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第1章 概述1

1.1 混合动力汽车的总体结构1

1.1.1 串联式混合动力1

1.1.2 并联式混合动力2

1.1.3 串-并联式混合动力3

1.2 混合动力汽车系统的组件4

1.3 混合动力汽车系统的分析5

1.3.1 混合动力汽车的功率流5

1.3.2 典型的驱动周期6

1.3.3 汽车的操纵灵活性6

1.3.4 汽车的燃油经济性和排放量6

1.4 混合动力汽车的控制7

参考文献8

第2章 混合动力汽车的基本组成9

2.1 原动机9

2.1.1 汽油发动机9

2.1.2 柴油发动机10

2.1.3 燃料电池11

2.2 采用DC-DC变换器和DC-AC逆变器的电动机13

2.3 能量储存系统15

2.3.1 混合动力汽车能量储存系统的要求15

2.3.2 混合动力汽车车用电池的基本类型16

2.4 混合动力汽车的传动系统20

参考文献20

第3章 混合动力汽车模型的建立21

3.1 内燃机模型的建立21

3.2 电动机模型的建立28

3.3 电池系统模型的建立31

3.4 传动系统模型的建立36

3.4.1 离合器与动力分配装置的建模36

3.4.2 液力变矩器的建模41

3.4.3 变速箱的建模43

3.4.4 传动系统控制器的建模43

3.5 主减速器和轮胎模型的建立45

3.6 车身模型的建立47

3.7 基于PID的驾驶员模型47

参考文献49

第4章 混合动力汽车的电力电子器件和电动机传动装置50

4.1 基本电力电子器件50

4.1.1 二极管50

4.1.2 晶闸管52

4.1.3 双极结型晶体管53

4.1.4 MOS场效应晶体管55

4.1.5 绝缘栅双极型晶体管56

4.2 DC-DC变换器57

4.2.1 DC-DC变换器的基本原理57

4.2.2 降压变换器58

4.2.2.1 稳态工作原理60

4.2.2.2 输出电压脉动63

4.2.3 升压变换器65

4.2.4 降压／升压变换器69

4.2.5 DC-DC变换器在混合动力汽车系统中的应用72

4.2.5.1 隔离式DC-DC降压变换器72

4.2.5.2 四象限DC-DC变换器75

4.3 DC-AC逆变器75

4.3.1 DC-AC逆变器的基本原理76

4.3.2 单相DC-AC逆变器79

4.3.3 三相DC-AC逆变器81

4.4 电动机驱动84

4.4.1 无刷直流电动机及其控制85

4.4.1.1 无刷直流电动机工作原理85

4.4.1.2 转矩和旋转磁场85

4.4.1.3 无刷直流电动机控制86

4.4.1.4 无刷直流电动机转矩-转速特性和典型技术参数91

4.4.1.5 无传感器无刷直流电动机控制91

4.4.2 交流感应电动机及其控制92

4.4.2.1 交流感应电动机工作的基本原理92

4.4.2.2 交流感应电动机的控制94

4.5 插电式电池充电器设计98

4.5.1 插电式混合动力汽车／纯电动汽车电池充电系统的基本配置98

4.5.2 功率因数及其校正技术99

4.5.3 插电式充电控制100

参考文献102

第5章 蓄能系统建模及控制103

5.1 简介103

5.2 测定SOC的方法104

5.2.1 基于电流的SOC估计法104

5.2.2 基于电压的SOC估计法108

5.2.3 基于扩展卡尔曼滤波器的SOC估计法113

5.2.4 基于瞬态响应特性的SOC估计法115

5.2.5 基于模糊逻辑的SOC估计法118

5.2.6 通过多种途径合并测定SOC119

5.2.7 进一步讨论在混合动力汽车应用中的SOC算法120

5.3 电池电量供应能力的预测123

5.3.1 PNGV HPPC电池可用功率估计123

5.3.2 改进的PNGV HPPC电池可用功率估计124

5.3.3 基于电气电路等效模型的功率估计125

5.4 电池寿命预测130

5.4.1 电池寿命的特性和机理130

5.4.2 电池生命状态的定义132

5.4.3 蓄能条件下生命状态的测定133

5.4.4 循环条件下电池寿命的测定136

5.4.4.1 脱机时循环条件下电池的寿命测定136

5.4.4.2 工作时电池的寿命测定137

5.5 电池单元均衡143

5.5.1 SOC均衡143

5.5.2 均衡的硬件实现143

5.5.3 电池单元均衡控制的算法和评估145

5.6 电池单元内部温度估算152

5.6.1 简介152

5.6.2 风冷式圆筒形混合动力汽车的电池单元内部温度估算153

5.7 电池系统效率155

参考文献157

第6章 混合动力汽车的能量管理策略158

6.1 引言158

6.2 基于规则的能量管理策略159

6.3 基于模糊逻辑的能量管理策略160

6.3.1 模糊逻辑控制160

6.3.2 基于模糊逻辑的能量管理策略165

6.4 混合动力汽车中内燃机最优工作点的确定173

6.4.1 问题的数学表述173

6.4.2 确定最佳工作点的步骤174

6.4.3 黄金分割搜索法175

6.4.4 最佳工作点的确定175

6.4.5 最佳决策的案例176

6.4.6 性能评价179

6.5 基于成本函数的最优能量管理策略185

6.5.1 基于成本函数的最优能量管理策略的数学表述186

6.5.2 优化案例188

6.6 结合循环模式识别的最优能量管理策略189

6.6.1 循环行驶和风格的模式识别算法189

6.6.2 最优能量分配方法的确定190

参考文献192

第7章 其他的混合动力汽车的控制问题194

7.1 内燃机控制的基础194

7.2 通过电动机的发动机转矩波动的反馈控制196

7.2.1 滑模控制197

7.2.2 基于滑模控制方法的发动机转矩波动排放控制198

7.3 高压总线的峰值控制200

7.4 混合动力汽车电池系统的热量控制205

7.4.1 综合PID前、反馈控制的电池热量系统控制策略207

7.4.2 电池热量控制的最优策略208

7.5 混合动力汽车／纯电动汽车牵引电动机控制210

7.5.1 驱动力矩控制210

7.5.2 电动机的阻止反转控制211

7.6 混合动力汽车／纯电动汽车系统的主动悬架控制212

7.6.1 车辆四分之一的悬架系统模型214

7.6.2 主动悬架系统控制215

参考文献220

第8章 插电式充电的特性、算法和对能量分配系统的影响222

8.1 简介222

8.2 插电式混合动力汽车的电池系统和充电特性222

8.2.1 AC.120插电式充电特性223

8.2.2 AC.240插电式充电特性225

8.2.3 快速充电特性225

8.3 插电式充电对电网的影响228

8.3.1 对配电系统的影响228

8.3.2 对电力网络的影响230

8.4 最优插电式充电策略231

8.4.1 最优回充点的确定231

8.4.2 基于成本的最优插电式充电策略233

参考文献238

第9章 混合动力汽车的设计和性能分析239

9.1 混合动力汽车的仿真系统239

9.2 典型行驶工况实验239

9.3 各部件的计算与驾驶性能分析244

9.3.1 驾驶性能的计算245

9.3.2 混合动力汽车主要部件的初步选择247

9.3.2.1 原动机的选择247

9.3.2.2 传动比的选择248

9.3.2.3 能量储存系统的选择249

9.3.2.4 设计案例251

9.4 燃油经济性与排放量的仿真计算256

参考文献258

附录A 系统识别：状态和参数估计方法259

A.1 动态系统与数学模型259

A.1.1 数学模型的类型259

A.1.2 线性连续系统260

A.1.2.1 线性连续时不变系统的输入输出模型260

A.1.2.2 线性连续时不变系统的状态空间模型261

A.1.3 线性离散系统与建模265

A.1.4 线性时不变离散随机系统266

A.2 动态系统的参数估计270

A.2.1 最小二乘270

A.2.2 最小二乘估计的统计特性271

A.2.3 递推最小二乘估计273

A.2.4 慢时变参数的最小二乘估计275

A.2.5 广义最小二乘估计276

A.3 动态系统的状态估计277

A.4 动态系统联合状态与参数估计279

A.4.1 扩展卡尔曼滤波279

A.4.2 奇异束模型280

A.5 参数及状态估计数值稳定性的提高282

A.5.1 平方根算法283

A.5.2 UDUT协方差分解算法284

A.6 建模和参数辨识286

参考文献288

附录B 先进动力学系统控制技术289

B.1 控制系统的极点配置289

B.2 最优控制293

B.2.1 平方根算法最优控制问题293

B.2.2 庞特里雅金极大原理294

B.2.3 动态规划295

B.2.4 线性二次控制298

B.3 随机和自适应控制301

B.3.1 最小方差预测与控制301

B.3.1.1 最小方差预测301

B.3.1.2 最小方差控制304

B.3.2 自校正控制305

B.3.3 模型参考自适应控制306

B.3.4 模型预测控制308

B.4 容错控制310

B.4.1 硬件冗余控制310

B.4.2 软件冗余控制311

参考文献311