混合動力基礎(chǔ)及并聯(lián)混合動力電動汽車控制策略

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1、混合動力基礎(chǔ)及并聯(lián)混合動力電動汽車控制策略1混合動力技術(shù)的分類及原理電動汽車（EV）[1]是21世紀(jì)清潔、高效和可持續(xù)得交通工具，是一種電力驅(qū)動的道路交通工具。電動汽車這個概念的內(nèi)涵很廣泛，它包括蓄電池電動汽車或純電動汽車（BEV）、混合動力電動汽車（HEV）和燃料電池電動汽車（FCEV），涉及到很多學(xué)科，內(nèi)容廣泛而且復(fù)雜，其核心技術(shù)包括底盤和車身技術(shù)、驅(qū)動技術(shù)和能源技術(shù)。目前，蓄電池電動汽車、混合動力電動汽車和燃料電池電動汽車處于不同的發(fā)展階段，面臨著不同的挑戰(zhàn)。蓄電池電動汽車的關(guān)鍵問題在于蓄電池及其管理系統(tǒng)，主要適用于短程、低速的社區(qū)間，難以實現(xiàn)市場化。燃料電池電動

2、汽車具有作為未來主流汽車的潛力，但其技術(shù)尚處于研發(fā)階段，它的成本太高和燃料系統(tǒng)的供應(yīng)是主要問題。因此，從1996年以后，國外很多公司開始研究混合動力電動汽車，國內(nèi)多家科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)也紛紛涉足混合動力電動汽車的研發(fā)。混合動力電動汽車能量效率高，排放性能好，技術(shù)相對成熟，市場化進(jìn)程快，與燃料電池電動汽車相比，技術(shù)實現(xiàn)的障礙小，成本低。當(dāng)人們把解決汽車能源與環(huán)境問題的希望寄托在混合動力上后，各種混合動力汽車如雨后春筍般紛紛面世[2]。1997年，在第57屆法蘭克福國際車展上，奧迪首先展出一款并聯(lián)混合動力汽車Duo；同年，在第32屆東京國際車展上，豐田公司推出具有里程碑意義的P

3、rius車型。奧迪與豐田的這一舉動引發(fā)了混合動力汽車的研發(fā)熱潮；1998年1月，克萊斯勒公司宣布開發(fā)出DoudgeIntrepid　ESX2并聯(lián)混合動力車；1999年，福特公司P2000型5座并聯(lián)混合動力車在北京展出；1999年11月，在第33屆東京國際車展上，除了豐田公司以外，本田、三菱和日產(chǎn)等公司也分別推出各自產(chǎn)品，并在性能方面有了很大的改善；而2000年1月的北美國際車展更是讓人耳目一新，通用、寶馬、戴-克和豐田等公司所展出的混合動力汽車新產(chǎn)品總計有23款，其中，13款由內(nèi)燃機(jī)與電機(jī)混合驅(qū)動，10款為燃料電池混合動力汽車。預(yù)計在今后的十幾年里，混合動力電動汽車的發(fā)

4、展將更為迅速?；旌蟿恿﹄妱悠嚢唇Y(jié)構(gòu)一般分類為3種：串聯(lián)式、并聯(lián)式、混聯(lián)式.1.1串聯(lián)圖一串聯(lián)結(jié)構(gòu)的特征是以電力形式進(jìn)行復(fù)合，發(fā)動機(jī)直接驅(qū)動發(fā)電機(jī)對儲能裝置和牽引電機(jī)供電，電動機(jī)用來驅(qū)動車輪，儲能裝置起著發(fā)動機(jī)輸出和電動機(jī)需求之間的調(diào)節(jié)作用。其優(yōu)點是發(fā)動機(jī)的運行獨立于車速和道路條件，適用于車輛頻繁起步、加速和低速運行。發(fā)動機(jī)在最佳工況點附近運轉(zhuǎn)，避免了怠速和低速工況，從而提高了效率，提高了排放性能。但在機(jī)械能與電能的轉(zhuǎn)化過程中有效率損失，很難達(dá)到明顯降低油耗的目的，目前主要用于城市大客車，在轎車中很少見。1.2并聯(lián)并聯(lián)結(jié)構(gòu)的特征是以機(jī)械形式進(jìn)行復(fù)合，發(fā)動機(jī)通過變速并聯(lián)混

5、合動力系統(tǒng)裝置和驅(qū)動橋直接相連，電機(jī)可同時用作電動機(jī)或發(fā)電機(jī)以平衡發(fā)動機(jī)所受的載荷，使其能在高效率區(qū)域工作。但是由于發(fā)動機(jī)和驅(qū)動橋機(jī)械連接，在城市工況時，發(fā)動機(jī)并不能運行在最佳工況點，車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性比串聯(lián)時要差。其中轉(zhuǎn)速復(fù)合裝置類似于差速器，這種結(jié)構(gòu)形式在實際中很難被采用，因為這種結(jié)構(gòu)需要發(fā)動機(jī)和電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩時刻保持相等；單軸轉(zhuǎn)矩復(fù)合式車輛驅(qū)動系中機(jī)械功率的聯(lián)合是在發(fā)動機(jī)曲軸輸出端處實現(xiàn)的，變速器為單軸輸入，本田Insight屬于這種形式；雙軸轉(zhuǎn)矩復(fù)合式的機(jī)械功率的聯(lián)合是在變速器的輸出軸處實現(xiàn)的，發(fā)動機(jī)和電機(jī)采用不同的變速系統(tǒng)，變速器為雙端輸入；華沙工業(yè)大學(xué)設(shè)計的

6、混合動力系統(tǒng)屬于這種形，這種結(jié)構(gòu)也可以實現(xiàn)無級變速，但是不能實現(xiàn)發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩和電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的直接疊加。在牽引力復(fù)合式系統(tǒng)中，機(jī)械功率的聯(lián)合是在驅(qū)動輪處通過路面實現(xiàn)的，具有兩套獨立的驅(qū)動系，可以實現(xiàn)全輪驅(qū)動，主要適用于SUV，豐田的THS—C系統(tǒng)就屬于這種形式。1.3混聯(lián)混聯(lián)式結(jié)合了串聯(lián)和并聯(lián)的優(yōu)點。但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，以豐田Prius為例，如圖3所示，Prius采用行星齒輪機(jī)構(gòu)作為動力分配裝置，發(fā)動機(jī)與行星架相連，發(fā)動機(jī)的一部分功率通過發(fā)電及轉(zhuǎn)換為電能對電機(jī)供電或?qū)δ苎b置進(jìn)行充電；另一部分機(jī)械能直接作用于齒圈上，同時電機(jī)與齒圈相連，提供部分功率和轉(zhuǎn)矩。2混合動力技術(shù)發(fā)展的

7、技術(shù)基礎(chǔ)汽車混合動力技術(shù)發(fā)展與機(jī)械、電氣、內(nèi)燃機(jī)、能源技術(shù)息息相關(guān)，隨著這些方面技術(shù)的發(fā)展，混合動力技術(shù)的發(fā)展也隨之廣泛。主要包括：1）最先進(jìn)的內(nèi)燃機(jī)技術(shù)，體積小重量輕以及油耗低排放性能優(yōu)良的發(fā)動機(jī)都引領(lǐng)著汽車業(yè)的發(fā)展，而目前Prius發(fā)動機(jī)的技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了目前先進(jìn)的水平。2）先進(jìn)的電機(jī)系統(tǒng)技術(shù)，電機(jī)技術(shù)則決定著電動汽車的發(fā)展空間，對于電動機(jī)的要求也越來越高，電動機(jī)要具有較大的負(fù)載特性以及很寬的高效率工作區(qū)間。3）高性能的動力電池，動力電池在混合動力電動汽車上應(yīng)用,主要起到以下作用:a)起動、加速時作為動力；b)車輛減速、下坡行駛時回收車