【正文】 。豐田公司預測，在未來的 10 年內，其在美國的全部轎車銷量中， 混 合動力車型將占有 25％的市場份額。 20xx 年，豐田汽車公司在美國市場上推出了 4款從現(xiàn)有車型改造成的混合動力汽車，這些混合動力汽車的外形、操控以及車內的設備和普通車完全一樣。為保持領先地位，豐田公司加大了對混合動力車的投入， 20xx 年，豐田投資 1000 萬美元在美國肯塔基州工廠改造設備和訓練員工。普銳斯在達成高水平的燃油經濟性和環(huán)保性能的前提下，實現(xiàn)了出色的動力性和舒適性。目前，世界上能夠批量產銷混合動 力汽車的企業(yè)，只有日本的豐田和本田兩家汽車公司。還有，要提高汽車行駛過程中的能量再生利用效率， .就得從汽車制造階段著手 , 設計改進汽車動力系統(tǒng) , 滿足汽車再生制動回收要求，加強混合動力電動汽車的可靠性 , 解決動力電池的使用壽命和可靠性問題 , 是混合動力電動汽車推廣應用的前提。另一方面，混合動力汽車成本過高絕對是目前混合動力電動汽車推廣應用的主要難點 , 這是因為混合動力汽車除了以往的動力裝置外 , 至少還必須安裝電池 , 其成本不可能降至普通汽車的水準。其原因是，混合動力雖然在城市路況中具有優(yōu)勢，但在高速路上，仍需全憑汽油發(fā)動機驅動，并且由于加載了幾百公斤的電池與電動機，反而更多耗費些汽油 H1。 在高速公路上表現(xiàn)不佳。因此加載了混合動力系統(tǒng)的車型要比同級別車型貴 20％ 30％ (如豐田混合動力車的價格比同級別汽油車貴 4500 美元左右 )。 和許多新技術一樣，混合動力系統(tǒng)的生產成本比內燃發(fā)動機系統(tǒng)的成本更高。尤其在大中城市，交通擁堵現(xiàn)象嚴重，汽車起步停車頻繁，混臺動力車的能量轉化優(yōu)勢將體現(xiàn)得更為明顯。根據(jù)豐田公司的測試，普銳斯在城市路況下行駛比同等排量的花冠轎車節(jié)油 44． 4％，在市郊行駛節(jié)油 29． 7％。當混合動力車達到一定速度時，車輛內的發(fā)動機、電動機同時工作，這個時候排量為 1． 5的混合動力車發(fā)揮出的動力 相當于 2． 0排量的普通轎車，尤其是在爬坡、轉彎、加速時，更是體現(xiàn)出良好的動力性能。 （ 2） 動力性能佳。一般車輛在怠速、啟動時造成的污染最厲害，因為此時發(fā)動機負荷大、汽油燃燒不充分；而在怠速狀態(tài)的混合動力車發(fā)動機并不工作，因此不會有排放。 四 混合動力汽車優(yōu)缺點分析 混合動力汽車的 優(yōu)點分析 在所有的節(jié)能環(huán)保型汽車技術當中，混合動力技術被公認為是目前最可行、最現(xiàn)實的節(jié)能技術，而混合動力汽車也是目前世界上唯一能實現(xiàn)量產的節(jié)能環(huán)保型汽車，這是混合動力汽車的最大優(yōu)勢所在。同時，只有在極限情況下（如當需求功率超過了蓄電池的最大功率調節(jié)能力時），才會調整發(fā)動機的工作點。優(yōu)化 ICE 曲線控制策略從靜態(tài)條件下的發(fā)動機萬有特性出發(fā)，將一定發(fā)動機轉速和一定負荷下發(fā)動機的最低燃油消耗點連成一條 線，也就是靜態(tài)條件下發(fā)動機的最佳工作曲線。這種控制策略在大多數(shù)并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)中采用。這種控制策略容易對發(fā)動機運行工況進行優(yōu)化。 （一）電動機輔助控制策略 電動機輔助控制策略（ Electric Assisted Control Strategy）。管理模式應該遵循選定的能量管理策略并對其進行優(yōu)化，以實現(xiàn)混合動力汽車要達到的目標，一般來說，應該達到的幾個主要設定目標是： 裝 訂 線 16 （ 1） 使燃油經濟性；（ 2）使排放最低；（ 3）為了保持整車價格能夠被市場接受，使啟動系統(tǒng)成本最小化；（ 4）在實現(xiàn)上述三點同時，維持或者提高整車的性能。模糊邏輯控制增加了模糊決策因素和邏輯思維，是比較符合人的思維邏輯的控制算法之一，在混合動力汽車能量管理策略中應用是比較合適的。得到了精確的數(shù)字控制量后，經數(shù)模轉換變?yōu)榫_的模擬量送給執(zhí)行機構，即電動機控制器，對驅 動電機進行第一步控制，然后等待第二次采樣，進行第二步控制，這樣循環(huán)下去，就實現(xiàn)了對被控制對象的模糊控制，完成驅動控制的要求。在控制過程中， 微機經中斷采樣獲取電動汽車行駛工況值，然后將其量與給定值比較得到誤差信號 E（在此取單位反饋），再取 E作為模糊控制器的一個輸入量，把 E的精確量轉化為模糊量， E 量可用相應的模糊語言表示。模糊邏輯控制策略目標與瞬時優(yōu)化控制策略類似，但與瞬時控制策略相比，模糊邏輯控制策略具有魯棒性好的優(yōu)點。通常的作法是把應用全局優(yōu)化算法得到的能量管理策略作為參考，以幫助總結和提煉出能用于在線控制的能量管理策略，如與邏輯門限策略等相 結合，在保證可靠性和實際可能性的前提下進行優(yōu)化控制。仿真結果顯示，在某種工況循環(huán)下，通常全局優(yōu)化比瞬時優(yōu)化降低油耗 5%～ 20%。只要那些從初始 SOC 節(jié)點可以到達或可以由此出發(fā)達到終點 SOC 的節(jié)點都要被考慮。 圖 31 貝爾曼（ Bellman）動態(tài)規(guī)劃全局優(yōu)化原理 在實際混合動力系統(tǒng)的仿真優(yōu)化中， Bellman 過程這樣來實現(xiàn)：首先通過離散 SOC 來建立 Bellman 過程的節(jié)點， SOC 離散精度可以選擇為 1%，時間步長可以確定為 1s。假設初始（ t=0） SOC 是 A，而 裝 訂 線 14 終止 SOC 是 E，連線上的數(shù)字代表了從一點到另一點的燃油消耗量。對于一般的控制對象，該方法通常按照時間順序把一個過程分為若干段，把一個復雜的決策問題（包括連續(xù)變量和離散變量的取值序列）轉化為一系列單段（某一時間段內）決策問題，然后從最后一段狀態(tài)開始逆向遞推到初始段狀態(tài)為止，最后就可以求解出完整的最優(yōu)策略（即輸入控制量的最優(yōu)值序列）。 （三） 全局優(yōu)化控制策略 全局最優(yōu)能量管理策略是應用最優(yōu)化方法和最優(yōu)控制理論開發(fā)出來的混合動力系統(tǒng)能量分配策略，目前主要有基于多目標數(shù)學規(guī)劃方法的能量管理策略，基于古典變分法的能量管理策略和基于 Bellman 動態(tài)規(guī)劃理論的能量管理策略三種。由優(yōu)化理論可知，瞬時最小值之和并不等于和的最小值，因此瞬時優(yōu)化模式并不能導致全局最優(yōu)的控制策略。 +錯誤 !未找到引用源。 +錯誤 !未找到引用源。根據(jù)對并聯(lián)混合動力汽車動力性、經濟性和排放性能的折中，建立實時控制的目標函數(shù)。等效燃油消耗最小方法在每一步長內是最 裝 訂 線 13 優(yōu)的，但無法保證在整個運行區(qū)間內最優(yōu)，而且需要大量的浮點運算和比較精確的車輛模型，計算量大，實現(xiàn) 困難。在某一個工況瞬時，從保證系統(tǒng)在每個工作時刻的名義油耗最小出發(fā)，確定電機的工作范圍（用電機轉矩表示），同時確定發(fā)動機的工作點，對每一對工作點計算發(fā)動機的實際燃油消耗，以及電機的等效燃油消耗，最后選名義油耗最小的點作為當前工作點，實現(xiàn)對發(fā)動機和電機輸出轉矩的合理控制。瞬時優(yōu)化策略一般是采用“等效燃油消耗最少”法或“功率損失最小”法，二者原理類似。但由于主要依靠工程經驗設置門限參數(shù)，無法保證車輛燃油經濟性最優(yōu)，而且這些靜態(tài)參數(shù)不能適應工況的 動態(tài)變化，因此無法使整車系統(tǒng)達到最大效率。然而，當制動能量超過可回饋的制動能量時，液壓制動系統(tǒng)將提供剩余的制動能量。 （ 3）制動能量回饋模式。發(fā)動機的目標功率為需求的驅動功率與充電功率之和。對電池能量的管理采用了充電維持策略，即始終保持電池的 SOC 值位于最高效率區(qū)的上下限值之間（設定為 55% ～ 60%）。 在正常行駛模式下，發(fā)動機總是工作在“發(fā)動機工作最小功率”和“電動機助力最小功率”之間效率最高的區(qū)域。 （ 1） 正常行駛模式。這種策略的主要依據(jù)是工程經驗，根據(jù)部件的穩(wěn)態(tài)效率 MAP 圖來確定如何進行發(fā)動機和電動機之間的動力分配。下面主要對并聯(lián)式和混聯(lián)式混合動力汽車典型的控制策略進行分析。并聯(lián)控制策略主要包括：靜態(tài)邏輯門限值策略、瞬時優(yōu)化控制策略、全局優(yōu)化控制策略和模糊邏輯控制策略。根據(jù)發(fā)動機和電機的功率比的混合動力汽車將發(fā)動機、電動機和能量儲存裝置（蓄電池）按某種方式組合在一起，有串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián) 式三種布置形式。 （二） 混聯(lián)式混合動力電動汽車（ PSHEV）的工作原理 蓄電池 逆變 器 電動機 驅動軸 發(fā)動機 行星齒輪機構 發(fā)電機 裝 訂 線 11 圖 23所示的 是一種發(fā)動機的動力與驅動電動機的動力在驅動輪處進行組合的方式，其驅動 模 式為： （ 1） 以發(fā)動機驅動為基本驅動模式，帶動電動機 /發(fā)動機，并獨立驅動后驅動輪； （ 2） 以驅動電動機為輔助驅動模式，能獨立驅動前驅動輪； 在混合驅動時，發(fā)動機驅動的后輪動力與驅動電動機驅動的前輪動力進行組合，成為混合四輪驅動模式。 圖 23 混聯(lián)式簡圖 混聯(lián)式混合動力汽車 的 機構組成： 發(fā)動機 電動機 /發(fā)動機 變速器或減速器 驅動橋 逆變器 驅動電動機 蓄電池組 PSHEV 是綜合 SHEV 和 PHEV 結構特點組成的，由發(fā)動機、電動機或發(fā)動機和驅動電機三大動力總成組成。電動機的動力要與車輛驅動系統(tǒng)相適合，可以在變速器（包括驅動橋）處進行組合，也可以在驅動輪處進行組合。 蓄電池 逆變 器 電動機 驅動 軸 發(fā)動機 耦合器 裝 訂 線 10 混聯(lián)式混合動力電動汽車（ PSHEV） 混聯(lián) 式混合動力電動汽車綜合 SHEV 和 PHEV 結構特點，由發(fā)動機、電動 發(fā)電機和驅動電動機三大動力總成組成。電動機的動力要與車輛驅動系統(tǒng)相結合，可以： 蓄電池 逆變 器 電動機 驅動軸 發(fā)電機 發(fā)動機 裝 訂 線 裝訂線 9 （ 1） 在發(fā)動機輸出軸處進行組合； （ 2） 在變速器（包括驅動橋）處進行組合； （ 3） 在驅動橋處進行組合。 （一） 并聯(lián)式混合動力（ PHEV）的結構 并聯(lián)式混合動力（ PHEV）是由發(fā)動機與電動機、發(fā)動機或驅動電機兩大動力總成組成。 并聯(lián)式混合動力電動汽車（ PHEV） 并聯(lián)式混合動力（ PHEV）由發(fā) 動機、電動 /發(fā)電機或驅動電動機兩大動力總成組成。當車輛能量需求較大時，輔助動力系統(tǒng)與蓄電池組同時為驅動系統(tǒng)提供能量，發(fā)動機 發(fā)電機組產生的交流電經整流器變?yōu)橹绷麟姾碗姵剌敵龅闹绷麟娊浛刂破髯優(yōu)榻涣麟姾蠊┤腧寗与妱訖C。 裝 訂 線 8 圖 21 串聯(lián)式簡圖 （二） 串聯(lián)式混合動力 （ SHEV） 的工作原理 在車輛行駛之初，蓄電池組處于電量飽和狀態(tài)，其能量輸出可以滿足車輛要求，輔助動力系統(tǒng)不需要工作，蓄電 池輸出的直流電經控制器變?yōu)榻涣麟姾蠊┤腧寗与妱訖C、驅動電動機輸出的轉矩經變速器、傳動軸及驅動橋驅動車輪。 （一） 串聯(lián)式混合動力 （ SHEV） 的結 構 串聯(lián)式混合動力 （ SHEV） 的結構如 下 圖所示。技術的發(fā)展將使得完全混合動力系統(tǒng)逐漸成為混合動力技術的主要發(fā)展方向。 （ 4） 完全混合動力系統(tǒng) 該系統(tǒng)采用了 272650v 的高壓啟動電機，混合程度更高。另外，中混合動力系統(tǒng)還增加了一個功能：在汽車處 于加速或者大負荷工況時，電動機能夠輔助驅動車輪，從而補充發(fā)動機本身動力輸出的不足，從而更好的提高整車的性能。 （ 3） 中混合動力系統(tǒng) 該混合動力系統(tǒng)同樣采用了 ISG 系統(tǒng)。與微混合動力系統(tǒng)相比，輕混合動力系統(tǒng)除了能夠實現(xiàn)用發(fā)電機控制發(fā)動機的啟動和停止，還能夠實現(xiàn)： ，對部分能量進行吸收； 裝 訂 線 7 ，發(fā)動機等速運轉，發(fā)動機產生的能量可以在車輪的驅動需求和發(fā)電機的充電需求之間進行調節(jié)。 （ 2） 輕混合動力系統(tǒng) 代表車型是通用的混合動力皮卡車。在微混合動力系統(tǒng)里，電機的電壓通常有兩種： 12v 和 42v。該電機為發(fā)電啟動 (StopStart)一體式電動機，用來控制發(fā)動機的啟動和停止，從而取消了發(fā)動機的怠速，降低了油耗和排放?；炻?lián)型 Plugin HEV 驅動系統(tǒng)的控制策略是：在汽車低速行駛時，驅動系統(tǒng)主要以串聯(lián)方式工作；汽車高速穩(wěn)定行駛時，則以并聯(lián)工作方式為主；停車時，通過車載充電器對其進行外接充電。發(fā)動機發(fā)出的功率一部分通過機械傳動輸送給驅動橋，另一部分則驅動發(fā)電機發(fā)電。 基本上混合動力汽車就是以上說的那些，不過現(xiàn)在也有公司在開發(fā)非電動的混合動力車，比如通用公司的氫動力車。與并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)相比，混聯(lián)式混合 動力系統(tǒng)可以更加靈活地根據(jù)工況來調節(jié)內燃機的功率輸出和電機的運轉?；炻?lián)式混合動力系統(tǒng)的特點在于內燃機系統(tǒng)和電機驅動系統(tǒng)各有一套機械變速機構，兩套機構或通過齒輪系，或采用行星輪式的結構結合在一起，從而綜合調節(jié)內燃機與電動機之間的轉速關系。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。 豐田 Prius 采用的是混聯(lián)式聯(lián)結方式。與并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)相比，混聯(lián)式動力系統(tǒng)可以更加靈活地根據(jù)工況來調節(jié)內燃