摘要：混合动力汽车兼顾了汽油车和电动车的优势，具有较低的油耗和排放。本文首先介绍了混合动力的三种形式，分别阐述了每种技术的优势与不足，并结合并联式驱动方式详细分析了动力控制策略对混动车辆的影响。
1.背景
现阶段，汽车排放问题越来越严重，正成为城市污染的主要因素之一，随着汽车保有量日渐增加，对于石油的需求急剧增加。但传统内燃机在降低油耗的技术研发空间有限，目前还没有一种能源能够使其性能与传统燃油车相匹敌，根源在于这些能源系统都不能提供足够高的比能量和比功率。现阶段，对于新能源和新动力车辆的研究日渐兴起，其中混合动力车正成为解决这些问题的最可发展方案之一。
2.混动方式
目前混动车辆常用的驱动方式有三种：一种是串联式驱动，一种是并联式驱动，还有一种是混联式驱动。
其中，串联式驱动方式指的是依靠发动机将汽油的化学能转化成电能，这些电能可直接驱动电动机，多余的电能通过功率转换器后存储于电池组中，以备电池组驱动电动机。在控制策略中，汽车中电池SOC(State Of Charge)值允许的情况下，电池组优先供电给电动机，当电池组能量管理系统(Battery Management System: BMS)检测到电池组没电时，发动机介入工作，带动发电机发电供给电动机和电池组。此外，还存在制动能量回收模式，在汽车制动时，车辆进行动能回收，驱动发电机发电，最终反馈给电池组进行储能。目前，串联式驱动方式下的动力控制策略主要有两种，分别为恒温器控制模式和发动机跟踪器模式。
串联式的能量流动路线以电能的形式存在，其本身具有很多优势，例如结构简单，在发动机与电动机之间没有硬机械连接，只存在电气连接，降低了出现机械故障的概率。但串联式也存在一些问题，其中最大的问题在于发动机、电动机、发电机和电池组构成的系统传输环节多，造成整体的能量转换效率低。因此在选择混合动力控制策略时，需要考虑系统的整体效率，导致控制策略变复杂。为了满足车辆的速度需求，需要选择高效率的发动机、额定功率高的发电机和电动机，同时需要选择电容量大的电池组，造成串联式成本较高。
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图1 串联式驱动方式
并联式驱动方式是由两种牵引机同时与驱动轴相连，既可以各自单独驱动车辆，也可以共同协调一致驱动车辆，因此该方式存在电池组与发动机驱动两种模式。具体地，第一条能量流动曲线为发动机动能通过变速器、差速器，最终驱动汽车运行，这一条能量流动路线与传统汽车相同。不同的是，当驱动车辆运行的功率小于发动机的输出功率时，该发动机产生的动能便经过发电机以电能的形式存储在电池组中，通过一定的混合动力控制策略，电池组可实现单独驱动汽车运行。同样地，并联驱动模式同样存在制动回收模式。目前本田的Insight就是采用该种混动方法。
并联式驱动与串联式驱动不同，其本身以机械形式进行动力传递，发动机与电动机产生的能量通过动力复合装置驱动汽车，本身是基于传统汽车发展而来。具体地，在传统汽车能量流动路线上添加了电池组驱动模式，本身电机既可以做发电机，也可以做电动机，因此并联式通用性好，车辆本身性能较好，在满足车辆功率的需求下，可以减少电机和发动机的尺寸。但其也存在一定问题，两套驱动方式让设备的结构变复杂，要想实现两套驱动方式的最有效控制，需选择自动变速器和一定数量的自动离合器，同时需要选择更加复杂的动力控制策略，这都无形中降低了该设备的可靠性。
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图2 并联式驱动
混联式驱动方式为串联式驱动方式和并联式驱动方式的结合，既包含并联式混合结构中的连杆机构，也包含串联式混合结构中的电气联动机构。具体地，发动机产生的动力可直接通过行星齿轮，将动能输送到汽车驱动桥。也可以通过发动机联合发电机产生电力，并通过控制器进行控制，采用合理的动力控制策略，驱动电动机运行。目前的丰田混动基本都采用该混合驱动模式。
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图3 混联式驱动方式
混联式驱动方式兼顾了串联式与并联式两种驱动方式的优点，但现阶段仍然存在很多问题，主要在于发动机、发电机、电动机三者存在多种的动力分配和动力复合装置，导致动力控制策略十分复杂，且成本极高。要想实现最佳的动力控制，必须使用更加优秀的控制策略，这也是目前的研究方向之一。
3.控制策略
在混合动力汽车驱动方式确定下来后，如何优化控制策略是实现混合动力汽车低油耗的关键所在。在满足汽车的动力性和其他技术指标以及成本的前提要求下，针对各部件的特征以及汽车的运行工况，控制策略要实现能量在发动机、电动机、发电机和电池组之间的合理而有效分配，让整车系统效率最高，从而获得最大的燃油经济性，降低排放。目前混动车辆的控制策略仍然不成熟，现阶段的控制策略一般根据电池的SOC值、驾驶员油门踏板位置、车速以及驱动轮平均功率等来作为控制依据。所以本文介绍一种并联式驱动方式的控制策略，以探究混动车辆控制策略的基本流程。
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图4 并联式混动控制策略
该混动控制策略以电池SOC值为指标，分为四种控制场景，分别为纯电机、纯发动机、混动模式、电池组充电模式，下面本文将详细阐述这四种场景。
当车辆处于启动或者低速运行状态时，速度小于设定值，根据当前的SOC值，决定车辆处于电机单独驱动模式还是发动机单独驱动模式。
当车辆行驶需要的驱动转矩小于发动机理想工作区域的最小转矩时，根据当前的SOC值，决定车辆处于电机单独驱动模式或者发动机单独驱动模式。
当车辆行驶需要的转矩大于发动机当前转速下的最高输出转矩时，根据当前的SOC值，决定车辆处于混动驱动模式还是发动机单独驱动模式。
当车辆行驶需要的转矩处于发动机理想工作区域内时，决定发动机处于单独驱动模式或者发动机驱动模式并对电池组充电模式。
4.结论
使用电机和电池组就能实现的不同类型的混动车辆能够极大地降低车辆的自重和成本，是一种十分有前景的混动模式。对于混合动力系统，如何对电池组的SOC值进行合理而且有效的能量管理是获得最佳燃油经济性的关键。但目前这些控制策略还不是十分成熟，未来对于控制策略的优化是一个很重要的发展方向。