新能源混合動力汽車是指同時裝備兩種動力源﹣﹣熱動力源（由傳統(tǒng)的汽油機或者柴油機產生）與電動力源（電池與電動機）的汽車。通過在混合動力汽車上使用電機，動力系統(tǒng)可以按照整車的實際運行工況要求靈活調控，而發(fā)動機保持在綜合性能最佳的區(qū)域內工作，從而降低油耗與排放。

新能源混合動力汽車

1、混合動力汽車分類

混合動力汽車從對電能的依賴程度，混合動力可以分為弱混合動力Micro Hybrid)、中度混合動力（Mild Hybrid)、重度混合動力（Full Hybrid)、插電式混合動力（Plug in Hybrid，PHEV)。

混合動力汽車定義

混合動力汽車對比

（1）弱混合動力（Micro Hybrid)

弱混合動力也稱輕度混合動力、軟混合動力、微混合動力等，同時擁有內燃機及電動機兩種動力來源，只用內燃機驅動車輛行走，電動機則用作幫助內燃機啟動及在內燃機停止運作時提供電力供應車內電器，又稱為怠速熄火系統(tǒng)（Start - stop System)。

（2）中度混合動力（Mild Hybrid)

中度混合動力不但同時擁有兩種以上的能量來源，而且具有兩種動力來源可同時驅動車輛（例如一臺發(fā)動機搭配一臺電動機）。其中一種作為主要動力來源，可獨立驅動車輛，其他則是次要動力來源，用來補助主要動力，強化性能、減輕負擔。

中度混合動力有實用型和性能型兩種設計理念，實用型以低輸出的主要動力配上次要動力后變成標準輸出，主要目的是提高能源效率；性能型以標準輸出的主要動力配上次要動力后變成高輸出，在提高能源效率的同時增進性能表現(xiàn)。

（3）重度混合動力（Full Hybrid)

重度混合動力也稱全混合動力、強混合動力（Strong Hybrid）等，是完全成熟的混合動力系統(tǒng)。既可以完全單靠任一的動力來源作為主要動力，也可以兩者同步驅動產生更大的動力。重度混合動力系統(tǒng)的控制必須有效地運用各種動力來源，以達到既有適當動力又可節(jié)省燃料的目的。

（4）插電式混合動力（Plug in Hybrid，PHEV)

插電式混合動力和充電式電動車一樣能靠外來電源為車輛充電，但因為屬于混合動力系統(tǒng)，它在缺乏電源時仍可靠內燃機發(fā)動機驅動，優(yōu)點是續(xù)航力和實用性高，缺點是成本和重量大。

插電式混合動力汽車底盤結構

2、混合動力系統(tǒng)分類

（1）并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)

在并聯(lián)式混合動力（Parallel Hybrid）系統(tǒng)中，內燃機及電動機輸出的動力可以通過各自的動力傳輸途徑獨立地將驅動扭矩傳遞給驅動輪，內燃機及電動機的動力各自分開、互不相干，因此被稱作并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)。內燃機和電動機的動力最后由減速裝置合并在一起。并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)通常都不能獨立驅動車輛行駛，往往會被歸類為中度混合動力。

并聯(lián)式油電混合動力系統(tǒng)

（2）串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)

串聯(lián)式混合動力（Series Hybrid)系統(tǒng)由一臺功率僅供滿足行進時平均功率的內燃機（也可以是外燃機）作為發(fā)電機發(fā)電，電力用以為電池充電及供電給電動機，電動機用來驅動車輪。

串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)

（3）混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)（動力整合／分配式混合動力系統(tǒng)）

混聯(lián)式混合動力（Series-parallel Hybrid）系統(tǒng)，又稱為動力整合式混合動力系統(tǒng)或動力分配式混合動力(Power - split Hybrid）系統(tǒng)，兼具并聯(lián)式及串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的功能及特性，系統(tǒng)同時擁有功率相當?shù)陌l(fā)動機與馬達，所以可依據(jù)路況選擇使用電動模式、汽油（或柴油）模式或混合模式；設有由內燃機推動的發(fā)電機，產生充電或電動機所需電力。

混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)

3、混合動力汽車的工作原理

混合動力汽車通?？梢苑譃槲宸N工作模式：啟動模式（Starting)、巡航模式(Cruising)、超車模式(Passing)、制動模式（Braking）以及駐車模式（Stopped)。模式的切換取決于駕駛員的駕駛行為、電池儲能狀態(tài)以及發(fā)動機的工作狀態(tài)。電池能量來源于電機發(fā)電；發(fā)電過程發(fā)生在正常駕駛模式、巡航模式以及制動模式。通常電機作為驅動時，電池能量需要高于一定的儲能范圍；當電池能量低于一定范圍時，電機作為發(fā)電機為電池充電。

混合動力汽車工作原理

4、混合動力系統(tǒng)建模方法

基于不同的仿真要求，通?；旌蟿恿ο到y(tǒng)的數(shù)學模型可以分為三個階段。

三種模型都需要詳細的系統(tǒng)建模，建?？梢苑譃檫\動學模型（逆向模型）、準靜態(tài)模型（正向模型）和動態(tài)模型。

（1）運動學模型

運動學模型為逆向模型，模型輸入為車速、道路坡度等。運動學模型假設汽車行駛能達到目標車速，即實際車速為已知條件，這樣可以減少計算量。運動學模型（逆向模型）能保證汽車速度和目標車速一致，但是不能保證實際情況中的車速滿足目標值（實際發(fā)動機的動態(tài)響應不一定能達到模型計算出來的發(fā)動機的轉速和扭矩輸出）。通常在仿真計算中，會加上一些"安全保護"，用于限制發(fā)動機和電機的工作范圍。當計算得到的發(fā)動機和電機的工作參數(shù)超過實際工作范圍時，仿真計算就會停止。

運動學模型

發(fā)動機轉速由車速和變速器傳動比來決定。

驅動扭矩由汽車行駛的特性決定，如車的質量、氣動阻力以及行駛阻力。

發(fā)動機油耗根據(jù)發(fā)動機轉速和扭矩通過查發(fā)動機的特性圖來獲得，同時排放也可以由同樣的方式獲得。

（2）準靜態(tài)模型

準靜態(tài)模型包括駕駛員模型，用于讓整車模型跟蹤目標車速（Desired Speed)。通常駕駛員模型由比例積分微分（PID）控制器驅動油門踏板和制動踏板，來調節(jié)實際車速和目標車速之間的誤差。油門踏板信號和制動踏板信號用于產生需求的功率輸入。通常功率通過計算微分動態(tài)公式得來。一旦發(fā)動機驅動力矩和轉速確定后，發(fā)動機的油耗和排放可以由發(fā)動機的靜態(tài)運轉特性圖得到。準靜態(tài)模型能提供一個相對可靠的油耗和排放(NOx）的結果，但是對于碳煙排放、瞬態(tài)加速、渦輪滯后等問題，還是有局限性。這些問題需要利用更詳細的模型來對發(fā)動機的動態(tài)燃燒建模才能解決。

準靜態(tài)模型

（3）動態(tài)模型

動態(tài)模型中，發(fā)動機瞬態(tài)模型和整車動力模型一起來表述準確的瞬態(tài)特性。通常發(fā)動機由各個詳細的一維流體動力學模型組成，包括燃燒動力模型、進排氣模型、渦輪模型等。各個子模型之間由氣路管道連接。各個子系統(tǒng)通過質量守恒、動量守恒以及能量流動來相互耦合。各個子系統(tǒng)的溫度、壓力、流量、做功和損耗都能通過計算有限子系統(tǒng)微分方程而得來。這樣的建模方法能很好地表征以及描述車輛、發(fā)動機的瞬態(tài)響應。動態(tài)模型需要大量的計算資源，通常用于發(fā)動機開發(fā)以及研發(fā)。從混合動力系統(tǒng)控制來講，準靜態(tài)模型能很好地平衡模型精確性和計算成本。

模型精確度與計算成本

隨著環(huán)保意識的逐步加強以及全球油價的不斷攀升，混合動力汽車逐漸成為各大汽車廠商研發(fā)的熱點?；旌蟿恿ζ囃ㄟ^將傳統(tǒng)的內燃機和電動機結合在一起，不僅具有低排放、節(jié)能的特點，而且可以充分利用能量回收等技術，進一步提高燃油效率，降低運營成本?；旌蟿恿夹g的研究無論從理論研究還是實際應用的角度來看都是具有重大意義。

綜上所述，建立并聯(lián)式混合動力汽車模型，可以通過仿真分析和優(yōu)化設計，同時通過硬件在環(huán)仿真測試，找到最佳的設計方案和性能優(yōu)化策略，節(jié)省汽車前期研發(fā)成本，為混合動力汽車行業(yè)的發(fā)展做出貢獻。