液压混合动力控制

1、结课论文 系 别 机电与汽车工程学院 专 业 载运工具运用工程 班 级 硕研 课程名称 现代控制理论 授课教师 学生姓名 学 号 时 间 北京建筑大学液压混合动力的能量控制策略简析摘 要随着汽车业的快速发展，其对环境的破坏也更加明显，这要求汽车业积极发展节能环保型汽车。其中混合动力车辆是目前实现产业化的最佳产品。液压混合动力车辆作为混合动力车辆的一种，因其能高效的回收制动能量，逐渐引起了各国政府及研究机构的高度重视。能量控制策略是混合动力车辆的关键技术之一，液压混合动力车辆的能量控制策略规定了整车需求转矩在发动机和液压泵/马达之间的分配，决定了两者的工作点，在动力性、燃油经济性和排放性能等各方

2、面都有很大的影响，因此研究液压混合动力车辆能量控制策略对充分发挥其节能环保优势具有十分重要的意义。关键词：节能环保，混合动力车辆，液压混合动力，能量控制策略前 言近年来，我国汽车市场持续快速发展，并已成为我国经济中的支柱性产业。尤其是 2009 年，中汽协公布我国汽车产销量双双突破 1300 万大关，成为世界第一汽车大国，并在 2012 年汽车产量达到 19276万辆。到 2010 年，全球汽车保有量已达到 10 亿辆，而我国早已经突破 7000 万辆。但随之而来的是汽车业对环境的破坏也更加明显，有关统计数据显示，汽车业消耗了全部汽油的 80%和全部柴油的 30%，全球汽车的二氧化碳排放量占据

3、人类二氧化碳整体排放量的 17%以上，成为耗能和排污的主要源头之一。作为人类生活工作中最普遍最重要的交通工具，汽车节能减排已到了刻不容缓的地步。随着哥本哈根气候大会的顺利闭幕，低碳环保再次备受世人关注，与全球气候相关联的节能环保型汽车无疑将迎来新的发展契机。电动车辆是节能环保型汽车的代表，有着巨大的发展前景，但是目前的电池技术问题阻碍了电动车辆的应用。现在有太阳能等相关车辆的开发，并有一些已经投入了使用，但无论从经济上考虑，还是从实用程度上考虑，都还没有达到实用的阶段。而混合动力车辆具有节约能源、排放污染低、续驶里程长、不改变基础设施等突出优点，是目前实现产业化的最佳产品。液压混合动力车辆是混

4、合动力车辆中的一种，主要是利用可逆元件，通过液压蓄能器对制动能量进行回收和释放。与电动混合动力车辆相比，液压混合动力车辆不仅可以实现在短时间内的大功率制动能量回收和释放，而且在成本价格、技术成熟、工作可靠及便于维护等方面均占有较大的优势， 这也是近几年来液压混合动力车辆重新引起人们注意的原因。1能量储存技术综述混合动力汽车是指在同一辆汽车中同时采用了能量转换器和发动机作为其动力装置，通过先进的控制系统使两种动力装置有机地协调配合，实现最佳能量分配，达到低能耗、低污染和高度自动化的一种新型汽车。与燃油汽车相比，混合动力汽车具有高性能、低能耗和低污染的特点以及技术、经济和环境等方面的综合优势。在混

5、合动力车辆中，储能装置对提高车辆的总效率非常重要。据文献介绍，对应美国EPA(Environmental Protection Agency)混合燃油循环，制动能量回收可减少车辆驱动能量需求的 14%。对公路用重型载货汽车，在 8%的坡道上维持 100km/h下坡车速时，通常需要大约600kW的纯制动功率；在6%的坡道上维持 80km/h下坡车速时也需350kW的纯制动功率，因此混合动力汽车要求储能装置在短时间内能够回收和释放大量功率。为使储能装置不致太重，要求其应具有比较高的功率密度和能量密度。目前可能应用的储能装置分为如下几种。1.1飞轮蓄能器飞轮蓄能器是机械蓄能的一种蓄能形式，以惯性能（

6、动能）的方式，将能量储存在高速旋转的飞轮中。飞轮蓄能器突破了化学电池的局限，用物理方法实现储能。当车辆制动时，飞轮蓄能系统将车辆的惯性动能转化为飞轮的旋转动能。当车辆需要起动或加速时，飞轮释放本身旋转动能来驱动车辆。普通金属飞轮能量密度较低，但因其价廉，宜于加工，并因在传动系统中易于实现联接而得到广泛应用。超级飞轮选用比强度（拉伸强度/密度）较高的碳素纤维材料制造，能量密度高，是钢制飞轮的 10 倍。为了使飞轮能充分有效的保存能量，常将飞轮运行于密闭的真空系统中。飞轮具有 24kW/kg的比功率和 125Wh/kg的比能量，并且几乎免维护，使之十分适合用作重型卡车混合动力传动系统的储能元件。目

7、前，由于超级飞轮价格昂贵，技术难度大，容易引起共振以及使用过程中的安全性能等原因，限制了其推广应用。1.2超级电容超级电容由带铝电极的多孔活性碳和有机物电解质组成，电能作为负荷储存于碳电极的表面。超级电容具有高的比功率（可达 24kW/kg）、高的循环效率（可达 9298%，包括峰值功率工况在内）以及全充和全放能力，在混合动力车辆上主要用于车辆起步、加速、制动能量回收等工况。另外，由于超级电容采用物理方式存储电能而没有可转变的化学反应，具有优越的工作循环承受能力和寿命。但其最主要的缺点是较低的比能量，目前大约在 710Wh/kg，如果单独应用超级电容，为满足整车性能需要的超级电容增多，整车的重

8、量和成本较高。因此，超级电容只适合于对比能量需求低的轻度混合动力汽车，或与电化学电池组合使用，效果更佳。1.3蓄电池蓄电池又称电化学电池，以电化学能的方式储存能量。蓄电池在电动车辆上已有相当的应用经验，其中颇具应用潜力的几种包括铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池等。铅酸电池技术发展较为成熟，可靠性高、原料易得且价格便宜，但铅酸电池的比能量较低，在过放电和过充电时，其使用寿命将显著缩短，深度放电以及环境温度变化也对电池性能影响较大。镍氢电池具有很好的耐过充电特性，良好的使用安全性和充放电效率，以及该电池的反应物中无溶解析出物，这些特性适合混合动力汽车。在上市的车型中，镍氢电池占主体。锂离子电池能量密

9、度可达到 100Wh/kg，功率密度可达到 300W/kg，并且循环使用寿命长。但其价格较高，安全性尚需进一步提高。低功率密度，充放电频率小，不能迅速转化吸收大量功率使得蓄电池在大型城市公交车和工程机械等应用方面显得力不从心。1.4燃料电池燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能通过电极反应直接转化为电能的发电装置。它不经历热机过程，不受热力循环限制，故能量转换效率高（理论上可达 100%，实际效率已达 60%80%）。目前应用于电动汽车中的燃料电池是一种被称为质子交换膜的氢燃料电池，它以纯氢为燃料、以空气或氧为氧化剂。近年来，对氢燃料电池的研制已取得重大进展，并实现了在车辆上的安装和实用

10、化，但氢燃料电池的真正实用化还面临氢的制取和存储困难、使用成本高等难题。1.5液压蓄能器液压蓄能器是一种以液压能的方式来存储能量的储能装置。液压蓄能器具有高比功率、高循环效率、长时间储能以及全充和全放能力强等特点。由于液压蓄能器采用物理方式存储能量，因此具有优越的工作循环承受能力和寿命，但其能量密度较低，适用于频繁起停的城市公交车和工程机械的行走装置。液压蓄能器可分为皮囊式、复合式和活塞式液压蓄能器。皮囊式液压蓄能器采用钢制外壳和气囊将蓄能器分为两个部分，一端充入惰性气体（氮气），一端充入液体，利用气体的可压缩性对受压液体的能量进行储存和释放。气体压缩过程中，液压蓄能器与外界存在着热损失，因此

11、传统液压蓄能器的能量转换效率较低。然而，在惰性气体部分充入开孔型泡沫，可有效地提高液压蓄能器的能量转换效率，循环效率最高可达 98.2%。采用碳纤维或复合材料等轻质材料，可明显降低液压蓄能器的重量，只有传统液压蓄能器重量的四分之一，同时也能明显地提高液压蓄能器的强度。1.6储能元件的比较铅酸蓄电池、液压蓄能器、惯性飞轮和超级电容等储能装置的性能比较如表1所示。表1 储能元件性能的比较项目铅酸电池飞轮储能超级电容液压储能器储能形态电化学能机械动能电能液压能功率密度/kW·kg- 10.20.511.9119能量密度/W·h·kg- 1655150102效率80%90

12、%90%90%放能度（DoD）75%95%100%90%寿命/年25202020安全性好不好好一般温度范围受限限制很小限制很小受限环保性差好一般一般维修性中等好中等好储能持续时间几年几十分钟几天几个月技术成熟程度成熟一般差成熟从表 1可知，液压蓄能器的功率密度（单位质量的储能元件吸收和释放的最大功率）最大，蓄电池的功率密度最小。蓄电池和高速飞轮能量密度（单位质量的储能元件所储存的可用能量值）较大，液压蓄能器和超级电容的能量密度较小。与其它几种储能元件相比，蓄电池的效率、放能度和寿命都是最低的。液压蓄能器、储能飞轮不会像蓄电池那样在废弃时对环境造成化学污染，在储能元件中，其环保性能最好。超级电容

13、的效率、放能度和环保性能优良，但其技术成熟程度相对较低。总之，各种储能元件各有其优缺点，应根据实际工况来确定使用哪种储能元件。对于低功率密度和高能量密度要求的场合，铅酸电池是比较适宜的；对于功率密度有较高要求的场合，液压蓄能器将成为首选。虽然超级电容的效率和放能度和环保性能优良，但是，其较低的能量密度、价格和技术不太成熟限制了其应用。1.7液压储能技术的优势（1）功率密度大。能量密度和功率密度是储能元件最重要的两个参数。不同储能元件的能量密度和功率密度的对比曲线如下图所示。由下图可见，从能量密度来看，燃料电池、蓄电池、飞轮和超级电容优于液压蓄能器，可以长时间提供能量；从功率密度角度来看，液压蓄

14、能器优于其它能量存储方式。只有高功率密度系统才能在短时间跟上车辆制动时的能量转换和储存要求，因此，相对于其它能量存储方式，液压蓄能器更适用于中重型城市公交车、工程机械的行走装置和军用车辆。美国EPA定义静液传动车辆的优点为：“静液传动混合动力技术功率密度大，能够快速、高效地存储和释放大量能量，可以回收和利用绝大部分被传统车辆浪费掉的制动动能。这是最大化制动能回收率和提高燃油经济性的关键因素”。储能元件能量密度和功率密度（2）储能装置重量轻。电动混合动力车辆采用蓄电池或者超级电容等作为能量存储单元，蓄电池通常采用镍氢电池（NiMH）和钠氯化镍电池（NaNiCl2）；静液传动车辆采用液压蓄能器来存

15、储能量。下图为并联式混合动力车辆储能装置的重量对比。可见，相同条件下，镍氢电池和钠氯化镍电池储能系统的重量比液压储能系统高出近 1 倍，超级电容系统的重量也比液压储能系统高出 40%。重量轻的储能装置可以更大限度地提高二次调节静液传动车辆的有效载荷和燃油经济性。储能装置的重量对比（3）循环效率高。储能系统的循环效率指制动动能从驱动轴回馈进入能量回收系统到回收的能量再次输出到驱动轴上的效率。下图为不同储能系统的能量循环效率对比。从下图中可见，液压储能系统的循环效率高于蓄电池和超级电容系统。新型复合材料蓄能器的出现和液压泵/马达技术的提高，使得液压储能系统的能量循环效率得到了进一步的提升，最高的循

16、环效率可达 82%。储能装置循环效率对比（4）价格低廉、安全可靠。相对于其它类型的储能系统，液压储能系统价格更为低廉，而且技术成熟，可靠性高。液压蓄能器壳体强度大，能够承受多次来自内部的极限压力。使用寿命长，适于多次、快速、大能量流的能量存储。在不使用车辆的时候，液压储能系统还可以自动卸压，避免了自燃、爆炸等危险的发生。（5）对环境污染小、便于维护。蓄电池含有大量的有毒原料，如浓缩酸和重金属等，无论是生产还是废旧元件的处理，都会对环境造成很大的污染。然而，液压蓄能器的废旧元件可回收再利用，不会对环境造成任何污染。液压储能系统可工作于恶劣环境下，受高温、严寒和潮湿的影响明显小于电动混合动力系统。

17、液压蓄能器已广泛地应用于工业，技术成熟，因此液压储能系统易于集成，设备维护简单。2液压混合动力车辆的研究现状2.1液压混合动力车辆的国外研究现状多年以来，美国环保署(EPA)一直与其合作伙伴致力于液压驱动技术的应用和推广，取得多项专利和研究成果。2004 年，EPA 在全球车辆工程师会议上展示了与其合作机构共同研发的一款基于液压混合动力技术的多功能商务用车(SUV)，如下图左所示，并宣称在较少的单车成本投入后可提高燃油经济性 55%。2005 年，EPA 与 Eaton 公司联合开发了高度集成化的液驱动力系统，并将其应用在 UPS 的邮递车上(见下图右)，使其燃油经济性提高了 60%70%。E

18、PA 推出的液压 SUV UPS 公司推出的液压样车 此外，日本三菱公司及德国M.A.N公司也将液压蓄能系统运用在城市公共客车上。三菱公司等几家名牌车辆制造公司生产的CPS公交车辆(见下图左)，已在东京等三个城市中运营，其尾气排放和燃油费用各降低了 20%以上。2008 年英国 Artemis Intelligent Power 公司研发出液压混合动力系统，如下图右 所示。该系统可将行车中的多余动能通过液压储能系统储存起来，再通过液压马达适时释放，Artemis 表示这套系统能使车辆的城市油耗降低一半。2009 年在上海召开的亚洲国际动力与控制技术展览会(PTC Asia)上，全球领先的工业技

19、术供应商博世力士乐展出的 HRB 液压混合动力系统(见下图)，能在制动期间将能量储存在液压蓄能器中，并在需要时将这部分能量释放出来。以垃圾清运车为例，在采用并联 HRB 液压混合动力系统后，每小时最多可节省 2.25 升的燃油，减少近 6kg 的二氧化碳排放量。日本三菱公司的 CPS 公交车 英国公司研发的液压混合动力系统并联 HRB 液压混合动力系统工作原理图2.2液压混合动力车辆的国内研究现状近年来，国内对液压混合动力车辆做了较多的研究。特别是哈尔滨工业大学多年来一直坚持不懈地对该项技术进行追踪和创新。2001 年，赵春涛博士进行了车辆串联混合动力系统中二次调节静液动力技术的研究。建立了混

20、合车辆数学模型，搭建了车辆二次调节静液动力系统模拟试验台，提出了几种刹车时动能回收的控制策略，并进行了模拟试验研究。2003 年，苑士华教授对城市用公交车的制动能回收液压系统进行了设计与研究，在四种循环工况下的仿真结果表明，其节油率达到了 28%。2004 年，北京嘉捷恒信能源技术有限公司研制出并联式静液动力样车，并在北京公交线路上试运行。2005 年，常思勤教授对电控液驱公交车进行了理论与试验研究。重点研究了轮边系统防滑的控制方法，仿真结果表明其防滑和节能效果明显。2006 年上海交大神舟开发的并联式静液动力公交车(见下图左)相继在上海试验运行，在宁波示范运行。样车的试验研究表明，在城市公交

21、工况下可节能25%以上，可减少黑烟及其他排放物 35%以上。2008 年创世奇有限公司、北京车辆研究总院和北京齿轮总厂合作对混联式静液动力车辆进行了深入的研究，样车的试验结果显示，混联式静液动力车辆可将燃油经济性提高 20%以上。2010 年由哈尔滨工业大学姜继海教授主持，威海校区车辆工程学院刘涛、罗念宁等教师参与研制的并联式静液动力混合动力系统在威海研制成功，如下图右 所示。整车道路试验表明，该并联式静液动力混合动力车辆可将燃油经济性提高 20%左右。上海交大神舟开发的并联式静液动力公交车 哈工大研发的并联式静液动力混合动力车辆 3液压混合动力车辆的工作原理液压混合动力传动系统是一种基于压力

22、耦联的新型液压传动系统，液压泵/马达工作于恒压网络，通过调节其排量实现对输出功率、扭矩和转速等变量的控制。液压泵/马达可在四个象限内工作，回收与重新利用系统的制动动能和重物势能，而且能够无损耗地从恒压网络获取能量。液压混合动力传动车辆的工作原理为：在车辆正常行驶时，恒压变量泵在发动机的驱动下，与液压蓄能器共同为系统提供工作压力油，在系统压力油的作用下，液压泵/马达通过变速器和后桥驱动车轮。在车辆制动或下坡行驶工况中，液压泵/马达工作于液压泵工况，此时液压泵/马达被负载拖动，在惯性能或重力能的作用下，向系统回馈能量，液压泵/马达回馈的能量以高压液压油的形式存储在液压蓄能器中；在车辆的再次起动和加

23、速过程中，储存于液压蓄能器中的能量又以液压能的形式输出到工作于马达工况的液压泵/马达，通过变速器和后桥驱动车辆，实现车辆惯性能或重力能的重新利用。液压混合动力车辆工作原理液压混合动力汽车可根据车辆运行工况选择多种工作模式，实现动力传动系统的效率最优化，并通过制动能量回馈系统（Regenerative Braking System，简称RBS）回收制动能量，提高整车效率。4液压混合动力车辆的驱动方式分类及优缺点液压混合动力车辆的驱动系统根据动力传动系的结构不同，可分为串联式、并联式、混联式及轮边驱动式四种，其中轮边驱动式是串联式中特殊的一种。无论其组成形式如何都包括以下主要部件：发动机、变量液压

24、泵/液压马达、液压蓄能器，其中的变量液压泵/液压马达是一种双向可逆部件。4.1串联式驱动系统串联式液压混合动力车原理图串联式液压混合动力车主要是由发动机、液压泵、高低压蓄能器、二次元件泵/马达、离合器、变速器和驱动桥等组成。串联液压混合动力系统具有两个动力源：发动机和蓄能器，发动机带动泵/马达旋转实现车辆的驱动，必要时发动机也可给蓄能器充液压油，以备下次加速或爬坡使用。二次元件泵/马达是可逆元件，既可作为泵使用（制动工况），也可作为马达使用（驱动工况），并且泵/马达可工作在四个象限，可实现加速前进、减速前进、加速后退和减速后退。高压蓄能器在车辆制动减速时回收液压油，将机械能以液压能的形式储存起

25、来，在车辆启动或加速时，释放液压油以驱动泵/马达，进而驱动车辆行驶。串联液压混合动力系统可由恒压源加液压蓄能器组成，也可由普通静压传动系统（闭式回路）加液压蓄能器组成能量再生系统。在驱动车辆时，根据路况的不同可由发动机单独驱动（正常行驶）或由发动机与蓄能器联合驱动（加速或爬坡），也可由蓄能器单独驱动（启动或低速），尽量使发动机工作在高效区。在制动减速时，发动机怠速或熄火，二次元件泵/马达将以液压泵的形式工作，将液压油压入高压蓄能器中，根据具体的情况，可合理安排再生制动和摩擦制动的分配。串联式液压混合动力系统中，发动机输出的机械能首先需要转换为液压能再经过二次元件转换成机械能才能传给驱动桥，所以

26、能量损失比较大。但是发动机和传动轴之间不是直接相连的，所以发动机不会直接受到外负载的影响。串联式液压节能车尤其适用于频繁起停的中小型城市公交车、军用汽车和工程机械的行走装置。串联式液压混合动力车的驱动系统具有以下优点：作为主动力源的发动机直接与变量泵马达相连，中间不再有变速箱，从而节约了系统的成本并减小了整车的质量，这也是串联式液压混合动力驱动系统的最大优势。发动机带动液压泵，液压泵产生液压能通过液压马达驱动车辆行驶，实现了车辆的无级变速，改善了车辆的起步和加速性能。发动机能够稳定工作在高效区，其工作效率较高，在节约燃油的同时还可以减少尾气中有害物的排放，因此，可以减少发动机的装机功率。由于发

27、动机没有直接驱动负载，其行驶工况独立，发动机与液压泵马达两个动力源之间不存在功率分配，使驱动系统的控制得到简化，利于实现。在加速时，由于车辆的整体转动惯量小，车辆的加速阻力小。串联式液压混合动力车辆驱动系统尽管有上述优点但也存在着不足之处，主要表现在以下几方面：由于主动力源发动机与液压泵马达直接相连，发动机的能量需要通过液压驱动系统进行传递，而液压系统的传递效率仅为7080，因此在能量转换中伴随有能量损失是必然的，所以系统的综合效率较低。由于存在发动机、液压泵、液压马达等多个动力总成，使系统结构复杂，整体结构布置较为困难，不利于对传统车辆的改装。4.2并联式驱动系统并联式混合动力车主要是由发动

28、机、可逆元件泵/马达、高（低）压蓄能器、变速器、转矩合成装置、离合器和驱动桥等组成。并联式液压混合动力系统的动力源同样是由发动机和高压蓄能器组成，不同的是车辆在无能量再生系统的情况下，可由发动机单独驱动车辆，这点跟普通的车辆一样。但是并联式混合动力系统比普通车多了一套能量再生系统，能量再生系统可单独驱动车辆行驶（启动或低速），也可联合发动机一起驱动（加速或爬坡），同样能量再生系统可回收车辆的制动能量。并联式液压混合动力系统有两条驱动能量流动线，第一条是发动机变速器驱动桥，第二条是由蓄能器泵/马达驱动桥，这两条驱动线可根据具体的工况联合或单独工作。两个独立的驱动系统由转矩耦合器连接，因为考虑到转

29、矩易于控制，所以两驱动系统之间采用转矩变量作为控制对象，通过转矩分配来协调工作。并联式液压混合动力车原理图并联式系统的相当一大部分能量都以机械传动的方式高效地传递给驱动轴，只有小部分能量转换为液压能，所以传动效率高，并且液压元件的体积和质量较小，结构简单，噪声小。并联式液压混合动力车的驱动系统具有以下优点：发动机产生的机械能直接经过传动系驱动车辆行驶，中间能量的转换次数少，能量利用率高。因此与串联式系统相比系统的燃油经济性相对较高。系统中，只有发动机和液压泵马达两个基本动力总成，整车质量相对较轻，成本随之降低。由于系统能够实现制动能量的回收，辅助驱动单元能够有效地平衡发动机功率，实现了节能、环

30、保。由于该组成型式更接近于传统车辆的传动系，因此十分有利于对现有的公交车辆进行改装，从而避免了资源的浪费。并联式液压混合动力车的驱动系统具有以下缺点：并联式系统最主要的缺点是为了保证发动机工作在最佳工作区域内，需要有复杂的控制系统来对车辆的能量系统进行控制与管理，以便调节发动机与变量泵马达两动力源之间的功率分配。但随着控制技术的不断发展以及高性能的控制器件的大量面市，设计这类控制系统在技术上已经没有障碍。4.3混联式驱动系统混联式液压混合动力车原理图由图所示，混联式系统是由发动机、液压泵、二次元件泵/马达、高低压蓄能器、变速器、离合器、传动装置和驱动桥等组成。综合串联式和并联式液压混合动力系统

31、可知，混联式系统具有串联式和并联式系统的功能，并且将此两种类型的系统良好的结合起来，发挥各自的优点。混联式系统具有三条驱动能量流动线，第一条是发动机变速器驱动桥，第二条是从发动机液压泵（和高压蓄能器）二次元件泵/马达传动装置离合器变速器驱动桥，第三条是高压蓄能器二次元件泵/马达传动装置离合器变速器驱动桥。三条驱动能量流动线再现了串联式和并联式系统的工作状况，可通过控制策略，选择系统需要的驱动方式，以达到优化发动机燃油经济性，降低排放的目的。该系统在启动时，可通过高压蓄能器驱动泵/马达工作以提供驱动力；加速时可通过发动机+泵/马达联合驱动；在外负载变化频繁的路况上，可以串联方式驱动，这样可以减少

32、外负载对发动机的影响，提高发动机的运行平稳性；在制动减速时，可通过能量再生系统将液压油压入高压蓄能器，实现将机械能以液压能的形式保存起来。通过合理配置驱动方式，综合串联和并联的优点，可在大功率工况下获得高工作效率。混联式液压混合动力系统虽然在理论上能获得最佳性能，但是由于其过于复杂，所以在实际中很难实现，限制了其发展。4.4轮边驱动式驱动系统轮边驱动式式液压混合动力车原理图该系统主要由发动机、液压泵、二次元件泵/马达和高低压蓄能器等组成。该系统原理简单，实际上就是四个二次元件并联起来的串联系统，每个二次元件泵/马达均具有相等的输入压力。这就是串联式系统的优点，可以同时并联多个元件，并且元件彼此

33、之间可以互不影响。轮边式液压混合动力车的工作原理：ECU接收驱动请求并且发出指令控制发动机工作，发动机直接驱动液压泵，给液压系统或液压蓄能器提供液压油。每个二次元件泵/马达均直接驱动车轮，在驱动车辆行驶时由液压泵或高压蓄能器提供压力油，驱动二次元件泵/马达以及车轮转动；制动时将车辆的动能（惯性能）通过二次元件泵/马达转换为液压能储存到高压蓄能器中。该系统具有一个特殊的优点，即可实现无级调速，这样就大大改善车辆的动力性，同时也大大简化了车辆的底盘系统，可实现多样化的工作模式，具有较好的节油效果和驾驶性能，适用于特殊车辆和飞机牵引车等。各驱动方式的优缺点对比如下表。串联式、并联式、混联式液压混合动

34、力汽车对比分析4.5液压混合动力车辆的优点和研究难点4.5.1液压混合动力车辆的优点液压混合动力传动技术的功率密度大，短时间内完成能量释放和存储的能力强，同时还具有无级变速的精细速度调节、容易实现正反转、操控性强以及可靠性高等优点。相对于传统内燃机汽车，液压混合动力传动车辆的优点是：（1）可以回收车辆的制动动能，明显提高车辆的燃油经济性；（2）发动机和液压蓄能器可以同时工作，提高了车辆的动力性能；（3）可以实现无级变速，保证发动机工作于最佳燃油经济区，降低油耗；（4）减少制动器的使用次数和强度，延长其使用寿命，降低其维修、保养费用；（5）选用较小功率的发动机即可满足车辆的正常行驶要求，减少有害

35、气体排放量，减少对环境的污染；（6）改善车辆行驶平稳性，提高乘坐舒适性。相对于混合动力电动汽车，液压混合动力传动车辆的优点是：（1）在同等条件下，液压蓄能器能为车辆提供更大的辅助动力；（2）液压蓄能器充放能量速度要比蓄电池快得多，在相同条件下，液压蓄能器回收的能量多，车辆动力性能强，而且价格便宜；（3）液压泵/马达输出扭矩大，控制精度高，响应速度快，结构紧凑，质量轻，所需安装空间小；（4）液压蓄能器使用寿命长，而且废旧储能元件不会对环境造成污染；（5）液压能量再生系统结构简单、工作可靠、使用寿命长。英国的 Ricardo Automotive 公司对同等条件的并联式静液传动车辆和并联式结构的电

36、动车辆以及串联式结构的电动车辆进行了节油性能研究，节能效果如图：不同类型混合动力汽车相对常规汽车节油效果对比研究结果显示，三种车辆比常规车辆在多种循环工况下的平均节能效果分别为 39%，31%和 34%。车辆制动过程中，只有高功率密度系统才能在短时间跟上车辆制动时的能量转换和储存要求。蓄电池功率密度低，充放电频率小，不能迅速转化吸收大量功率，传统摩擦制动系统必须协调工作，因此再生制动可回收的能量较少，见下图 (a)；液压蓄能器功率密度大，能够迅速吸收并释放混合动力汽车制动能回收对比大量功率，适于频繁地回收和释放能量，因此再生制动回收的能量大，见上图 (b)。但是液压蓄能器的能量密度小，在吸收发

37、动机多余功率方面和长时间提供能量方面逊色于电动汽车。静液传动技术更适用于城市公交车、军用车辆和工程机械的行走装置。在频繁起停的工况下，其节能效果更好。4.5.2液压混合动力传动车辆存在的问题及研究难点国内外针对液压混合动力传动车辆的研究表明，液压混合动力车辆发展存在的主要问题：（1）由于使用高压蓄能器存储能量，存在潜在危险，因此液压蓄能器技术和防泄漏技术将是未来的研究重点之一；（2）液压蓄能器和液压元件重量大，在节能的同时也增加了车辆的整体重量，这对重型车辆影响较小，但对于非重型车辆来说，液压辅助元件的重量将占车辆重量的5%10%，因此需要研发合成材料来降低元件的重量；（3）液压混合动力传动车

38、辆关键元件的匹配对车辆的燃油经济性和整体性能有着直接的影响。因此需要通过对车辆的实际工程约束条件、整车性能设计指标及其与动力系统部件的相互影响进行分析，优化关键元件的匹配关系来提高车辆的整体性能和燃油经济性；（4）液压混合动力传动车辆的能量控制策略问题。行驶工况和控制策略直接影响车辆的燃油经济性；控制策略决定了能量的回收和多动力源能量的分配，控制算法影响到驱动和制动系统的控制性能；（5）由于液压蓄能器中的能量释放速度很快，因此控制系统必须确保液压能的释放不影响车辆的驾驶性能和舒适性；（6）传统液压蓄能器的能量利用率较低，因此，需要设计高效的液压存储系统，提高能源的回收与重新利用效率。5液压混合

39、动力车辆能量控制策略研究混合动力车辆的关键技术是能量控制策略，这点在电动混合动力车辆和液压混合动力车辆上都是通用的。研究混合动力车辆的重点应放在能量控制策略上，如何优化能量控制策略是实现混合动力车辆低油耗、低排放目标的关键所在，这是整个车辆的研究核心。早期的能量控制策略由于技术的限制大多是基于速度的控制。由于其简单，易于理解，技术门槛较低，因而在初期得到了较为广泛的研究和应用。但没有充分利用混合动力车辆的优势，通常整车的燃油经济性不是最优，而且还没有考虑排放，所以现在的控制策略基本上属于基于转矩或功率的控制。近年来，由于混合动力车辆的快速发展，不断有新的控制策略被提出，使得混合动力车辆能量控制

40、策略的种类变得纷繁复杂，但总体上可以归纳成为逻辑门限控制策略、模糊逻辑控制策略、自适应控制策略和神经网络控制策略，下面分别对这几种控制策略作简要的介绍。(1) 逻辑门限值控制策略。逻辑门限控制策略也被称为简单的基于规则的控制策略，其基本思想是优先保证发动机在较高效率区间内工作，在该区间以外(当发动机转矩或转速较小时)利用液压泵/马达替代发动机工作，而液压泵/马达的能量来源是作为储能装置的液压蓄能器。基于规则的控制策略是一种简单易行、应用广泛的混合动力车辆控制策略，也是目前主要应用到混合动力车辆实车控制中的控制策略。(2) 模糊逻辑控制策略。从本质上说，模糊逻辑控制策略也是一种基于规则的控制策略

41、。两种控制策略的控制目标大致相同，主要区别是各种门限值的表示方式，逻辑门限值控制策略是基于布尔逻辑，用精确值描述控制规则，后者是基于模糊逻辑，用模糊值描述控制规则，门限值的模糊化更能反映各种控制模式之间存在过渡区这一客观事实。由于模糊控制方法本身具有良好的控制品质，其在混合动力车辆领域的应用日益受到人们的重视。(3) 自适应控制策略。对于混合动力车辆来讲，动态自适应控制，就是根据发动机的经济性和排放运行要求，利用最优控制原理，考虑发动机的燃油经济性和各排放物的特点，建立相应的目标函数，并使目标函数值最小来实现燃油消耗和各排放物都较小的目标。动态自适应控制要实时采集大量的发动机运行数据，并计算发动机的最佳油耗点和最优排放点，并在运行中实时跟踪两点数值的变化。优化过程复杂，计算量大，这对实时性要求高的车辆控制系统不利，并使控制系统的软件和硬件都过于复杂。这些阻碍了自适应控制策略应用到实车控制中的发展。(4) 神经网络控制策略。一些文献基于混合动力车辆控制的非线性特征，提出将神经网络技术应用于这一领域的方法，但是，鉴于神经网络固有的外推情况下的不确定性，这种控制在混合动力车辆上的实际效果尚有待检验。由前面阐述的驱动方式可知，并联式在目前的市场比较适用。从以上分析可以看出，自适应控制策略和神经网络控制策略应用到并联式液压混合动力车辆还