电动汽车工程手册 第二卷 混合动力电动汽车整车设计

2014 年 5 月 24 日，总书记在上海汽车集团考察时指出：“发展新能源汽车是我国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路。”他的重要讲话为我国汽车工业的发展指明了前进和发展方向。2010 年，国家把新能源汽车列入七大战略性新兴产业之一；2015 年，节能与新能源汽车列入《中国制造 2025》十大重点支持领域之一。 

保障我国能源安全、实现节能和环保、促进汽车产业技术革命及产业转型升级，是发展新能源汽车的国家战略和大势所趋。以新能源汽车为基础的智能网联汽车，将会在生产环节以及整个消费环节、服务环节取得全面发展。

经过国家四个“五年计划”的科技攻关，特别是通过 2008 年北京奥运会、2010 年上海世博会，我国新能源汽车行业取得了四大标志性成果：一是新能源汽车产业规模和产销量全球，并占有全球 50% 以上市场份额，技术水平处于国际先进行列；二是充电基础设施规模全球；三是动力蓄电池、电机、电控等核心关键技术产品产销量全球；四是构建了全球领先的新能源汽车安全运行监管平台技术和标准体系。

目前，我国新能源汽车产业基本掌握了整车技术和关键零部件技术，有了一定的技术积累，进入了成长期。 成长中的中国新能源汽车，对知识的需求极度渴望。在完全开放的全球市场中，技术竞争压力越来越大，中国汽车企业亟须解决电动汽车核心关键技术。加快新能源汽车持续 创新，推进中国汽车产业技术转型升级，是中国科技发展的重大战略需求。 我国新能源汽车发展了20 多年，是到了一个该总结、该展望的时刻了。 

《电动汽车工程手册》是一部系统概括电动汽车各专业主要技术内容的大型工具书，总结了三种电驱动车辆——纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车相关的技 术成果和知识链。 

《电动汽车工程手册》的编写初衷，是响应国家建设制造强国的发展战略目标要求，系统地、完整地梳理我国电动汽车这 20 多年来的知识体系，对电动汽车各个关键细分领域专题技术路线进行深入剖析，总结电动汽车现有技术成果，强化关键共性技术，引领技术发展方向，希望能够从供给侧的角度推进电动汽车产业链全面发展。

根据国家电动汽车重大专项部署，依据我国科技开发和产业化“三纵三横”布局，《电动汽车工程手册》规划了 10 卷：《纯电动汽车整车设计》《混合动力电动汽车整车设计》《燃料电池电动汽车设计》《动力蓄电池》《驱动电机与电力电子》《智能网联》《基础设施》《测试评价》《运用与管理》和《标准与法规》。其中，前三卷为整车卷，第四卷和第五卷为关键技术卷，第六卷到第十卷涉及三种整车共同的基础建设和相关产业链。手册内容广泛，卷帙浩繁，各卷的内容又相互渗透，互为补充，构成了一个纵横交错的知识体系。 

从 2016 年开始，《电动汽车工程手册》编撰委员会盛情邀请在智能网联新能源汽车研究开发和产业化领域积极进取、攻坚克难和卓有建树的相关单位和专家，积极参与《电动汽车工程手册》的编撰工作。这套手册的编撰是一个从无到有的大工程，三年来，在千余位专家学者的共同努力下，书稿终成。

本手册集成产、学、研各方力量和智慧，实属来之不易。在这里，衷心地感谢《纯电动汽车整车设计》林程主编 / 林逸主审、《混合动力电动汽车整车设计》何洪文主编 / 张俊智主审、《燃料电池电动汽车设计》章桐主编 / 李骏主审、《动力蓄电池》肖成伟主编 / 夏保佳主审、《驱动电机与电力电子》贡俊主编 / 温旭辉主审、《智能网联》李*强主编 / 李骏主审、《基础设施》张维戈主编 / 王丽芳主审、《测试评价》周舟主编 / 刘敬平主审、《运用与管理》王震坡主编 / 王云鹏主审、《标准与法规》吴志新主编 / 廉玉波主审；感谢北汽新能源、宁德时代、福田汽车、广汽新能源、宇通客车、比亚迪汽车、中国一汽、东风汽车、上汽集团、长安新能源、奇瑞新能源等知名企业的技术总监和技术专家；感谢清华大学、北京理工大学、北京航空航天大学、北京交通大学、同济大学、吉林大学、南开大学、天津大学、重庆大学、湖南大学等院校的教授和老师；感谢中国电子科技集团公司第十八研究所、中国科学院电工研究所、中国科学院理化技术研究所、中国汽车技术研究中心有限公司、中国汽车工程研究院股份有限公司等研发机构的工程师。 

《电动汽车工程手册》还是一个新生儿，希望大家能够不断地对之修正补充完善，使之始终伴随并助力中国电动汽车产业的健康成长。 

手册终于和大家见面了，但在总体编排和一些具体问题的处理上仍有许多不尽人意之处，欢迎广大读者批评指正，并请将意见和建议发到邮箱 evhandbook@163.com。感谢大家的支持！

                                                       孙逢春

鉴于混合动力电动汽车种类多、组成复杂、设计难度大，《电动汽车工程手册 第二卷 混合动力电动汽车整车设计》立足从类别释义、整车动力系统总体设计、整车综合控制系统设计入手，梳理出混合动力电动汽车整车设计的基本方法，之后具体就五种代表性整车—串联混合动力电动汽车、并联混合动力电动汽车、混联混合电动电动汽车以及插电式混合动力电动汽车和增程式电动汽车一一展开具体说明，*后就混合动力电动汽车关键零部件的选型设计给出了基本原则和选型举例。该卷努力从设计原则、设计方法、具体方案、应用实例等方面组织内容，供从事混合动力电动汽车等相关工作的技术人员、工程师和技术管理人员参考使用。

何洪文，教授、博士生导师。入选科技部中青年科技创新领军人才、*新世纪优秀人才。专注于“新能源车辆动力传动及其控制”研究，先后主持新能源汽车国家重点研发计划、国家自然科学基金重点/面上、国家863/科技支撑等课题/任务近20项。发表论文EI检索120余篇、SCI检索80余篇，其中ESI高被引论文17篇，SCI他引超过2500次，谷歌学术引用超过5000次。发表论文3篇入选“中国百篇影响国际学术论文”，2篇获SCI期刊年度“Best Paper Award”。获授权发明专利30余件、出版高等教育汽车类规划教材1本。获国家科学技术进步奖1项及*自然科学一等奖、中国汽车工业技术发明一等奖、国防技术发明二等奖等6项。

第1章  混合动力电动汽车概述   
1.1  发展混合动力电动汽车的技术背景和现实意义   
1.1.1  技术背景   
1.1.2  现实意义   
1.2  混合动力电动汽车发展简史   
1.2.1  早期的混合动力电动汽车   
1.2.2  20世纪末的混合动力电动汽车   
1.2.3  21世纪商业化应用的混合动力电动汽车   
1.3  混合动力电动汽车的关键技术   
1.3.1  混合动力机电耦合装置   
1.3.2  混合动力电动汽车的发动机   
1.3.2.1  基于阿特金森循环的发动机技术   
1.3.2.2  其他与发动机相关的节能技术   
1.3.3  混合动力电动汽车的辅助动力单元   
1.3.4  混合动力电动汽车的电机   
1.3.5  混合动力电动汽车的整车控制器   
1.3.6  世界各大公司混合动力电动汽车技术发展路线   
1.3.6.1  丰田公司   
1.3.6.2  本田公司   
1.3.6.3  通用公司   
1.3.6.4  比亚迪公司   

第2章  混合动力电动汽车的主要类别及工作原理   
2.1  混合动力电动汽车术语及基本概念   
2.1.1  混合动力电动汽车术语   
2.1.2  混合动力电动汽车基本概念   
2.1.2.1  串联混合动力电动汽车   
2.1.2.2  并联混合动力电动汽车   
2.1.2.3  混联混合动力电动汽车   
2.2  混合动力电动汽车分类方法   
2.2.1  按照耦合部件位置不同进行归类   
2.2.1.1  串联混合动力电动汽车分类   
2.2.1.2  并联混合动力电动汽车分类   
2.2.1.3  混联混合动力电动汽车复杂度分析   
2.2.2  按照混合比大小进行归类   
2.3  混合动力电动汽车驱动系统特性场   
2.3.1  常规车辆驱动特性场   
2.3.2  电动车辆驱动特性场   
2.3.3  混合动力电动汽车驱动特性场   
2.3.3.1  串联混合动力电动汽车驱动特性场   
2.3.3.2  并联混合动力电动车辆驱特性场   
2.4  混合动力电动汽车的系统组成和工作原理   
2.4.1  串联混合动力电动汽车系统组成和工作原理   
2.4.2  并联混合动力电动汽车的系统组成和工作原理   
2.4.3  混联混合动力电动汽车的系统组成和工作原理   
2.4.4  插电式混合动力电动汽车的系统组成和工作原理   
2.4.5  增程式电动汽车的系统组成和工作原理   

第3章  混合动力电动汽车总体设计   
3.1  混合动力电动汽车的性能指标   
3.1.1  动力性指标   
3.1.2  经济性指标   
3.1.3  排放性指标   
3.2  混合动力电动汽车动力系统构型设计   
3.2.1  混合动力电动汽车的节油潜力分析   
3.2.1.1 混合动力电动汽车节能途径   
3.2.1.2 混合动力电动汽车节能理论分析   
3.2.1.3 基于理论油耗模型的节油贡献分析   
3.2.2  混合动力电动汽车的构型优选原则   
3.2.3  混合动力电动汽车构型设计举例   
3.3  混合动力电动汽车动力系统参数匹配设计   
3.3.1  动力性匹配基本原则   
3.3.2  能耗经济性匹配基本原则   
3.3.3  混合度优化方法   
3.3.4  某混合动力电动汽车动力系统参数匹配举例   
3.4  混合动力电动汽车性能仿真及常用软件   
3.4.1  基于ADVISOR的混合动力电动汽车性能仿真   
3.4.2  基于AVL Cruise的混合动力电动汽车性能仿真   
3.4.3  基于MATLAB/Simulink工具箱的混合动力电动汽车性能仿真   
3.4.4  基于AMESim的混合动力电动汽车性能仿真   
3.4.5  基于GT-Power工具箱的混合动力电动汽车性能仿真   
3.4.6  基于GT-SUITE工具箱的混合动力电动汽车性能仿真   

第4章 混合动力电动汽车整车综合控制系统总体设计   
4.1  混合动力电动汽车整车综合控制系统概述   
4.1.1 整车综合控制系统功能定义   
4.1.2整车综合控制系统硬件设计和接口定义   
4.1.3整车控制总线设计原则及协议   
4.3.1.1 混合动力电动汽车车载网络系统概述   
4.3.1.2 混合动力电动汽车车载网络系统功能描述   
4.3.1.3 混合动力电动汽车车载网络系统架构设计   
4.3.1.4 混合动力电动汽车车载网络系统设计   
4.3.1.5 混合动力电动汽车车载网络系统设计中应注意的问题   
4.2混合动力电动汽车动力分配控制策略总体设计   
4.2.1基于发动机效率特性的适应性控制策略设计   
4.2.2发动机工作特性与车辆工况的解耦控制系统及控制策略设计   
4.2.2.1 采用可控发电装置的电电混合动力系统   
4.2.2.2 采用功率分流装置的混联混合动力系统   
4.2.3发动机工作特性与车辆工况的近似解耦控制系统及控制策略设计   
4.3混合动力电动汽车能量管理策略总体设计   
4.3.1基于规则的能量管理策略设计   
4.3.1.1 EV能量管理模式   
4.3.1.2 CD能量管理模式   
4.3.1.2 CS能量管理模式   
4.3.2全局能量管理策略设计   
4.3.3等效燃油消耗小能量管理策略设计   
4.3.4模型预测控制能量管理策略设计   
4.3.5基于人工智能的能量管理策略设计   
4.3.5.1基于DQN的智能能量管理方法   
4.3.5.2基于DDPG的智能能量管理方法   
4.4混合动力电动汽车整车综合控制系统现代开发方法   
4.4.1 基于V流程的整车综合控制系统开发方法   
4.4.2 基于软件在环的整车综合控制系统开发   
4.4.2.1软件在环仿真方法概述   
4.4.2.2 实例分析   
4.4.3基于硬件在环的整车综合控制系统开发   
4.4.3.1硬件在环仿真方法概述   
4.4.3.2 实例分析   
4.4.4 基于Simulator的整车综合控制系统协同开发   
4.5  混合动力电动汽车整车控制器参数标定   
4.5.1混合动力汽车整车控制器测标流程   
4.5.2基于CCP协议的在线测标系统开发及整车应用标定   
4.5.3整车控制参数远程标定方法   

第5章  串联混合动力电动汽车整车设计   
5.1  串联混合动力电动汽车的专用总成   
5.1.1  发动机-发电机组及工作特性   
5.1.2  DC/DC变换器   
5.1.3  动力电池组及管理系统   
5.2  串联混合动力电动汽车动力系统构型设计   
5.2.1  发动机-发电机组与动力电池组直接并联构型   
5.2.2  发动机-发电机组 DCDC与动力电池组并联构型   
5.2.3  动力电池组 DCDC与发动机-发电机组并联构型   
5.2.4  发动机-发电机组 DCDC与动力电池组 DCDC并联构型   
5.3  串联混合动力电动汽车动力系统参数匹配   
5.3.1  驱动系统功率需求分析   
5.3.2  主驱动电机参数设计   
5.3.2.1  电机额定功率的选择   
5.3.2.2  电机峰值功率的选择   
5.3.2.3  电机额定转速的选择   
5.3.2.4  电机转速的选择   
5.3.3  变速器速比设计   
5.3.4  动力电池容量匹配设计   
5.3.4.1  工况法续驶里程要求   
5.3.4.2  等速（60km/h）工况法续驶里程要求   
5.3.5  发动机发电机组参数匹配   
5.3.5.1  发电机参数设计   
5.3.5.2  发动机参数设计   
5.4  串联混合动力电动汽车整车控制系统设计   
5.4.1  串联混合动力电动汽车工作模式设计   
5.4.2  串联混合动力电动汽车能量管理策略设计   
5.4.2.1  单点恒功率控制策略   
5.4.2.2  基于功率需求的发动机多点控制策略   
5.4.2.3  基于功率跟随的发动机燃油消耗曲线控制策略   
5.4.2.4  发动机发电机组的启停逻辑和电池SOC调节策略   
5.4.2.5  发动机发电机组动态协调控制策略   
5.5  串联混合动力电动汽车动力总成集成设计   
5.5.1  日产Note epower串联混合动力总成   
5.5.2  雪佛兰沃蓝达串联混合动力总成   
5.6  串联混合动力电动汽车的系统优化设计   
5.6.1  串联混合动力电动汽车单目标优化设计   
5.6.2  串联混合动力电动汽车多目标优化设计   

第6章  并联混合动力电动汽车整车设计   
6.1  并联混合动力电动汽车机电耦合型式   
6.1.1  并联混合动力机电耦合装置概述   
6.1.2  同轴转矩叠加式   
6.1.3  双轴动力耦合式   
6.1.4  驱动力耦合式   
6.2  并联混合动力电动汽车动力系统构型设计   
6.2.1  P0构型   
6.2.1.1  构型分析   
6.2.1.2  实例介绍   
6.2.2  P1构型   
6.2.2.1  构型分析   
6.2.2.2  实例介绍 &n