汽車制造與裝配專業(yè)畢業(yè)論文混合動(dòng)力汽車原理及發(fā)展前景研究

1、汽車制造與裝配專業(yè)畢業(yè)論文-混合動(dòng)力汽車原理及發(fā)展前景研究 混合動(dòng)力汽車原理及發(fā)展前景研究摘要：隨著世界各國環(huán)境保護(hù)的措施越來越嚴(yán)格，替代燃油發(fā)動(dòng)機(jī)汽車的方案也越來越多，例如氫能源汽車、燃料電池汽車、混合動(dòng)力汽車等。但目前最有實(shí)用性價(jià)值并已有商業(yè)化運(yùn)轉(zhuǎn)的模式，只有混合動(dòng)力汽車。本文主要對(duì)混合動(dòng)力汽車的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行分析，并對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行深入研究。而且本文分析了混合動(dòng)力汽車的研究現(xiàn)狀，介紹了混合動(dòng)力汽車的主要結(jié)構(gòu)形式與工作特點(diǎn)，指出了混合動(dòng)力汽車目前需要解決的主要問題和采用的關(guān)鍵技術(shù)，并對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行了預(yù)測(cè)。關(guān)鍵詞：混合動(dòng)力；工作原理；發(fā)展前景principle of hybrid ve

2、hicles and development prospects ofabstract: with the world increasingly stringent environmental protection measures, alternative fuel engine cars more and more programs, such as hydrogen cars, fuel cell vehicles, and hybrid cars and so on. but the most practical method and mode of operation have be

3、en commercialized and only hybrid vehicles. in this paper, the structure of hybrid vehicles and working principle of the analysis, and to develop prospects for further study. and this article analyzes the power of a car, with the main form of power structures and working quality, pointed out a move

4、the car is now required to solve the major issues and adopt the key technology and development made a prediction.keywords: hybrid; working principle; development prospects目 錄一、混合動(dòng)力汽車概念 11.1混合動(dòng)力汽車的概念 11.2混合動(dòng)力汽車的分類 11.2.1串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 11.2.2并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 21.2.3混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 3二、混合動(dòng)力汽車的工作原理 5三、混合動(dòng)力系統(tǒng)控制策略 63.1

5、靜態(tài)邏輯門限值策略 73.2順勢(shì)優(yōu)化控制策略 83.3全局優(yōu)化控制策略 93.4模糊邏輯控制策略10四、混合動(dòng)力汽車的發(fā)展前景研究114.1混合動(dòng)力汽車的市場(chǎng)應(yīng)用114.2混合動(dòng)力汽車的市場(chǎng)推廣情況。4.3混合動(dòng)力汽車面臨的問題144.4混合動(dòng)力汽車的前景與展望164.4.1混合動(dòng)力汽車的市場(chǎng)164.4.2成熟的混合動(dòng)力汽車技術(shù)174.4.3混合動(dòng)力汽車市場(chǎng)推廣政策184.4.4我國混合動(dòng)力汽車發(fā)展概況18結(jié)語 19參考文獻(xiàn) 19致謝 20一、混合動(dòng)力汽車概念1.1混合動(dòng)力汽車的概念混合動(dòng)力汽車（hybrid electrical vehicle，簡(jiǎn)稱hev）是指同時(shí)裝備兩種動(dòng)力來源熱動(dòng)力源（

6、由傳統(tǒng)的汽油機(jī)或者柴油機(jī)產(chǎn)生）與電動(dòng)力源（電池與電動(dòng)機(jī)）的汽車。通過在混合動(dòng)力汽車上使用電機(jī)，使得動(dòng)力系統(tǒng)可以按照整車的實(shí)際運(yùn)行工況要求靈活調(diào)控，而發(fā)動(dòng)機(jī)保持在綜合性能最佳的區(qū)域內(nèi)工作，從而降低油耗與排放?；旌蟿?dòng)力汽車就是在純電動(dòng)汽車上加裝一套內(nèi)燃機(jī)，其目的是減少汽車的污染，提高純電動(dòng)汽車的行駛里程?；旌蟿?dòng)力汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性能高，而且行駛性能優(yōu)越，混合動(dòng)力汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)要使用燃油，而且在起步、加速時(shí)，由于有電動(dòng)馬達(dá)的輔助，所以可以降低油耗。簡(jiǎn)單地說，就是與同樣大小的汽車相比，燃油費(fèi)用更低。而且，輔助發(fā)動(dòng)機(jī)的電動(dòng)馬達(dá)可以在啟動(dòng)的瞬間產(chǎn)生強(qiáng)大的動(dòng)力，因此，車主在享受更強(qiáng)勁的起步、加速的同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)

7、較高水平的燃油經(jīng)濟(jì)性。1.2混合動(dòng)力汽車的分類混合動(dòng)力汽車包括串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（series hybrid electric vehicle，shev）parallel hybrid electric vehicle，phev）parallel series hybrid electric vehicle，pshev）hev所具備的特點(diǎn)在相應(yīng)類型的可外接充電式混合動(dòng)力汽車（plug-in hev）上依然具備，所不同的是plug-in hev用發(fā)動(dòng)機(jī)功率比傳統(tǒng)hev的小，電機(jī)和電池功率比傳統(tǒng)hev的大，電池可通過電網(wǎng)進(jìn)行充電。1.2.1串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車主要由發(fā)動(dòng)

8、機(jī)、發(fā)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和蓄電池組等部件組成。發(fā)動(dòng)機(jī)僅僅用于發(fā)電，發(fā)電機(jī)所發(fā)出的電能供給電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車行駛。發(fā)電機(jī)發(fā)出的部分電能向電池充電，來延長(zhǎng)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的行駛里程。另外電池還可以單獨(dú)向電動(dòng)機(jī)提供電能來驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車，使混合動(dòng)力電動(dòng)汽車在零污染狀態(tài)下行駛。串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車中發(fā)動(dòng)機(jī)不直接驅(qū)動(dòng)汽車行駛，而是通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能，再通過電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車行駛，這使得串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車更加適合城市低轉(zhuǎn)速下頻繁起步和低速行走，但缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比汽油機(jī)復(fù)雜，占用空間更多，能量耗損比較多。在這種連接方式下，電池就像一個(gè)水庫，只是調(diào)節(jié)的對(duì)象不是水量，而是電能。電池對(duì)在發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的能量和電動(dòng)機(jī)需要的

9、能量之間進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而保證車輛的正常工作。這種動(dòng)力系統(tǒng)在城市公交上的應(yīng)用比較多，轎車上很少使用。串聯(lián)型plug-in hev的特點(diǎn)是：發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，電能通過電動(dòng)機(jī)控制器直接輸送給電動(dòng)機(jī)，由電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生電磁力矩驅(qū)動(dòng)汽車。在發(fā)動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)橋之間通過電能實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞，因此更像是電傳動(dòng)汽車，其結(jié)構(gòu)原理圖，如圖1所示。圖 1 串聯(lián)型plug-in hev動(dòng)力系統(tǒng)簡(jiǎn)圖1.2.2并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車主要是由發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電/電動(dòng)機(jī)和蓄電池組等部件組成。并聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以單獨(dú)使用發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，也可以同時(shí)使用電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源來驅(qū)動(dòng)汽車。并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)有兩套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

10、：傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)和電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。兩個(gè)系統(tǒng)既可以同時(shí)協(xié)調(diào)工作，也可以各自單獨(dú)工作驅(qū)動(dòng)汽車。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)力更猛，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，但由于電動(dòng)機(jī)只是輔助驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，因此在節(jié)油效果上不如混聯(lián)式顯著。這種系統(tǒng)適用于多種不同的行駛工況，尤其適用于復(fù)雜的路況。該聯(lián)結(jié)方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。并聯(lián)型plug-in hev的特點(diǎn)是：并聯(lián)式布置保留了發(fā)動(dòng)機(jī)及其后續(xù)傳動(dòng)的機(jī)械連接，由電池組-電動(dòng)機(jī)所提供的動(dòng)力在原驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的某一處和主動(dòng)力匯合，或者發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的力完全分開用以驅(qū)動(dòng)不同的驅(qū)動(dòng)橋，即汽車可由發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)共同驅(qū)動(dòng)或者各自單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)是兩個(gè)相互獨(dú)立的系統(tǒng)，即可實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)行駛，又可實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)

11、行駛，在功率需求較大時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)全混合動(dòng)力行駛，在停車狀態(tài)下可進(jìn)行外接充電。其結(jié)構(gòu)原理圖，如圖2所示。圖 2 并聯(lián)型plug-in hev動(dòng)力系統(tǒng)簡(jiǎn)圖1.2.3混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、行星齒輪機(jī)構(gòu)和蓄電池組等部件組成。如豐田prius所采用的混合驅(qū)動(dòng)方式，是將發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)通過一個(gè)行星齒輪裝置連接起來。動(dòng)力從發(fā)動(dòng)機(jī)輸出到與其相連的行星架，行星架將一部分轉(zhuǎn)矩傳送到發(fā)電機(jī)，另一部分傳送到電動(dòng)機(jī)并輸出到驅(qū)動(dòng)軸。此時(shí)車輛并不是串聯(lián)式或者并聯(lián)式，而是介于串聯(lián)和并聯(lián)之間，充分利用兩種驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)，可以在低速下用電池帶動(dòng)汽車工作，在加速時(shí)，由兩套動(dòng)

12、力系統(tǒng)一同工作，在驅(qū)動(dòng)汽車行駛的同時(shí)又為電池充電，因此非常適合城市走走停停的低速路況。混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)的特點(diǎn)在于內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)各有一套機(jī)械變速機(jī)構(gòu)，兩套機(jī)構(gòu)或通過齒輪系，或采用行星輪式的結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起，從而綜合調(diào)節(jié)內(nèi)燃機(jī)與電動(dòng)機(jī)之間的轉(zhuǎn)速關(guān)系。另外，汽車在小負(fù)荷工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)（作為發(fā)電機(jī)）給蓄電池充電，使蓄電池得以補(bǔ)充電能；在汽車減速或制動(dòng)時(shí)，汽車驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)（作為電動(dòng)機(jī)）為蓄電池充電（回收汽車減速或制動(dòng)時(shí)的部分能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔軆?chǔ)存）。與并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)相比，混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)可以更加靈活地根據(jù)工況來調(diào)節(jié)內(nèi)燃機(jī)的功率輸出和電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。唯一的缺點(diǎn)就是價(jià)格高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜?；?/p>

13、本上混合動(dòng)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(dòng)的混合動(dòng)力車，比如通用公司的氫動(dòng)力車。混聯(lián)型plug-in hev驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是串聯(lián)式與并聯(lián)式的綜合，圖3為一種典型的混聯(lián)型plug-in hev動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖。發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率一部分通過機(jī)械傳動(dòng)輸送給驅(qū)動(dòng)橋，另一部分則驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能由控制器控制，輸送給電動(dòng)機(jī)或電池，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩通過動(dòng)力耦合裝置傳送給驅(qū)動(dòng)橋?；炻?lián)型plug-in hev驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制策略是：在汽車低速行駛時(shí)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要以串聯(lián)方式工作；汽車高速穩(wěn)定行駛時(shí)，則以并聯(lián)工作方式為主；停車時(shí)，通過車載充電器對(duì)其進(jìn)行外接充電。圖 3 混聯(lián)型plug-

14、in hev動(dòng)力系統(tǒng)簡(jiǎn)圖二、混合動(dòng)力汽車的工作原理混合動(dòng)力汽車在發(fā)達(dá)國家已經(jīng)日益成熟，有些已經(jīng)進(jìn)入使用階段。由于構(gòu)造復(fù)雜，成本較高，在電動(dòng)汽車時(shí)代到來之前，混合動(dòng)力型汽車只是一種過渡產(chǎn)品。hev既要使用發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力來保證hev正常行駛時(shí)所需要的基本動(dòng)力，又要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)能和環(huán)保做出種種限制，使發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料消耗降低到最低，使發(fā)動(dòng)機(jī)的有害氣體的排放達(dá)到“超低污染”標(biāo)準(zhǔn)的要求。而采用控制發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍、降低發(fā)動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速、保持發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定均衡地運(yùn)轉(zhuǎn)、并采取“開關(guān)”的控制方式，使發(fā)動(dòng)機(jī)避開啟動(dòng)、怠速和轉(zhuǎn)速突然變化時(shí)，燃料燃燒不完全而引起的燃料經(jīng)濟(jì)性降低和增加有害廢氣的排放，從而控制發(fā)動(dòng)機(jī)始終處于最佳

15、狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，hev還可以廣泛地采用轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)（wankel engine、rotary engineas turbine 和斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)（stirling engine）作為hev的發(fā)動(dòng)機(jī)。hev上是以電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)作為發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的輔助動(dòng)力，但必須對(duì)電池組的質(zhì)量和整車的整備質(zhì)量進(jìn)行限制，以減輕hev的總質(zhì)量。因此，一般電動(dòng)/發(fā)電機(jī)只是在hev發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，車輛啟動(dòng)、加速或爬坡時(shí)起作用。電動(dòng)/發(fā)電機(jī)又是發(fā)動(dòng)機(jī)的飛輪，起調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率作用。電動(dòng)/發(fā)電機(jī)還起發(fā)電機(jī)的作用，將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，儲(chǔ)存到電池組中去。在hev下坡或制動(dòng)時(shí)，將汽車慣性動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能，儲(chǔ)存到電池組中去。因此，hev有了

16、電動(dòng)機(jī)的輔助作用，就可以使用hev達(dá)到節(jié)能和“超低污染”的要求。hev汽車在起步、行車、加速和停車時(shí)，由其控制系統(tǒng)自動(dòng)判斷和控制使用何種動(dòng)力，使汽車的能源消耗和排放指標(biāo)控制在最佳范圍。汽車起步時(shí)因發(fā)動(dòng)機(jī)的效率低，由電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，在信號(hào)等待時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)自動(dòng)停止運(yùn)行，避免怠速空轉(zhuǎn)的燃油消耗。汽車在正常行駛中控制發(fā)動(dòng)機(jī)在最佳區(qū)域運(yùn)行，一部分動(dòng)力用于克服道路阻力，另一部分動(dòng)力用于為電池充電。當(dāng)車輛起步加速或爬坡時(shí)，除機(jī)組所產(chǎn)生的電能，通過控制設(shè)備，輸往驅(qū)動(dòng)車輪的電動(dòng)機(jī)，此外，蓄電池組也同時(shí)供電給驅(qū)動(dòng)車輪的電動(dòng)機(jī)，以保證車輛具有足夠的牽引能力。當(dāng)車輛在平坦道路上作等速運(yùn)行時(shí)，只需發(fā)電機(jī)組（或蓄電池組）

17、單獨(dú)提供電能驅(qū)動(dòng)車輛即可。當(dāng)車輛減速時(shí)，發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的電能，通過控制設(shè)備，向蓄電池組充電；在車輛制動(dòng)過程中，驅(qū)動(dòng)車輪的電動(dòng)機(jī)，將轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)，并通過控制設(shè)備向蓄電池充電。此種能將車輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔懿⒓右曰厥盏闹苿?dòng)方式，被稱為“再生制動(dòng)”。混合動(dòng)力汽車通過將發(fā)動(dòng)機(jī)、充電電池和電動(dòng)機(jī)的最佳組合，既可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率，節(jié)省能源，又可以清潔排放，減少環(huán)境污染。這種車除發(fā)動(dòng)機(jī)可對(duì)電池充電外，在減速時(shí)動(dòng)力回收再生，制動(dòng)器可以將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，避免了能量的浪費(fèi)。裝用了混合動(dòng)力系統(tǒng)的汽車燃料經(jīng)濟(jì)性比普通汽車可提高1倍，同時(shí)使能引起地球變暖的co2排放量減少一半。混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)車輛在運(yùn)行中，能向蓄電池組補(bǔ)

18、充電能，因此，沒有必要像電動(dòng)車（電瓶車）那樣，必須停歇在車庫（或充電站點(diǎn)）內(nèi)花很長(zhǎng)時(shí)間充電?；旌蟿?dòng)力驅(qū)動(dòng)的車輛具有節(jié)能、低排放、低噪音等優(yōu)點(diǎn)，并且保持了傳統(tǒng)的由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車?yán)m(xù)駛里程長(zhǎng)的固有特點(diǎn)，混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的車輛不論在小轎車或是大型車輛（如：公共汽車）領(lǐng)域中，均將有巨大的發(fā)展?jié)摿涂春玫氖袌?chǎng)前景。混合動(dòng)力汽車 hev 不加重環(huán)境污染,其動(dòng)力系統(tǒng)包括內(nèi)燃機(jī)和電池組，兼?zhèn)淞藘?nèi)燃機(jī)汽車和電動(dòng)汽車的優(yōu)點(diǎn)，它將內(nèi)燃機(jī)、電動(dòng)機(jī)與一定容量的儲(chǔ)能器件通過控制系統(tǒng)相組合，電動(dòng)機(jī)可補(bǔ)充提供車輛起步、加速時(shí)所需轉(zhuǎn)矩，又可以存儲(chǔ)吸收內(nèi)燃機(jī)富余功率和車輛制動(dòng)能量，從而可大幅度降低油耗，減少污染物排放?；旌蟿?dòng)力汽車雖

19、然沒有實(shí)現(xiàn)零排放，但其動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放等綜合指標(biāo)能滿足當(dāng)前苛刻要求，可緩解汽車需求與環(huán)境污染及石油短缺的矛盾。與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車相比，其主要優(yōu)點(diǎn)是采用了高功率的能量?jī)?chǔ)存裝置（飛輪、超級(jí)電容器或蓄電池）向汽車提供瞬時(shí)能量，可以提高效率、節(jié)省能源、降低排放，因此經(jīng)濟(jì)性和排放性明顯改善，技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性較強(qiáng)。較之純電動(dòng)汽車，其主要優(yōu)點(diǎn)是：續(xù)駛里程和動(dòng)力性可達(dá)到內(nèi)燃機(jī)汽車的水平；空調(diào)、真空助力、轉(zhuǎn)向助力及其它輔助電器，借助原動(dòng)機(jī)動(dòng)力，無需消耗電池組有限電能，從而保證了乘坐的舒適性；而且混合動(dòng)力汽車技術(shù)難度相對(duì)較小，成本也相對(duì)較低。混合動(dòng)力汽車介于傳統(tǒng)汽車和純電動(dòng)汽車、燃料電池汽車之間，是一種承前啟后的

20、，在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)方面都趨于成熟的電動(dòng)汽車產(chǎn)品。三、混合動(dòng)力系統(tǒng)控制策略因混合動(dòng)力汽車各個(gè)組成部件、布置方式及控制策略的不同，形成了各式各樣的結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)的功率比的混合動(dòng)力汽車將發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)和能量?jī)?chǔ)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。串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的控制策略的主要目標(biāo)是使發(fā)動(dòng)機(jī)在最佳效率區(qū)和排放區(qū)工作，其主要控制策略有恒溫器模式、發(fā)動(dòng)機(jī)跟蹤器控制模式及基于規(guī)則型策略（前兩者綜合）。并聯(lián)控制策略主要包括：靜態(tài)邏輯門限值策略、瞬時(shí)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。其中后三個(gè)策略也適用于混聯(lián)式的控制策略，另外混聯(lián)式還有兩種特有的

21、控制策略：發(fā)動(dòng)機(jī)恒定工作點(diǎn)策略和發(fā)動(dòng)機(jī)最優(yōu)工作曲線策略。下面主要對(duì)并聯(lián)式和混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車典型的控制策略進(jìn)行分析。3.1 靜態(tài)邏輯門限值策略該策略主要通過設(shè)置車速、動(dòng)力電池的電池荷電狀態(tài)（soc）上下限及發(fā)動(dòng)機(jī)工作轉(zhuǎn)矩等一組門限參數(shù)，限定動(dòng)力系統(tǒng)各部件的工作區(qū)域，并根據(jù)車輛實(shí)時(shí)參數(shù)及預(yù)先設(shè)定的規(guī)則調(diào)整動(dòng)力系統(tǒng)各部件的工作狀態(tài)，以提高車輛整體性能。這種策略的主要依據(jù)是工程經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)部件的穩(wěn)態(tài)效率map圖來確定如何進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)之間的動(dòng)力分配。美國密西根大學(xué)peng huei等人將混合動(dòng)力汽車控制分成三種模式，即正常行駛模式、充電模式及制動(dòng)能量回饋模式。發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)效率map圖的劃分，如圖1

22、所示。圖 4 基于規(guī)則的功率管理策略中發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)效率map圖的劃分（1）正常行駛模式。從圖4中可以看出，用“發(fā)動(dòng)機(jī)工作最小功率”曲線和“電動(dòng)機(jī)助力最小功率”曲線將發(fā)動(dòng)機(jī)效率map圖劃分成三個(gè)區(qū)域，即：純電動(dòng)區(qū)域、發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)區(qū)域及電動(dòng)機(jī)輔助功率區(qū)域。功率分配規(guī)則：a.如果需求的驅(qū)動(dòng)功率小于發(fā)動(dòng)機(jī)工作的最小功率，則由電動(dòng)機(jī)提供全部的驅(qū)動(dòng)功率；b.如果需求的驅(qū)動(dòng)功率超過該限值，則由發(fā)動(dòng)機(jī)取代電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛前進(jìn)；c.如果需求的驅(qū)動(dòng)功率大于電動(dòng)機(jī)助力最小功率，則由電動(dòng)機(jī)提供額外的驅(qū)動(dòng)功率。在正常行駛模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)總是工作在“發(fā)動(dòng)機(jī)工作最小功率”和“電動(dòng)機(jī)助力最小功率”之間效率最高的區(qū)域。（2）充電模式。

23、對(duì)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(shè)定為55% 60%）。當(dāng)soc值小于55% 時(shí)，應(yīng)切換至充電模式（當(dāng)且僅當(dāng)soc值大于60%時(shí)充電過程完成），并計(jì)算電池的充電功率，該功率同時(shí)也作為電動(dòng)機(jī)的目標(biāo)功率。發(fā)動(dòng)機(jī)的目標(biāo)功率為需求的驅(qū)動(dòng)功率與充電功率之和。充電模式中存在一個(gè)特例：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的目標(biāo)功率小于發(fā)動(dòng)機(jī)工作最小功率時(shí)，為避免發(fā)動(dòng)機(jī)在效率極低的區(qū)域內(nèi)工作，仍然依靠電動(dòng)機(jī)提供驅(qū)動(dòng)力。（3）制動(dòng)能量回饋模式。駕駛員踩下制動(dòng)踏板，表明了駕駛員對(duì)負(fù)驅(qū)動(dòng)功率的需求，應(yīng)進(jìn)入制動(dòng)能量回饋模式，吸收混合動(dòng)力汽車制動(dòng)時(shí)的能量。然而，當(dāng)制動(dòng)能量超過可回饋的制動(dòng)能

24、量時(shí)，液壓制動(dòng)系統(tǒng)將提供剩余的制動(dòng)能量。靜態(tài)邏輯門限值策略主要依靠工程經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)，限定發(fā)動(dòng)機(jī)的工作區(qū)域和工作方式，達(dá)到降低燃油消耗和排放的目的，方法比較簡(jiǎn)單直觀，具有實(shí)用價(jià)值。但由于主要依靠工程經(jīng)驗(yàn)設(shè)置門限參數(shù)，無法保證車輛燃油經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)，而且這些靜態(tài)參數(shù)不能適應(yīng)工況的動(dòng)態(tài)變化，因此無法使整車系統(tǒng)達(dá)到最大效率。3.2 瞬時(shí)優(yōu)化控制策略該控制策略是在發(fā)動(dòng)機(jī)最優(yōu)工作曲線模式的基礎(chǔ)上，對(duì)混合動(dòng)力汽車在特定工況點(diǎn)下整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的優(yōu)化目標(biāo)（如效率損失和名義油耗）進(jìn)行優(yōu)化，便可得到瞬時(shí)最優(yōu)工作點(diǎn)，然后基于系統(tǒng)的瞬時(shí)最優(yōu)工作點(diǎn)，對(duì)各個(gè)狀態(tài)變量進(jìn)行動(dòng)態(tài)再分配。瞬時(shí)優(yōu)化策略一般是采用“等效燃油消耗最少”法或“功

25、率損失最小”法，二者原理類似。其中“等效燃油消耗最少”法將電機(jī)的等效油耗與發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際油耗之和定義為名義油耗，將電機(jī)的能量消耗轉(zhuǎn)換為等效的發(fā)動(dòng)機(jī)油耗，得到一張類似于發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性圖的電機(jī)等效油耗圖。在某一個(gè)工況瞬時(shí)，從保證系統(tǒng)在每個(gè)工作時(shí)刻的名義油耗最小出發(fā)，確定電機(jī)的工作范圍（用電機(jī)轉(zhuǎn)矩表示），同時(shí)確定發(fā)動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)，對(duì)每一對(duì)工作點(diǎn)計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際燃油消耗，以及電機(jī)的等效燃油消耗，最后選名義油耗最小的點(diǎn)作為當(dāng)前工作點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的合理控制。為了將排放一同考慮，該策略還可采用多目標(biāo)優(yōu)化技術(shù)，采用一組權(quán)值來協(xié)調(diào)排放和燃油同時(shí)優(yōu)化存在的矛盾。等效燃油消耗最小方法在每一步長(zhǎng)內(nèi)是最優(yōu)的

26、，但無法保證在整個(gè)運(yùn)行區(qū)間內(nèi)最優(yōu)，而且需要大量的浮點(diǎn)運(yùn)算和比較精確的車輛模型，計(jì)算量大，實(shí)現(xiàn)困難。瞬時(shí)控制策略應(yīng)考慮以下四個(gè)方面問題：1）汽車整車性能優(yōu)化應(yīng)考慮發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)和蓄電池組的瞬態(tài)效率；2）汽車實(shí)時(shí)最優(yōu)控制應(yīng)結(jié)合實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，如發(fā)動(dòng)機(jī)等關(guān)鍵總成溫度以及制動(dòng)時(shí)能量回收量；3）用戶可自定義燃油經(jīng)濟(jì)性和排放目標(biāo)；4）任意一個(gè)給定速度下發(fā)動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)，由控制器根據(jù)控制目標(biāo)尋求發(fā)動(dòng)機(jī)-電機(jī)最佳能量組合來決定發(fā)動(dòng)機(jī)的最優(yōu)工作點(diǎn)。根據(jù)對(duì)并聯(lián)混合動(dòng)力汽車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能的折中，建立實(shí)時(shí)控制的目標(biāo)函數(shù)。min f + +式中：wi對(duì)應(yīng)量的權(quán)系數(shù)，i 16，通過調(diào)整權(quán)重來改變各參數(shù)的影響程度。由優(yōu)

27、化理論可知，瞬時(shí)最小值之和并不等于和的最小值，因此瞬時(shí)優(yōu)化模式并不能導(dǎo)致全局最優(yōu)的控制策略。全局優(yōu)化模式才能實(shí)現(xiàn)真正意義上的最優(yōu)化。3.3 全局優(yōu)化控制策略全局最優(yōu)能量管理策略是應(yīng)用最優(yōu)化方法和最優(yōu)控制理論開發(fā)出來的混合動(dòng)力系統(tǒng)能量分配策略，目前主要有基于多目標(biāo)數(shù)學(xué)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(dòng)態(tài)規(guī)劃理論的能量管理策略三種。研究最為成熟的是基于bellman動(dòng)態(tài)規(guī)劃理論的能量管理策略，該方法首先建立空間狀態(tài)方程，然后計(jì)算在約束條件下滿足性能指標(biāo)的最優(yōu)解。對(duì)于一般的控制對(duì)象，該方法通常按照時(shí)間順序把一個(gè)過程分為若干段，把一個(gè)復(fù)雜的決策問題（包括連續(xù)變量

28、和離散變量的取值序列）轉(zhuǎn)化為一系列單段（某一時(shí)間段內(nèi)）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）。當(dāng)這個(gè)原理應(yīng)用于混合動(dòng)力汽車時(shí)，可假設(shè)系統(tǒng)發(fā)展用狀態(tài)方程來描述，狀態(tài)變量是soc，每一節(jié)點(diǎn)代表每一時(shí)刻（橫軸）對(duì)應(yīng)的soc值（縱軸），如圖5所示。假設(shè)初始（t 0）soc 是a，而終止soc是e，連線上的數(shù)字代表了從一點(diǎn)到另一點(diǎn)的燃油消耗量。應(yīng)用此原理可以得出最優(yōu)的途徑（從a到e）是：a b c d e。圖 5 貝爾曼（bellman）動(dòng)態(tài)規(guī)劃全局優(yōu)化原理在實(shí)際混合動(dòng)力系統(tǒng)的仿真優(yōu)化中，bellman過程這樣來實(shí)現(xiàn)：首先通過

29、離散soc來建立bellman過程的節(jié)點(diǎn)，soc離散精度可以選擇為1%，時(shí)間步長(zhǎng)可以確定為1s。然后計(jì)算各soc節(jié)點(diǎn)之間連線的權(quán)重，這個(gè)權(quán)重對(duì)應(yīng)于實(shí)現(xiàn)soc變化而需要的發(fā)動(dòng)機(jī)油耗。只要那些從初始soc節(jié)點(diǎn)可以到達(dá)或可以由此出發(fā)達(dá)到終點(diǎn)soc的節(jié)點(diǎn)都要被考慮。在循環(huán)工況中計(jì)算各連線權(quán)重，保留最優(yōu)解，實(shí)現(xiàn)電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的功率要求和傳動(dòng)比的全局最優(yōu)化。仿真結(jié)果顯示，在某種工況循環(huán)下，通常全局優(yōu)化比瞬時(shí)優(yōu)化降低油耗5%20%。全局優(yōu)化模式實(shí)現(xiàn)了真正意義上的最優(yōu)化，但實(shí)現(xiàn)這種策略的算法往往都比較復(fù)雜，計(jì)算量也很大，在車輛的實(shí)時(shí)控制中很難得到應(yīng)用。通常的作法是把應(yīng)用全局優(yōu)化算法得到的能量管理策略作為參考，以

30、幫助總結(jié)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(jié)合，在保證可靠性和實(shí)際可能性的前提下進(jìn)行優(yōu)化控制。3.4 模糊邏輯控制策略該策略基于模糊控制方法來決策混合動(dòng)力系統(tǒng)的工作模式和功率分配，將“專家”的知識(shí)以規(guī)則的形式輸入模糊控制器中，模糊控制器將車速、電池soc和需求功率/轉(zhuǎn)矩等輸入量模糊化，基于設(shè)定的控制規(guī)則來完成決策，以實(shí)現(xiàn)對(duì)混合動(dòng)力系統(tǒng)的合理控制，從而提高車輛整體性能。模糊邏輯控制策略目標(biāo)與瞬時(shí)優(yōu)化控制策略類似，但與瞬時(shí)控制策略相比，模糊邏輯控制策略具有魯棒性好的優(yōu)點(diǎn)。模糊邏輯控制策略用于電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制原理，如圖6所示。在控制過程中，微機(jī)經(jīng)中斷采樣獲取電動(dòng)汽車行駛

31、工況值，然后將其量與給定值比較得到誤差信號(hào)e（在此取單位反饋），再取e作為模糊控制器的一個(gè)輸入量，把e的精確量轉(zhuǎn)化為模糊量，e 量可用相應(yīng)的模糊語言表示。至此，就得到了e的模糊語言集合的一個(gè)子集e（模糊向量），再由e和模糊控制規(guī)則r根據(jù)推理的合成規(guī)則進(jìn)行模糊決策得到模糊控制量u: e0r圖 6 模糊邏輯控制原理圖為了對(duì)被控制的量施加精確的控制，還需要將模糊量轉(zhuǎn)換為精確量。得到了精確的數(shù)字控制量后，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換變?yōu)榫_的模擬量送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，即電動(dòng)機(jī)控制器，對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行第一步控制，然后等待第二次采樣，進(jìn)行第二步控制，這樣循環(huán)下去，就實(shí)現(xiàn)了對(duì)被控制對(duì)象的模糊控制，完成驅(qū)動(dòng)控制的要求?；谀：壿嫷牟?/p>

32、略可以表達(dá)難以精確定量表達(dá)的規(guī)則，方便地實(shí)現(xiàn)不同影響因素（功率需求、soc和電機(jī)效率等）的折中，魯棒性好。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(dòng)力汽車能量管理策略中應(yīng)用是比較合適的。四、混合動(dòng)力汽車的發(fā)展前景研究4.1混合動(dòng)力汽車的市場(chǎng)應(yīng)用自1995年起，世界各大汽車生產(chǎn)商已將研究的重點(diǎn)轉(zhuǎn)向了混合動(dòng)力汽車的研究開發(fā)。日本豐田汽車公司開發(fā)了混合動(dòng)力轎車。美國三大汽車公司均開發(fā)了包括轎車、面包車、貨車在內(nèi)的混合動(dòng)力汽車。目前，混合動(dòng)力汽車技術(shù)及市場(chǎng)均被看好。日本國內(nèi)擁有的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車已超過7萬輛，預(yù)計(jì)在2010年將達(dá)到210萬輛。美國通用公司將

33、在5年內(nèi)銷售100萬輛混合動(dòng)力汽車。目前日本豐田汽車公司是走在混合動(dòng)力汽車研發(fā)前沿的汽車公司，其后又在2001年相繼推出了混合動(dòng)力面包車和皇冠轎車。到2002年底，豐田汽車公司生產(chǎn)的混合動(dòng)力汽車在日本國內(nèi)和海外的累計(jì)銷量均突破了10萬輛，現(xiàn)在已經(jīng)在全世界20多個(gè)國家上市銷售。豐田混合動(dòng)力系統(tǒng)（ths）電子控制裝置的特點(diǎn)是：分別利用電能、汽油或兩者組合同時(shí)工作。根據(jù)車速和負(fù)荷情況，ths可以控制每種能源所提供的功率比例，以保證汽車按最有效的模式運(yùn)行。在車輛的行駛過程中，乘客對(duì)ths的轉(zhuǎn)換是感覺不到的。ths系統(tǒng)的關(guān)鍵部分是功率分流裝置。該裝置利用一套行星齒輪組將發(fā)動(dòng)機(jī)功率直接傳遞到車的前輪和發(fā)電

34、機(jī)上。電控式變速器將汽油機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的功率輸出加以混合，從而達(dá)到汽車加速和減速的需要。2002年，豐田混合動(dòng)力面包車投產(chǎn)，其混合動(dòng)力系統(tǒng)采用了世界首次批量生產(chǎn)的電動(dòng)四輪驅(qū)動(dòng)力/制動(dòng)力綜合控制系統(tǒng)，它給混合動(dòng)力汽車的行駛性能帶來了革命性的改進(jìn)。所有這些都表明豐田公司在普及混合動(dòng)力系統(tǒng)的低燃耗、低排放和改進(jìn)行駛性能方面已經(jīng)走在了世界同行前列。豐田汽車公司計(jì)劃在2012年在其全部汽車產(chǎn)品上采用汽油電力混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)，以提高燃油經(jīng)濟(jì)性和降低排放污染。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國市場(chǎng)上售出混合動(dòng)力汽車接近7萬輛，2002年美國的混合動(dòng)力汽車市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到35000輛。美國已有近20個(gè)城市在試用混合動(dòng)力公共汽車。歐洲

35、各大汽車廠商也紛紛推出了混合動(dòng)力汽車。法國be集團(tuán)先后推出了貝靈格型和薩拉型混合動(dòng)力汽車。排放量較同類普通汽車降低35%，一次行程可高達(dá)1000km。國內(nèi)90年代末期開始了混合動(dòng)力汽車的研發(fā)工作。1999年，清華大學(xué)與廈門金龍聯(lián)合汽車工業(yè)有限公司合作研制成功國內(nèi)第一輛混合動(dòng)力輕型客車。2001年底，國家863電動(dòng)汽車科技公關(guān)項(xiàng)目正式啟動(dòng)，第一批項(xiàng)目中主要是混合動(dòng)力車，目前正在進(jìn)行當(dāng)中。一汽和東風(fēng)汽車集團(tuán)聯(lián)合在所在地的高校和研究所，在各自客車底盤上，研發(fā)混合驅(qū)動(dòng)公共汽車和大型客車。此外，東風(fēng)電動(dòng)汽車公司還承擔(dān)了混合動(dòng)力轎車的研究開發(fā)。十五目標(biāo)是攻克關(guān)鍵技術(shù)、推出新產(chǎn)品，主要研究?jī)?nèi)容包括：發(fā)動(dòng)機(jī)、

36、電動(dòng)機(jī)、蓄電池等各種單元技術(shù)；各系統(tǒng)的電子控制技術(shù)和整車的動(dòng)力系統(tǒng)優(yōu)化與控制技術(shù)，應(yīng)節(jié)省燃料50%，排放下降80%；制動(dòng)能量回收技術(shù)，應(yīng)能回收30%制動(dòng)能量。目前東風(fēng)電動(dòng)車輛股份有限公司開發(fā)出的混合動(dòng)力汽車。其中，eq7200 hev型混合動(dòng)力轎車以風(fēng)神藍(lán)鳥轎車為平臺(tái)，以滿足未來城市公務(wù)、出租用車需求為目標(biāo)，最大限度利用東風(fēng)公司現(xiàn)有產(chǎn)品平臺(tái)及社會(huì)資源開發(fā)而成，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品系列化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。主要技術(shù)參數(shù)：最高車速160km/h，鋰離子電池。eq6110v型混合動(dòng)力城市公交車采用混聯(lián) 方案，專為2008年北京奧運(yùn)會(huì)公交用車而開發(fā)。主要性能參數(shù)：采用東風(fēng)康明斯6bta型柴油機(jī)（最大轉(zhuǎn)矩488n

37、?m，額定轉(zhuǎn)速2200r/min）；中科院電工所研制的交流發(fā)電機(jī)，純電池電動(dòng)運(yùn)行最高車速72km/h。天津清源電動(dòng)車輛有限公司開發(fā)出混合動(dòng)力中型客車。其主要技術(shù)特點(diǎn)：使用燃油和電力雙能源，同時(shí)兼顧了傳統(tǒng)汽車的方便性和電動(dòng)汽車的環(huán)保性能；排放達(dá)到歐標(biāo)準(zhǔn)，燃油經(jīng)濟(jì)性提高15%以上，適于城市和城際之間的公共交通。深圳明華環(huán)保汽車有限公司開發(fā)出混合動(dòng)力電動(dòng)輕型客車。其技術(shù)特點(diǎn)：采用并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)，內(nèi)燃機(jī)采用達(dá)到歐排放標(biāo)準(zhǔn)的柴油機(jī)，電動(dòng)機(jī)采用國際先進(jìn)的異步交流電機(jī)，具有變頻調(diào)速的矢量控制系統(tǒng)；自身反充功能：內(nèi)燃機(jī)做動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)車輛行駛中可同時(shí)通過電動(dòng)機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)功能互換將發(fā)動(dòng)機(jī)用作發(fā)電機(jī)為車載蓄電池組充

38、電以補(bǔ)充能量，提高電驅(qū)動(dòng)續(xù)駛里程。第一汽車集團(tuán)公司、美國電動(dòng)車（亞洲）公司、汕頭國家電動(dòng)汽車試驗(yàn)示范區(qū)三方共同合作推出一款混合動(dòng)力轎車ca7180ae。該款串聯(lián)式的混合動(dòng)力轎車屬中高檔，13kw油機(jī)，15kw流電機(jī)，144v（105ah）鉛酸電池，42前驅(qū)動(dòng)形式，最高車速可達(dá)135km/h。4.2混合動(dòng)力汽車的市場(chǎng)推廣情況目前從全球范圍來看，混合動(dòng)力汽車已處于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的前夕，國際、國內(nèi)的汽車企業(yè)在競(jìng)相研發(fā)混合動(dòng)力汽車。但要真正實(shí)現(xiàn)自主混合動(dòng)力車型的普及，還有諸多障礙需要克服，包括技術(shù)上的一些關(guān)鍵難題和成本增加太多、零部件配套資源體系不成熟等。面對(duì)交通能源與環(huán)境問題的巨大挑戰(zhàn)，以能源多元化、

39、排放潔凈化、燃料節(jié)約化為主要特征的節(jié)能與新能源汽車迅速發(fā)展，相互競(jìng)爭(zhēng)，并引發(fā)了汽車動(dòng)力的電控化和電氣化兩大技術(shù)變革，促進(jìn)了汽車能源及動(dòng)力的快速轉(zhuǎn)型?；旌蟿?dòng)力汽車可在不改變既有的汽車產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源 石油燃料 體系以及用戶對(duì)車輛使用習(xí)慣的前提下，最大限度地發(fā)揮內(nèi)燃機(jī)和純電動(dòng)汽車的雙重優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到節(jié)能和環(huán)保的目的。因而被業(yè)界認(rèn)為是目前最現(xiàn)實(shí)可行且長(zhǎng)遠(yuǎn)有效的節(jié)能環(huán)保方案?；旌蟿?dòng)力汽車融合了純電動(dòng)汽車和燃油汽車優(yōu)點(diǎn)，較好地滿足了汽車低排放、低油耗、高性價(jià)比的綜合要求，并較好地解決了汽車節(jié)能與環(huán)保問題，因而逐漸成為世界各大汽車生產(chǎn)企業(yè)開發(fā)的熱點(diǎn)，其市場(chǎng)前景也越來越被看好。目前，豐田公司是混合動(dòng)力汽車領(lǐng)域的佼

40、佼者。1997年12月，日本豐田汽車公司首先在日本市場(chǎng)上推出了世界上第一款批量生產(chǎn)的混合動(dòng)力汽車“普銳斯（prius）”，該轎車于2000年7月開始出口北美，同年9月開始出口歐洲。普銳斯在達(dá)成高水平的燃油經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性能的前提下，實(shí)現(xiàn)了出色的動(dòng)力性和舒適性?！皃rius”的正式量產(chǎn)上市標(biāo)志以混合動(dòng)力汽車為代表的新一輪汽車研發(fā)競(jìng)爭(zhēng)的開始。為保持領(lǐng)先地位，豐田公司加大了對(duì)混合動(dòng)力車的投入。2005年，豐田投資1000萬美元在美國肯塔基州工廠改造設(shè)備和訓(xùn)練員工，以生產(chǎn)混合動(dòng)力車。2006年10月，肯塔基州工廠生產(chǎn)的第一輛佳美（camry）混合動(dòng)力家庭轎車下線，預(yù)計(jì)年產(chǎn)量為4.8萬輛。日本本田公司推出

41、了“insight”、“civic”等混合動(dòng)力汽車，福特公司緊隨其后，推出了“escape”混合動(dòng)力汽車，戴克、通用、雪鐵龍、日產(chǎn)等公司也紛紛加快了混合動(dòng)力技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)。普銳斯1997年在日本上市后一直反應(yīng)平平，2002年的銷售量不到40000輛。2003年下半年第二代普銳斯上市，由于技術(shù)得到很大的改進(jìn)，銷量迅速增長(zhǎng)到12萬輛。隨著油價(jià)的持續(xù)上漲，更多的消費(fèi)者開始購買節(jié)油和環(huán)保的混合動(dòng)力汽車，這使得美國和日本混合動(dòng)力汽車市場(chǎng)率先經(jīng)歷了“井噴式”增長(zhǎng)。2005年，混合動(dòng)力汽車的全球銷量增長(zhǎng)到45萬輛，是2003年的近4倍。2000年以來，美國混合動(dòng)力車市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)了大幅增長(zhǎng)。在美國市場(chǎng)，2004

42、年混合動(dòng)力汽車的銷售量?jī)H為5萬輛，而2005年的銷售量快速增長(zhǎng)到20.5萬輛，占全部新車銷量的1.2%。從1997年到2006年，豐田已在全球銷售75萬輛普銳斯、雷克薩斯等品牌的混合動(dòng)力車，占有混合動(dòng)力汽車市場(chǎng)近70%的份額。2006年，豐田汽車公司在美國市場(chǎng)上推出了4款從現(xiàn)有車型改造成的混合動(dòng)力汽車，這些混合動(dòng)力汽車的外形、操控以及車內(nèi)的設(shè)備和普通車完全一樣。豐田的目標(biāo)是最終將推出旗下幾乎所有車型的混合動(dòng)力版，并在2012年把混合動(dòng)力汽車的產(chǎn)量提高到100萬輛。豐田公司預(yù)測(cè)，在未來的10年內(nèi)，其在美國的全部轎車銷量中，混合動(dòng)力車型將占有25%的市場(chǎng)份額。4.3混合動(dòng)力汽車面臨的問題環(huán)境污染問

43、題全世界都很關(guān)注，如何保持良好的生態(tài)環(huán)境，維護(hù)人類自身和子孫后代的健康，是全人類共同的責(zé)任。推出更加節(jié)能減排的汽車產(chǎn)品是所有汽車生產(chǎn)廠商的愿望。目前世界范圍內(nèi)，豐田、本田、別克等公司均有成熟的混合動(dòng)力車型，在我國市場(chǎng)上的混合動(dòng)力車型相對(duì)較少，主要為車田的普瑞斯、本田思域hybrid、別克君越eco-hybrid、雷克薩斯ls600hl、奔馳s400、奇瑞混合動(dòng)力a5 bsg等車型，目前的市場(chǎng)銷售狀況一般，消費(fèi)者評(píng)論褒貶不一。 1 混合動(dòng)力車輛價(jià)格偏高制約消費(fèi)者的購買力。以普銳斯為例。目前由于技術(shù)限制，普銳斯售價(jià)一直偏高，在國外和國內(nèi)的售價(jià)上相差也較大。一輛普瑞斯在日本的售價(jià)相當(dāng)于人民幣16萬元

44、，比同級(jí)別汽油車僅貴3萬元人民幣，在獲得部分政府補(bǔ)貼后，價(jià)格相當(dāng)；但在我國售價(jià)要30萬元左右。雖然能降低油耗，但節(jié)省下的錢并不能抵消消費(fèi)者的購車款。故有“普銳斯prius所節(jié)省的汽油的價(jià)值遠(yuǎn)低于普銳斯prius比同級(jí)別全汽油車高出的價(jià)值”之說。據(jù)調(diào)查，中國的汽車消費(fèi)主要還是傾向于經(jīng)濟(jì)型車輛，偏高的售價(jià)讓普通消費(fèi)者對(duì)混合動(dòng)力車望而卻步。 2 新能源汽車的開發(fā)研究對(duì)混合動(dòng)力汽車的發(fā)展有一定影響。石油資源的日漸短缺，人們?cè)絹碓蕉嗟貙⒛抗馔度氲叫屡d能源的開發(fā)上。目前已經(jīng)獲得認(rèn)可的石油替代能源有：電能、氫氣、醇類、天然氣、液化石油氣、生物質(zhì)能和二甲醚等，其中有些已經(jīng)獲得了一定的應(yīng)用。尤其電動(dòng)汽車作為一種

45、零排放、高效率、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單及維修、使用方便的汽車，無疑是交通運(yùn)輸工具的最佳選擇。汽車廠商將更多的人力資源和資金投入新能源汽車的開發(fā)和研究，一旦新能源技術(shù)有了較大的突破，對(duì)混合動(dòng)力汽車的發(fā)展將有著一定的制約?；旌蟿?dòng)力汽車要進(jìn)入實(shí)用化，需要具備高比能量和高比功率的能量?jī)?chǔ)存裝置，低成本、高效率的功率電子設(shè)備和燃料經(jīng)濟(jì)性 高排放低的發(fā)動(dòng)機(jī)。所面臨的關(guān)鍵性技術(shù)和需要解決的問題包括一下幾個(gè)方面。第一，內(nèi)燃機(jī)與電機(jī)最優(yōu)耦合功率分配比的控制和實(shí)現(xiàn)、功率分配裝置及其與變速器一體化的設(shè)計(jì)?；旌蟿?dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)頻繁啟動(dòng)、關(guān)閉，使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和附件的電能管理變得復(fù)雜，因此需要先進(jìn)的檢測(cè)和控制系統(tǒng)；現(xiàn)有的以熱力發(fā)動(dòng)機(jī)為主的混合

46、動(dòng)力單元在將燃油轉(zhuǎn)化為有用功的同時(shí)，需要提高轉(zhuǎn)化效率，同時(shí)還要滿足嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。第二，電池性能的提高。能量?jī)?chǔ)存裝置要具有較高的比功率，以滿足汽車加速和爬坡時(shí)對(duì)大功率的需要；同時(shí)，要有較高的比能量、較長(zhǎng)的使用壽命和低廉的制造成本。第三，減小電力電子器件尺寸、減輕質(zhì)量和降低制造成本。混合動(dòng)力汽車的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，依賴于上述電動(dòng)汽車配套的一次或二次動(dòng)力電池技術(shù)的進(jìn)步或突破，也有賴于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)技術(shù)提高，更重要的是完善驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)的系統(tǒng)集成。第四，電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。電機(jī)必須要具有良好的可控性和容錯(cuò)能力，以及具有低噪聲、高效率的特點(diǎn)。4.4混合動(dòng)力汽車的前景與展望汽車動(dòng)力系統(tǒng)是一個(gè)完整的體系，包括燃料、發(fā)

47、動(dòng)機(jī)、動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)三個(gè)主要層次。根據(jù)生命周期循環(huán)分析，從油井到車輪的效率來看，源于石油的最佳組合是：汽油/柴油內(nèi)燃機(jī)混合動(dòng)力；源于天然氣、煤的氫燃料電池及其混合動(dòng)力可與合成燃料內(nèi)燃機(jī)及其混合動(dòng)力競(jìng)爭(zhēng)。近年來，汽車動(dòng)力系統(tǒng)最大的突破是混合動(dòng)力技術(shù)，它為汽車動(dòng)力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型奠定了基礎(chǔ)平臺(tái)。混合動(dòng)力電動(dòng)汽車比較純電動(dòng)汽車和原動(dòng)機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：電池的數(shù)量減少，因此混合動(dòng)力電動(dòng)汽車自身質(zhì)量可減輕。輔助動(dòng)力單元 apu 的選用使汽車的續(xù)駛里程與動(dòng)力能可以達(dá)到內(nèi)燃機(jī)汽車的水平。 混合動(dòng)力汽車廢氣排放量低，符合“低碳經(jīng)濟(jì)”的發(fā)展規(guī)律。面對(duì)全球氣候變化，急需世界各國協(xié)同減低或控制二氧化碳排放，“低碳經(jīng)濟(jì)”在這種形

48、勢(shì)下應(yīng)運(yùn)而生。所謂“低碳經(jīng)濟(jì)”是指在可持續(xù)發(fā)展理念指導(dǎo)下，通過技術(shù)創(chuàng)新、制度創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型、新能源開發(fā)等多種手段，盡可能地減少煤炭、石油等高碳能源消耗，減少溫室氣體排放，達(dá)到經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)雙贏的一種經(jīng)濟(jì)發(fā)展形態(tài)。低碳經(jīng)濟(jì)是以低能耗、低污染、低排放為基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)模式。據(jù)資料顯示，混合動(dòng)力汽車的混合動(dòng)力裝置發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)，動(dòng)力性好的優(yōu)點(diǎn)，又可以充分利用電動(dòng)機(jī)無污染、低噪聲的好處，二者“并肩戰(zhàn)斗”，取長(zhǎng)補(bǔ)短，使汽車的熱效率提高10%以上，廢氣排放改善30%以上，大大降低污染，符合“低碳經(jīng)濟(jì)”低污染發(fā)展規(guī)律。 3 雖然原動(dòng)機(jī)會(huì)有排放產(chǎn)生，但是由于原動(dòng)機(jī)主要工作在最佳工況點(diǎn)附近，因而

49、大大減少了汽車上內(nèi)燃機(jī)變工況 特別是低速、怠速 時(shí)的排放，由于可回收制動(dòng)能量，使得混合動(dòng)力電動(dòng)汽車成為較低排放的節(jié)能汽車。4 借助原動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力直接帶動(dòng)車內(nèi)空調(diào)、暖風(fēng)、真空助力器、動(dòng)力轉(zhuǎn)向等汽車電器附件，無需再消耗電池組內(nèi)有限的電能。在某些對(duì)汽車排放嚴(yán)格限制的地區(qū) 如商業(yè)區(qū)、旅游區(qū)、居民小區(qū)等 ，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車可以關(guān)閉apu，由純電力方式驅(qū)動(dòng)，成為零排放的電動(dòng)汽車。電能的取得比石油更為簡(jiǎn)單，成本更低，利用各種方式獲得電源來供給電力汽車的使用，讓汽車的使用成本更低，同時(shí)由于電動(dòng)汽車的環(huán)保，將令它成為新時(shí)代的交通工具的代表，廣受世界各國人民的喜歡，這也就注定它擁有的市場(chǎng)?；旌蟿?dòng)力汽車的動(dòng)力系統(tǒng)

50、的全面改進(jìn)，各種高新技術(shù)開始在混合動(dòng)力汽車上應(yīng)用，主要技術(shù)包括：燃油動(dòng)力與電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)集成優(yōu)化技術(shù)不斷取得進(jìn)展，節(jié)能效果不斷提高；高能鋰離子電池、鎳氫電池取代傳統(tǒng)的鉛酸電池；高效的一體化電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的直流電機(jī)；電動(dòng)輔助系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用提高了整車能量利用效率和能；網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的應(yīng)用促進(jìn)了混合動(dòng)力汽車的模塊化和智能化；輕量化技術(shù)和電器結(jié)構(gòu)安全技術(shù)得到了系統(tǒng)應(yīng)用。在混合動(dòng)力技術(shù)的發(fā)展上，表現(xiàn)出明顯的模塊化和平臺(tái)化趨勢(shì)，轎車混合動(dòng)力系統(tǒng)的模塊化愈加明顯，逐步推進(jìn)汽車動(dòng)力的電氣化。從只具備自動(dòng)啟停、怠速關(guān)機(jī)功能的“微混合”、以并聯(lián)式混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)為主體的“輕混合”和以混聯(lián)式為特征的“強(qiáng)混合”，隨著電功率的比例逐步提高，混合程度不斷提高，最終過渡到可充電式的串聯(lián)式“全混合”方式。城市客車混合動(dòng)力系