車輛前驅(qū)動(dòng)軸； 4)全節(jié)氣門開(kāi)度加速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)和兩個(gè)電動(dòng)機(jī)同時(shí)工作用于提供車輛驅(qū)動(dòng)行駛功率； 5)減速／制動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)以發(fā)電機(jī)模式工作，實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)； 6)電池組充電模式，在車輛正常行駛過(guò)程中，當(dāng)電池組電量偏低時(shí)，應(yīng)對(duì)電池組進(jìn)行補(bǔ)充充電； 桂 林 航 天 工 業(yè) 院 第 15 頁(yè) 共 25 頁(yè) 7)四輪驅(qū)動(dòng)，若前驅(qū)動(dòng)軸出現(xiàn)打滑時(shí)，與該驅(qū)動(dòng)軸相連的電動(dòng)機(jī)以發(fā)電機(jī)模式工作，吸收發(fā)動(dòng) 機(jī)的部分輸出能量，并轉(zhuǎn)化為電能輸出到與后驅(qū)動(dòng)軸相連的電動(dòng)機(jī)，由電池組實(shí)現(xiàn)功率流之間的分配調(diào)整。 混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的工作模式及控制系統(tǒng) 混聯(lián)式混合電動(dòng)車的工作模式設(shè)計(jì)為準(zhǔn)備啟動(dòng)工況、起步工況、發(fā)動(dòng)機(jī)微加速工況、低載荷巡航工況、節(jié)氣門全開(kāi)工況、減速工況和倒車工況。在各種工況中模糊理論通過(guò)各系統(tǒng)組成的共同控制實(shí)現(xiàn)節(jié)能，下面介紹各部分的控制 : 混合動(dòng)力系統(tǒng) ECU 的控制根據(jù)請(qǐng)求扭矩、再生制動(dòng)和 HV 蓄電池的充電狀態(tài)控制發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)。具體工作狀態(tài)有單位、加速踏板踩下角度和車速來(lái)確定?；旌蟿?dòng)力系統(tǒng) ECU 監(jiān)控 HV 蓄電池的充電狀態(tài)和溫度。發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)以對(duì)這些項(xiàng)目實(shí)施最有控制。 發(fā)動(dòng)機(jī) ECU 的控制 發(fā)動(dòng)機(jī) ECU接收 HV ECU發(fā)送的目標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和所需的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力，來(lái)控制ETCSi系統(tǒng)、燃油噴射量、點(diǎn)火正時(shí)和 WTi系統(tǒng)。 變頻器的控制 根據(jù) HVECU提供的信號(hào)，變頻器將 HV蓄電池的直流電轉(zhuǎn)換為交流電來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī) ， 同樣也可進(jìn)行逆向過(guò)程。此外，變頻器將發(fā)電機(jī)的交流電提供給電動(dòng)機(jī)。 電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的控制 發(fā)電機(jī)由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生高壓，操作電動(dòng)機(jī)并為 HV蓄電池充電。另外它作為啟動(dòng)機(jī)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)； 由發(fā)電機(jī)或 HV蓄電池供電驅(qū)動(dòng)，產(chǎn)生車輛動(dòng)力； 制動(dòng)時(shí)或加速踏板未被踩下時(shí)它產(chǎn)生電能為 HV蓄電池再次充電 （ 再生制動(dòng)）； 速度傳感器檢測(cè)到發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和位置并將信號(hào)輸入到 HV ECU； 電動(dòng)機(jī)上的