（机械制造及其自动化专业论文）野马混合动力电动汽车总体结构与控制系统方案研究.pdf

中文摘要 y 9 9 3 9 8 9 野马混合动力电动汽车总体结构与控制系统方案研究 机械制造及其自动化专业 研究生：吴亚祥指导教师：李彦 混合动力电动汽车由于同时采用不同的能量转换装置作为动力源，在节能 和排放方面具有传统汽车无法比拟的优势，因此，开展混合动力电动汽车的研 究工作对于解决环境污染和能源危机问题具有重要意义。而目前我国的混合动 力电动汽车研究尚处于起步阶段，为此国家科技部将混合动力电动汽车列为8 6 3 计划的重大专项课题，同时国内各大汽车公司也纷纷加入混合动力电动汽车的 研究队伍，本课题即来源于四川汽车工业集团项目“野马混合动力电动汽车总 体结构与控制系统方案研究”。 本课题以野马越野车原有底盘结构为基础，研究野马混合动力电动汽车的 总体方案设计。在野马混合动力电动汽车需求分析的基础上，提出了四种类型 的野马混合动力系统结构方案，研究内容主要在于两个方面：第一是野马i m a 系统，研究内容包括其结构设计方案、h c u 动力总成控制策略以及h c u 程序 控制流程；第二是混联式混合动力系统，由于本课题的长期目标是研究仿t h s 结构的混联式野马混合动力系统，因此，本文对t h s 系统的结构、控制策略和 动力学模型等进行了研究，为后续研究工作积累了一定的技术基础。 野马i m a 采用与本田i n s i g h ti m a 系统结构类似的并联式混合动力系统对 野马越野车的动力传动系统进行改装，并使用兰州环电科技有限公司的环式电 机c i s g 技术，对原野马越野车j m 4 9 1 发动机进行改造。 多能源动力总成控制系统h c u 是整车的控制核心，其性能将决定野马混合 动力系统开发的成败，它主要包括软件和硬件两大部份，控制系统的关键技术 是控制软件。在控制软件开发前，必须明确控制策略。确定混合动力总成的控 制策略要明确两个问题，一是控制目标，明确提出控制策略要达到的目标，二 是控制方法，根据控制目标以及对各种控制方法的分析比较，选择合适的控制 方法。 研究表明，混合动力总成的控制目标有两种，一是以整车油耗和排放最佳 2 27 0 ：j 四川大学颂十学位论文 为目标，二是以电池的电量消耗最小为目标。通过综合分析和比较得出结论， 以整车油耗和排放最佳为控制目标，可以充分发挥混合动力汽车的优势，同时 采取措施维持电池的电量状态，提高电池的循环寿命，保证足够的续驶里程， 是产品市场的发展趋势。因此，野马h c u 软件设计的控制目标是在保证按照驾 驶员意图实现动力输出调节的前提下，以整车燃油经济性能和排放性能最佳为 目标。 适用于混合动力总成的控制方法通常有四种，逻辑门限值、动态自适应控 制、逻辑模糊控制和神经网络控制。由于逻辑门限值控制方法简单快速、实用 性强，因此国内外的样车和产品车型大多都采用这种控制方法。 论文在对并联式野马混合动力汽车多能源动力总成控制系统需求分析的基 础上，以整车油耗和排放最佳为控制目标，采用逻辑门限值控制方法，提出了 两种门限值控制策略，一是限制发动机工作区间的控制策略，二是加权调节发 动机工作区日j 的控制策略。二者都是通过设定门限值，将发动机和电池控制在 高效率区运行，提供要求的扭矩；环式电机c i s g 作为载荷调节装置，当需要 大扭矩输出时参加驱动，当需要小扭矩输出时吸收发动机扭矩进行发电，并将 电池组的电量状态维持在高效率区间内。 在研究h c u 控制策略的基础上，论文完成了h c u 软件控制流程的设计工 作。它把汽车的行驶过程划分为几种情况：起动和轻载低速行驶工况，中速中 负荷行驶工况，急加速、爬坡和高速行驶工况，减速、制动工况。h c u 软件设 计采用了模块化设计思想，主要分为整车工况确定子模块、转矩需求子模块、 转矩分配子模块、数据查表子模块和状态确定子模块。整车工况确定子模块的 功能是通过系统启停开关信号k e yo n 和加速踏板信号l 忸或制动踏板信号l d 确 定当前整车所处的行驶工况。转矩需求子模块的功能是根据加速踏板信号l a 或 制动踏板信号l d 计算当前时刻的转矩需求。转矩分配子模块的功能是依据整车 控制策略和整车当前工况，将转矩需求在发动机和环式电机c i s g 二者之间， 或者c i s g 和机械制动系统之间进行合理分配。数据查表子模块的功能是根据 转矩值确定发动机的节气门开度信号l c 和电机负荷率l 。状态确定子模块的功 能是根据整车控制策略、整车工况、发动机节气门开度信号k 、电机负荷率l 。， 确定当前时刻发动机和电机的状态。 混联式野马混合动力系统是本课题后续研究工作的重点，其结构是以丰田 t h s 的行星齿轮机构为基本架构，在此基础上实现动力部件的连接，并对部分 n 中文摘要 动力部件进行重新靠置。因此论文对t h s 系统的基本控制策略进行了深入分析， 并建立了n s 系统的动力学模型。 控制算法设计是实现控制策略的关键步骤之一，而控制算法的设计必须以 系统的基本动力学模型为基础，为对t h s 系统的控制策略进行更为深入的研究， 论文通过对t h s 系统结构、功率分配及内部动力传递的分析，并在假设系统无 轮胎滑移现象和动力传递无效率损失的基础上，建立了t h s 系统的动力学模型， 为开发混联式野马混合动力系统做了重要技术储备工作。 t h s 系统在中速巡航工况采用了较为特殊的控制策略。因为在中速巡航工 况下，车辆所需的驱动功率通常较加速和爬坡时所需的功率小的多，根据t h s 发动机工作特性，此时t h s 为了保证发动机能够在经济工作区域运转，必须降 低转速，增大转矩。由于发动机输出的转速较低，而车速相对较高，为了使两 者能够匹配，t h s 采用了特殊控制策略，利用发动机直接输出至车轮转矩过大 使电动机m g 2 产生再生制动转矩的机理，使m g l 和m g 2 的工作模式互换， 使m g 2 工作于发电机状态，m g i 工作于电动机状态，m g 2 为m g l 供电，在 系统中产生功率循环，以此实现发动机转速和车速的匹配。通过对该工况控制 策略的研究，加深了对整个t h s 系统内部工作模式的了解。 最后论文利用a d v i s o r 软件对p f i u s 轿车的加速过程和燃油经济性进行了 模拟计算。通过对a n l 试验结果的分析，总结出t h s 的设计原则：选用小功 率的发动机，控制其在高负荷率状态下工作，用于提供克服汽车滚动阻力、空 气阻力和电器设备所消耗的功率，而加速、爬坡时后备功率的不足则由储存在 电池中的电能来补充。 关键词：混合动力电动汽车；多能源总成控制系统；控制策略：丰田混合动力 系统； u l 英文擒露 r e s e a r c ho ns c h e m eo f p o w e r t r a i ns t r u c t u r ea n dc o n t r o ls y s t e mo f y e m a h y b r i de l e c t r i cv e h i c l e m a j o r ：m e c h a n i c a lm a n u f a c t u r i n ga n da u t o m a t i o n c a n d i d a t e ：w uy a x i a n g s u p e r v i s o r ：l iy a h h y b r i de l e c t r i cv e h i c l e s ( h e y ) ，e m p l o y i n gd i f f e r e n te n e r g yc o n v e r t i n gd e v i c e s ， h a su n p a r a l l e la d v a n t a g e sc o m p a r e dt ot h et r a d i t i o n a lv e h i c l e i no r d e rt or e s o l v et h e w o r l d w i d ep r o b l e m so fe n v i r o n m e n tp o l l u t i o na n dt h ee n e r g yc r i s i s ，i th a sag r e a t s i g n i f i c a n c et oc o n d u c th e vr e s e a r c h b u ta tt h ec u r r e n tt i m e ，t h eh e v sm u d yi n o u rc o u n t r yi ss t i l li ni t si n c i p i e n ts t a g e t h em i n i s t r yo fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g yh a s p l a n e dh e v sr e s e a r c ha sak e yp r o j e c to fn a t i n a lh i g h t e c hr & dp r o g r a m a tt h e s a m et i m e m e a n w h i l e ，m o s td o m e s t i cw e l l k n o w na u t o m o b i l ec o r p o r a t i o n sa l s o h a v es u c c e s s i v e l ye n t e r e dt h i sr e s e a r c ha r e a t h i sw o r ki sf r o mt h ep r o j e c to f “r e s e a r c ho ns c h e m eo fp o w e r t r a i ns t m e t u r ea n dc o n t r o ls y s t e mo fy e m ah e v “， w h i c hi ss u p p o r t e db ys i c h u a na u t o m o b i l ei n d u s t r yg r o u p 1 1 l i sw o r km a i n l ye x p l o r e st h es c h e m ed e s i g no fy e m ah ev w h i c hi sb a s e d o nc h a s s i ss t r u c t u r eo fp r e v i o u sy e m ac r o s s c o u n t r yv e h i c l e a c c o r d i n gt ot h e v e h i l c e sr e q u i r e m e n ta n a l y s i s ，t h ep a p e rp u t sf o r w a r df o u rk i n d so fs t r u c t u r es c h e m e o f y e m ah y b r i ds y s t e m a n dc h o o s et w of r o mt h e ma st h i sp r o j e c t ss h o r t - t e r ma n d l o n g t e r ms c h e m e t h et w os c h e m e sa r ep a r a l l e lh y b r i ds y s t e m ( y e m ai m a lt h a ti s s i m i l a rt oi n s i g h ti m aa n dp a r a l l e l s e r i e sh y b r i ds y s t e mt h a ti ss i m i l a rt ot o y o t a h y b r i ds y s t e m ( t h s ) t h es c h e m ed e s i g ns t u d yf o rt h ep a r a l l e ly e m ah y b r i ds y s t e mi st h em a j o r t a s ko ft h i sw o r k t h es c h e m eu s e st h ep a r a l l e lh y b r i ds y s t e mw h i c hi ss i m i l a rt o i n s i g h ti m a t om o d i f yt h ep o w e r t r a i ns y s t e mo fy e m ac r o s s c o u n t r yv e h i c l e n l e c i r c u l a r i n t e g r a t e ds t a t o r g e n e r a t o r ( c i s g lt e c h n o l o g y o fl a n z h o uh u a n d i a n t e c h n o l o g i e sl t dc o ( l z h d ) h a sb e e ni n t r o d u c e di n t ot h i ss c h e m et or e c o n s t r u c tt h e j m 4 9 1e n g i n eo ft h eb a s e l i n ey e m a c r o s s - c o u n t r yv e h i c l e 1 g t l j l l 人学帧i 学位论史 t h em u l t i e n e r g yp o w e r t r a i nc o n t r o ls y s t e mi st h ep r i m a r yp a r to ft h ew h o l e v e h i c l ec o n t r o ls y s t e m ，a n di t sp e r f o r m a n c ed e t e r m i n e st h es u c c e s so ft h ey e m a h y b r i ds y s t e md e v e l o p m e n t t h em u l t i e n e r g yp o w e r t r a i nc o n t r o ls y s t e mi n c l u d e s t w op a r t s ，t h a ta r eh a r d w a r ea n ds o f t w a r e ，a n ds o f t w a r ei st h ek e yt e c h n o l o g y b e f o r e d e v e l o p i n gc o n t r o ls o f t w a r eo fm u l t i - e n e r g yp o w e r t r a i nc o n t r o ls y s t e m ，t h ec o n t r o l s t r a t e g ys h o u l db ed e s i g n e df i r s t e l y ，a n dt h em a i ni s s u e so f t h ec o n t r o ls t r a t e g yl i ei n t w oa s p e c t s ：c o n t r o la i ma n dc o n t r o lm e t h o d t h ep r e v i o u sr e s e a r c h e ss h o wt h a tt h e r ea r et w ok i n d so fc o n t r o la i m sf o rh y b i r d p o w e r t r a i n ：t h ef i r s ti st oo p t i m i z et h ew h o l ev e h i c l e sf u e le c o n o m ya n dt a i l p i p e e m i s s i o n sa n dt h es e c o n di st om i n i m i z et h eb a t t e r y se l e c t r i c i t yc o n s u m p t i o n b a s e o nt h es y n t h e t i c a la n a l y s i sa n dc o m p a r i s i o n ，t h ep a p e rr e c o g n i s e st h a tt h ef i r s ta i m c a nw e l lt a k ea d v a n t a g eo fh e v , b yt a k i n gm e a r s u r et om a i n t a i nt h es t a t eo fc h a r g e ( s o c ) a n dp r o l o n g i n gt h ec y c l el i f e s p a n ，a n di ti st h ed e v e l o p m e n tt r e n do ft h i s p r o d u c t s ot h ec o n t r o la i mo fy e m am u l t i - e n e r g yp o w e r t r a i nc o n t r o ls y s t e mi st o o p t i m i z ef u e le c o n o m ya n de m i s s i o no ft h ev e h i c l e ，u n d e rt h ec o n d i t i o no f g u a r a n t e e i n gp o w e ro u t p u ti na c c o r d a l i c ew i t ht h ed r i v e r si n t e n t t h e r ea r ef o u rk i n d so fc o n t r o lm e t h o df o rm u l t i e n e r g yp o w e r t r a i ns y s t e m ： l o g i ct h r e s h o l dc o n t r o l ，d y n a m i ca d a p t i v ec o n t r o l ，f u z z yl o g i cc o n t r o la n dn e u r a l n e t w o r kc o n t r 0 1 b e c a u s e l o g i c t h r e s h o l dc o n t r o lm e t h o di s s i m p l e ，f a s ta n d p r a c t i c a b l y , i th a s eb e e nw i d e l ya d o p t e db ym o s ta u t o m o b i l ec o r p o r a t i o n sh e v b a s eo nt h er e q u i r m e n ta n a l y s i so fy e m a m u l t i - e n e r g yp o w e r t r a i nc o n t r o l s y s t e m ，t h ep a p e rp u t sf o r w a r dt w ok i n d so fc o n t r o ls t r a t e g yw h o s ea i mi st o o p t i m i z ef u e le c o n o m ya n de m i s s i o no ft h ev e h i c l e ，a n dt h e ya r ef o u n d e do nl o g i c t h r e s h o l dc o n t r o lm e t h o d t h ef i r s ti st ol i m i t r u n n i n ga r e ao ft h ee n g i n e ，a n dt h e s e c o n di st oa d j u s tt h ee n g i n e sr u n n i n ga r e aa c c o r d i n gt op r i o r i t i z a t i o nc o e f f i c i e n t b o t ho ft h e mc o n f i n et h ee n g i n ea n dt h eb a t t e r i e st oo p e r a t ei nt h e i rh i 曲e f f i c i e n c y a r e a sb ys e t t i n gt h r e s h o l dv a l u ea n ds u p p l yd e s i r e dt o r q u e w h e ng r e a td r i v i n gt o r q u e i sr e q u i r e d 。t h ec i s gw i l ls e r v ea sl o a dl e v e l i n gd e v i c e ( l l d lt ob e g i nt od r i v i n gt h e v e h i c l e i nc o n t r a s t ，w h e nt h ed e s i r e dt o r q u ei ss m a l l 。t h ec i s ga b s o r b st h e r e d u n d a n te n e r g yo ft h ee n g i n et om a i n t a i nb a t t e r ys o ct oh i g he f f i c i e n c yr a n g e a f t e rs t u d y i n gt h ec o n t r o ls t r a t e g yo ft h e m u l t i e n e r g yp o w e r t r a i n c o n t r o l i i 英文摘要 s y s t e m ，t h ep a p e rd e s i g n st h es o f t w a r e sc o n t r o lf l o ww h i c hd i v i d e st h ev e h i c l e s w o r k i n gp r o c e s si n t of o u rs t a t e st h a ti sl o wl o a dw o r ks t a t e ，m i d d l el o a dw o r ks t a t e ， h i g hl o a dw o r ks t a t ea n db r a k es t a t e s o f t w a r ed e s i g no fm u l t i e n e r g yp o w e r t r a i n c o n t r o ls y s t e ma d o p t sm o d u l ed e s i g nm e t h o da n dc a nb em a i n l yd i v i d e di n t ot h e w h o l ev e h i c l es t a t ed e t e r m i n i n gs u b m o d u l e ，t h er e q u i r e m e n tt o r q u ec o m p u t i n g s u b m o d u l e ，t h et o r q u ed i s t r i b u t i n gs u b m o d u l e ，t h el o o k u pt a b l es u b m o d u l e ，t h e e n g i n ea n de l e e t r o m o t o ro p e r a t i o ns t a t ed e t e r m i n i n gs u b m o d u l e t h ef u n c t i o no f t h e w h o l ev e h i c l es t a t ed e t e r m i n i n gs u b m o d u l ei st od e t e r m i n et h ev e h i c l es t a t eb yt h e s y s t e ms t a r t s t o ps i g n a lk e y _ o n ，a c c e l e r a t ep e d a ls i g n a ll aa n db r a k ep e d a ls i s l d t h ef u n c t i o no ft h er e q u i r e m e n tt o r q u ec o m p u t i n gs u b m o d u l ei st oc o m p u t et o r q u e r e q u i r e m e n tb yu s i n gt h ea c c e l e r a t ep e d a ls i g n a ll aa n db r a k ep e d a ls i g n a ll a t h e f u n c t i o no ft h et o r q u ed i s t r i b u t i n gs u b m o d u l ei st or e a s o n a b l yd i s t r i b u t et o r q u e s b e t w e e ne n g i n ea n de l e c t r o m o t o ro rb e t w e e ne l e c t r o m o t o ra n dm a c h i n eb r a k es y s t e m a c c o r d i n gt ot h ev e h i c l ec o n t r o ls t r a t e g ya n dv e h i c l es t a t e t h ef u n c t i o no fl o o k - u p t a b l es u b m o d u l ei st od e t e r m i n ee n g i n ea c c e l e r a t i o nv o l t a g el ca n de l e c t r o m o t o rl o a d v o l t a g el mb yt h e d i s t r i b u t e d t o r q u ev a l u e t h ef u n c t i o no ft h ee n g i n e a n d e l e c t r o m o t o ro p e r a t i o ns t a t ed e t e r m i n i n gs u b m o d u l ei st od e t e r m i n ee n g i n ea n d e l e c t r o m o t o ro p e r a t i o ns t a t eb yt h ev e h i c l ec o n t r o ls t r a t e g y ，v e h i c l es t a t e ，l ca n dl m t h en e x tm a i ni s s u eo ft h ep r o j e c tr e s e a r c hw o r kw i l ll i ei np a r a l l e l s e r i e s h y b r i ds y s t e mf o ry e m a i m i t a t i n gt h es t r u c t u r eo ft o y o t ah y b r i ds y s t e m ( t h s ) ，t h e s y s t e mu s e sap l a n e t a r yg e a rs e tt oc o n n e c tt h et h r e ep o w e rs o u r c e sa n dr e c o n s t r u c t s c e r t a i nc o n n e c t i o no ft h et h r e ep o w e rs o u r c e so ft h s s ot h i sp a p e rs t u d i e st h e f u n d a m e n t a lc o n t r o ls t r a t e g yo ft h si nd e t a i l ，a n de s t a b l i s h e st h ed y n a m i cm o d e lo f t h s c o n t r o la l g o r i t h mi st h ek e yt e c h n o l o g i e so fp u t t i n gc o n t r o ls t r a t e g yi n t o p r a c t i c e ，a n di ti sb a s e do nt h s sb a s i cd y n a m i cm o d e l u n d e rt h ec o n d i t i o no f a s s u m p t i o nt h a tt h e r ei sn ot i r es l i pa n de f f i c i e n c yl o s si nt h ed r i v e l i n e ，t h ep a p e r e s t a b l i s h e st h ed y n a m i cm o d e lo ft h st h r o u g ha n a l y z i n gs y s t e ms t r u c t u r e ，p o w e r d i s t r i b u t i o na n di n t e m a lp o w e rt r a n s m i s s i o n t h em o d e lw i l lo f f e rt e c h n i c a ls u p p o m f o rt h er e s e a r c hw o r ko f t h ey e m at h s sc o n t r o ls t r a t e g y w h e nt h ep r i u si sc r u i s i n ga tm o d e r a t es p e e d i n g ，t h et h s l sc o n t r o ls t r a t e g yi s 1 1 1 四川人学硕i 学位论立 v e r ys p e c i a l b e c a u s ea tt h i ss t a t e ，t h er e q u i r e dd r i v ep o w e ri ss m a l l e rt h a nt h a to f a c c e l e r a t i o ns t a t ea n dc l i m b i n gh i l l ss t a t e a c c o r d i n gt ot h es t a t i cm a po ft h et h s s e n g i n e ，t h ec o n t r o ls t r a t e g ys h o u l dr e d u c er o t a t i o ns p e e da n di n c r e a s eo u t p u tt o r q u e o ft h ee n g i n ei no r d e rt om a k et h ee n g i n er u ni nh i g he f f i c i e n c ya r e a s i n c ew h e nt h e e n g i n es t a y sa tal o ws p i nr a t e ，t h ev e h i c l es p e e di sr e l a t i v e l yh i g h ，t h su s e st h e p r i n c i p l et h a tt h ee n g i n et o r q u ed i r e c t l yt r a n s m i t t e do v e rt h ep l a n e t a r ys e tt ot h e v e h i c l ew h e e l si st o ol a r g ec a u s i n gag e n e r a t i v eb r a k et o r q u ea tm g 2 ，w h i c hr e v e r s e t h ef u n c t i o no f m g la n dm g 2t h a tm g 2g e n e r a t ep o w e rf o rm g l ，a n dg e tt h es p e e d o f t h ee n g i n et om a t c ht h a to f t h ev e h i c l eb yc a u s i n gt r a n s m i s s i o ne n e r g yc i r c u l a t i o n o nt h eb a s eo fs t u d yo nt h em o d e r a t es p e e ds t a t e ，t h et h s si n t e r n a lm e c h a n i s mc a n b ep r o f o u n d l yu n d e r s t o o d t h ep a p e ru s e st h es o f t w a r ea d v i s o rt os i m u l a t et h ep r i u s sf u e le c o n o m y a n da c c e l e r a t i o np r o c e s s t h r o u g ha n a l y z i n gt h ee x p e r i m e n tr e s u l t so fa n l ，t h e d e s i g np r i n c i p l eo ft h s h a sb e e nc o n c l u e d ，t h a ti st os e l e c ts m a l lp o w e re n g i n ea n d m a k ei t1 1 1 1 1i nh i g he f f i c i e n c ys t a t ei no r d e rt os u p p l yd e s i r e dp o w e r ，a n dt h eb a t t e r i e s w i l l s u p p l e m e n tt h e e x c e s sp o w e rw h e nt h ev e h i c l ei sa ta c c e l e r a t i o ns t a t eo r c l i m b i n gh i l ls t a t e t h e s ew o r ks e t t l e st h ef o u n d a t i o no ft h ed e v e l o p m e n to ny e m a p a r a l l e l - s e r i e s h y b r i ds y s t e m t h et e c h n o l o g i e sa l et h ek e yi s s u e sw h i c hh a v et ob ea d h e r e df o r i n d e p e n d e n td e v e l o p m e n t ，a n di tf o r m st h em e a n i n go f t h i sp a p e r k e yw o r d s ：h y b r i de l e c t r i cv e h i c l e ；m u l t i e n e r g yp o w e r t r a i nc o n t r o ls y s t e m ； c o n t r o ls t r a t e g y ；t o y o t ah y b r i ds y s t e m 1 概论 1 1 研究背景和意义 汽车发展的1 0 0 年，也是人类文明和经济迅猛发展的1 0 0 年，汽车为人类 创造了难以计算的直接或间接的经济利益。如今，全世界汽车的保有量至2 0 0 5 年底达到了近8 亿辆之多，汽车已与人民的日常生活和生产密不可分。然而， 众多燃油汽车排放所造成空气质量的日益恶化和石油资源的渐趋匮乏，使开发 低排放、低油耗的新型汽车成为当今汽车工业界的紧迫任务。人们越来越关注 其它燃料的汽车和电动汽车的开发，经过对各种新燃料，新能源和新动力的探 索，电动汽车成为最主要的选择之一。电动汽车( e l e c t r i cv e h i c l e ，简称e v ) 包括 纯电动汽车( e v ) 、混合动力电动汽车( h y b 咖e l e c t r i cv e h i t i e ，简称h e v ) 和燃料 电池汽车三种形式。使用电动汽车可实现无污染，并可利用煤碳、水力等其它 非石油资源，它是理想的零排放或低排放车辆，因此，使用电动汽车无疑是解 决问题的最有效途径。但是，由于作为纯电动汽车的关键部件之一的电池在能 量密度、寿命、价格等方面的问题，使得纯电动汽车的性价比无法与传统的内 燃机汽车相抗衡。尽管目前具有世界先进水平的纯电动汽车的性能与内燃机汽 车已不相上下，但过高的成本使其难以商品化。燃料电池汽车具有极高的效率、 低排放、低噪音，其甲醇燃料有广泛的来源，并可再生等重大优势，己成为世 界各大汽车集团新世纪激烈竞争的焦点，被喻为2 1 世纪改变人类生活的十大高 科技之首，但产业化仍需较长时间。在这种环境下，融合内燃机汽车和电动汽 车优点的混合动力电动汽车异军突起，在世界范围内成为新型汽车开发的热点。 可以相信，在电动汽车的储能部件一一电池没有根本性突破以前，使用混合动 力电动汽车是解决排污和能源问题最具现实意义的途径之一i l - 3 l 。 所谓混合动力电动汽车h e v ，是在一辆汽车上同时配备电力驱动系统 ( t r a c t i o nm o t o r ) 和辅助动力单元( a u x i l i a r yp o w e ru n i t ，简称a p u ) ，其中a p u 是燃烧某种燃料的原动机或由原动机驱动的发电机组，目前h e v 所采用的原动 机一般为柴油机、汽油机或燃汽轮机。将产生动力的部件与电能储存元件以不 同的方式结合起来，可以形成不同类型的h e v 。简而言之，h e v 就是将传统的 内燃机( 又称辅助动力装置a p u ) 、电力驱动装置t m 和储能装置l l d ( l o a d l e v e l i n gd e v i c e ，又称负载均衡装置) 结合在一起，它们之间的良好匹配和优化 四川大学硕七学位论文 控制，可充分发挥内燃机汽车和电动汽车的优点，避免各自的不足，是当今最 具实际开发意义的低排放和低油耗汽车。 较之纯电动汽车，h e v 具有如下的优点： ( 1 ) 可以最大限度发挥内燃机汽车和纯电动汽车的双重优点； ( 2 ) 由于有原动机作为辅助动力，电池的数量和质量可减少，因此汽车自身 重量可以减小； ( 3 ) 辅助动力单元( a p u ) 的选用使汽车的续驶里程和动力性能可以达到内燃 机汽车的水平； ( 4 ) 借助原动机的动力，可带动空调、真空助力、转向助力及其它辅助电器， 无需消耗电池组有限的电能，从而保证了驾车和乘坐的舒适性。 较之内燃机汽车，h e v 则具有如下的优点： ( 1 ) 虽然内燃机会有排放产生，但由于其排量小，主要工作在最佳工况点附 近，而大大减少了汽车变工况( 特别是低速、怠速) 时的排放，再由于可回收制动 能量，可使混合动力汽车成为较低排放的节能汽车： ( 2 ) 在人i z l 密集的商业区、居民区和游览区等地混合动力电动汽车可以关闭 a p u ，由纯电力驱动，成为零排放的电动汽车； ( 3 ) 可通过电动机提供动力，因此可配备功率较小的发动机，并可通过电动 机回收汽车减速和制动时的能量，进一步降低了汽车的能量消耗和排污。 混合电动汽车基本上不改变现有的汽车产业结构，不改变现有能源( 石油燃 料) 的体系，不改变用户对汽车的使用习惯，这也是它能够迅速实现产业化的重 要因素。专家们预测，在未来十年内将可能有4 0 的燃油汽车实现混合动力驱 动1 2 - 3 i 。 从上我们可以看出，混合动力电动汽车的研究和发展对于解决环境污染和 能源危机这两个人类目前面临的两大难题能起相当大的作用。 作为一项崭新的技术，2 0 世纪9 0 年代初以来，混合动力电动汽车的开发得 到了美、日及西欧等许多发达国家的高度重视，发展相当迅速，而国内目前还 处于探索的初级阶段，因此关于电动汽车的研究具有非常重要的意义。正是为 了加紧发展我国的电动汽车，2 0 0 1 年1 1 月国家科技部将电动汽车纳入国家十五 规划，列入8 6 3 重大专项，该专项分为纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料 电