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摘要：混合动力电动汽车是指以蓄电池与辅助动力单元共同作为动力源的汽车。由于混合动力电动汽车在节能和降低排放污染方面的明显优势，因而受到很大的重视，研制开发和产业化的进程相当快。目前混合动力电动汽车主要有两种混合驱动结构：串联式和并联式。本文结合文献对这两种混合动力系统结构和特点进行了分析，并重点对并联式进行了分析介绍。最后分析了混合动力电动汽车未来的发展前景。
关键词：混合电动汽车；控制策略；关键技术
1.引言[1]
节能和环保是汽车技术发展的主要方向之一。目前世界上大多数大汽车公司，都充分利用内燃机汽车的先进技术和电动机的无污染特性，将他们共同组成混合动力电动汽车，发展一种“超低油耗，超低污染”的车辆，作为内燃机汽车向电动汽车发展的过渡产品。
2.混合动力电动汽车
2.1 混合动力结构分析
现代电动汽车一般可以分为三类：纯电动汽车，混合动力汽车，燃料电池电动汽车。混合电动汽车（Hybrid Electrical Vehicle，简称HEV）是指同时装备两种动力来源——热动力源（由传统的汽油机或者柴油机产生）与电动力源（电池与电动机）的汽车。通过合理复合动力系统，灵活调控整车功率流向，使发动机保持在综合性能最佳的区域工作，从而降低油耗与排放。
2.2 混合动力的优势
与纯电动汽车比较，混合动力电动汽车具有以下优点：
1）由于电池容量减小，整车重量轻。
2）汽车的叙事里程和动力性可达到内燃机的水平。
3）保证驾车和乘坐的舒适性（空调，暖风，动力转向的使用）。
与内燃机汽车比较，混合动力汽车具有有以下优点：
1）可以使发动机在最佳的工况区域稳定运行，从而降低排污和油耗。
2）在人口密集的商业区，居民区等地可以用纯电动方式驱动车辆，实现“零排放”。
3）通过电动机回收汽车减速和制动时的能量，进一步降低汽车的能量消耗和排放污染。
3.混合动力控制策略
3.1 控制目标
由于各种混合动力电动汽车结构上的差异，因而需要不同的控制策略来调节和控制功率流从不同元件的流进和流出，采用不同控制策略的目的是为了实现不同的控制目标。具体来说，混合动力控制策略的控制目标主要有以下四个：燃油经济性；排放指标；系统成本；最驱动性能。
控制系统的目的就是要实现发动机运行在最佳的工作状态，以使油耗和排污最低，并尽可能充分利用发动机的能量，最大限度地吸收制动能量，尽量减少电池的能量消耗。目前，在控制策略的制定方面，基本控制机理都是将整个行车过程划分为巡航，加速，制动三个过程加以优化。
3.2 控制理论机理与策略
目前已经提出的混合动力汽车控制策略主要有
1）简单地限定发动机工作区的静态逻辑门限控制策略。
2）通过实时计算比较确定发动机和电动机的最佳工作点的瞬时优化控制
3）应用最优控制理论和最优化方法的全局最优控制策略，该控制策略依据所使用的控制方法的不同，又分为基于多目标教学规划方法，基于古典变分法和基于Bellman动态规划理论的能量管理策略三种，其中研究最为成熟的是基于Bellman动态规划理论的能量管理策略。
4）基于模糊逻辑或神经网络的智能控制策略。
目前只有基于工程经验进行设计的逻辑门限能量管理策略在实际商品化混合动力汽车中得到了应用，但是该方法主要依靠已有经验设置参数初值，结合“试错法”对这些参数进行调整，虽然具有一定的实用性，但是不能保证动力系统的最佳匹配，无法使整车系统达到最大效率。[9]
3.3 串联混合动力汽车及控制策略
串联型混合动力汽车的发动机与汽车行驶工况没有直接联系，控制策略的主要目标是使 发动机在最佳效率区和排放区工作。以下介绍串联型混合动力汽车的两种基本的控制模式。
1）恒温器控制模式
当蓄电池SOC 降到设定的低门限值时，发动机启动，在最低油耗（或排放）点按恒功率输出，一部分功率用于满足车轮驱动功率要求，另一部分功率向蓄电池充电。而当蓄电池组SOC 上升到所设定的高门限值时，发动机关闭，由电机驱动车轮。在这种模式中蓄电池组要满足所有瞬时功率的要求，蓄电池组的过度循环所引起的损失可能会减少发动机优化所带来的好处。这种模式对发动机比较有利而对蓄电池有更高的要求.
2）功率跟随控制模式
采用自动无级变速器CVT（Continuously Variable Transmission），通过调节CVT 速比，控制发动机沿最小油耗曲线运行，发动机的功率紧紧跟随车轮功率的变化，这与传统的汽车运行相似。采用这种控制策略，蓄电池工作循环将消失，与充放电有关的蓄电池组损失被减少到最低程度，目前应用较多，但整车成本有所上升。
3.3.1串联式控制研究现状
Marine corps于2003—2004年示范的PHEV-20 HUMVEE军车的动力系统则采用串联式结构，如图所示。该车装有锂电池和四个轮毂电机，主要作为战场侦察和监视使用。在纯电动工作模式F，具有静音行驶、无“热痕迹”、燃油费用低等优点，这些对前线作战非常有利；在有迅速加速和爬坡要求时，车辆以混合驱动模式行驶；当电池组不起作用或不能使用时．车辆将以发动机单独驱动的模式行驶。美国Odyen公司研制的plug．in混合动力垃圾收集车采用串联式结构。
3.4 并联混合动力汽车的控制策略
PHEV整车控制系统主要负责对动力元件协调控制包括合理的分配功率给动力元件、协调动力源耦台过程实现各种模式平稳切换等。技术难点在于功率分配控制策略的制定及实现，以及动力元件耦合过程的精确控制等。
由于结构和能量的并向流动因素，并联式混合动力汽车的控制策略比串联式复杂。其策略主要有如下几种。[4]
1）车速因子控制策略
这种控制策略就是以车速为参考指标，将驱动模式分为电机单独驱动、发动机单独驱动及电机发动机联合驱动三种模式。当汽车车速低于所设定的车速时，由电机单独驱动车轮；当车速高于所设定的车速时，电机停止驱动，而由发动机驱动车轮；当车轮负荷比较大时（如汽车急加速、爬陡坡或以较高车速爬坡时），则由发动机和电动机联合驱动车轮。此策略中，利用电动机低速大转矩的特性，有效避免了发动机的怠速及低负荷工况。在这种控制策略中，发动机启动的设定车速可以设计为一个定值。对于荷电消耗型混合动力汽车，设定车速愈低，汽车一次充电的续驶里程愈长。也有将设定车速设计为蓄电池组放电深度的函数。
2）功率因子控制策略
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，此时有利于发动机有效工作，因而发动机被启动，电动机则停止运行。发动机启动的最佳时机是在变速器换挡期间，这有助于获得平稳的驾驶性能。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。
3）工况优化控制策略
法国学者Sebastien DZLPRAT 和Gino PAGANELLI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具体工况时的能量分配优化问题，建立了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。
4.结论与趋势
1）混合动力汽车整车控制策略的制定与其结构形式有密切关联，基于具体运行工况可以优化得到更先进控制策略；
2）建立动态的驱动系统数学模型是整车控制技术研究的重点难点；
3）针对不同操纵习惯及特定工况制定的动态切换复合工况是以后发展趋势。
参考文献：
[1]章桐，贾永轩编著.电动汽车技术革命[M].北京：机械工业出版社，2010.