混合动力汽车控制策略研究现状及发展趋势

混合动力汽车控制策略研究

研究生姓名：姜翠娜

摘要：混合动力汽车在环保和节能方面具有明显优势，目前已成为各国汽车发展及研究的焦点。本文介绍了串联式、混联式、并联式以及电动轮式4种不同形式的混合动力汽车的布置结构及其特点，并对4种不同形式的控制系统的控制策略作了优缺点分析及相关介绍。

关键词：混合动力汽车；控制策略；结构

0 前言

目前，能源危机和环境保护是困扰世界汽车工业可持续发展的两大问题，混合动力汽车（Hybrid Electronic Vehicle,简称HEV）因其低油耗、低排放等特点成为各大汽车公司竞争和研究机构研究的焦点[1-7]。

在国外，混合动力汽车开发比较成功的是日本的本田和丰田[8-9]。早在1995年，丰田公司就成功地开饭了实用型混合动力轿车普锐斯[10]，于1997年率先推出世界上首款混合动力汽车普锐斯，并在2年后出口北美地区和欧洲，普锐斯凭借着其高的燃油经济性、强的动力性以及低排放成为混合动力汽车的典范。2009年，福特开发出首款可插式混合动力车，丰田推出新一代普锐斯,通用退出了世界上排量最大的混合动力车2009款凯德拉克凯雷德。

福特推出的全球首款混合动力多功能越野车（SUV）Escape，它类似于丰田“PRIUS”的THS技术，配以ECVT[11-12]。福特的Prodigy混合动力汽车采用ISG形式[13]。近年来，美国、日本以及德国等先后发布了关于推动包括混合动力汽车在内的新能源汽车产业发展的国家计划。

在国内，“电动汽车技术研究”是国家科委“八五”科技相关项目。“九五”末期我国科技部已将电动汽车列为“十五”国家863重大科技攻关项目。目前，一汽、奇瑞、比亚迪等汽车制造厂家进行了混合动力轿车的开发[14]。而且，我国混合动力汽车研发采用了和国际同领域权威单位不懂的技术路线，开发了独具特色的能量混合型和功率混合型良好总燃料电池混合动力系统，燃料经济性高于国外同类样车特别是纯燃料电池驱动模式样车，轿车和客车两种车型节氢效果均十分显著[15]。从总的看来，我国混合动力汽车处于刚刚起步的阶段，与国外相比，还很不成熟，要实现产业化，需要大量的工作。

混合动力电动汽车关键技术研究

汽车作为现代社会中的重要交通工具，随着国家的发展，国民生活水平明显提高，汽车也进入每个人家，随着汽车的普及，也造成了更高的环境污染和能源消耗。为了能够降低环境污染和降低不可再生资源的消耗，使用新型能源代替汽车的传统燃料。混合动力电动汽车是一种使用电力和燃油作为发动机动力来源的新型汽车，其能使用电能代替热能，可以有效的减少汽油的消耗和空气的污染。

标签：混合动力；电动汽车；关键技术

随着我国对环境问题和能源问题重视程度的加深，在各领域都提倡低污染和绿色能源的发展理念，在国家对新能源的推广和扶持下，汽车制造行业中新能源汽车技术得到了显著提高，混合动力电动汽车作为新能源汽车中的代表之一，可以有效的改进传统燃油型汽车造成的环境污染问题以及不可再生资源的消耗。

一、混合动力电动汽车的运行模式

混合动力电动汽车的运行模式主要分为两种，分别为串联运行模式和并联运行模式。其中，串联运行模式多应用于客车和实验车中。串联运行模式通过处理器控制整个动力系统，根据行驶状态在电能和热能之间进行合理转换，对于行驶状态为短距离，发动机为低转速时使用电动机对车辆进行驱动，通过电能代替热能，降低车辆的尾气排放，减少污染。

并联运行模式是将发动机与电动机进行并联，通过传动系统的控制发动机和电动机共同为汽车提供动力。燃油发动机在运行时产生的电能储存到蓄电池中，再通过电池中的电能为电动机提供能源，同时通过再生之中策略对汽车制动时产生的能量以电能的形式进行回收，有效的减少燃油的使用量，提高汽车的能量利用率。通常采用并联运行模式的混合动力汽车，其前后轮的动力来源由发动机和电动机分别负责，前轮通过发动机提供动力，后轮通过电动机提供动力，这样能够有效提高整车性能。

二、混合动力汽车的能量传递和控制策略

（一）串联运行模式的能量控制

串联运行模式中动力来源由发动机和电动机组成，其中电动机通过汽车蓄电池中的电能作为能量源，通过逆变器将直流电转化为交流电，再通过控制器等装置进行电能的配送。通常串联式运行模式的能量传递流程为：发动机产生的机械能传递给发电机，发电机的电能供给蓄电池组或驱动电机，制動能量回收装置将制动时产生的能量以电能的形式回收到蓄电池组储存，电能经过驱动电机和传动总成带动车轮。目前制动能量回收率还有待提高，其回收的能量只占制动能量总数的35%。

第２５卷第２期　２０１１年６月　黑龙江工程学院学报（自然科学版）　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ＶｏＩ．２５№．２　ＪｕｒＬ，２０１１　

混合动力汽车研究状况及发展趋势　

孙远涛，张洪田　

（哈尔滨工程大学动力与能源工程学院，黑龙江哈尔滨１５０００１）　

摘要：混合动力汽车是具有低排放、高燃油经济性，并符合目前推广实际的新能源汽车。介绍混合动力汽车的结　构、原理及应用；混合动力汽车的主要研究方向、研究方法及面临的主要技术问题；阐述混合动力汽车的发展趋势。　关键词：混合动力汽车；控制策略；硬件在环仿真；插电式　中图分类号：Ｕ４６９．７　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７１　４６７９（２０１１）０２—００１３—０４　

Ｈｙｂｒｉｄ　ｖｅｈｉｃｌｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｐｒｏｓｐｅｃｔ　

ＳＵＮ　Ｙｕａｎ—ｔａｏ，ＺＨＡＮＧ　Ｈｏｎｇ—ｔｉａｎ　

（Ｐｏｗｅｒ　ａｎｄ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｈａｒｂｉｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ　１５０００１，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｙｂｒｉｄ　ｖｅｈｉｃｌｅ　ｉｓ　ａ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｎｅｗ　ｅｎｅｒｇｙ　ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ　ｗｉｔｈ　ｌｏｗ　ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ　ｆｕｅｌ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，　

ｗｈｉｃｈ　ｃｏｎｆｏｒｍｓ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｐｏｐｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｎｅｗ　ｅｒｅｎｇｙ　ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ．Ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｈｙｂｒｉｄ　ｖｅｈｉｃｌｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，　

ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｍａｉｎ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｍｅｔｈｏｄｓ，ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ；ｅｘｐｏｕｎｄｓ　

混合动力汽车综述

——介绍了混合动力汽车的概念、发展状况及其关键技术

 混合动力汽车简介

混合动力电动汽车(HEV)是指有两种或两种以上的储能器，能源或转换器作为驱动能源，其中至少有一种能提供电能的车辆。它综合了传统发动机驱动与电力驱动系统的优点它能提供与目前发动机汽车几乎同等的性能，而燃油经济性有很大的改善，大大降低排放水平甚至达到了零排放，它保留了传统汽车动力性优点的同时，还可以满足高效和超低排放的新要求，并且易于改进，已成为国内外汽车领域的一大研究热点。根据其驱动系统的配置和组合方式不同，可分为串联式、并联式和混联式三种组合方式[1]。

目前所开发出来的混合动力电动汽车以串联式和并联式为主，这两种方式的技术难度较低。串联式混合动力电动汽车完全依靠电动机提供动力，发动机、发电机和电动机的功率都很大；而且对电池的要求较高，电池的体积、重量、成本相对较高，价格性能比较低。并联式混合动力电动汽车主要依赖于发动机提供动力，电池仅是串联式的1／3，而且能量传递损失较小，但是排放污染最大，发动机的燃烧效率不高。

 混合动力汽车国内外发展概况

国内外普遍认为混合动力电动汽车结合了燃油汽车和纯电动汽车的优点，设计灵活，易于满足未来排放标准和节能目标。因此，日本、美国、欧洲各大汽车公司和相关的研究机构都开展了有关混合动力汽车的研究，并且在世界范围内由点向面地扩展，发展相当迅速。发达国家的许多研究成果己走出了实验室，并开始进入市场。

丰田汽车公司是目前走在最前沿的汽车公司，也是世界上最早开始进行混合动汽车研究的汽车公司之一。丰田于1997年推出的Prius，目前在海内外的销量己数万辆，成为全球最早实现量产也是销量最大的混合动力汽车。2001年6月丰田又Estima投放市场，其后分别推出Crown皇冠轻度HEV，新式面包车天尊THS-C等同车型的HEV。

除丰田外，本田是世界上第二家在美国市场销售混合电动汽车的外国制造商。其J-VX混合动力概念跑车是本田公司早期的HEV款式。1999年末，本田公司在日本、美国、西欧和泰国等国家陆续销售小型混合动力轿车Insight。这款并联式电动汽车名列2002年度美国环保署公布的最省油轿车名单榜首。2002年本田还推出了混合动力最新车型Civic Hybrid，名列2003年度美国混合电动车销量第一，略高于丰田的Prius。