混合动力汽车原理及发展前景研究

1、PAGE 2 课题名称混合动力汽汽车原理理及发展展前景研研究课 题题 工 作 内内 容根据课题要要求，论论文首先先以混合合动力汽汽车为对对象，介介绍其结结构、工工作原理理和控制制方法，再再对其发发展前景景进行深深入研究究。当前，全球球汽车工工业正面面临着金金融危机机和能源源环境问问题的巨巨大挑战战。发展展新能源源汽车，实实现汽车车动力系系统的新新能源化化，推动动传统汽汽车产业业的战略略转型，在在国际上上已经形形成广泛泛共识。在在太阳能能、电能能等替代代能源真真正进入入实用阶阶段之前前，混合合动力汽汽车因其其低油耗耗、低排排放的优优势越来来越受到到人们的的关注。虽然混合动动力汽车车并不是是完全意

2、意义上的的新能源源汽车，但但在近期期或相当当长一段段时间内内，最适适合中国国现实条条件的还还是混合合动力汽汽车。混混合动力力汽车是是中国汽汽车市场场唯一能能够实现现大批量量商品化化的节能能产品。论文内容如如下：一、混合动动力汽车车概念1混合动动力汽车车的概念念2混合动动力汽车车的分类类二、混合动动力汽车车的工作作原理三、混合动动力系统统控制策策略1静态逻逻辑门限限值策略略2顺势优优化控制制策略3全局优优化控制制策略4模糊逻逻辑控制制策略四、混合动动力汽车车的发展展前景研研究1混合动动力汽车车的市场场应用2.混合动动力汽车车的市场场推广情情况3混合动动力汽车车面临的的问题4.混合动动力汽车车的前

3、景景与展望望指标要求1掌握混混合动力力汽车的的基本结结构和原原理；2掌握混混合动力力汽车的的类型；3了解混混合动力力汽车的的电能储储存装置置；4了解混混合动力力汽车的的应用；5分析混混合动力力汽车的的优点及及国内外外混合动动力汽车车的发展展前景；论文书写要要求：毕业论文说说明书按按学院规规定的撰撰写格式式、要求求和纸张张格式装装订成册册，内容容顺序为为：封面面、中英英文摘要要、目录录、说明明书正文文、参考考书目录录、致谢谢、表11表66。论文说明书书的论证证要有科科学根据据，要有有说服力力；计算算部分须须指出公公式来源源并说明明公式中中的符号号所代表表的意义义，公式式中所有有常数或或系数必必须

4、正确确，计算算结果要要足够准准确，计计算中采采用的数数据及计计算结果果可列表表表示。说明书要求求章节分分明，层层次清楚楚，文理理通顺，图图表、简简图规范范、清晰晰。进程安排1.根据毕毕业课题题任务，收收集、阅阅读整理理有关资资料； 1周周2.拟订并并确定设设计方案案； 1周周 3.依据设设计方案案完成论论文初稿稿； 2周周4. 修改改、定稿稿、打印印； 55周5.编写说说明书，整整理并完完成毕业业（设计计）论文文，制作作答辩幻幻灯片； 2周6.毕业（设设计）论论文审阅阅、评阅阅、答辩辩。主要参考文献1关文达达，汽车车构造M，清清华大学学出版社社，20009年年1月第第二版。2麻友良良，陈全全世

5、，混混合动力力电动汽汽车的发发展MM，公公路交通通技术，220011年。3刑伟岩岩，宋振振寰，周周雅夫，混混合动力力电动汽汽车进入入实用化化的关键键因素J，广广西交通通科技，220022年033期。4岳东鹏鹏，郝志志勇，张张俊智，混混合动力力电动汽汽车研究究开发及及前景展展望JJ，拖拖拉机与与农用运运输车，220044年022期。5陈智家家，陈祥祥丰，欧欧阳海，混混合动力力汽车控控制策略略研究现现状及发发展趋势势J，汽车车工程师师，20009年年第100期。6杨金星星，周荣荣，乔维维高，PPlugg-inn混合动动力电动动汽车的的研究分分析JJ，汽汽车工程程师，220099年第110期。7蒋延

6、莲莲，混合合动力汽汽车发展展前景探探讨JJ，江江苏科技技信息，220100年第22期。8何云信信，谢文文尚，汽汽车混合合动力技技术发展展现状及及前景J，装装备制造造技术，220100年第22期。起止日期2010年年10月月8 日日20010 年122月100日系(部)盖盖章： 教研研室主任任(签字字)： 年 月月 日 年 月 日日说明：毕业设计任务书根据课题的具体情况填写，经教研室主任签字及系部审核盖章后生效。此任务书要求按固定格式双面打印,在毕业设计工作开始前一周内填写并发给学生。 混合动力汽车原理及发展前景研究摘要：随着世界各国环境保护的措施越来越严格，替代燃油发动机汽车的方案也越来越多，

7、例如氢能源汽车、燃料电池汽车、混合动力汽车等。但目前最有实用性价值并已有商业化运转的模式，只有混合动力汽车。本文主要对混合动力汽车的结构和工作原理进行分析，并对其发展前景进行深入研究。而且本文分析了混合动力汽车的研究现状，介绍了混合动力汽车的主要结构形式与工作特点，指出了混合动力汽车目前需要解决的主要问题和采用的关键技术，并对其发展前景进行了预测。关键词：混混合动力力；工作作原理；发展前前景Princciplle oof HHybrrid Vehiiclees aand Deveeloppmennt PProsspeccts of0801 Vehiiclee Insppecttionn ann

8、d MMainntennancce Chhen Hao(Yanggzhoou Inddusttry Pollyteechnnic Insstittutee, YYanggzhoou 22251127, Chhinaa)Abstrractt: WWithh thhe wworlld iincrreassinggly strringgentt ennvirronmmenttal prootecctioon mmeassurees, altternnatiive fueel eengiine carrs mmoree annd mmoree prrogrramss, ssuchh ass hyydr

9、oogenn caars, fuuel celll vvehiiclees, andd hyybriid ccarss annd sso oon. Butt thhe mmostt prractticaal mmethhod andd moode of opeerattionn haave beeen ccommmercciallizeed aand onlly hhybrrid vehhiclles. Inn thhis papper, thhe sstruuctuure of hybbridd veehiccless annd wworkkingg prrincciplle oof tth

10、e anaalyssis, annd tto ddeveelopp prrosppectts ffor furrtheer sstuddy. Andd thhis artticlle aanallyzees tthe powwer of a ccar, wiith thee maain forrm oof ppoweer sstruuctuuress annd wworkkingg quualiity, poointted outt a movve tthe carr iss noow rrequuireed tto ssolvve tthe majjor isssuess annd aado

11、ppt tthe keyy teechnnoloogy andd deevellopmmentt maade a ppreddicttionn.Keywoordss: HHybrrid; Woorkiing priinciiplee; DDeveeloppmennt pprosspeccts目 录一、混合动动力汽车车概念 11.1混合合动力汽汽车的概概念 111.2混合合动力汽汽车的分分类 111.2.11串联式式混合动动力电动动汽车 111.2.22并联式式混合动动力电动动汽车 221.2.33混联式式混合动动力电动动汽车 33二、混合动动力汽车车的工作作原理 5三、混合动动力系统统控制策策

12、略 63.1静态态逻辑门门限值策策略 773.2顺势势优化控控制策略略 883.3全局局优化控控制策略略 993.4模糊糊逻辑控控制策略略100四、混合动动力汽车车的发展展前景研研究1114.1混合合动力汽汽车的市市场应用用1114.2混合合动力汽汽车的市市场推广广情况。4.3混合动力汽车面临的问题144.4混合合动力汽汽车的前前景与展展望1664.4.11混合动动力汽车车的市场场1664.4.22成熟的的混合动动力汽车车技术1774.4.33混合动动力汽车车市场推推广政策策1884.4.44我国混混合动力力汽车发发展概况况188结语 119参考文献 119致谢 220一、混合动动力汽车车概念

13、1.1混合合动力汽汽车的概概念混合动力汽汽车（HHybrrid Eleectrricaal VVehiiclee，简称称HEVV）是指指同时装装备两种种动力来来源热动力力源（由由传统的的汽油机机或者柴柴油机产产生）与与电动力力源（电电池与电电动机）的的汽车。通通过在混混合动力力汽车上上使用电电机，使使得动力力系统可可以按照照整车的的实际运运行工况况要求灵灵活调控控，而发发动机保保持在综综合性能能最佳的的区域内内工作，从从而降低低油耗与与排放。混混合动力力汽车就就是在纯纯电动汽汽车上加加装一套套内燃机机，其目目的是减减少汽车车的污染染，提高高纯电动动汽车的的行驶里里程。混合动力汽汽车的燃燃油经济

14、济性能高高，而且且行驶性性能优越越，混合合动力汽汽车的发发动机要要使用燃燃油，而而且在起起步、加加速时，由由于有电电动马达达的辅助助，所以以可以降降低油耗耗。简单单地说，就就是与同同样大小小的汽车车相比，燃燃油费用用更低。而而且，辅辅助发动动机的电电动马达达可以在在启动的的瞬间产产生强大大的动力力，因此此，车主主在享受受更强劲劲的起步步、加速速的同时时，还能能实现较较高水平平的燃油油经济性性。1.2混合合动力汽汽车的分分类混合动力汽汽车包括括串联式式混合动动力电动动汽车（Series Hybrid Electric Vehicle，SHEV）、并联式混合动力电动汽车（Parallel Hybr

15、id Electric Vehicle，PHEV）、混联式混合动力电动汽车（Parallel Series Hybrid Electric Vehicle，PSHEV）三种。一般所说的混合动力汽车是由电动马达作为发动机的辅助动力驱动汽车。其结构特点就是在传统HEV上改装或加装可充电的动力电池，因此，不同类型传统HEV所具备的特点在相应类型的可外接充电式混合动力汽车（Plug-in HEV）上依然具备，所不同的是Plug-in HEV用发动机功率比传统HEV的小，电机和电池功率比传统HEV的大，电池可通过电网进行充电。1.2.11串联式式混合动动力电动动汽车串联式混合合动力电电动汽车车主要由由发

16、动机机、发电电机、驱驱动电机机和蓄电电池组等等部件组组成。发发动机仅仅仅用于于发电，发发电机所所发出的的电能供供给电动动机，电电动机驱驱动汽车车行驶。发发电机发发出的部部分电能能向电池池充电，来来延长混混合动力力电动汽汽车的行行驶里程程。另外外电池还还可以单单独向电电动机提提供电能能来驱动动电动汽汽车，使使混合动动力电动动汽车在在零污染染状态下下行驶。串串联式混混合动力力电动汽汽车中发发动机不不直接驱驱动汽车车行驶，而而是通过过发电机机转化为为电能，再再通过电电动机驱驱动汽车车行驶，这这使得串串联式混混合动力力电动汽汽车更加加适合城城市低转转速下频频繁起步步和低速速行走，但但缺点是是结构比比汽

17、油机机复杂，占占用空间间更多，能能量耗损损比较多多。在这这种连接接方式下下，电池池就像一一个水库库，只是是调节的的对象不不是水量量，而是是电能。电电池对在在发电机机产生的的能量和和电动机机需要的的能量之之间进行行调节，从从而保证证车辆的的正常工工作。这这种动力力系统在在城市公公交上的的应用比比较多，轿轿车上很很少使用用。串联型Pllug-in HEVV的特点点是：发发动机带带动发电电机发电电，电能能通过电电动机控控制器直直接输送送给电动动机，由由电动机机产生电电磁力矩矩驱动汽汽车。在在发动机机与驱动动桥之间间通过电电能实现现动力传传递，因因此更像像是电传传动汽车车，其结结构原理理图，如如图1所

18、所示。图 1 串联型型Pluug-iin HHEV动动力系统统简图1.2.22并联式式混合动动力电动动汽车并联式混合合动力电电动汽车车主要是是由发动动机、发发电/电电动机和和蓄电池池组等部部件组成成。并联联式驱动动系统可可以单独独使用发发动机或或电动机机作为动动力源，也也可以同同时使用用电动机机和发动动机作为为动力源源来驱动动汽车。并并联式混混合动力力系统有有两套驱驱动系统统：传统统的内燃燃机系统统和电动动驱动系系统。两两个系统统既可以以同时协协调工作作，也可可以各自自单独工工作驱动动汽车。这这种方式式的优点点是动力力更猛，结结构相对对简单，但但由于电电动机只只是辅助助驱动系系统，因因此在节节

19、油效果果上不如如混联式式显著。这这种系统统适用于于多种不不同的行行驶工况况，尤其其适用于于复杂的的路况。该该联结方方式结构构简单，成成本低。并联型Pllug-in HEVV的特点点是：并并联式布布置保留留了发动动机及其其后续传传动的机机械连接接，由电电池组-电动机机所提供供的动力力在原驱驱动系统统的某一一处和主主动力汇汇合，或或者发动动机和电电动机产产生的力力完全分分开用以以驱动不不同的驱驱动桥，即即汽车可可由发动动机和电电动机共共同驱动动或者各各自单独独驱动。发发动机和和电机是是两个相相互独立立的系统统，即可可实现纯纯电动行行驶，又又可实现现内燃机机驱动行行驶，在在功率需需求较大大时还可可以

20、实现现全混合合动力行行驶，在在停车状状态下可可进行外外接充电电。其结结构原理理图，如如图2所所示。图 2 并联型型Pluug-iin HHEV动动力系统统简图1.2.33混联式式混合动动力电动动汽车混联式混合合动力电电动汽车车主要由由发动机机、发电电机、电电动机、行行星齿轮轮机构和和蓄电池池组等部部件组成成。如丰丰田PRRIUSS所采用用的混合合驱动方方式，是是将发动动机、发发电机和和电动机机通过一一个行星星齿轮装装置连接接起来。动动力从发发动机输输出到与与其相连连的行星星架，行行星架将将一部分分转矩传传送到发发电机，另另一部分分传送到到电动机机并输出出到驱动动轴。此此时车辆辆并不是是串联式式

21、或者并并联式，而而是介于于串联和和并联之之间，充充分利用用两种驱驱动方式式的优点点，可以以在低速速下用电电池带动动汽车工工作，在在加速时时，由两两套动力力系统一一同工作作，在驱驱动汽车车行驶的的同时又又为电池池充电，因因此非常常适合城城市走走走停停的的低速路路况。混混联式混混合动力力系统的的特点在在于内燃燃机系统统和电机机驱动系系统各有有一套机机械变速速机构，两两套机构构或通过过齿轮系系，或采采用行星星轮式的的结构结结合在一一起，从从而综合合调节内内燃机与与电动机机之间的的转速关关系。另另外，汽汽车在小小负荷工工作时，电电动机/发电机机（作为为发电机机）给蓄蓄电池充充电，使使蓄电池池得以补补充

22、电能能；在汽汽车减速速或制动动时，汽汽车驱动动电动机机/发电电机（作作为电动动机）为为蓄电池池充电（回回收汽车车减速或或制动时时的部分分能量转转变为电电能储存存）。与与并联式式混合动动力系统统相比，混混联式混混合动力力系统可可以更加加灵活地地根据工工况来调调节内燃燃机的功功率输出出和电机机的运转转。唯一一的缺点点就是价价格高，结结构复杂杂。基本上混合合动力汽汽车就是是以上说说的那些些，不过过现在也也有公司司在开发发非电动动的混合合动力车车，比如如通用公公司的氢氢动力车车。混联型Pllug-in HEVV驱动系系统是串串联式与与并联式式的综合合，图33为一种种典型的的混联型型Pluug-iin

23、HHEV动动力系统统结构原原理图。发发动机发发出的功功率一部部分通过过机械传传动输送送给驱动动桥，另另一部分分则驱动动发电机机发电。发发电机发发出的电电能由控控制器控控制，输输送给电电动机或或电池，电电动机产产生的驱驱动力矩矩通过动动力耦合合装置传传送给驱驱动桥。混混联型PPlugg-inn HEEV驱动动系统的的控制策策略是：在汽车车低速行行驶时，驱驱动系统统主要以以串联方方式工作作；汽车车高速稳稳定行驶驶时，则则以并联联工作方方式为主主；停车车时，通通过车载载充电器器对其进进行外接接充电。图 3 混联型型Pluug-iin HHEV动动力系统统简图二、混合动动力汽车车的工作作原理混合动力汽

24、汽车在发发达国家家已经日日益成熟熟，有些些已经进进入使用用阶段。由由于构造造复杂，成成本较高高，在电电动汽车车时代到到来之前前，混合合动力型型汽车只只是一种种过渡产产品。HEV既要要使用发发动机作作为动力力来保证证HEVV正常行行驶时所所需要的的基本动动力，又又要对发发动机的的节能和和环保做做出种种种限制，使使发动机机的燃料料消耗降降低到最最低，使使发动机机的有害害气体的的排放达达到“超低污污染”标准的的要求。而而采用控控制发动动机转速速范围、降降低发动动机的最最高转速速、保持持发动机机稳定均均衡地运运转、并并采取“开关”的控制制方式，使使发动机机避开启启动、怠怠速和转转速突然然变化时时，燃料

25、料燃烧不不完全而而引起的的燃料经经济性降降低和增增加有害害废气的的排放，从从而控制制发动机机始终处处于最佳佳状态下下运转。另另外，HHEV还还可以广广泛地采采用转子子发动机机（Waankeel EEngiine、Rottaryy Ennginne）、燃气气轮机(Gas TTurbbinee)和斯斯特林发发动机（Stirling Engine）作为HEV的发动机。HEV上是是以电动动机驱动动作为发发动机驱驱动的辅辅助动力力，但必必须对电电池组的的质量和和整车的的整备质质量进行行限制，以以减轻HHEV的的总质量量。因此此，一般般电动/发电机机只是在在HEVV发动机机启动，车车辆启动动、加速速或爬坡

26、坡时起作作用。电电动/发发电机又又是发动动机的飞飞轮，起起调节发发动机输输出功率率作用。电电动/发发电机还还起发电电机的作作用，将将发动机机的动能能转化为为电能，储储存到电电池组中中去。在在HEVV下坡或或制动时时，将汽汽车惯性性动能转转换为电电能，储储存到电电池组中中去。因因此，HHEV有有了电动动机的辅辅助作用用，就可可以使用用HEVV达到节节能和“超低污污染”的要求求。HEV汽车车在起步步、行车车、加速速和停车车时，由由其控制制系统自自动判断断和控制制使用何何种动力力，使汽汽车的能能源消耗耗和排放放指标控控制在最最佳范围围。汽车车起步时时因发动动机的效效率低，由由电动机机提供动动力，在在

27、信号等等待时，发发动机会会自动停停止运行行，避免免怠速空空转的燃燃油消耗耗。汽车车在正常常行驶中中控制发发动机在在最佳区区域运行行，一部部分动力力用于克克服道路路阻力，另另一部分分动力用用于为电电池充电电。当车辆起步步加速或或爬坡时时，除机机组所产产生的电电能，通通过控制制设备，输输往驱动动车轮的的电动机机，此外外，蓄电电池组也也同时供供电给驱驱动车轮轮的电动动机，以以保证车车辆具有有足够的的牵引能能力。当当车辆在在平坦道道路上作作等速运运行时，只只需发电电机组（或或蓄电池池组）单单独提供供电能驱驱动车辆辆即可。当当车辆减减速时，发发电机组组产生的的电能，通通过控制制设备，向向蓄电池池组充电电

28、；在车车辆制动动过程中中，驱动动车轮的的电动机机，将转转变为发发电机，并并通过控控制设备备向蓄电电池充电电。此种种能将车车辆的动动能转变变为电能能并加以以回收的的制动方方式，被被称为“再生制制动”。混合动力汽汽车通过过将发动动机、充充电电池池和电动动机的最最佳组合合，既可可以提高高发动机机工作效效率，节节省能源源，又可可以清洁洁排放，减减少环境境污染。这这种车除除发动机机可对电电池充电电外，在在减速时时动力回回收再生生，制动动器可以以将机械械能转换换成电能能，避免免了能量量的浪费费。装用用了混合合动力系系统的汽汽车燃料料经济性性比普通通汽车可可提高11倍，同同时使能能引起地地球变暖暖的COO2

29、排放量量减少一一半。混合动力驱驱动车辆辆在运行行中，能能向蓄电电池组补补充电能能，因此此，没有有必要像像电动车车（电瓶瓶车）那那样，必必须停歇歇在车库库（或充充电站点点）内花花很长时时间充电电。混合合动力驱驱动的车车辆具有有节能、低低排放、低低噪音等等优点，并并且保持持了传统统的由内内燃机驱驱动的汽汽车续驶驶里程长长的固有有特点，混混合动力力驱动的的车辆不不论在小小轿车或或是大型型车辆（如如：公共共汽车）领领域中，均均将有巨巨大的发发展潜力力和看好好的市场场前景。混合动力汽汽车(HHEV)不加重重环境污污染,其其动力系系统包括括内燃机机和电池池组，兼兼备了内内燃机汽汽车和电电动汽车车的优点点，

30、它将将内燃机机、电动动机与一一定容量量的储能能器件通通过控制制系统相相组合，电电动机可可补充提提供车辆辆起步、加加速时所所需转矩矩，又可可以存储储吸收内内燃机富富余功率率和车辆辆制动能能量，从从而可大大幅度降降低油耗耗，减少少污染物物排放。混混合动力力汽车虽虽然没有有实现零零排放，但但其动力力性、经经济性和和排放等等综合指指标能满满足当前前苛刻要要求，可可缓解汽汽车需求求与环境境污染及及石油短短缺的矛矛盾。与与传统内内燃机汽汽车相比比，其主主要优点点是采用用了高功功率的能能量储存存装置（飞飞轮、超超级电容容器或蓄蓄电池）向向汽车提提供瞬时时能量，可可以提高高效率、节节省能源源、降低低排放，因因

31、此经济济性和排排放性明明显改善善，技术术经济可可行性较较强。较较之纯电电动汽车车，其主主要优点点是：续续驶里程程和动力力性可达达到内燃燃机汽车车的水平平；空调调、真空空助力、转转向助力力及其它它辅助电电器，借借助原动动机动力力，无需需消耗电电池组有有限电能能，从而而保证了了乘坐的的舒适性性；而且且混合动动力汽车车技术难难度相对对较小，成成本也相相对较低低。混合合动力汽汽车介于于传统汽汽车和纯纯电动汽汽车、燃燃料电池池汽车之之间，是是一种承承前启后后的，在在经济和和技术方方面都趋趋于成熟熟的电动动汽车产产品。三、混合动动力系统统控制策策略因混合动力力汽车各各个组成成部件、布布置方式式及控制制策略

32、的的不同，形形成了各各式各样样的结构构形式。根根据发动动机和电电机的功功率比的的混合动动力汽车车将发动动机、电电动机和和能量储储存装置置（蓄电电池）按按某种方方式组合合在一起起，有串串联式、并并联式和和混联式式三种布布置形式式。串联联式混合合动力汽汽车的控控制策略略的主要要目标是是使发动动机在最最佳效率率区和排排放区工工作，其其主要控控制策略略有恒温温器模式式、发动动机跟踪踪器控制制模式及及基于规规则型策策略（前前两者综综合）。并并联控制制策略主主要包括括：静态态逻辑门门限值策策略、瞬瞬时优化化控制策策略、全全局优化化控制策策略和模模糊逻辑辑控制策策略。其其中后三三个策略略也适用用于混联联式的

33、控控制策略略，另外外混联式式还有两两种特有有的控制制策略：发动机机恒定工工作点策策略和发发动机最最优工作作曲线策策略。下下面主要要对并联联式和混混联式混混合动力力汽车典典型的控控制策略略进行分分析。3.1 静静态逻辑辑门限值值策略该策略主要要通过设设置车速速、动力力电池的的电池荷荷电状态态（SOOC）上上下限及及发动机机工作转转矩等一一组门限限参数，限限定动力力系统各各部件的的工作区区域，并并根据车车辆实时时参数及及预先设设定的规规则调整整动力系系统各部部件的工工作状态态，以提提高车辆辆整体性性能。这这种策略略的主要要依据是是工程经经验，根根据部件件的稳态态效率MMAP图图来确定定如何进进行发

34、动动机和电电动机之之间的动动力分配配。美国国密西根根大学PPengg Huuei等等人将混混合动力力汽车控控制分成成三种模模式，即即正常行行驶模式式、充电电模式及及制动能能量回馈馈模式。发发动机稳稳态效率率MAPP图的划划分，如如图1 所示。图 4 基于规规则的功功率管理理策略中中发动机机稳态效效率MAAP图的的划分（1）正常常行驶模模式。从从图4中中可以看看出，用用“发动机机工作最最小功率率”曲线和和“电动机机助力最最小功率率”曲线将将发动机机效率MMAP图图划分成成三个区区域，即即：纯电电动区域域、发动动机驱动动区域及电动动机辅助助功率区区域。功率率分配规规则：a.如果需需求的驱驱动功率率

35、小于发发动机工工作的最最小功率率，则由由电动机机提供全全部的驱驱动功率率；b.如果需需求的驱驱动功率率超过该该限值，则则由发动动机取代代电动机机驱动车车辆前进进；c.如果需需求的驱驱动功率率大于电电动机助助力最小小功率，则则由电动动机提供供额外的的驱动功功率。在在正常行行驶模式式下，发发动机总总是工作作在“发动机机工作最最小功率率”和“电动机机助力最最小功率率”之间效效率最高高的区域域。（2）充电电模式。对对电池能能量的管管理采用用了充电电维持策策略，即即始终保保持电池池的SOOC值位位于最高高效率区区的上下下限值之之间（设设定为555% 660%）。当当SOCC值小于于55% 时，应应切换至

36、至充电模模式（当当且仅当当SOCC值大于于60%时充电电过程完完成），并并计算电电池的充充电功率率，该功功率同时时也作为为电动机机的目标标功率。发发动机的的目标功功率为需需求的驱驱动功率率与充电电功率之之和。充充电模式式中存在在一个特特例：当当发动机机的目标标功率小小于发动动机工作作最小功功率时，为为避免发发动机在在效率极极低的区区域内工工作，仍仍然依靠靠电动机机提供驱驱动力。（3）制动动能量回回馈模式式。驾驶驶员踩下下制动踏踏板，表表明了驾驾驶员对对负驱动动功率的的需求，应应进入制制动能量量回馈模模式，吸吸收混合合动力汽汽车制动动时的能能量。然然而，当当制动能能量超过过可回馈馈的制动动能量时

37、时，液压压制动系系统将提提供剩余余的制动动能量。静静态逻辑辑门限值值策略主主要依靠靠工程经经验和实实验，限限定发动动机的工工作区域域和工作作方式，达达到降低低燃油消消耗和排排放的目目的，方方法比较较简单直直观，具具有实用用价值。但但由于主主要依靠靠工程经经验设置置门限参参数，无无法保证证车辆燃燃油经济济性最优优，而且且这些静静态参数数不能适适应工况况的动态态变化，因因此无法法使整车车系统达达到最大大效率。3.2 瞬瞬时优化化控制策策略该控制策略略是在发发动机最最优工作作曲线模模式的基基础上，对对混合动动力汽车车在特定定工况点点下整个个动力系系统的优优化目标标（如效效率损失失和名义义油耗）进进行

38、优化化，便可可得到瞬瞬时最优优工作点点，然后后基于系系统的瞬瞬时最优优工作点点，对各各个状态态变量进进行动态态再分配配。瞬时时优化策策略一般般是采用用“等效燃燃油消耗耗最少”法或“功率损损失最小小”法，二二者原理理类似。其其中“等效燃燃油消耗耗最少”法将电电机的等等效油耗耗与发动动机的实实际油耗耗之和定定义为名名义油耗耗，将电电机的能能量消耗耗转换为为等效的的发动机机油耗，得得到一张张类似于于发动机机万有特特性图的的电机等等效油耗耗图。在在某一个个工况瞬瞬时，从从保证系系统在每每个工作作时刻的的名义油油耗最小小出发，确确定电机机的工作作范围（用用电机转转矩表示示），同同时确定定发动机机的工作作

39、点，对对每一对对工作点点计算发发动机的的实际燃燃油消耗耗，以及及电机的的等效燃燃油消耗耗，最后后选名义义油耗最最小的点点作为当当前工作作点，实实现对发发动机和和电机输输出转矩矩的合理理控制。为为了将排排放一同同考虑，该该策略还还可采用用多目标标优化技技术，采采用一组组权值来来协调排排放和燃燃油同时时优化存存在的矛矛盾。等等效燃油油消耗最最小方法法在每一一步长内内是最优优的，但但无法保保证在整整个运行行区间内内最优，而而且需要要大量的的浮点运运算和比比较精确确的车辆辆模型，计计算量大大，实现现困难。瞬瞬时控制制策略应应考虑以以下四个个方面问问题：1）汽车整整车性能能优化应应考虑发发动机、电电机和

40、蓄蓄电池组组的瞬态态效率；2）汽车实实时最优优控制应应结合实实际运行行状态，如如发动机机等关键键总成温温度以及及制动时时能量回回收量；3）用户可可自定义义燃油经经济性和和排放目目标；4）任意一一个给定定速度下下发动机机的工作作点，由由控制器器根据控控制目标标寻求发发动机-电机最最佳能量量组合来来决定发发动机的的最优工工作点。根根据对并并联混合合动力汽汽车动力力性、经经济性和和排放性性能的折折中，建建立实时时控制的的目标函函数。Min( f )= QUOTE + QUOTE + QUOTE + QUOTE + QUOTE + QUOTE 式中：wii对应量量的权系系数，ii=16，通通过调整整权

41、重来来改变各各参数的的影响程程度。由由优化理理论可知知，瞬时时最小值值之和并并不等于于和的最最小值，因因此瞬时时优化模模式并不不能导致致全局最最优的控控制策略略。全局局优化模模式才能能实现真真正意义义上的最最优化。3.3 全全局优化化控制策策略全局最优能能量管理理策略是是应用最最优化方方法和最最优控制制理论开开发出来来的混合合动力系系统能量量分配策策略，目目前主要要有基于于多目标标数学规规划方法法的能量量管理策策略，基基于古典典变分法法的能量量管理策策略和基基于Beellmman动动态规划划理论的的能量管管理策略略三种。研研究最为为成熟的的是基于于Belllmaan动态态规划理理论的能能量管理

42、理策略，该该方法首首先建立立空间状状态方程程，然后后计算在在约束条条件下满满足性能能指标的的最优解解。对于于一般的的控制对对象，该该方法通通常按照照时间顺顺序把一一个过程程分为若若干段，把把一个复复杂的决决策问题题（包括括连续变变量和离离散变量量的取值值序列）转转化为一一系列单单段（某某一时间间段内）决决策问题题，然后后从最后后一段状状态开始始逆向递递推到初初始段状状态为止止，最后后就可以以求解出出完整的的最优策策略（即即输入控控制量的的最优值值序列）。当当这个原原理应用用于混合合动力汽汽车时，可可假设系系统发展展用状态态方程来来描述，状状态变量量是SOOC，每每一节点点代表每每一时刻刻（横轴

43、轴）对应应的SOOC值（纵纵轴），如如图5所所示。假假设初始始（t=0）SSOC 是A，而终终止SOOC是E，连线线上的数数字代表表了从一一点到另另一点的的燃油消消耗量。应应用此原原理可以以得出最最优的途途径（从从A到E）是：A B C D E。图 5 贝尔曼曼（Beellmman）动动态规划划全局优优化原理理在实际混合合动力系系统的仿仿真优化化中，BBelllmann过程这这样来实实现：首首先通过过离散SSOC来来建立BBelllmann过程的的节点，SOC离散精度可以选择为1%，时间步长可以确定为1s。然后计算各SOC节点之间连线的权重，这个权重对应于实现SOC变化而需要的发动机油耗。只要

44、那些从初始SOC节点可以到达或可以由此出发达到终点SOC的节点都要被考虑。在循环工况中计算各连线权重，保留最优解，实现电机和发动机的功率要求和传动比的全局最优化。仿真结果显示，在某种工况循环下，通常全局优化比瞬时优化降低油耗5%20%。全局优化模式实现了真正意义上的最优化，但实现这种策略的算法往往都比较复杂，计算量也很大，在车辆的实时控制中很难得到应用。通常的作法是把应用全局优化算法得到的能量管理策略作为参考，以帮助总结和提炼出能用于在线控制的能量管理策略，如与逻辑门限策略等相结合，在保证可靠性和实际可能性的前提下进行优化控制。3.4 模模糊逻辑辑控制策策略该策略基于于模糊控控制方法法来决策策

45、混合动动力系统统的工作作模式和和功率分分配，将将“专家”的知识识以规则则的形式式输入模模糊控制制器中，模模糊控制制器将车车速、电电池SOOC和需需求功率率/转矩矩等输入入量模糊糊化，基基于设定定的控制制规则来来完成决决策，以以实现对对混合动动力系统统的合理理控制，从从而提高高车辆整整体性能能。模糊糊逻辑控控制策略略目标与与瞬时优优化控制制策略类类似，但但与瞬时时控制策策略相比比，模糊糊逻辑控控制策略略具有鲁鲁棒性好好的优点点。模糊糊逻辑控控制策略略用于电电动汽车车驱动系系统的控控制原理理，如图图6所示示。在控控制过程程中，微微机经中中断采样样获取电电动汽车车行驶工工况值，然然后将其其量与给给定

46、值比比较得到到误差信信号E（在此此取单位位反馈），再再取E作为模模糊控制制器的一一个输入入量，把把E的精确确量转化化为模糊糊量，EE 量可用用相应的的模糊语语言表示示。至此此，就得得到了EE的模糊糊语言集集合的一一个子集集e（模糊糊向量），再再由e和模糊糊控制规规则R根据推推理的合合成规则则进行模模糊决策策得到模模糊控制制量u: =e0RR图 6 模糊逻逻辑控制制原理图图为了对被控控制的量量施加精精确的控控制，还还需要将将模糊量量转换为为精确量量。得到到了精确确的数字字控制量量后，经经数模转转换变为为精确的的模拟量量送给执执行机构构，即电电动机控控制器，对对驱动电电机进行行第一步步控制，然然后

47、等待待第二次次采样，进进行第二二步控制制，这样样循环下下去，就就实现了了对被控控制对象象的模糊糊控制，完完成驱动动控制的的要求。基基于模糊糊逻辑的的策略可可以表达达难以精精确定量量表达的的规则，方方便地实实现不同同影响因因素（功功率需求求、SOOC和电电机效率率等）的的折中，鲁鲁棒性好好。模糊糊逻辑控控制增加加了模糊糊决策因因素和逻逻辑思维维，是比比较符合合人的思思维逻辑辑的控制制算法之之一，在在混合动动力汽车车能量管管理策略略中应用用是比较较合适的的。四、混合动动力汽车车的发展展前景研研究4.1混合合动力汽汽车的市市场应用用自19955年起，世世界各大大汽车生生产商已已将研究究的重点点转向了

48、了混合动动力汽车车的研究究开发。日日本丰田田汽车公公司开发发了混合合动力轿轿车。美美国三大大汽车公公司均开开发了包包括轿车车、面包包车、货货车在内内的混合合动力汽汽车。目目前，混混合动力力汽车技技术及市市场均被被看好。日日本国内内拥有的的混合动动力电动动汽车已已超过77万辆，预预计在220100年将达达到2110万辆辆。美国国通用公公司将在在5年内内销售1100万万辆混合合动力汽汽车。目目前日本本丰田汽汽车公司司是走在在混合动动力汽车车研发前前沿的汽汽车公司司，其后后又在220011年相继继推出了了混合动动力面包包车和皇皇冠轿车车。到220022年底，丰丰田汽车车公司生生产的混混合动力力汽车在

49、在日本国国内和海海外的累累计销量量均突破破了100万辆，现现在已经经在全世世界200多个国国家上市市销售。丰丰田混合合动力系系统（TTHS）电电子控制制装置的的特点是是：分别别利用电电能、汽汽油或两两者组合合同时工工作。根根据车速速和负荷荷情况，THS可以控制每种能源所提供的功率比例，以保证汽车按最有效的模式运行。在车辆的行驶过程中，乘客对THS的转换是感觉不到的。THS系统的关键部分是功率分流装置。该装置利用一套行星齿轮组将发动机功率直接传递到车的前轮和发电机上。电控式变速器将汽油机、发动机和电动机的功率输出加以混合，从而达到汽车加速和减速的需要。2002年，丰田混合动力面包车投产，其混合动

50、力系统采用了世界首次批量生产的电动四轮驱动力/制动力综合控制系统，它给混合动力汽车的行驶性能带来了革命性的改进。所有这些都表明丰田公司在普及混合动力系统的低燃耗、低排放和改进行驶性能方面已经走在了世界同行前列。丰田汽车公司计划在2012年在其全部汽车产品上采用汽油电力混合动力发动机，以提高燃油经济性和降低排放污染。据统计，美美国市场场上售出出混合动动力汽车车接近77万辆，220022年美国国的混合合动力汽汽车市场场规模达达到3550000辆。美美国已有有近200个城市市在试用用混合动动力公共共汽车。欧欧洲各大大汽车厂厂商也纷纷纷推出出了混合合动力汽汽车。法法国BEE集团先先后推出出了贝灵灵格型

51、和和萨拉型型混合动动力汽车车。排放放量较同同类普通通汽车降降低355%，一一次行程程可高达达10000kmm。国内90年年代末期期开始了了混合动动力汽车车的研发发工作。119999年，清清华大学学与厦门门金龙联联合汽车车工业有有限公司司合作研研制成功功国内第第一辆混混合动力力轻型客客车。220011年底，国国家8663电动动汽车科科技公关关项目正正式启动动，第一一批项目目中主要要是混合合动力车车，目前前正在进进行当中中。一汽汽和东风风汽车集集团联合合在所在在地的高高校和研研究所，在在各自客客车底盘盘上，研研发混合合驱动公公共汽车车和大型型客车。此此外，东东风电动动汽车公公司还承承担了混混合动力

52、力轿车的的研究开开发。十十五目标标是攻克克关键技技术、推推出新产产品，主主要研究究内容包包括：发发动机、电电动机、蓄蓄电池等等各种单单元技术术；各系系统的电电子控制制技术和和整车的的动力系系统优化化与控制制技术，应应节省燃燃料500%，排排放下降降80%；制动动能量回回收技术术，应能能回收330%制制动能量量。目前东风电电动车辆辆股份有有限公司司开发出出的混合合动力汽汽车。其其中，EEQ72200 HEVV型混合合动力轿轿车以风风神蓝鸟鸟轿车为为平台，以以满足未未来城市市公务、出出租用车车需求为为目标，最最大限度度利用东东风公司司现有产产品平台台及社会会资源开开发而成成，实现现产品系系列化、通

53、通用化、标标准化设设计。主主要技术术参数：最高车车速1660kmm/h，锂锂离子电电池。EEQ61110VV型混合合动力城城市公交交车采用用混联 方案，专专为20008年年北京奥奥运会公公交用车车而开发发。主要要性能参参数：采采用东风风康明斯斯6BTTA型柴柴油机（最最大转矩矩4888Nmm，额定定转速222000r/mmin）；中科院院电工所所研制的的交流发发电机，纯纯电池电电动运行行最高车车速722km/h。天津清源电电动车辆辆有限公公司开发发出混合合动力中中型客车车。其主主要技术术特点：使用燃燃油和电电力双能能源，同同时兼顾顾了传统统汽车的的方便性性和电动动汽车的的环保性性能；排排放达到

54、到欧标准，燃燃油经济济性提高高15%以上，适适于城市市和城际际之间的的公共交交通。深圳明华环环保汽车车有限公公司开发发出混合合动力电电动轻型型客车。其其技术特特点：采采用并联联式混合合动力系系统，内内燃机采采用达到到欧排放标标准的柴柴油机，电电动机采采用国际际先进的的异步交交流电机机，具有有变频调调速的矢矢量控制制系统；自身反反充功能能：内燃燃机做动动力源驱驱动车辆辆行驶中中可同时时通过电电动机/发动机机功能互互换将发发动机用用作发电电机为车车载蓄电电池组充充电以补补充能量量，提高高电驱动动续驶里里程。第一汽车集集团公司司、美国国电动车车（亚洲洲）公司司、汕头头国家电电动汽车车试验示示范区三三

55、方共同同合作推推出一款款混合动动力轿车车CAA71880AEE。该款款串联式式的混合合动力轿轿车属中中高档，113kWW油机，115kWW流电机机，1444V（1005Ahh）铅酸酸电池，442前驱驱动形式式，最高高车速可可达1335kmm/h。4.2混合合动力汽汽车的市市场推广广情况目前从全球球范围来来看，混混合动力力汽车已已处于大大规模产产业化的的前夕，国国际、国国内的汽汽车企业业在竞相相研发混混合动力力汽车。但但要真正正实现自自主混合合动力车车型的普普及，还还有诸多多障碍需需要克服服，包括括技术上上的一些些关键难难题和成成本增加加太多、零零部件配配套资源源体系不不成熟等等。面对对交通能能

56、源与环环境问题题的巨大大挑战，以以能源多多元化、排排放洁净净化、燃燃料节约约化为主主要特征征的节能能与新能能源汽车车迅速发发展，相相互竞争争，并引引发了汽汽车动力力的电控控化和电电气化两两大技术术变革，促促进了汽汽车能源源及动力力的快速速转型。混合动力汽汽车可在在不改变变既有的的汽车产产业结构构、能源源(石油油燃料)体系以以及用户户对车辆辆使用习习惯的前前提下，最最大限度度地发挥挥内燃机机和纯电电动汽车车的双重重优点，达达到节能能和环保保的目的的。因而而被业界界认为是是目前最最现实可可行且长长远有效效的节能能环保方方案。混合动力汽汽车融合合了纯电电动汽车车和燃油油汽车优优点，较较好地满满足了汽

57、汽车低排排放、低低油耗、高高性价比比的综合合要求，并并较好地地解决了了汽车节节能与环环保问题题，因而而逐渐成成为世界界各大汽汽车生产产企业开开发的热热点，其其市场前前景也越越来越被被看好。目目前，丰丰田公司司是混合合动力汽汽车领域域的佼佼佼者。119977年122月，日日本丰田田汽车公公司首先先在日本本市场上上推出了了世界上上第一款款批量生生产的混混合动力力汽车“普锐斯斯（PRRIUSS）”，该轿轿车于220000年7月月开始出出口北美美，同年年9月开开始出口口欧洲。普普锐斯在在达成高高水平的的燃油经经济性和和环保性性能的前前提下，实实现了出出色的动动力性和和舒适性性。“PRIIUS”的正式式

58、量产上上市标志志以混合合动力汽汽车为代代表的新新一轮汽汽车研发发竞争的的开始。为为保持领领先地位位，丰田田公司加加大了对对混合动动力车的的投入。220055年，丰丰田投资资10000万美美元在美美国肯塔塔基州工工厂改造造设备和和训练员员工，以以生产混混合动力力车。220066年100月，肯肯塔基州州工厂生生产的第第一辆佳佳美（CCamrry）混混合动力力家庭轿轿车下线线，预计计年产量量为4.8万辆辆。日本本本田公公司推出出了“Insiightt”、“CIVVIC”等混合合动力汽汽车，福福特公司司紧随其其后，推推出了“ESCCAPEE”混合动动力汽车车，戴克克、通用用、雪铁铁龙、日日产等公公司也

59、纷纷纷加快快了混合合动力技技术的产产业化开开发。普普锐斯119977年在日日本上市市后一直直反应平平平，220022年的销销售量不不到4000000辆。220033年下半半年第二二代普锐锐斯上市市，由于于技术得得到很大大的改进进，销量量迅速增增长到112万辆辆。随着着油价的的持续上上涨，更更多的消消费者开开始购买买节油和和环保的的混合动动力汽车车，这使使得美国国和日本本混合动动力汽车车市场率率先经历历了“井喷式式”增长。220055年，混混合动力力汽车的的全球销销量增长长到455万辆，是是20003年的的近4倍倍。20000年年以来，美美国混合合动力车车市场实实现了大大幅增长长。在美美国市场场

60、，20004年年混合动动力汽车车的销售售量仅为为5万辆辆，而220055年的销销售量快快速增长长到200.5万万辆，占占全部新新车销量量的1.2%。从1997年到2006年，丰田已在全球销售75万辆普锐斯、雷克萨斯等品牌的混合动力车，占有混合动力汽车市场近70%的份额。2006年，丰田汽车公司在美国市场上推出了4款从现有车型改造成的混合动力汽车，这些混合动力汽车的外形、操控以及车内的设备和普通车完全一样。丰田的目标是最终将推出旗下几乎所有车型的混合动力版，并在2012年把混合动力汽车的产量提高到100万辆。丰田公司预测，在未来的10年内，其在美国的全部轿车销量中，混合动力车型将占有25%的市场