（车辆工程专业论文）基于cvt的四轮驱动混合动力汽车传动控制策略研究.pdf

基于c v t 的四轮驱动混合动力汽车传动控制策略研究 摘要 近年来，随着汽车工业的高速发展，资源短缺与环境污染日益严重，由于纯 电动汽车短时间内在其长寿命、大容量电池等关键技术上难以突破，混合动力电 动汽车将在相当长时间内发挥其独特优势。为了改善轻型s u v ( s p o r tu t i l i t y v e h i c l e ) 汽车的燃油经济性和动力性能，本文提出了一种基于无级变速器( c v t ) 的四轮驱动混联式混合动力汽车系统结构方案，对四驱混合电动汽车整车传动控 制策略相关技术进行了深入分析和研究。 首先通过计算分析，确定了包括驱动和能源部件的参数设计和选型、关键零 部件的选择及设计，以及所有部件在整车中的安装布置。同时基于m a t l a b s i m u l i n k 平台系统，采取理论建模为辅，试验建模为主的方法建立起c v t 混联式四驱混合 动力整车传动系统正向仿真模型，该模型既可以用驾驶员的转矩或功率需求作输 入，也可将循环工况转化为驾驶员需求，所建模型可用于分析评价不同的设计方 案和控制策略的优化，也可为实车控制策略的开发建立仿真分析平台。 在分析了传统混合动力典型运行模式基础上，根据c v t 混联式四驱混合动力 整车动力总成系统结构特点，对包括驻车发电、电力变矩、纯电动、混合驱动等 多种运行模式进行分类并分别进行详细的动力学分析，建立起各个运行模式下转 矩、转速在传动过程中的变化规律和实现模式切换的发动机、电机及离合器控制 规则。 根据动力总成控制系统结构特点，以发动机、电机稳态效率图和电池充放电 效率曲线为依据，并基于发动机效率曲线和等功率及等转矩曲线，求得发动机高 效工作区的功率门限向。、。以及转矩门限z 商、z 。然后根据驾驶员对施 加在车轮上的驱动需求( 其中低速以驱动转矩为参考量，高速以驱动功率为参考 量) 、车速、电池s o c 等，通过不同的逻辑门限参数区分混合动力系统在不同模式 间切换的规律，通过离合器和电机系统协调控制，提出了保证模式切换的平顺性 的控制方法。并以混合动力系统综合效率最大化为原则确定了不同运行模式下的 最佳工作曲线，以及前后电机、发动机转矩及c v t 速比及夹紧力在不同模式下的 控制方法。基于m a t l a b s i m u l i n k 平台的仿真研究表明，这种根据整车运行工况并 综合了转矩及功率需求为控制变量的多参量逻辑门限能量管理策略，能实现运行 模式的合理切换，在不降低车辆动力性能的前提条件下，非常有效的降低混合动 力汽车的燃油消耗，并保持电池s o c 的基本稳定。 以瞬时优化理论为基础，从等效燃油消耗量的思想出发，建立了四驱混联电 动汽车在掀电模式下的等效模型。在控制发动机工作于最佳燃油经济区的基础 上，以有效燃油消耗率为优化目标函数，寻求出整车燃油消耗量最小时的理想操 作线，理想操作线决定了发动机和各个电机的最佳控制值。并以此优化计算结果 博士学位论文 为基础，制定了模糊控制规则，仿真结果表明：基于瞬时优化的模糊控制策略能 有效提高混联式混合动力汽车燃油经济性。 针对基于c v t 的四驱混联式电动汽车的模式切换问题进行了较深入的研究。 通过发动机、电机和离合器的协调控制，提出可使系统快速响应以及在模式切换 时平稳的控制要点。 同时开发了基于c a n 总线的多能源动力总成控制硬件系统，搭建完成了多 能源动力总成半实物试验台架，并对c a n 总线网络通讯、电子节气门系统、整 车运行模式及模式切换等进行试验，最对改装后的混合动力汽车进行标定与匹配 工作，并完成整车的动力性、燃油经济性试验。实验结果表明：改装后的混合动力 汽车整车0 1 0 0 k m h 加速时间较原始车型减少3 秒，燃油经济性提高约8 。同 时整车模式切换较为平稳，没有明显冲击感觉。 关键词：混联式：无级变速器( c v t ) ；传动控制策略；四驱越野车；燃油经济性 优化；模式切换；试验研究：混合电动汽车 基于c v t 的四轮驱动混合动力汽车传动控制策略研究 a b s t r a c t t h es h o r t a g eo fr e s o u r c e sa n de n v i r o n m e n t a l p o l l u t i o nb e c o m es e r i o u s i n c r e a s i n g l yw i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ea u t o m o b i l ei n d u s t r i a l b e c a u s et h ek e y t e c h n i q u e so fp u r ee l e c t r i c a la u t o m o b i l ew i l lb ed i f f i c u l tm a d eab r e a k t h r o u g hi nt h e n e a rf u t u r e ，e s p e c i a l l yt h eh i g hp e r f o r m a n c eb a t t e r yw i t hb i gc a p a c i t ya n d l o n gl i f e t h eh y b r i de l e c t r i cv e h i c l ew i l ls h o wi t ss p e c i a la d v a n t a g e si nav e r yl o n gt i m e i n o r d e rt oi m p r o v et h ef u e le c o n o m yo ft h el i g h ts p o r tu t i l i t yv e h i c l e ，an e wf o u rw h e e l s d r i v eh y b r i de l e c t r i cv e h i c l ee q u i p p e dw i t hc o n t i n u o u s l yv a r i a b l et r a n s m i s s i o n ( c v t ) i sp r o p o s e d ，t h ew h o l ev e h i c l ed r i v e l i n ec o n t r o ls t r a t e g ya n dr e l a t e dt e c h n i q u e sa r e a l s ot h o r o u g h l ya n a l y z e da n dr e s e a r c h e d f i r s t l y ，t h ep r e f e r e n c e so ft h ep o w e r t r a i nc o m p o n e n t sa r ec o n f i r m e dt h r o u g ht h e c a l c u l a t i o n ，a sw e l la st h es e l e c t i o na n dd e s i g no ft h ek e yc o m p o n e n t s ，a n dt h e a r r a n g e m e n to f e a c hc o m p o n e n t a n dt h e nt h ef o r w a r d - f a c i n gs i m u l a t i o nm o d e lo ft h e h y b r i de l e c t r i cv e h i c l ei sf o u n d e di nt h em a t l a b s i m u l i n kp l a t f o r m ，t h em o d e lc a r l a c c e p tt h ep o w e rd e m a n d e da n dt o r q u ed e m a n d e da st h ei n p u tp a r a m e t e r s ，a n da l s o c a nt r a n s l a t et h ei n p u t t e dd u t yc y c l ei n t ot h ep o w e ro rt o r q u eo ft h ed r i v e rd e m a n d e d i tc a nb eu s e dt oo p t i m i z et h ec o n t r o ls t r a t e g yo fs i m u l a t i o nm o d e la sw e l la st h er e a l v e h i c l ec o n t r o ls t r a t e g yd e v e l o p m e n t s e c o n d l y , t h er u n n i n gm o d eo ft h et r a d i t i o n a lh y b r i de l e c t r i c 气, e h i c l ea r e a n a l y z e d ，a n dt h e nb a s e do nt h es y s t e mc o n f i g u r a t i o no ft h ef o u rw h e e l sd r i v eh y b r i d e l e c t r i cv e h i c l e ，t h ec l a s s i f i c a t i o no fr u n n i n gm o d eo ft h ev e h i c l ea n di t sd y n a m i c s c h a r a c t e r i s t i ca r er e s e a r c h e d i n c l u d i n gt h eg e n e r a t ee l e c t r i c i t ym o d ei n h a l t ，t h e e n g i n ea n dm o t o rc o o p e r a t i v ed r i v em o d e ，o n l ym o t o rd r i v em o d ea n ds oo n a tt h e s a m et i m e ，t h ec o n t r o ls t r a t e g i e so ft h ec l u t c h e n g i n ea n dt h em o t o rd u r i n gm o d e t r a n s f e ra r ea l s op r o p o s e d a c c o r d i n gt ot h es t a t i ce f f i c i e n c ym a p so ft h ee n g i n e m o t o ra n dt h ec h a r g e d i s c h a r g ec h a r a c t e ro ft h eb a t t e r y ，t h eo p t i m i z a t i o np o w e rc u r v ea n dt h eo p t i m i z a t i o n t o r q u er e g i o no ft h ee n g i n ea r eg o tb yt a k i n ga c c o u n to ft h ee q u a lp o w e rc u r v ea n d e q u a lt o r q u ec u r v e a sar e s u l t ，t h em o d et r a n s i t i o nr u l e sa r eo b t a i n e db ym e a n so ft h e p o w e rd e m a n d e do rt h et o r q u ed e m a n d e d ，t h ev e h i c l es p e e d ，t h es t a t eo ft h ec h a r g e ( s o t ) o ft h eb a t t e r y t h ec l u t c ha n dt h em o t o rc o o p e r a t i o nc o n t r o ls t r a t e g ya r ea l s o p r o p o s e di no r d e rt ok e e ps m o o t hm o d es w i t c h i n g a tt h es a m et i m e ，t h eo p t i m i z a t i o n o p e r a t i n gl i n e o ft h e e n g i n e m o t o ri n e a c hm o d e ，t h eo u t p u t t o r q u eo ft h et w o m o t o r ，t h es p e e dr a t i oo fc v t , a n dt h eo u t p u tt o r q u eo fe n g i n ea r eg o tb a s e do nt h e m a x i m u me f f i c i e n c yp r i n c i p l eo ft h ew h o l ev e h i c l e t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a t t h ec o n t r o ls t r a t e g yt a k ea c c o u n to ft h er e q u i r e dt o r q u e a n dr e q u i r e dp o w e r s i m u l t a n e i t yc a nc o m p r e h e n s i v e l ya n de f f i c i e n t l ym a n a g e t h ef l o wo fe n e r g ya m o n g t h ed r i v e l i n ea n dk e e pt h es t a b i l i t yo ft h es o c ，i n c l u d i n gt h ee n g i n ef u e le c o n o m yi s s i g n i f i e a n t l yi m p r o v e dw h i l e a tt h es a m et i m ea t t r a c t i v ed r i v i n gp e r f o r m a n c ei s a c h i e v e d a ne q u i v a l e n tm o d e lf o rc h a r g e r e c h a r g em o d e so ft h e4 w dh y b r i de l e c t r i c v c h i c l ei sp r o p o s e dt h r o u g ht h em e t h o do ft h ee q u i v a l e n tf u e lc o n s u m p t i o n w h e nt h e e n g i n ei so p e r a t e dw i t h i nt h er a n g e so ft h eb e s tf u e le c o n o m y ，t h ed e s i r e do p e r a t i o n c u r v e ( d o c ) i sd e r i v e db a s e do nt h ed e f i n i t i o no fo p t i m i z a t i o nt a r g e tf u n c t i o nf o r t h e e f l e e t i v es p e c i f i cf u e lc o n s u m p t i o n t h eo p t i m i z a t i o nr e s u l ti so b t a i n e db yc a l c u l a t i n g i nt h em a t l a b s i m u l i n k ，a n dt h e nt h ef u z z yl o g i cc o n t r o lr u l e sa r eo b t a i n e db yt h e o p t i m i z a t i o nr e s u l t s t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o w t h a tt h ei n s t a n t a n e o u so p t i m i z a t i o n f u z z yl o g i cc o n t r o ls t r a t e g yc a ni m p r o v et h ef u e le c o n o m yg r e a t l y b e s i d e s ，t h ec o n t r o ls t r a t e g yo ft h em o d e t r a n s i t i o na r ep r o f o u n da n a l y s i s a c c o r d i n gt ot h es t r u c t u r e o fp o w e rc o u p l i n go ft h eh y b r i de l e c t r i cv e h i c l e ，b y m e a n so fc o o p e r a t i o nc o n t r o lo ft h ee n g i n e ，m o t o r sa n dc l u t c h e s t h ec o n t r o ls t r a t e g y t h a te n a b l e st h es y s t e mt oa c h i e v et h es u f f i c i e n tr e s p o n s ea n ds m o o t h n e s si nd r i v e m o d et r a n s i t i o ni sp r o p o s e d f i n a l l y ，t h eh y b r i dc o n t r o lu n i t ( h c u ) b a s e do nc a n b u si sd e v e l o p e db yu s i n g t h ec h i po ft m s f 2 81 2 t h ep o w e rt r a i nt e s tb e n c hi sa l s oe s t a b l i s h e da n dt h ev a l i d i t y o ft h ec a nn e t ，t h es t r a t e g yo fr u n n i n gm o d es h i f t ，t h ee l e c t r i c a l l yc o n t r o l l e dt h r o t t l e s v s t e r na r et e s t e d f i n a l l y , t h er e m o d e l e dh y b r i de l e c t r i cv e h i c l ei st e s t e di nr e a lr o a d ， e x p e r i m e n tr e s u l t ss h o wt h a tt h eh y b r i ds y s t e mi m p r o v e df u e le c o n o m ya p p r o x i m a t e l y 8p e r c e n ta n dd e d u c e d3s e c o n d so ft h e0 - t o10 0 k m ha c c e l e r a t i o nt i m ec o m p a r ew i t h t h ev c h i c l eo nw h i c hi ti sb a s e d a n dt h es m o o t hm o d et r a n s i t i o ni sa l s oo b t a i n e d k e yw o r d s ：p a r a l l e l - s e r i e se l e c t r i cv e h i c l e ；c o n t i n u o u s l yv a r i a b l e t r a n s m i s s i o n ； f o u fw h e e ld r i v es p o r tu t i l i t yv e h i c l e ；f u e le c o n o m yo p t i m i z a t i o n ；p o w e r t r a i n c o n t r o ls t r a t e g y ；r u n n i n gm o d es h i f t ；t r i a lr e s e a r c h ；h y b r i de l e c t r i cv e h i c l e v 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献 的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法 律后果由本人承担。 储签张中 日期乒幻孑年，瑚日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被 查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编 本学位论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密刚 ( 请在以上相应方框内打“ ) 鬟耋幻影 别磁_ 2 日期：捌年彦月7 日 日期： 矽孑年萨月，日 博士学位论文 第1 章绪论 随着国际原油期货价格突破1 2 0 美元大关以及洪涝、冰雪等重大自然灾害在 全球越来越频繁的发生。交通能源短缺、环境污染及地球温室效应已成为二十一 世纪全球面临的最大挑战和制约汽车工业可持续发展的主要障碍。据统计，2 0 0 7 年，我国汽车燃油消耗约9 5 0 0 万吨，占石油消耗的2 8 ，同年我国进口石油及 产品超过1 8 亿吨，石油对外依存度4 6 ，到2 0 2 0 年，汽车消耗的能源将占到石 油总量的5 0 以上，届时石油对外依存度将超过6 0 。联合国开发计划署发布的 中国人类发展报告指出，目前全球2 0 个环境污染最严重的城市，中国占1 6 个【l 】，严重的环境污染不仅导致高昂的经济成本和环境成本，而且对公众健康构 成危害，使我国全面建设小康社会对环境的要求面临巨大挑战，同时，作为京 都议订书的签约国，我国未来经济发展还面临控制c 0 2 的巨大压力【2 】。 面对日益严重的能源短缺与环境恶化问题，开发低排放、低油耗的新能源汽 车成为当今汽车工业界的紧迫任务，我国政府在2 0 0 5 年的政府工作报告中就明确 提出“要鼓励和发展节能环保汽车”。在汽车厂商和各国政府的积极推动下，近年 来人们越来越关注其他燃料的汽车和电动汽车的开发，例如燃料电池汽车( f u e l c e l lv e h i c l e 简称f c v ) 、纯电动汽车( p u r ee l e c t r i cv e h i c l e 简称p e v ) 和混合动 力电动汽车( h y b r i de l e c t r i cv e h i c l e 简称h e v ) 。f c v 是利用氢、氧在常温下通 过电化学反应产生电能来驱动汽车，可以实现零排放，但是f c v 目前存在着成本、 技术和氢能源基础设施建设等问题，离产业化至少还要十至十五年的时间。p e v 虽然也是实现汽车零排放的一大途径，但是由于目前动力电池技术并未取得突破 性的进展，而且纯电动汽车依然存在续驶里程短和充电时间长等问题。h e v 虽然 不能实现零排放，但针对以上f c v 、p e v 所存在的问题，h e v 在目前环境下更 具优势，已成为全球新能源汽车开发的热点，根据资料统计，混合动力电动汽车 的燃油消耗指标较功率型发动机的传统汽车相比平均降低3 0 - - - 4 0 ，尾气排放 指标平均降低5 0 - - 6 0 p , 4 j 。 同时，混合动力车特别适合中国大城市交通普遍拥堵，汽车频繁制动的国情， 节能治污的效果可以发挥到极制。而自从日本丰田公司1 9 9 7 推出全球第一款商品 化的h e v 产品p r i u s 以来，目前市场上出售的h e v 产品已经多达几十种。 1 1 混合动力技术简介及国内外研究动态 1 1 1 混合动力汽车技术简介 混合电动汽车( h e v ) 是电动汽车的一种类型，国际电工委员会电动汽车技 基十c v t 的阻轮驱动幄动力汽车传动控制策略研究 术委员会对混合动力汽车的定义为：具有一种以上的能量转换器提供驱动动力的 混合型电动汽车。根据混合能源的不同，混合动力可分为“汽油+ 电”、“柴油+ 电”、 “液压+ 电”、“压缩空气+ 电”等多种能源混合方案”j 。 本文中所提及的混合动力电动汽车如果没有特别说明即为“汽油十电”混合 动力电动汽车。按动力传动系统的结构不同，国内混合电动汽车传统的分类方法 有三大类，即串联混合动力汽车、并联混合动力汽车及混联混合动力汽车】。 凶一甲 翻i i i - - i i 蔓：疆函 一= ! 【：! 一甜 8 一曼 。囝- 圈 i i 罩i 卦努画 崎一也 圈11串联混合电动汽车结构图12 并联混合电动汽车结构 图13 混联混台电动汽车结构 串联型( 图i1 所示) 混合动力电动汽车的基本特征是电动机驰动车辆，发 动机带动发电机为电池充电，发动机独立工作于峰值效率区域，结构和控制系统 相对简单。但由于能量经过个化学能一机械能一电能一化学能一电能一机械能 的大能量转移及转换过程，阑咖整乍的综合能量转化效率相对较低，节能减排效 果不明显。 并联型( 图12 所示) 混合动力电动汽车的特点是电动机和发动机能够独立 或联合驱动车辆，冈此，并联型混合电动汽车的驱动模式更加灵活，可以适用于 更j 的范围，特别适用于一些比较复杂的工况。从复合模式柬分，并联混合动力 系统可分为转矩复台型、转速复合型和牵引力复合型；按结构分，可分为单轴 式、烈轴式和分路式。 混联型( 图l3 所示) 混合动力电动汽车的驱动系统既聚用了串联型结构的 优点又吸收了并联型结构的优点，它是几种类型的混合动力电动汽车中最符合混 合动力电动汽车的能量优化思想的一种结构类型，同时也是最复杂、形式最多样、 甲 一 涵l 誊 盘 冀一 研究难度最大的种结构形式。 h 外混合动力电动汽车按照混合度不同又可分为：弱混合、轻度混合、中 度混台、强混合及插电式混合动力汽车。其一p 外挂式皮带驱动起动发电( b s g ) 型混台动力系统是微混合动力汽车的典型结构，其电机功：年一般仅2 k w - - 3 k w ， 依赖发动机的停车断油功能，可节省燃油5 7 ：在发动机曲轴后端加装一个 集成起动，发电型电机( i s g ) 型系统是轻度混合动力汽车的典型结构；具有纯电 力驱动功能的可作为全混合电动汽车的典型：插电式双模混台电动汽车p h e v ( p l u g i nh y b r i de l e c t r i cv e h i c l e ) 是在混合动力汽车f + 增加了纯电动行驶】：况， 并且加大了动力电池容量，使p h e v 采用纯电动工况可行驶5 0 k m 9 0 k m ，超过 这一里程即必颏起动内燃机，采片j 混合驱动模式。所以p h e v 的电池容量一般 达5 k wh - - 1 0 k wh 以上，约是纯电动汽车电池容量的3 0 - - 5 0 ，是一般混合动 力汽车电池容量的3 5 倍，可以说它是介j 混合动力汽车与纯电动汽车之间的 一种过渡性产品，p h e v 由于更多的依赖动力电池驱动汽车，因此它的燃油经济 性进步提高二氧化碳和氮氧化物排放更少。 目前，混合动力技术动力系统结构复杂程度日益增长，系统的混合度也不断 提高，并朝着发动机、电机及变速器集成体化发展的趋势，同时系统的排放及 燃油经济性也不断政善，市场前景一片光明。图14 显示同前商品化的土流h e v 产品在开空调和不丌空调情况下，每加仑汽油所能行使的距离，其中本田的i n s i g h t 和第二代混合动力c i v i c 在不丌空调的情况下均达到了5 6 英里加仑的优异油耗表 现。 l i i 图i5 则为1 9 9 7 至2 0 0 7 年对混合动力市场主流产品的销售情况统计，从图 中可看f 丰田p r u i s 系列产品可谓一支弛秀，混合动力产品的l h 场销售近 一年来 基本保持着约4 0 左右增长速度_ i 。 基于c v t 的四轮驱动混合动力汽乍传动控制策略研究 1 1 2 混合动力电动汽车国内外研究动态 ( 1 )国外研究动态 由于混合动力汽车具有明显的环保和节能优势，积极推动混合动力汽车的发 展与研究成为了世界各国政府的共识。混合动力汽车的开发在日本、美国及欧洲 等发达国家受到了高度重视，并在技术上取得了一些重大成果。 日本混合动力车的研究开发早在2 0 世纪9 0 年代初期就已经进行。与欧、美等 国不同的是，日本众多的混合动力轿车研发项目几乎完全由日本汽车公司自行承 担进行，而且多为单车项目直接面向市场。因此，日本各大汽车公司目前拥有几 乎全球全部的混合动力轿车市场份额。其中丰田公司混合动力产品占据全球2 3 以 上的混合动力汽车的市场份额，其代表车型p r i u s 轿车于1 9 9 7 年首次上市，就被评 为年度世界1 0 0 项最佳科技成果之一，至今，该轿车在全球销量已经突破1 0 0 万辆。 另外，日本的本田、日产及三菱等汽车厂商都有自己较为成熟的产品，日本混合 动力技术产品目前主要以混合动力轿车为主，大多采用并联或混联结构，变速器 则大多选用在日本比较成熟的c v t 技术。并着重强调混合动力的节能及降低排放 的特点，如本田的i n s i g h t ，采用了起动机和发电机一体化的设计，用永磁盘式电 机取代了传统的飞轮盘，在日本1 0 1 5 循环工况下测试，装有c v t 传动系统的整车 系统测试达到了3 5 k m l 的超低油耗标准，而丰田的e s t i m a 混合动力小货车，采用 了t h s c 混合驱动系统、电动式四轮驱动系统( e f o u r ) 及四轮独立控制制动系统， 在日本1 0 1 5 循环工况下测试油耗1 7 2 k m l ，是同规格汽油车的两倍左右，并满足 日本超低排放标准。目前，日本已经形成较为成熟的混合动力汽车产业链和配套 设施，据统计，目前混合动力汽车在日本本国的销量已经接近2 0 的整车销售的 市场份额。 美国较大的与混合动力车研发相关的项目有新一代机动车伙伴关系计划 ( p n g v 计划) 和自由汽车合作研究计划( f r e e d o m c a r ) 。p n g v 计划始于1 9 9 3 年1 2 月，2 0 0 2 年1 月终止。而f r e e d o m c a r 计划，是布什政府于2 0 0 2 年9 月制定 的，用于取代p n g v 的新的国家及私营合作的研究发展计划。在研究的初期，美国 人主要把精力集中在零排放汽车和燃料电池汽车，但由于电池技术的瓶颈及燃料 电池产品成本等问题，在产业化发展上未获成功。于是通用、克莱斯勒、福特等 汽车厂商重新把目光投向混合动力汽车，主要开发针对重型车的混合动力产品， 如城市客车、混合动力皮卡车( 如雪佛兰s i l v e r a d o ) 、混合动力s u v ( 如e s c a p es u v ， l i b e r t ys u v 等) 。其中s i l v e r a d o 为全球首款“混合动力皮卡车，该车采用起动 机与发电机一体化技术( i s a ) ，在发动机怠速及制动时均可回收能量，在怠速行 驶中制动时，则会切断燃料供给，利用电机控制振动。而e s c a p e 作为全球第一款 真正意义的混合动力s u v ，其设计目标是在全路况条件下提高燃油经济性并降低 4 博十学位论文 排放，其载货容积和越野性能均与选装4 w d 的基本型e s c a p e 相当。 表1 1国外主要混合电动汽车技术参数及其对比 车厂车型型式现况电机发电机 c h e v r o l e t t r i a x ( s u v4 w d ) p a r a l l e l 概念车前电机3 5k w s u z u k i 后电机1 5k w d a i n l e r c i t a d e l ( w a g o n4 w d )t t r p a r a l l e l 概念车前电机5 2k w c h r y s l e r d a i n l e r d u r a n g o ( s u v4 w d )t t r p a r a l l e l 概念车 前电机6 6k w c h r y s l e r d o d g e 5e s x 3 ( s e d a n ) m y b r i d - p a r a l l e l 概念车前电机1 5k w f o r d p r o d i g y ( s e d a n )l s r - p a r a l l e l 概念车前电机1 6k w f 0 r d e s c a p e ( s u v4 w d ) p a r a l l e l 概念车前发电机2 8k w f o r d e x p l o r e r s i s g 4 2v o l t 概念车 前电机1 0k w g ms u v4 w d p a r a d i g m p a r a ll e l 概念车前电机1 2k w x 2 h o n d a i n s i g h t ( c o u p l e )i m a p a r a l l e l 1 9 9 9 量产前电机1 0k w h o n d a s p o c k e t ( 4 w d )p a r a l l e l 概念车前后电机1 5 x 2 t o y o t ae s t i m a ( m i n i v a n4 w d )t h s - c - p a r a l l e l 2 0 0 1 量产前电机1 3k w 后电机1 8k w t o y o t a t h s - m - 3 6 v o l t 概念车 前电机 n i s s a n t i n i ( s e d a n )n e o - p a r a l l e l 2 0 0 0 量产前电机1 7k w x 2 m i t s u b i s h is u wa d v a n c e g d l - p a r a l l e l 概念车前电机1 2k w m i t s u b i s h is u w c o m p a c t g d i - a s g 概念车 d a i h a t s rm o v ee v - hi ip a r a l l e l 概念车前电机1 8k w 欧洲前期主要集中在柴油技术研究上，目前也在积极研究、开发及推广混合 动力技术。与混合动力汽车技术相关的研究计划主要有欧盟的f p ( f r a m e w o r k p r o g r a m ) 系列计划、欧洲电动汽车城市运输系统计划等，与此同时，欧洲各国还 有本国的混合动力研究计划。德国奥迪公司自1 9 8 9 年就开始研发d u o 系列混合 动力汽车，目前，已经研发出第三代产品d u o ，并开始在德国出租，同时奥迪 q 7 混合动力s u v 也进入量产阶段；另外，法国雷诺公司研制的v e r t 和h y m m e 两款混合动力汽车已在法国接受1 0 0 0 0 k m 的运行试验，瑞典沃尔沃公司也开发了 f l 6 混合动力卡车，宝马公司的x 5 混合动力s u v 、h r 2 氢混合动力赛车也是具 有很高技术水平的混合动力产品。表1 1 为国外主要混合电动汽车技术参数及其 对比。 ( 2 ) 国内研究动态 5 基于c v t 的四轮驱动混合动力汽车传动控制策略研究 我国混合动力汽车的研究起步相对较晚。直到九十年代中期，汽车企业及有 关专家开始对混合动力汽车技术表示出极大关注，并着手研制开发样车，目前， 东风、一气、上汽、长安集团、奇瑞汽车和上海华普等正在大力进行自己的混合 动力技术的产业化的推广，而国内其他汽车厂商也大多有自己的混合动力电动汽 车计划。目前，国内混合动力技术已经成为技术研究的热点并得到国家大力支持， 国家在“九五 、“十五 及“十一五 都把混合动力技术列为重点支持的项目， 同时，国家从2 0 0 1 年开始就成立“8 6 3 电动汽车重大专项 ，2 0 0 7 年1 1 月，国 家发改委发布了旨在指导和规范新能源汽车的新能源汽车生产准入管理规则。 到目前为止，我国在混合动力结构匹配、参数优化、混合动力电机电池技术等技 术领域取得了很多研究成果。 东风电动车辆股份有限公司的混合动力大巴项目，取得了包括混合动力车用 变速器、混合动力专用电机、混合动力发动机总成和混合动力汽车动力耦合装置 等在内的多项专利。在混合动力轿车方面，也取得了至少六项专利成果，其开发 的混合动力轿车按e c e 城市工况与基本车型进行的对比试验表明，节油3 0 左 右，达到了预定的目标。 一汽与哈工大等单位在科技部和地方的支持下，自主研发了具有世界水平的 解放牌混合动力城市客车性能样车，通过国家科技部的验收，红旗混合动力客车、 通过发挥汽油发动机与电动机这两大动力源的复合效应，在大幅提升燃油效率和 加速性能等各项功能的同时，明显降低了尾气排放，提高了燃油经济性。该车还 配备了a m t 和电动助力转向系统。其结构方案已获得国家专利并已经申报国际 专利，控制策略等也是具备自主知识产权的产品。 而长安汽车集团、上海华普汽车也正在进行混合动力汽车的研发。长安汽车 公司已对性能样车进行了三轮开发，采用同轴i s g 轻度混合方案和混合专用发动 机，动力性能接近参考车水平，节油接近1 7 ，排放达到欧标准。而华南理工 大学和湘电集团开发的混合动力客车作为民间队在2 0 0 4 年的上海比必登大赛上 取得了好成绩。“上海牌混合动力轿车、上海大众的混合动力途安轿车将于2 0 0 8 年小批量生产；上海通用的混合动力“师道 轿车将于2 0 0 8 年进入市场；2 0 1 0 年，上汽集团的混合动力汽车将达到万辆级的产能，吉利也将从2 0 0 8 年开始将陆 续开发五款混合动力车，其中包括轻度混合动力电动汽车、弱度混合动力电动汽 车、中度混合动力电动汽车、f c i c 全混合动力电动汽车，双电机和双行星排动 力总成全混合动力汽车。 此外，北方尼奥普兰、哈尔滨中强、北京交通大学、北京工业大学、北京理 工大学、天津清源、中通客车、安凯客车、金龙客车、宇通客车等多家单位有意 开展或已经开展或已经阶段性完成有关混合动力汽车的研究开发工作。在2 0 0 8 北京车展上，自主品牌再次展示出在混合动力汽车技术领域所取得的巨大进步， 6 博十学位论文 同时有越来越多的汽车厂商参与到混合动力的研发中来，其中华普推出了c 1 1 ( 强 华一号) 混合动力四轮驱动轿车，华晨推出了中度混合的尊驰混合动力轿车，其中 东风混合动力客车，长安i s g 混合动力轿车，比亚迪f 6 双模混合动力等车型开 始进入产业化生产与发展阶段，表1 2 为目前国内开发的主要混合动力汽车及其 参数。总体来看，我国混合动力汽车研究水平与国外还存有较大差距，特别在混 联式混合动力汽车结构匹配与综合控制，混合动力自动变速技术及高端混合动力 四轮驱动s u v 混合动力技术等还处于研究空白。 表1 2国内主要混合动力汽车结构参数 厂家车型混合形式电池电机 杰勋混合动力轿车镍氢1 4 4 v 长安并联型 永磁电机0 0 k w ) c v i l 混合动力m p v ( 6 5 a h ) a 5 b s g 混合动力轿车并联型铅酸电池( 1 2 v ) 奇瑞 a 5 i s g 混合动力轿车 并联型 镍氢1 4 4 v ( 6 a h ) 永磁同步( 1 0k w ) 电磁耦合混 广汽a h e v 混合动力概念车锂离子电池 合动力系统 i m c 6 4 8 型锂离子a 7 8 1 1 型永磁同步 福田欧v 混合动力客车并联型 蓄电池( 3 4 0 v )电机( 4 4k w ) l c k 6 11 0 g h e v 混合春兰镍氢蓄电池三相交流异步电机 中通客车串联型 动力客车 ( 4 0 a h )0 0 0k w ) “上海牌”h e v 轿车 上汽 荣威混合动力轿车 e q 6 11 0 h e v 混合 并联 开关磁阻电机 动力客车 东风镍氢电池 e q 7 2 0 0 h e v 混合 混联型 永磁同步驱动电机 动力轿车 i s g 轻度混合动力系统超级电容( 4 2 v ) 吉利并联型 f c e 电子等平衡 混合动力系统 比亚迪f 3 e d m 双模6 0 a h 铁电池 永磁电机( 3 5k w ) 一汽 奔腾混合动力轿车 混联式镍氢电池 1 2 国内外基于c v t 的混合动力汽车的结构特点及研究现