文献综述

1. 研究背景

汽车的产业发展不仅给人类日常生活带来极大的便利，较大程度地提高了人们的工作效率和加快了生活节奏，同时，汽车也促进了公路建设和交通运输的繁荣，改变了城市的布局，促进经济、文化的交流，对现代社会的发展做出了巨大贡献。然而，在汽车工业的蓬勃发展和全球汽车保有量的不断增高的同时也带来了一系列的社会问题，全球气温的变暖，大气质量的恶化，石油资源的匮乏都是人类亟待解决的问题。在面对能源和环境两大世界问题，提高传统能源利用效率，寻找新能源、替代能源，减少和摆脱对传统化石能源的依赖是我们的必然选择，新能源汽车和电动汽车因此逐渐受到了越来越多的关注。在众多新能源和替代燃料中，天然气（NG）资源作为清洁能源，分布广泛，是世界上储量最丰富的能源之一，天然气燃烧时，可与空气较为容易地混合成均匀可燃混合气体，燃烧充分，大幅降低CO、HC和微粒的排放。此外，天然气在车辆领域内的应用技术最成熟和广泛，是具有现实意义的汽车替代燃料。液化天然气（LNG）作为车用替代燃料具有排放低、成本低等优点，由于其能量密度较大，突破了燃气汽车续驶里程较短的问题。电动汽车中的纯电动汽车和燃料电池汽车由于其续驶里程较短，燃料电池技术尚未突破，电池容量和寿命又导致其成本较高，目前还没有大规模投入市场。混合动力汽车具备发动机和电机等两个或者两个以上动力源提供动力，既保持了内燃机的动力强劲和续驶里程较长的优点，同时又有电机的灵活性辅助，在行驶过程中优化动力分配，提高内燃机效率，提高燃料利用率。同时电机可通过再生制动回收部分制动能量，提高能源应用效率，具有排放低、能耗小、续驶里程和普通汽车等同、不影响大功率汽车电器使用、可利用已有的加油基础设施等优点，具有巨大实际意义日后可用以替代传统车辆LNG/电混合动力客车不仅采用液化天然气作为发动机燃料替代石油资源，可以很好的解决石油匮乏和尾气排放导致的环境污染问题，同时在动力系统中增加电动机作为第二动力源，通过合理的动力元件参数匹配和控制策略的制定，可以更加合理地分配动力，使燃料利用效率进一步得到提高。因此，LNG/电混合动力城市客车是具有研究价值和应用前景的低油耗车辆。

1. 国内外研究情况

城市公交作为城市公共交通的重要组成部分，由于特殊的运行条件，行驶过程中有大量的低速运行时间、频繁的起停、怠速等原因导致发动机常常在低效率下工作，燃油经济性和排放性差，而采用混合动力城市客车可以很好的解决这一问题。因此，混合动力城市客车的研发与推广使用已经得到了世界许多国家的广泛关注。

1. 国外研究现状

目前，外国的各大汽车公司为了抢占新能源汽车发展研究高地，均已开展对混合动力汽车的研究，并有大规模生产的混合动力汽车产品上市。美国的 PNGV计划、欧洲的“Tile Car of Tomorrow”计划、日本的“Advanced Clean Energy Vehicle Project”计划均将混合动力汽车的研发作为汽车发展的方向。美国是世界上对汽车尾气排放限制最严的国家之一，同时也是较早进行电动汽车研制的国家之一。美国政府制定了降低车辆对石油产品的依赖，确保能源安全的战略目标，将发展电动汽车作为重要措施。早在 1993年 9 月，美国开展新一代汽车伙伴PNGV计划，计划 2004 年推出能用于投放市场的样车。世界上第一辆天然气/电动混合动力客车于 2008 年在美国圣迭戈城市交通运输公司诞生。此外，福特汽车公司同南加州爱迪生电力公司等单位合作研发出Escape插电式混合动力汽车。福特公司 2004 年开始在美国销售Escape混合动力版SUV车型，且近来每年都有万辆以上的市场销量；2009 年，福特公司在北美市场投放Fusion、Mercury Milan两款混合动力产品，2010 年有开始销售混合动力汽车Lincoln MKZ；目前，最新版的Escape和Mondeo混合动力汽车已经在 2015 年 1 月发布。通用汽车公司在 2007 年首次向市场投入土星VUE 和土星Aura 两款混合动力汽车，已于 2011 年停售统计数据显示，这两款车各自销售了约 1 万辆、1600 辆。2008 年通用公司向市场推出了分别是 Chevy Tahoe、Cadillac Escalade等4 款混合动力汽车，截至 2011 年，上述四款车型总销量达到了8990 辆、5362 辆、6684辆和 4788 辆。2010 年又再出Buick Regal和Buick La Crosse两款混合动力汽车，但当年销售况不佳[20]。克莱斯勒公司在混合动力汽车领域表现较差，鲜有畅销产品。总的来说，美国本土汽车公司的混合动力汽车产品在市场占有率总体不高。欧洲是传统汽车强国的聚居地，大众、宝马、标致、奔驰、莲花等众多世界著名的车企总部均位于欧洲各国众多车企应对汽车行业节能减排的大趋势已有各自的应对措施。目前，德国宝马汽车公司已有高效混合动力 3 系、5 系、7 系及 X6 等多款车型在售，成功的将电机的制动能量回收和发动机节能启停相结合，较好的实现了能效的提高。英国 Revolve 公司着重于混合动力系统的研发，其产品成功用在英国 Wright 公交车制造公司的单层和双层混合动力城市客车上，并正式投入线路运营。

四．国内研究现状

我国对混合动力汽车技术的研发十分重视，“九五”时期，开始对电机、电池等电动汽车核心技术进行研究。在“十五”期间，开始进行 863 计划电动汽车重大专项，建立了“三纵三横”（三纵：混合动力汽车（HEV）、纯电动汽车（PEV）、燃料电池汽（FCEV）；三横：多能源动力总成控制系统、电机及其控制系统和电池及其管理系统）的研发布局，在混合动力汽车领域取得了众多创新成果。在“十一五”期间，国家组织开展了 863 计划节能与新能源汽车的重大项目，对电动汽车的动力系统技术平台与电动汽车中的关键零部件进行研发。在我国经历了两个五年计划的技术攻关，同时在北京奥运会、上海世博会等重要活动中对电动汽车的示范应用推广，使我国混合动力客车的关键技术日趋成熟。众多节能与新能源汽车技术创新平台的建立，为中国新能源汽车战略新兴产业的形成奠定了良好的基础。《国家“十二五”科学和技术发展规划》明确了加快推动电动汽车科技发展的步调。我国科技部颁发的《电动汽车科技发展“十二五”专项规划》中建议要加大力度，持续支持电动汽车的科技创新。在能源和环境两大难题的压力之下，混合动力汽车已经得到了众多学者的关注，我国诸多科研单位、高校和企业都在对混合动力汽车进行大力研发。吉林大学曾小华，王庆年采取正交优化的设计手段对混合动力汽车进行优化，降低了仿真次数，缩短设计周期，于秀敏等结合混合动力汽车的特性阐述CAN总线的软、硬件实现方法，对混合动力柴油发电机组完成了有效控制。清华大学李克强教授也对CAN总线技术在混合动力汽车上的应用展开研究，并针对混合动力汽车的特点设计了对网络信息进行分类和优先权分配调整的具有强扩展性、兼容OSEK-NM和CCP的新的CAN总线协议。清华大学谢启成根据模块化的设计方法，对混合动力汽车开发试验台进行了研究，为混合动力汽车开发提供新型的试验平台。合肥工业大学的赵韩提出了采用高速和低速双CAN总线结构通过信息交换模块实现对高速和低速CAN网络中的信息进行数据交互处理，实现对混合动力汽车的实时控制，并采用带精英策略的快速非支配排序遗传算法，以加速时间和百公里燃油消耗为优化目标对混合动力汽车的速比进行参数优化，降低了油耗。中国第一汽车集团公司从“九五”期间开始研发红旗混合动力轿车，“十五”期间再次承担了国家的 863 计划中的电动汽车重大专项“解放牌混合动力公交客车研究开发”的工作，目前一汽已有油电、气电混合动力客车在售。奇瑞汽车公司于 2001 年成立了专职负责研究电动汽车关键技术的“清洁能源汽车专项组”，建立了“国家节能环保汽车工程技术研究中心”，并完成了 ISG 中度混合动力汽车和纯电动汽车样车的研发。奇瑞公司推出混合动力车型 A3 采用双离合器并联形式，配置强混合动力系统，可将每百公里油耗控制在 3.1L 以内。比亚迪公司在电池、电机、电控方面有较强的技术积累，产品“秦”搭载其自主研发的锂离子电池及能源管理系统，产品最高的车速可以达到 185km/h，在 0~100km/h 加速范围内的加速时间仅有 5.9s，国家工信部综合工况油耗下每百公里油耗 1.6L/100km，纯电动续驶里程为 70km，是现阶段国内最为热销的混合动力汽车。比亚迪公司研发的双模混合动力模式是国内较为先进的混合动力驱动系统。安凯客车公司双电机的串联式气电混合动力客车产品 HFF6120G03SHEV 的动力电池组采用磷酸铁锂电池，发动机选取为 YC4G180-40，其动力性和舒适性均较好。2012 年，安凯研发的 13.7 米插电式混合动力客车采用混联式驱动系统的结构布置方式，在各种工况下平均节油率达到 40%以上，可在城市道路和高速公路上同时实现节油的功能。郑州宇通的混合动力城市客车的储能系统大多采用超级电容，一般为深度混合，最大混合度超过 50%并采用复合制动技术，能够实现大功率制动能量回收，缓速能力强，行驶平顺，节气效果好.

五．总结

1.串联式混合动力系统在当前混合动力汽车中较少使用，插电并联混合动力系统应用较多，但混联式和复合式混合动力系统更具发展前景。

2.工况识别和预测算法对控制策略的优化更具深远意义，值得研究者们深入研究。在今后研究提高控制策略燃油经济性的同时应兼顾车辆的排放性、操纵性和电池组寿命。