1.4　混合动力汽车的控制系统

在混合动力汽车上普遍采用以计算机为核心的现代计算机技术和自动控制技术，各种智能控制系统包括自适应控制技术、模糊控制技术（fuzzy）、专家控制系统（expert system）、神经网络控制系统（neural networks）等也逐渐应用到混合动力汽车上，使混合动力汽车更加安全、节能、环保和舒适。

（1）混合动力汽车控制系统的功能

①使混合动力汽车的动力性能能够达到或接近现代内燃机汽车的水平，逐步实现混合动力汽车的实用化。

②最大限度地发挥了电动机驱动的辅助作用，使混合动力汽车的燃油消耗量尽量降低，实现发动机的节能化。目前混合动力汽车燃油消耗量已达到3L/100km左右的水平。

③在环保方面，达到“超低污染”的环保标准。

④在混合动力汽车上实现多能源动力控制，混合动力汽车关键的控制技术，是对内燃机驱动系统和对电动机驱动系统实现双重控制。发动机与电动机的动力系统应进行最有效的组合和实现最佳匹配，发动机和驱动系统及电动机和驱动系统都能具有高效率，能够回收再生制动能量，延长混合动力汽车的行驶里程，改进混合动力汽车的节能性。

⑤在操纵装置和操纵方法上继承或沿用内燃机汽车主要的操纵装置和操纵方法，适应驾驶员的操作习惯，使操作简单化和规范化。在整车控制系统中，采用全自动、机电一体化控制系统，达到安全、可靠、节能、环保和灵活的目的。

混合动力汽车一般是内燃机汽车的替代和延伸，继承和沿用了很大一部分内燃机汽车的传动系统，保留了人们已经习惯的内燃机汽车的操纵装置，包括发动机控制装置加速踏板（控制发动机的节气门和电动机）、制动踏板（控制制动反馈和机械式ABS制动）以及离合器、自动离合器、变速器的操纵装置等。由这些操纵装置发出控制信号，通过以计算机CPU为核心的中央控制器和各种控制模块，向内燃机的驱动系统或电动机驱动系统发出单独驱动指令或混合驱动指令，来获得不同的驱动模式，按照驾驶员的意图，实现混合动力汽车启动、行驶、加速、爬坡、减速和制动时驱动模式转换的控制。

（2）混合动力汽车控制系统的基本组成

①控制系统　由操纵装置、中央控制器和各种控制模块共同组成。

②发动机和驱动系统　发动机和发动机驱动系统的控制系统。

③电动机和驱动系统　电动机和电动机驱动系统的控制系统。

④信号反馈及检测装置　包括各电量检测装置（电压表、电流表等）、显示装置和自诊断系统等。

（3）混合动力汽车的控制策略

混合动力汽车控制策略设计的主要目标是开发近似优化且实际可行的动力管理策略，确定转矩分配方案和换挡方案，使油耗最低，同时满足下列约束：满足驾驶员的动力要求；保持电池的充电状态；满足一定的驾驶性要求。

有多种混合动力汽车控制策略，以下讲述比较简单的基于规则的混合动力汽车稳态能量管理策略。

基于规则的稳态能量管理策略根据部件的稳态效率MAP图来确定如何进行发动机和电动机之间的动力分配。将混合动力汽车控制分成了三种模式，即正常行驶模式、充电模式及制动能量回馈模式，同时将发动机的效率MAP图划分为纯电动、发动机驱动和电动机功率辅助三个区域，如图1-4所示。在不同模式下，根据发动机的稳态效率MAP图决定发动机和电动机的动力分配方式。

①正常行驶模式　在发动机效率MAP图上分别用发动机工作最小功率曲线和电动机助力最小功率曲线将发动机效率MAP图划分成三个区域，即纯电动区域、发动机驱动区域、电动机辅助功率区域。功率分配规则是如果需求的驱动功率小于发动机工作的最小功率，则由电动机提供全部的驱动功率；如果需求的驱动功率超过该限值，则由发动机取代电动机驱动车辆前进；如果需求的驱动功率大于电动机助力最小功率，则由电动机提供额外的驱动功率。在正常行驶模式下，发动机总是工作在“发动机工作最小功率”和“电动机助力最小功率”之间效率最高的区域。

②充电模式　对电池能量的管理采用了充电维持策略，即始终保持电池的荷电状态（SOC）值位于最高效率区的上、下限值之间（设定为55％～60％）。当SOC值小于55％时，应切换至充电模式（当且仅当SOC值大于60％时充电过程完成），并计算电池的充电功率，该功率同时也作为电动机的目标功率。发动机的目标功率为需求的驱动功率与充电功率之和。充电模式中存在一个特例，当发动机的目标功率小于发动机工作最小功率时，为避免发动机在效率极低的区域内工作，仍然依靠电动机提供驱动力。

③制动能量回馈模式　驾驶员踩下制动踏板，表明了驾驶员对负驱动功率的需求，应进入制动能量回馈模式，吸收混合动力汽车制动时的能量。当制动能量超过可回馈的制动能量时，液压制动系统将提供剩余的制动能量。

基于规则的稳态能量管理策略主要依靠工程经验和试验，限定发动机的工作区域和工作方式，达到降低燃油消耗和排放的目的，方法比较简单直观，因此更具有实用价值，在实际混合动力汽车的能量管理系统中得到了广泛的应用。