基于无级变速器的并联式混合动力汽车能量管理策略

时间：2026-01-18

针对一种采用金属带式无级变速器(CVT)的并联式混合动力汽车(PHEV),以发动机稳态效率图和电池的充放电内阻曲线为依据,提出了基于逻辑门限方法的PHEV能量管理策略,实现混合动力系统的不同工作模式间的动态切换。并通过确定不同工作模式中混合动力系统的最佳工作曲线,合理控

基于无级变速器的并联式混合动力汽车能量管

理策略

张承慧，吴剑，崔纳新

山东大学控制科学与工程学院，济南(250061)

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0. 前言

摘要：针对一种采用金属带式无级变速器(CVT)的并联式混合动力汽车(PHEV)，以发动机稳态效率图和电池的充放电内阻曲线为依据，提出了基于逻辑门限方法的PHEV能量管理策略，实现混合动力系统的不同工作模式间的动态切换。并通过确定不同工作模式中混合动力系统的最佳工作曲线，合理控制发动机和电动机的转矩分配以及CVT的速比。基于ADVISOR的仿真研究表明，该能量管理策略能够在满足车辆动力性能指标的前提下有效地降低混合动力汽车的燃油消耗，并能将电池组电池荷电状态(SOC)维持在合理的范围内。关键词：并联混合动力汽车金属带式无级变速器能量管理策略逻辑门限方法中图分类号：U469.72

数据量非常大，实用性较差。因此，本文针

对一种采用CVT传动的PHEV，以发动机的效率曲线图和电池的充放电内阻曲线为主要依据，提出了基于逻辑门限方法的PHEV能量管理策略，基于需求功率实现了混合动力系统不同工作模式的切换，并通过确定不同工作模式中各传动部件的最佳工作曲线合理控制发动机和电动机之间的转矩分配及CVT的速比。基于ADVISOR 的仿真研究表明，该能量管理策略能够有效地提高混合动力汽车的燃油经济性和动力性能，并能很好地控制电池组电池荷电状态(SOC)在工作区内变化。

作为一种新型的多能量源交通工具，混

合动力汽车的性能与其采用的能量管理策略密切相关[1]。在满足汽车动力性能的前提下，能量管理策略应当能够根据汽车驱动系统的特性及实时运行工况，实现在发动机、电动机之间合理的转矩分配，获得整车最大的燃油经济性能以及平稳的驾驶性能。

并联式混合动力汽车(PHEV)一般采用发动机和电动机两套独立的驱动系统，与纯电动汽车相比，能够有效地降低汽车的自重和制造成本，是一种十分具有发展前景的结构形式。金属带式无级变速器(CVT)作为一种技术先进的变速器产品，将其应用于PHEV，可以省去传统汽车中CVT所必需的变矩器等机械装置，能够充分发挥二者的优势，从而更加有效地提高车辆的整体性能

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1. PHEV动力总成构型及工作模式

CVT具有连续变化的传动比，可以使发动机转速独立于车速的变化，将发动机的工作点维持在燃油高效区，因此采用CVT能在很大程度上提高汽车的动力性和燃油经济性。现有的一些混合动力汽车（如本田Insight、尼桑Tino等）也使用了CVT变速。图1为一种装配CVT的并联式混合动力汽车动力总成构型图，采用双轴式转矩结合驱动方式，发动机通过传动系统直接驱动车辆，并可以带动电动机向电池充电，电动机

。

目前并联式混合动力汽车的能量管理

策略主要有四种：基于逻辑门限的能量管理策略、模糊逻辑能量管理策略、全局优化能量管理策略和瞬时优化能量管理策略。由于逻辑门限方法快速简单、实用性强，采用其它三种能量管理策略需要采集和运算的国家自然科学基金（50477042），高等学校博士点基金

（20040422052）

[3]

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也可以用来启动发动机或驱动车辆。

机械连接电气连接油路连接

图1 并联式混合动力汽车动力总成构型图

由于发动机和电动机两套驱动系统分别具有不同的高效工作区，为了充分发挥并联式混合动力系统的优势，汽车在不同的行驶工况下，应具有多种不同的工作模式。此并联式混合动力汽车的主要工作模式可以分为以下5种：电动机单独驱动模式；发动机单独驱动模式；发动机单独驱动并带动电动机发电模式(行车充电)；发动机和电动机混合驱动模式；电动机再生制动模式。

转矩T/(N m)

-1

转速n/(kr min)

图2 某汽油发动机效率曲线图

为了提高电池的充放电效率，延长电池寿命，需要合理设置电池荷电状态(SOC)的工作范围[6]。根据如图3所示的单个电池模块内阻曲线，将电池SOC的工作区间置于内阻相对较低的区域[Sc,l、Sc,h]，以减少电池的充放电损失。图3中的Sc,t为行车中发动机拖动电动机给电池充电时的SOC上限。

40 35

内阻R/m

放电

充电

Sc,l

Sc,t

Sc,h