混合动力汽车技术-4(动力耦合技术)

1、混合动力汽车技术-电动车辆国家工程实验室何洪文 教授车辆电动技术教学提纲混合动力汽车的机电耦合装置混合动力汽车的控制策略混合动力汽车机电耦合装置混合动力汽车机电耦合装置混合动力汽车机电耦合装置功率耦合混合动力汽车机电耦合装置功率耦合混合动力汽车机电耦合装置转矩耦合系统结构简单，传动效率高。而且无需专门设计耦合机构，便于在原车基础上改装。 混合动力汽车机电耦合装置即使在发动机的工作点不变的情况下，通过连续调整电机转速，也可以使车速连续变化，因此采用转速耦合系统的混合动力汽车无需无级变速器便可以实现整车的无级变速。 混合动力汽车机电耦合装置混合动力汽车机电耦合装置混合动力汽车机电耦合装置变速箱中间

2、轴耦合方式1 混合动力汽车机电耦合装置 变速箱二轴耦合方式 混合动力汽车机电耦合装置变速箱中间轴耦合方式2 混合动力汽车机电耦合装置变速箱输入轴耦合方式混合动力汽车机电耦合装置 基于传动系的机电耦合 混合动力汽车机电耦合装置 基于传动系的机电耦合 混合动力汽车机电耦合装置 基于传动系的机电耦合 混合动力汽车机电耦合装置双转子电机机电动力耦合系统 混合动力汽车机电耦合装置混合动力汽车机电耦合装置混合动力汽车机电耦合装置混合动力汽车机电耦合装置机电无极变速器教学提纲混合动力汽车机电耦合装置混合动力汽车的控制策略混合动力汽车的控制策略混合动力汽车的控制策略 针对车载储能系统（比如动力电池组） 耗电型

3、（Charge-depletion) 电量维持型（Charge-Sustaining)混合动力汽车的控制策略基于车速的发动机控制并联混合动力汽车控制策略当汽车速度低于某一设定值VMODE时，电动驱动装置单独驱动汽车行驶，仅当功率需求超过了电动驱动装置的最大功率值时发动机接通；当汽车速度大于VMODE时，发动机单独驱动汽车行驶，在更高的速度，发动机功率不足以满足汽车行驶的功率需求时，电动驱动装置参与工作，而当发动机功率有富裕时，可由控制系统决定是否向电池组充电。对于荷电消耗性混合动力汽车，设定车速愈低，汽车一次充电的续驶里程愈长，也可将设定车速设计为蓄电池组放电深度的函数并联混合动力汽车控制策略

4、美国K.L.Bulter等人提出了另一种基于速度的控制策略。汽车在低速行驶时, 也是由电机单独驱动车轮, 但当车速高于所设定的车速时, 则采用混合驱动。此时, 发动机保持在一个恒定的节气门开度运行, 由电机提供车轮所需的动态功率。通过提高发动机启动的设定车速并保持蓄电池组的SOC在驾驶循环前后不变, 可以减少发动机工作的时间。这种控制策略有利于减少汽车的排放, 但电机及蓄电池组的功率较大, 增加了整车自重和成本。基于车速的发动机控制并联混合动力汽车控制策略以功率为主要参数的控制策略当车轮平均功率低于某设定值时, 汽车由电动机单独驱动当车轮平均功率高于该设定值时, 发动机被启动, 电动机则停止运

5、行。一旦车轮平均功率超过发动机所能提供的功率时, 电动机启动, 辅助发动机提供额外的功率。基于负载的发动机控制并联混合动力汽车控制策略利用加速踏板位置来控制发动机的使用。当加速踏板被踩下时，电动机扭矩随之增加直到达到最大功率，然后利用发动机输出来弥补为满足加速需求的功率空缺，或者当加速踏板被踩下时，发动机和电动机输出功率随之增加。采用优化技术的控制策略并联混合动力汽车控制策略法国学者等人研究了带机械有级式变速器的并联型混合动力汽车在混合动力工况时的能量分配优化问题, 建立以电机转矩和变速器档位为优化变量, 以给定循环工况下发动机油耗最小为目标的有约束优化计算模型。该优化计算结果不能用于实时控制

6、, 但对于推导汽车实时控制策略是有益的。采用优化技术的控制策略并联混合动力汽车控制策略德国学者等人对带有CVT的并联型混合动力汽车作了研究, 以汽车在一个给定驾驶循环工况中发动机油耗最小为目标函数, 建立包括、电机效率在内的优化计算模型, 利用动态优化技术对发动机、电动机发电机所应分配的转矩和速比进行计算, 并由此确定满足最小燃油量所需要的电机额定功率。该优化方法只能用于特定的驾驶循环, 不能用于汽车的实时控制。KIA汽车公司等人提出以燃油经济性为目标的优化控制策略, 该方法将电池输出功率转化为等效的燃油量, 建立基于有效燃油消耗率的优化模型, 以发动机燃油消耗量最小为目标函数, 得到随车速、

7、电池组SOC和所需功率而变化的控制量(CVT速比、电动机转矩、发动机节气门)。这种控制策略的实质就是将发动机和电机控制在最佳效率区工作, 从而达到最佳的燃油经济性。这种方法可以用于汽车的实时控制, 但没有考虑汽车驾驶循环工况的影响及发动机排放问题采用优化技术的控制策略并联混合动力汽车控制策略并联混合动力汽车控制策略以成本和燃油经济性为目标的控制策略采用这种控制策略的混合动力汽车装备小功率电机和小容量的蓄电池组, 使蓄电池组的成本和质量减少到最小程度。在这种策略中, 电动机一般仅仅只在汽车急加速时才启动, 辅助发动机向车轮提供加速所需的功率。而汽车的一般行驶工况则由一个小排量的发动机单独驱动,

8、并在蓄电池组下降到一定程度时为其充电, 以进一步提高发动机的负荷率。当汽车减速时, 蓄电池组吸收制动能量而充电。这种控制策略存在的一个缺陷是, 由于发动机几乎一直处于工作运行状态, 虽然避免了发动机开关控制引起的发动机效率下降问题, 但无法消除发动机在低负荷时的排放问题。当汽车原地起步时, 由发动机单独驱动汽车起步, 或者由电动机单独驱动汽车起步, 然后在汽车的速度增加到一定值时, 发动机启动, 提供加速所需的补充动力。当汽车快速起步或急加速时, 发动机和电动机联合向车轮提供驱动功率。发动机恒定工作点模式混联混合动力汽车控制策略采用发动机作为主要动力源, 电机和电池通过提供附加转矩的形式进行功率调峰, 使系统获得足够的瞬时功率。由于采用了行星齿轮机构使发动机转速可以不随车速变化, 这样使发动机工作在最优的工作点, 提供恒定的转矩输出, 而剩余的转矩则由电机提供。这样电动机来负责动态部分, 避免了发动机动态调节带来的损失。而且与发动机相比, 电机的控制也更为灵敏, 容易实现。 发动机最优工作曲线混联混合动力汽车控制策略瞬时优化控制混联混合动力汽车控制策略在发动机最优工作曲线模式思想的基础上, 对混合动力车的在特定工况点下整个动力系统的优化目标 (如效率损失、名义油耗) 进行优化, 便可得到瞬时最优