【文章內容簡介】 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候傳動效率很低。 混合動力電動汽車相比傳統(tǒng) ICE 汽車之所以節(jié)油，主要結合上述在以下方面有所改進： 1 作為動力裝 置的發(fā)動機尺寸有所減小。 2 通過控制能使發(fā)動機工作點盡量靠近或在發(fā)動機最優(yōu)經濟區(qū)域 ,提高發(fā)動機工作效率 ， 不足動力由電機補充。 3 在汽車制動時 ， 控制電機以發(fā)電機模式工作進行回饋制動，將汽車的動能或勢能部分回收。 4 在頻繁起停工況下：汽車停車時，若電池荷電狀態(tài)處于合理范圍，將發(fā)動機關閉，節(jié)省發(fā)動機怠速油耗；在汽車起動時，由電機單獨驅動，能避免帶有液力變矩器的汽車在起動時的傳動效率低的問題。 混聯式 混合動力 電動 汽車的排放問題 在控制排放方面，混合動力電動汽車有若干優(yōu)點，降低排排放的主要途徑如下。 （ a）純電動汽車模式運行 混合動力電動汽車一般設計成具有純電動運行模式。這種混合動力電動汽車在進入車輛和人口密集的城市中心時，可以關閉其發(fā)動機以純電動方式工作，達到零排放，到了郊區(qū)時可重新啟動發(fā)動機。這種車輛還可以在晚上或停車時利用電網的電充電，類似與純電動汽車的情況。 （ b）降低發(fā)發(fā)動機排放 混合動力電動汽車可采用電動起步，當車速達到預定值或車輛負荷達到預定水平時才啟動發(fā)動機 ， 盡量使發(fā)動機工作在遠離排放差的區(qū)域；采用功率小的發(fā)動機意味著混合動力車輛比起傳統(tǒng)車輛來，在常見負荷下，可在較高的額定功率桂 林 航 天 工 業(yè) 院 第 10 頁 共 25 頁 下 工作，效率更高、污染最?。粍恿﹄姵氐墓β示彌_能力可使發(fā)動機縮短冷啟動時間，從而減少整車冷啟動是的排放。 混合動力電動汽車還可以在停車、滑行、低負荷、制動或蓄電池 SOC 到最大值時關掉發(fā)動機，取消發(fā)動機怠速，而當需要發(fā)動機輸出力矩時重新啟動，這樣可以取消怠速時的排放，降低整車排放污染。 混聯式 混合動力電動汽車分類 混合動力電動汽車是指采用兩種動力源作為動力裝置的汽車， HEV至少有一種能量存儲器、能量源或能量轉化器可以傳遞電能。因混合動力電動汽車各個組成部件、布置方式及控制策略的不同，而形成了各式 各樣的結構型式，混合動力電動汽車的分類方法也有多種方式。根據動力源的數量及動力傳遞方式的不同，分為串聯型、并聯型和混聯型；根據行駛前后蓄電池組的荷電狀態(tài) (SOC)變化情況，混合動力電動汽車可分為電量維持型和電量消耗型兩種；根據發(fā)動機運行模式的不同，分為發(fā)動機開／關模式和發(fā)動機連續(xù)運行模式；根據發(fā)動機和電動機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 共 25 頁 3 混聯式 混合動力電動汽車結構與工作原理 根據動力源的數量及動力傳遞方式的不同，混 合動力電動汽車分為串聯型、并聯型和混聯型 3種典型結構，不同結構實施不同控制策略?？刂撇呗缘闹贫ㄊ腔旌蟿恿﹄妱悠囬_發(fā)的關鍵，因為其直接影響著能量在車輛內部的流動及整車的性能。控制策略研究作為電動汽車的關鍵技術之一受到了普遍重視。本章主要以介紹混聯式電動汽車結構與工作原理為主。 串聯式混合動力電動汽車結構 及工作原理 串聯式混合動力電動汽車結構原理串聯式混合動力電動汽車最簡單，發(fā)動機輸出的機械能首先通過發(fā)電機轉化為電能，轉化后的電能一部分用來給蓄電池充電，另一部分經由電動機和動力傳動裝置 驅動車輪結構 （ 見圖 31)。 圖 31 串聯式混合動力電動汽車結構原理 并聯式混合動力電動汽車結構 及工作原理 （ 1） 并聯式混合動力電動汽車結構 并聯式混合動力電動汽車采用發(fā)動機和電動機兩套獨立驅動系統(tǒng)，可以采用發(fā)動機驅動、電力驅動或混合驅動 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。國內外對并聯式的混合動力電動汽車精力投入較其它兩種形式要多，并且出現了多種并聯式混合動力電動汽車控制策略。 （ 2） 并聯式混合動力電動汽車 的 原理 桂 林 航 天 工 業(yè) 院 第 12 頁 共 25 頁 并聯式混合動力 電動汽車發(fā)展迅速，它的一般原理結構 （見 圖 32） ，動力復合裝置采用行星輪系。目前也有將發(fā)動機和電機直接同軸串聯的新結構出現，它通過磁場疊加原理完成動力復合，省略了機械動力復合裝置。 圖 32 并聯式混合動力電動汽車結構原理 混聯式混合動力電動汽車結構 及工作原理 （ 1） 混聯式混合動力電動汽車結構 混聯式驅動系統(tǒng)是串聯式與并聯式的綜合，能使發(fā)動機、發(fā)電機、電動機等部件進行更多的優(yōu)化匹配，從而在結構上保證了在更復雜的工況下使系統(tǒng)工作在最優(yōu)狀態(tài)，因此更 容易實現排放和燃油消耗的控制目標。種可能的設計方式是將串聯式和并聯式的所有部件用一離合器連接起來，使車輛在某種情況下以串聯式工作，在另一種情況下則以并聯式工作。根據不同的驅動條件來選擇具有優(yōu)勢的驅動方式。但這種布置方式將會比單純的串聯式或并聯式增加更多的零部件，導致整車的尺寸增大和復雜程度增加。 （ 2） 混聯式混合動力電動汽車結構原理 混聯式結構最能體現混合動力系統(tǒng)的最優(yōu)化思想，同時也是最復雜、型式最多樣和研究難度最大的結構。下面就以豐田 2020年最新推出的 Lexus RX400h為例，介紹混聯式混合動力電動 汽車結構和控制策略特點。豐田 Lexus RX400h混合動力車驅動系的結構 （見圖 33） 。 桂 林 航 天 工 業(yè) 院 第 13 頁 共 25 頁 圖 33 豐田 Lexus RX400h混合動力系統(tǒng)結構原理 該車包含了 4個動力源：發(fā)動機、發(fā)電機、前輪驅動電動機和后輪驅動電動機，前 3個動力源通過行星齒輪連接起來構成多能源的藕合驅動。在此基礎上，雙軸式驅動系統(tǒng)增加了后輪驅動電動機，與前驅動軸相比，后驅動軸只少了一種發(fā)動機、電動機動力復合驅動模式。 混聯式驅動系統(tǒng)是串聯式與并聯式的綜合，它的結構形式和控制方式充分 發(fā)揮了兩種驅動形式各自的優(yōu)點。 能夠使發(fā)動機、發(fā)電機、電動機等部件進行更多的優(yōu)化匹配，從而在結構上保證了在更復雜的工況下使系統(tǒng)工作在最優(yōu)狀態(tài)，因此更容易實現排放和燃油消耗的控制目標。 一種可能的設計方式是將串聯式和并聯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式工作 ， 在另一種情況下則以并聯式工作。根據不同的驅動條件來選擇具有優(yōu)勢的那一種驅動方式。但是這種布置方式將會比單純的串聯式或并聯式增加更多的零部件，導致整車的尺寸增大和復雜程度增加。驅動系統(tǒng)是將發(fā)動機、發(fā)電機和電動機通過一個行星齒輪裝置連接起來。動力從發(fā)動機輸出到與其 相連的行星架，行星架將一部分轉矩傳送到發(fā)電機 ， 另一部分傳送到電動機并輸出到驅動軸。這種機構有兩個自由度，可以自由的控制兩個不同的速度 (例如：發(fā)動機的轉速與差速器輸入的轉速 )。此時車輛并不是串聯式或者并聯式 ， 而是介于串聯和并聯之間，充分利用兩種驅動方式的優(yōu)點。但其對控制系統(tǒng)的要求很高。 桂 林 航 天 工 業(yè) 院 第 14 頁 共 25 頁 4 混聯式 混合動力電動汽車 控制策略概述 混聯式混合動力電動汽車 的 控制策略 混聯式混合動力電動車在結構上集成了串聯與并聯系統(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?；炻撌接捎谄浣Y構的復雜其控 制系統(tǒng)也非常復雜。在傳統(tǒng)的控制領域里 ， 控制系統(tǒng)動態(tài)模式的精確與否是影響控制優(yōu)劣的最主要關鍵，系統(tǒng)動態(tài)的信息越詳細，貝 U 越能達到精確控制的目的。然而，對于復雜的系統(tǒng)，由于變量太多 ， 往往難以正確的描述系統(tǒng)的動態(tài)，于是對其控制系統(tǒng)進行簡化，才能達成控制的目的。 傳統(tǒng)的控制理論對于明確系統(tǒng)有強而有力的控制能力，但對于過于復雜或難以精確描述的系統(tǒng) ， 則顯得無能為力。自從 Zadeh 發(fā)展出模糊數學之后 ， 對于不明確系統(tǒng)的控制有極大的貢獻，自 70 年代后，便有一些實用的模糊控制器相繼的完成，使得我們在控制領域中又向前邁進 了一大步。 模糊控制是把模糊數學理論應用于自動控制領域 ， 從而產生的控制方法稱為模糊控制方法，模糊控制有其優(yōu)點，主要表現為： 1 無需預先知道被控對象的精確數學模型； 2 容易學習和掌握模糊邏輯控制方法 (規(guī)則由人的經驗總結出來、以條件語句表示 )； 3 有利于人機對話和系統(tǒng)知識處理 (以人的語言形式表示控制知識 )。 在混聯混合動力系統(tǒng)中的控制中需要加入模糊控制器才能使混聯混合動力的節(jié)能優(yōu)勢發(fā)揮充分。 1)起動時，由電池組分別向車輛前驅動軸、后驅動軸電動機供電直到發(fā)動機可以較高效 率工作時，起動發(fā)動機并用于驅動車輛前軸； 2)輕載時，發(fā)動機關閉，車輛前驅動軸由電池組、電動機系統(tǒng)驅動； 3)正常行駛時，由發(fā)動機直接驅動車輛前驅動軸； 4)全節(jié)氣門開度加速時，發(fā)動機和兩個電動機同時工作用于提供車輛驅動行駛功率； 5)減速／制動時，電動機以發(fā)電機模式工作，實現再生制動； 6)電池組充電模式，在車輛正常行駛過程中，當電池組電量偏低時，應對電池組進行補充充電； 桂 林 航 天 工 業(yè) 院 第 15 頁 共 25 頁 7)四輪驅動，若前驅動軸出現打滑時，與該驅動軸相連的電動機以發(fā)電機模式工作，吸收發(fā)動 機的部分輸出能量，并轉化為電能輸出到與后驅動軸相連的電動機，由電池組實現功率流之間的分配調整。 混聯式混合動力電動汽車的工作模式及控制系統(tǒng) 混聯式混合電動車的工作模式設計為準備啟動工況、起步工況、發(fā)動機微加速工況、低載荷巡航工況、節(jié)氣門全開工況、減速工況和倒車工況。在各種工況中模糊理論通過各系統(tǒng)組成的共同控制實現節(jié)能，下面介紹各部分的控制 : 混合動力系統(tǒng) ECU 的控制根據請求扭矩、再生制動和 HV 蓄電池的充電狀態(tài)控制發(fā)動機、電動機和發(fā)電機。具體工作狀態(tài)有單位、加速踏板踩下角度和車速來確定。混合動力系統(tǒng) ECU 監(jiān)控 HV 蓄電池的充電狀態(tài)和溫度。發(fā)電機和電動機以對這些項目實施最有控制。 發(fā)動機 ECU 的控制 發(fā)動機 ECU接收 HV ECU發(fā)送的目標發(fā)動機轉速和所需的發(fā)動機動力，來控制ETCSi系統(tǒng)、燃油噴射量、點火正時和 WTi系統(tǒng)。 變頻器的控制 根據 HVECU提供的信號，變頻器將 HV蓄電池的直流電轉換為交流電來驅動發(fā)電機、電動機 ， 同樣也可進行逆向過程。此外，變頻器將發(fā)電機的交流電提供給電動機。 電動機和發(fā)電機的控制 發(fā)電機由發(fā)動機帶動旋轉，產生高壓，操作電動機并為 HV蓄電池充電。另外它作為啟動機啟動發(fā)動機； 由發(fā)電機或 HV蓄電池供電驅動，產生車輛動力； 制動時或加速踏板未被踩下時它產生電能為 HV蓄電池再次充電 （ 再生制動）； 速度傳感器檢測到發(fā)電機、電動機的轉速和位置并將信號輸入到 HV ECU； 電動機上的