1.2 典型商用車混合動力系統(tǒng)

混合動力汽車具有不同的分類方法，按照電機(jī)功率占運(yùn)行總功率的比例，可以分為弱混、中混和重混；按照動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與布置分類，則可以分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式混合動力汽車。本節(jié)首先對混合動力系統(tǒng)構(gòu)型進(jìn)行分類，確定最具綜合性能優(yōu)勢的混合動力系統(tǒng)。

1.2.1 構(gòu)型分類

按照整車動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的不同，混合動力系統(tǒng)可以分為串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)三類構(gòu)型，其中，混聯(lián)構(gòu)型又可分為開關(guān)混聯(lián)構(gòu)型和行星混聯(lián)構(gòu)型。

1．串聯(lián)構(gòu)型

串聯(lián)式混合動力電動汽車是由發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)、蓄電池組、電機(jī)、機(jī)械傳動裝置等組成，基本構(gòu)型如圖1-2所示。發(fā)動機(jī)-發(fā)電機(jī)組與蓄電池組為供能裝置，電機(jī)作為唯一的動力輸出裝置，提供車輛動能。

串聯(lián)式構(gòu)型的發(fā)動機(jī)與汽車驅(qū)動輪之間無機(jī)械連接，具有獨(dú)立于汽車行駛工況對發(fā)動機(jī)進(jìn)行控制的優(yōu)點(diǎn)，可以使發(fā)動機(jī)穩(wěn)定于高效區(qū)或低排放區(qū)附近工作。但由于系統(tǒng)中存在二次能量轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)綜合效率較低，另外，三大動力總成（發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)、電機(jī)）設(shè)備規(guī)模比較龐大，布置難度和成本增加。在多停車-起步的市區(qū)行駛工況以及車輛低速行駛時(shí)，串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)得以體現(xiàn)，但由于能量的二次轉(zhuǎn)化伴隨大量損耗，系統(tǒng)綜合效率不高，節(jié)油能力有限。

2．并聯(lián)構(gòu)型

并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)中，發(fā)動機(jī)與電動機(jī)同時(shí)與驅(qū)動輪機(jī)械連接，行駛時(shí)發(fā)動機(jī)和電動機(jī)可以單獨(dú)或共同向整車提供動力，其基本構(gòu)型如圖1-3所示。

并聯(lián)構(gòu)型中發(fā)動機(jī)通過機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)直接驅(qū)動汽車，其能量利用率相對較高；電動機(jī)同時(shí)作為發(fā)電機(jī)使用，因此系統(tǒng)僅有發(fā)動機(jī)和電動機(jī)兩個(gè)動力總成，相比于串聯(lián)構(gòu)型，整車質(zhì)量和成本大大減少。但由于發(fā)動機(jī)與車輛驅(qū)動輪間有直接的機(jī)械連接，發(fā)動機(jī)工作區(qū)不可避免地要受到汽車具體行駛工況的影響，因此，要維持發(fā)動機(jī)在最佳區(qū)域內(nèi)工作，則需要復(fù)雜的控制系統(tǒng)和控制策略。

3．混聯(lián)構(gòu)型

混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)基本構(gòu)型如圖1-4所示，具體可以分為開關(guān)混聯(lián)和行星混聯(lián)兩種類型。

開關(guān)混聯(lián)構(gòu)型無變速器，結(jié)構(gòu)簡單。主離合器結(jié)合時(shí)，發(fā)動機(jī)與系統(tǒng)輸出軸直連，具有更好的傳動效率。但其缺點(diǎn)也十分明顯，發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩沒有變速器的調(diào)節(jié)，系統(tǒng)動力性較差，從而縮小了該構(gòu)型的適用范圍。

行星混聯(lián)構(gòu)型通過對兩臺電機(jī)的調(diào)節(jié)作用實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)到車輪的電動無級變速（EVT），相比于同樣沒有傳統(tǒng)變速器的開關(guān)混聯(lián)構(gòu)型，該構(gòu)型能夠顯著提升系統(tǒng)動力性。此外，行星混聯(lián)構(gòu)型能夠在約束范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩與路載的解耦，從而易于實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)的最優(yōu)控制，能夠獲得良好的燃油經(jīng)濟(jì)性，具有突出的競爭力。當(dāng)前銷量最好的混合動力汽車——豐田普銳斯（Prius）便是行星式混聯(lián)系統(tǒng)。

1.2.2 行星式混合動力系統(tǒng)國內(nèi)外產(chǎn)品現(xiàn)狀

由1.2.1節(jié)可知，行星式混聯(lián)混合動力系統(tǒng)是當(dāng)前最具競爭力的混合動力系統(tǒng)，因此，本節(jié)主要介紹使用行星混聯(lián)系統(tǒng)的國內(nèi)外產(chǎn)品現(xiàn)狀。

1.2.2.1 國外產(chǎn)品現(xiàn)狀

●豐田公司

1997年，第一代普銳斯面市，該車采用了單排EVT構(gòu)型（THS構(gòu)型），可通過發(fā)電機(jī)調(diào)速實(shí)現(xiàn)無級變速功能，是世界上首款行星混聯(lián)式混合動力汽車，其基本構(gòu)型如圖1-5所示。2003年，第二代普銳斯問世。2009年，第三代普銳斯上市。這兩代相對于第一代普銳斯在EVT構(gòu)型方面并未發(fā)生改變。2016年，基于豐田最新開發(fā)的TNGA平臺打造的第四代普銳斯上市，該車的混合動力系統(tǒng)由一個(gè)1.8L發(fā)動機(jī)和主電機(jī)及發(fā)電機(jī)構(gòu)成，其中發(fā)動機(jī)的熱效率高達(dá)40%，機(jī)械結(jié)構(gòu)的簡化也使得系統(tǒng)效率進(jìn)一步提高。相較于之前的版本，2016款普銳斯最高可節(jié)省燃油20%左右，百公里綜合油耗達(dá)到2.5L。

此外，豐田公司隨后又在THS構(gòu)型的基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展，應(yīng)用到高端車型，主要包括兩種構(gòu)型：

1）THS+拉維納式構(gòu)型，主要應(yīng)用到Lexus GS450h、Lexus LS600h等車型。

2）THS+4AT構(gòu)型，應(yīng)用到Lexus LC500h車型。

●通用公司

通用公司推出的AHS（Allison Hybrid System）系列行星混聯(lián)構(gòu)型相比于豐田公司的THS構(gòu)型更為復(fù)雜，多數(shù)集中于對雙排和多排的研究。

2003年，AHS的一款三排雙模構(gòu)型（AHS3PG）被廣泛應(yīng)用到多家客車廠商，如英國Optare公司的Tempo車型、波蘭Solaris公司的Urbino 18 Hybrid車型以及荷蘭APTS公司的Phileas車型等，其基本結(jié)構(gòu)如圖1-6所示。在此基礎(chǔ)上，為滿足全尺寸SUV的要求，通用公司在AHS3PG的基礎(chǔ)上增加了四個(gè)固定速比，該構(gòu)型應(yīng)用到Y(jié)ukon SUV、Tahoe SUV等車型。隨后，通用公司將上述構(gòu)型進(jìn)行改進(jìn)，推出了能夠應(yīng)用于前驅(qū)SUV的“2MT70”構(gòu)型，先應(yīng)用到Saturn Vue Green Line構(gòu)型。

近年來，隨著通用行星混動技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，開發(fā)出一種新的行星混聯(lián)混合動力系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)原理如圖1-7所示，主要應(yīng)用在2016款沃藍(lán)達(dá)、君越30H以及Velite 5車型上。

這套混合動力系統(tǒng)在兩組行星機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加了兩個(gè)電控離合器和一個(gè)機(jī)械單向離合器，通過離合器不同的結(jié)合狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)和兩個(gè)電機(jī)之間的動力分配，系統(tǒng)可以根據(jù)工況需求，工作在單電機(jī)驅(qū)動模式、雙電機(jī)驅(qū)動模式、低轉(zhuǎn)矩模式、固定速比模式以及高速模式。

1.2.2.2 國內(nèi)產(chǎn)品現(xiàn)狀

●科力遠(yuǎn)

科力遠(yuǎn)與吉利聯(lián)合研發(fā)的CHS混合動力系統(tǒng)由發(fā)動機(jī)、主驅(qū)動電機(jī)、輔助電機(jī)、一套拉維娜式雙排行星齒輪機(jī)構(gòu)、三元鋰電池組以及兩個(gè)鎖止離合器組成。其系統(tǒng)構(gòu)型如圖1-8所示。

其中鎖止離合器B1用于鎖止發(fā)動機(jī)，防止曲軸的倒轉(zhuǎn)，降低純電驅(qū)動模式下的控制復(fù)雜度；鎖止離合器B2用于鎖止電機(jī)MG1，避免其工作在零轉(zhuǎn)速附近的低效率狀態(tài)。該CHS系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)純電動模式、功率分流模式、固定速比并聯(lián)模式以及制動回收模式。該系統(tǒng)將兩個(gè)電機(jī)放在同側(cè)，避免電機(jī)靠近發(fā)動機(jī)而在高溫下工作。此外，通過控制鎖止離合器，可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)傳動效率。

科力遠(yuǎn)開發(fā)的另一款行星混聯(lián)混合動力系統(tǒng)HT2800，如圖1-9所示。該系統(tǒng)主要適用于SUV車型。其前排行星架3與后排齒圈耦合，前排齒圈6與后排行星架耦合，主電機(jī)E2與后排太陽輪5剛性連接，輔電機(jī)E1與前排太陽輪4相連。發(fā)動機(jī)通過離合器C0與行星架3相連，同時(shí)，發(fā)動機(jī)可通過離合器C1與后排太陽輪5剛性連接。行星排齒圈6作為整個(gè)電驅(qū)變速器的輸出，與減速機(jī)構(gòu)7齒輪嚙合，傳遞動力至車輪。

該系統(tǒng)保留了兩個(gè)離合器與兩個(gè)制動器用于整車工作模式切換和調(diào)速。其中，C0離合器用來保證發(fā)動機(jī)輸出軸與行星架3的剛性連接；C1離合器用來保證發(fā)動機(jī)輸出軸與后排太陽輪5剛性連接；B1制動器用于鎖止行星排行星架3，將其連接于變速器殼體；B2制動器用于鎖止前行星排太陽輪4，將其連接于變速器殼體。

通過控制離合器和各動力源的狀態(tài)，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)兩種純電動模式和三種混合動力模式，每個(gè)工作模式適用于車輛的不同運(yùn)行狀態(tài)，其核心是保證車輛運(yùn)行過程中動力性能與經(jīng)濟(jì)性能處于較優(yōu)的水平。

●宇通

宇通推出的搭載睿控3.0行星混聯(lián)系統(tǒng)的H8城市公交平臺，通過輕量化、高效電驅(qū)動與制動、智能控制、高效電附件技術(shù)等設(shè)計(jì)優(yōu)化，配合客車專屬控制策略，經(jīng)濟(jì)性更加突出，節(jié)能效果達(dá)到42%以上。同時(shí)，在全生命周期內(nèi)，H8的綜合成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于同類產(chǎn)品。H8系統(tǒng)構(gòu)型如圖1-10所示。

除此之外，宇通已經(jīng)在行星混聯(lián)混合動力系統(tǒng)構(gòu)型方面形成國內(nèi)自主專利布局，其中最基本的構(gòu)型如圖1-11所示。

該構(gòu)型包括兩排行星齒輪機(jī)構(gòu)，前行星排為輸入式功率分流裝置，后行星排的齒圈固定連接在機(jī)殼上，其功能等效為固定速比減速器。發(fā)動機(jī)輸出軸連接前行星排的行星架，輔助電機(jī)連接前行星排的太陽輪，驅(qū)動電機(jī)連接后行星排的太陽輪，前行星排的齒圈與后行星排的行星架相連作為系統(tǒng)輸出端。該構(gòu)型在輔助電機(jī)與前行星排太陽輪之間設(shè)置有鎖止離合器，用于實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)直驅(qū)功能，提高系統(tǒng)傳遞效率。在純電動模式下，如果需要?jiǎng)恿ο到y(tǒng)輸出高轉(zhuǎn)矩，利用鎖止離合器1將前行星排的行星架鎖止，實(shí)現(xiàn)輔助電機(jī)和驅(qū)動電機(jī)的聯(lián)合輸出，滿足較大的坡度或車重等大轉(zhuǎn)矩需求場合。

以該基本構(gòu)型為基礎(chǔ)，衍生了其他構(gòu)型，如圖1-12所示。其主要特點(diǎn)是在基本構(gòu)型的基礎(chǔ)上設(shè)有變速器，主要實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)功能：

1）通過變速器減速增矩，可以選用更小的電機(jī)，降低系統(tǒng)成本。

2）通過多個(gè)檔位的切換，能夠使電機(jī)輸出的功率與車輛所處的工況相適應(yīng)，使電機(jī)處于高效工作的狀態(tài)。

3）當(dāng)不需要電機(jī)工作時(shí)，使變速器處于空檔的位置，減少電機(jī)空載轉(zhuǎn)動所帶來的損耗，延長電機(jī)使用壽命。

1.2.2.3 小結(jié)

總結(jié)現(xiàn)有行星混聯(lián)混合動力產(chǎn)品可以看出，豐田公司和通用公司在行星混合動力領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，無論是技術(shù)還是產(chǎn)量都是全球的領(lǐng)導(dǎo)者；以THS構(gòu)型為基礎(chǔ)的整個(gè)構(gòu)型體系，構(gòu)成了豐田系EVT構(gòu)型的核心；而通用公司為了避開豐田專利封鎖，通過增加行星輪排數(shù)，增加或減少離合器數(shù)目，以及改變行星輪各接點(diǎn)與發(fā)動機(jī)、電機(jī)、離合器及輸出軸間的連接方式，使各構(gòu)型實(shí)現(xiàn)不同功能，產(chǎn)品以雙排或多排構(gòu)型為主。我國行星混聯(lián)混合動力（后簡稱行星混聯(lián)）系統(tǒng)的應(yīng)用相對較晚，但在國家產(chǎn)業(yè)政策以及財(cái)政補(bǔ)貼政策的鼓勵(lì)下，也有相應(yīng)的成熟產(chǎn)品出現(xiàn)，如科力遠(yuǎn)CHS系統(tǒng)以及宇通行星混聯(lián)混合動力系統(tǒng)。

1.2.3 行星混聯(lián)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

本節(jié)著重闡述與行星混聯(lián)混合動力系統(tǒng)相關(guān)的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，包括行星混聯(lián)系統(tǒng)構(gòu)型分析、行星混聯(lián)系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)、行星混聯(lián)系統(tǒng)優(yōu)化控制策略設(shè)計(jì)以及行星混聯(lián)系統(tǒng)動態(tài)協(xié)調(diào)控制技術(shù)。

1.2.3.1 行星混聯(lián)構(gòu)型分析方法

目前，對于行星混聯(lián)混合動力系統(tǒng)的基本分析理論主要有兩種：杠桿法和D矩陣方法。杠桿法是通過將一個(gè)行星齒輪機(jī)構(gòu)簡化為一個(gè)桿模型，可以在很大程度上降低分析復(fù)雜行星混聯(lián)混合動力系統(tǒng)的難度。D矩陣方法是在已知?jiǎng)恿ο到y(tǒng)具體構(gòu)型的基礎(chǔ)上，列出其動力方程來分析該構(gòu)型的可行性，這種方法在復(fù)雜行星混聯(lián)混合動力系統(tǒng)的構(gòu)型分析中比較困難。因此，杠桿法是最為方便而普遍的分析方法，本小節(jié)只講解杠桿法的基本概念和應(yīng)用。

杠桿法可理解為用簡單易懂的杠桿模型來抽象地代替復(fù)雜多變的行星輪系。如圖1-13所示，每一個(gè)行星輪系被抽象為一條線段（稱作杠桿）；行星輪系三個(gè)自由端處的三個(gè)運(yùn)動構(gòu)件（太陽輪、行星架、齒圈）分別被抽象為該線段上三個(gè)點(diǎn)，其中太陽輪和齒圈分別對應(yīng)線段的兩個(gè)端點(diǎn)（圖1-13中為T₁、T₃兩點(diǎn)），而行星架則對應(yīng)該線段上除了端點(diǎn)之外的某一點(diǎn)（圖1-13中為T_H點(diǎn)）；H點(diǎn)將該線段分成兩段——T₁T_H與T_HT₃，T₁T_H與T_HT₃的長度分別代表齒圈R與太陽輪S的齒數(shù)并均一化，其中。模擬杠桿與行星輪系的對應(yīng)關(guān)系見表1-1。

對于轉(zhuǎn)矩而言，若1、H、3三點(diǎn)的轉(zhuǎn)矩分別為T₁、T_H、T₃，則T₁、T_H、T₃可以分別表示過1、H、3三點(diǎn)，方向?yàn)樨Q直方向的有向線段。T_H與T₁、T₃方向相反，并且滿足下面關(guān)系：

對于轉(zhuǎn)速而言，若1、H、3三點(diǎn)的轉(zhuǎn)速分別為w₁、w_H、w₃，則存在如下關(guān)系：

假設(shè)各個(gè)運(yùn)動構(gòu)件在每個(gè)瞬時(shí)處于平衡狀態(tài)，利用杠桿模型可以直接獲取與行星輪系相連的各個(gè)動力總成的運(yùn)動情況和受力情況。關(guān)于行星混聯(lián)系統(tǒng)的構(gòu)型分析，本書的第3章有更詳細(xì)的闡述。

1.2.3.2 行星混聯(lián)系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)方法

混合動力系統(tǒng)參數(shù)匹配的目的是在滿足整車動力性要求的前提下，使系統(tǒng)在不同工況運(yùn)行條件下，各個(gè)動力總成效率特性相互配合統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)盡可能高的系統(tǒng)效率。目前，圍繞行星混聯(lián)系統(tǒng)的匹配設(shè)計(jì)方法，主要包括以下四種。

1．功率匹配法

該方法依據(jù)車輛所要求的動力性設(shè)計(jì)要求（如最高車速、最大爬坡度、0-50km/h加速時(shí)間），結(jié)合車輛動力學(xué)方程依次計(jì)算確定混合動力系統(tǒng)需求的動力源總功率、發(fā)動機(jī)功率和電機(jī)、蓄電池峰值功率等，根據(jù)計(jì)算結(jié)果對發(fā)動機(jī)、電機(jī)、電池等總成進(jìn)行選取。通常情況下，發(fā)動機(jī)用于提供最高車速巡航、恒速爬坡的穩(wěn)態(tài)需求功率，蓄電池/超級電容用于補(bǔ)充需求較大時(shí)的剩余功率。

2．仿真試驗(yàn)法

該方法通常根據(jù)功率匹配法計(jì)算確定各個(gè)動力總成最大功率，在滿足功率需求的前提下，準(zhǔn)備特性參數(shù)不同的動力總成作為子系統(tǒng)候選，通過在CRUISE、ADVISOR等專用仿真平臺上搭建混合動力系統(tǒng)模型的方式實(shí)現(xiàn)不同子系統(tǒng)的組合與對比，并根據(jù)仿真結(jié)果優(yōu)劣，選擇相應(yīng)的動力總成作為最終的技術(shù)方案。

3．功率與效率匹配結(jié)合法

該方法以功率匹配法為基礎(chǔ)，在計(jì)算確定動力總成功率的基礎(chǔ)上，結(jié)合混合動力汽車運(yùn)行的循環(huán)工況和構(gòu)型方案特點(diǎn)，分析各個(gè)動力總成在不同細(xì)化工況下的工作情況，以系統(tǒng)高效運(yùn)行為目標(biāo)確定動力總成的效率特性參數(shù)，最后以所確定參數(shù)選取傳動系統(tǒng)總成，實(shí)現(xiàn)效率匹配。該方法可以解決一般功率匹配方法在混合動力系統(tǒng)參數(shù)匹配中考慮效率的不足，匹配結(jié)果更具實(shí)用性。

4．智能算法優(yōu)化法

該方法目前有兩種應(yīng)用，一種是在采用其他方法完成了主要部件和總成的匹配和選型后，針對個(gè)別總成參數(shù)應(yīng)用智能算法（如遺傳算法）進(jìn)行優(yōu)化。另一種是通過車輛動力學(xué)方程推導(dǎo)總成功率和特征參數(shù)與整車動力性能、系統(tǒng)成本和空間尺寸等設(shè)計(jì)要求之間的關(guān)系，并采用仿真優(yōu)化軟件（如Isight）進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化，獲得P areto解集，確定較優(yōu)的總成特征參數(shù)。

關(guān)于行星混聯(lián)混合動力系統(tǒng)的匹配設(shè)計(jì)，在本書第3章有詳細(xì)介紹。

1.2.3.3 行星混聯(lián)系統(tǒng)能量管理控制策略

行星式混合動力系統(tǒng)包括多個(gè)動力源，具有復(fù)雜的非線性效率特性，其節(jié)能效果依賴于能量管理策略。當(dāng)前，最常見的控制策略主要有基于規(guī)則的控制策略和基于優(yōu)化的控制策略。其中，基于規(guī)則的控制策略包括邏輯門限控制策略和模糊規(guī)則控制策略。

1．邏輯門限控制策略

邏輯門限控制策略主要依據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，通過設(shè)置車速、動力電池SOC上下限、發(fā)動機(jī)工作轉(zhuǎn)矩等一組門限參數(shù)，限定動力系統(tǒng)各部件的工作區(qū)域，并根據(jù)車輛實(shí)時(shí)參數(shù)及預(yù)先設(shè)定的規(guī)則調(diào)整動力系統(tǒng)各部件的工作狀態(tài)，以提高車輛整體性能。

該控制策略主要分為恒溫器型與功率跟隨型控制策略，其中，恒溫器控制策略以蓄電池SOC值作為發(fā)動機(jī)工作狀態(tài)的開關(guān)依據(jù)，當(dāng)動力蓄電池SOC降到設(shè)定低門限時(shí)發(fā)動機(jī)起動；而當(dāng)SOC上升到高門限時(shí)，進(jìn)入到純電動行駛模式。功率跟隨型控制策略下，發(fā)動機(jī)按照行駛功率需求，工作于最低燃油消耗率曲線上，并維持電池的SOC處于正常的水平，以滿足系統(tǒng)起步、加速等工況對蓄電池的需求，發(fā)動機(jī)作為主要?jiǎng)恿敵鲈矗漭敵龉β示o跟整車需求功率的變化，與傳統(tǒng)汽車類似。

2．模糊規(guī)則控制策略

基于模糊邏輯的控制策略本質(zhì)上也是一種基于規(guī)則的控制策略，與基于邏輯門限控制策略不同的是，模糊邏輯策略是基于模糊值，而非精確值來描述控制規(guī)則。模糊邏輯控制策略結(jié)合數(shù)理邏輯和模糊數(shù)學(xué)，根據(jù)人的經(jīng)驗(yàn)、知識和推理技術(shù)模擬人的思維推理和決策方式。因此這種控制策略魯棒性強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)，可不依賴系統(tǒng)精確的數(shù)學(xué)模型。干擾和參數(shù)變化對控制效果的影響小，適合應(yīng)用于非線性、時(shí)變及純滯后系統(tǒng)的控制中。

基于規(guī)則的控制策略中，規(guī)則的制定完全依賴設(shè)計(jì)者經(jīng)驗(yàn)，因此無法最大化地挖掘混合動力汽車的節(jié)油潛力。此外，混合動力系統(tǒng)的控制策略不僅要實(shí)現(xiàn)最佳的燃油經(jīng)濟(jì)性、排放性和動力性，同時(shí)還要適應(yīng)不同的運(yùn)行工況及駕駛風(fēng)格，因此，兼顧上述各方面要求的優(yōu)化控制策略是未來的發(fā)展趨勢。

3．基于優(yōu)化的控制策略

優(yōu)化控制策略可分為全局優(yōu)化和實(shí)時(shí)優(yōu)化兩類。全局優(yōu)化策略是指針對某一既定的駕駛工況，通過使油耗或排放最小化來制定發(fā)動機(jī)或電機(jī)所要達(dá)到的工作狀態(tài)的一種控制策略。從理論上講，全局優(yōu)化策略是最佳的，但是實(shí)現(xiàn)起來有一定的困難，因?yàn)檫@種策略是建立在行駛工況條件已知的情況下的，而在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，行駛工況難以預(yù)料，針對特定路況得到的最優(yōu)并不適用于其他路況。另外，這種策略需要巨大的計(jì)算量。但是，全局優(yōu)化策略可以用于分析、評價(jià)、調(diào)節(jié)其他控制策略，也可以用來為實(shí)時(shí)優(yōu)化策略提供依據(jù)。

實(shí)時(shí)優(yōu)化控制策略主要包括預(yù)測控制、ECMS等效油耗最小策略和基于全局最優(yōu)解提取控制的啟發(fā)式控制策略。預(yù)測控制技術(shù)近年發(fā)展快速，典型代表是模型預(yù)測控制策略，該策略克服了全局優(yōu)化需預(yù)知工況信息的缺點(diǎn)，能獲得近似最優(yōu)解；等效油耗最小策略常基于龐德里亞金最小原理，在線性簡化的基礎(chǔ)上利用增益、反饋等方法對漢密爾頓函數(shù)的算子進(jìn)行實(shí)時(shí)估計(jì)，以實(shí)現(xiàn)在線優(yōu)化；基于全局優(yōu)化解提取控制規(guī)則的方法，最終形成啟發(fā)式控制策略，實(shí)時(shí)性優(yōu)異，但多是基于對最優(yōu)控制軌跡的觀察，通過分析控制行為來實(shí)現(xiàn)規(guī)則提取，未能形成具體方法，另外，全局最優(yōu)解本身受到工況限制，所提取的控制規(guī)則也難以具有普遍的工況適用性。

關(guān)于行星混聯(lián)系統(tǒng)控制策略的具體應(yīng)用，在本書第5章將會有具體闡述。

1.2.3.4 行星混聯(lián)系統(tǒng)動態(tài)協(xié)調(diào)控制技術(shù)

行星式混合動力系統(tǒng)三動力源高度耦合，當(dāng)整車工作模式發(fā)生切換時(shí)，發(fā)動機(jī)與電機(jī)的需求轉(zhuǎn)矩發(fā)生突變，在向目標(biāo)轉(zhuǎn)矩過渡時(shí)會發(fā)生輸出轉(zhuǎn)矩的大幅波動，另外發(fā)動機(jī)的響應(yīng)速度不及電動機(jī)，動力源之間的轉(zhuǎn)矩關(guān)系難以維持穩(wěn)定，造成傳動系統(tǒng)的沖擊，影響整車平順性，導(dǎo)致乘坐舒適性變差，同時(shí)對傳動系統(tǒng)造成傷害，嚴(yán)重的可能引起斷軸等機(jī)械失效問題。

當(dāng)前混合動力汽車的轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)控制研究尚不完善，模式切換協(xié)調(diào)控制的研究尚有以下問題待解決：難以獲取發(fā)動機(jī)較為準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)動態(tài)轉(zhuǎn)矩；難以控制離合器的轉(zhuǎn)矩傳遞。目前模式切換協(xié)調(diào)控制的思路主要是限制發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩變化率，對發(fā)動機(jī)的動態(tài)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行估計(jì)，計(jì)算出待補(bǔ)償?shù)霓D(zhuǎn)矩差異，通過電機(jī)進(jìn)行補(bǔ)償。然而發(fā)動機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)矩難以實(shí)時(shí)精確獲得，對發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩的在線估計(jì)和精確獲取是動態(tài)協(xié)調(diào)算法成功實(shí)施的關(guān)鍵。

目前，國內(nèi)少有針對行星混聯(lián)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制，因此，開展對適用于行星混聯(lián)系統(tǒng)的動態(tài)協(xié)調(diào)控制策略的研究，將豐富該領(lǐng)域的研究成果，促進(jìn)行星混聯(lián)式商用車的推廣應(yīng)用。關(guān)于行星混聯(lián)系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制的具體介紹，在本書第六章進(jìn)行重點(diǎn)說明。