混合动力汽车整车控制策略的优化与HIL硬件在环测试

混合动力汽车整车控制策略的优化与HIL硬件在环测试
胡伟
朱天军教授
机械工程
机械与装备工程学院
分类号：TU311 密级：
UDC：单位代码：10076
工学硕士学位论文
混合动力汽车整车控制策略的优化与
HIL硬件在环测试
作者姓名：胡伟
指导教师：朱天军
申请学位级别：工学硕士
学科专业：机械工程
所在单位：机械与装备工程学院
授予学位单位：河北工程大学
A Dissertation Submitted to
Hebei University of Engineering
For the Academic Degree of Master of Engineering
Optimization of Hybrid Electric Vehicle Control Strategy and HIL Test
Candidate ：Hu Wei
Supervisor ：Prof. Zhu Tianjun Academic Degree Applied for ：Master of Engineering
Specialty ：Mechanical Engineering College/Department ：College of Mechanical
Hebei University of Engineering
May, 2020
摘要
随着能源危机与环境污染问题的不断加大，我国对传统燃油车的油耗和排放要求越来越高，强制要求国内各大整车厂发展新能源汽车，从而缓解汽车尾气对环境造成的危害。

但动力电池作为唯一的动力源一直制约着纯电动汽车的发展，纯电动汽车的续航能力不能完全满足要求。

而混合动力汽车使用两个或多个动力源，能够解决纯电动汽车续驶里程较短的问题。

但混合动力汽车的结构相对复杂，所以好的能量管理策略尤为重要。

整车控制器是混合动力汽车的核心，目的是控制内燃机、驱动电机、锂离子电池与超级电容单元组之间的能量管理分配，从而保证内燃机工作在最佳有效区域。

基于整车动力性的前提下，使混合动力汽车的燃油经济性达到最佳、排放值最低。

本课题的研究对象为并联式混合动力汽车，以设计相对完整实用化的模糊逻辑控制策略为目标，具体研究内容如下：
1. 本文主要研究了混合动力汽车的整车结构，分析系统关键部件的特性，确定整车基本参数及关键部件参数；
2. 制定模糊控制策略并建立整车系统模型，将制定好的模糊控制策略嵌入到整车系统模型中，离线仿真整车系统模型，分析在NEDC、UDDS循环工况下，混合动力汽车的燃油消耗量和排放值；
3. 采用基于特征选择遗传算法优化在混合动力汽车中运行良好的模糊控制策略，完成功率分配因子K uc的隶属度函数参数的优化，并在MATLAB中完成基于特征选择遗传算法的程序设计与仿真，得出在NEDC、UDDS循环工况下混合动力汽车的燃油消耗量和排放值；整车控制器HIL硬件在环测试，采用NI HIL/MATLAB 平台搭建整车控制器仿真系统，完成对整车控制器的验证，同时证明了基于特征选择遗传算法优化后的模糊控制策略的有效性。

仿真和试验结果表明，经过优化的模糊控制策略能够有效地降低整车的燃油消耗量和排放值。

在NEDC循环工况下，混合动力汽车的燃油消耗量降低了8.8%；排放值中的HC降低了14.7%、CO降低了15.9%、NO x降低了17.9%；UDDS循环工况下，混合动力汽车的燃油消耗量降低了9.5%；排放值中的HC降低了13.2%、CO降低了13.6%、NO x降低了15.5%。

关键词：整车控制器；能量管理分配；模糊逻辑控制；隶属度函数参数；基于特征选择遗传算法；HIL
Abstract
As the energy crisis and environmental pollution problems continue to increase, China ’s requirements for fuel consumption and emissions of traditional fuel vehicles are getting higher and higher, forcing domestic major OEMs to develop new energy vehicles, thereby mitigating the environmental damage caused by vehicle exhaust. However, the power battery as the only power source has always restricted the development of pure electric vehicles, and the battery life of pure electric vehicles cannot fully meet the requirements. The hybrid vehicle uses two or more power sources, which can solve the problem of the short driving range of the pure electric vehicle. However, the structure of hybrid vehicles is relatively complicated, so good energy management strategies are particularly important. The vehicle control unit is the core of the hybrid vehicle, and its purpose is to control the energy management distribution between the internal combustion engine, the drive motor, the lithium ion battery and the ultracapacitor unit group, so as to ensure that the internal combustion engine works in the best effective area. Based on the premise of the vehicle's dynamic performance, the fuel economy of the hybrid vehicle is optimized and the emission value is minimized. The research object of this subject is a parallel hybrid electric vehicle. The goal is to design a relatively complete and practical fuzzy logic control strategy. The specific research content is as follows:
1. This paper mainly studies the vehicle structure of hybrid vehicles, analyzes the characteristics of key components of the system, and determines the basic parameters and key component parameters of the vehicle;
2. Developing a fuzzy control strategy and a vehicle system model, embed the developed fuzzy control strategy into the vehicle system model, simulate the vehicle system model offline, and analyze the fuel of the hybrid vehicle under NEDC and UDDS driving cycle consumption and emission values;
3. Using the feature-based selection genetic algorithm to optimize the fuzzy control strategy that runs well in hybrid vehicles, to complete the optimization of the membership function parameters of the power distribution factor K uc, and to complete the program design and simulation of the feature-based selection genetic algorithm in MATLAB, Obtain the fuel consumption and emission value of the hybrid vehicle under the NEDC and UDDS driving cycle; HIL hardware-in-the-loop test of the vehicle control unit, using
the NI HIL / MATLAB platform to build a vehicle control unit simulation system, and complete the vehicle contro land the verification of the controller also proves the effectiveness of the fuzzy control strategy optimized feature-based selection genetic algorithm.
Simulation and experimental results show that the optimized fuzzy control strategy can effectively reduce the fuel consumption and emissions of the entire vehicle. Under NEDC driving cycle, the fuel consumption of hybrid vehicles is reduced by 8.8%; HC in emissions is reduced by 14.7%, CO is reduced by 15.9%, and NOx is reduced by 17.9%; under UDDS driving cycle , hybrid vehicles fuel consumption has been reduced by 9.5%; HC in emissions has been reduced by 13.2%, CO has been reduced by 13.6%, and NO x has been reduced by 15.5%.
Keywords: vehicle control unit; energy management allocation; fuzzy logic control;
membership function parameters; feature-based genetic algorithm; HIL test
目录
摘要 (I)
Abstract (III)
第1章绪论 (1)
1.1 研究背景 (1)
1.2 研究意义 (1)
1.3 国内外研究现状 (2)
1.3.1 混合动力汽车国内外研究现状 (2)
1.3.2 整车控制器国内外研究现状 (3)
1.4 本文研究的内容 (5)
第2章混合动力汽车整车结构分析 (7)
2.1 混合动力汽车电驱动系设计原理 (7)
2.1.1 串联式混合动力汽车电驱动系设计原理 (7)
2.1.2 并联式混合动力汽车电驱动系设计原理 (9)
2.1.3 混联式混合动力汽车电驱动系设计原理 (10)
2.2 系统关键部件 (11)
2.2.1 内燃机的特性 (11)
2.2.2 驱动电机的特性 (14)
2.2.3 动力电池特性 (16)
2.2.4 超级电容特性 (18)
2.3 整车基本参数及关键零部件参数 (19)
2.3.1 整车基本参数 (19)
2.3.2 内燃机的基本参数 (19)
2.3.3 驱动电机参数 (20)
2.3.4 锂离子电池与超级电容单元组基本参数 (20)
2.4 本章总结 (21)
第3章混合动力汽车控制策略的制定与系统模型的建立 (23)
3.1 混合动力汽车控制策略的制定 (23)
3.1.1 模糊逻辑控制策略 (23)
3.2 整车系统模型的搭建 (32)
3.2.1 整车控制器模型 (33)
3.2.2 驾驶员模型 (36)
3.2.3 内燃机模型 (37)
3.2.4 驱动电机模型 (39)
3.2.5 锂离子电池模型 (40)
3.2.6 超级电容模型 (41)
3.3 模糊逻辑控制策略的仿真分析 (42)
3.3.1 循环工况的设定 (42)
3.3.2 不同循环工况下燃油经济性分析 (43)
3.3.3 不同循环工况下排放性的分析 (47)
3.4 本章小结 (48)
第4章基于特征选择遗传算法参数优化模糊控制策略 (49)
4.1 引言 (49)
4.2 模糊控制的优化问题 (49)
4.2.1 优化问题的数学描述 (49)
4.2.2 模糊控制常用的优化方法 (50)
4.2.3 基于特征选择遗传模糊优化方法 (50)
4.3 基于特征选择遗传算法的设计 (50)
4.3.1 基于特征选择遗传算法的基本流程 (50)
4.3.2 特征选择的优化参数 (52)
4.3.3 隶属度函数参数的编码 (52)
4.3.4 适应度函数的选取 (53)
4.4 运行参数的设定 (54)
4.4.1 编码长度L与种群的初始化 (54)
4.4.2 遗传算子的设计 (54)
4.4.3 约束条件 (55)
4.5 优化前后的对比分析 (55)
4.5.1 优化前后的锂离子电池与超级电容SOC对比 (56)
4.5.2 优化前后的混合动力汽车燃油经济性比较 (56)
4.5.3 优化前后的混合动力汽车排放性比较 (58)
4.6 本章小结 (59)
第5章整车控制器HIL硬件在环测试 (61)
5.1 整车控制器开发流程 (61)
5.2 HIL仿真平台简介 (62)
目录
5.2.1 HIL仿真硬件平台 (62)
5.2.2 HIL仿真软件平台 (63)
5.3 试验方案设计 (63)
5.4 试验模型的搭建 (64)
5.5 试验结果分析 (65)
5.6 本章小结 (67)
结论 (69)
参考文献 (71)
攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果 (75)
致谢 (77)
作者简介 (79)
第1章绪论
第1章绪论
1.1 研究背景
近年来，面对气候变化，全球汽车工业一直都在向绿色环保技术方向迈进。

其中，汽车尾气排放对空气造成的严重污染一直是汽车向绿色环保技术方向发展的难题[1]。

为了解决这一难题，促进各国政府、学术界和国际工业技术机构之间不断加强交流合作，寻找出降低车辆尾气排放的解决办法，缓解汽车尾气排放对环境造成的危害。

根据《世界能源展望2019》报告预测[2]，未来对于绿色低碳再生能源的应用需求会更加强烈，煤炭等主要化石燃料的实际消耗量和需求将会显著减少。

综合报告中提及的世界经济各国,中国会在2040年之前发展成世界最大的石油资源消费国。

我国为摆脱对石油资源的严重依赖，强制要求国内各大整车厂发展新能源汽车，陆续将用新能源汽车代替传统的燃油车，能源供给结构逐步向低碳化和清洁化转型。

能源供给结构向经济低碳化和能源清洁化方向转型的主要措施之一是继续大力发展新能源汽车，大力发展新能源汽车可以有效降低因石油资源过度消耗导致的传统燃油车尾气的大量排放，避免因传统燃油车尾气排放产生的温室效应与光化学烟雾[3]，能够很好地兑现我国在2009年哥本哈根气候变化大会上首次做出的推动低碳环保发展的重要国际战略承诺[4]。

《中国制造2025》将重点扶持发展“节能与新能源汽车”专项[5]，推动新型混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车等新能源汽车的快速发展，这对促进我国从传统化石燃料能源消耗大国转换到节能环保低碳型国家有着重要意义。

1.2 研究意义
新能源汽车的深入推广应用是有效降低汽车对环境污染的一种有效途径,它已经能够直接达到高效、清洁、经济、安全的新一代能源汽车体系建设要求,使我国新能源汽车制造工业逐步走上节能环保、高速发展之路。

发展新能源汽车，可以消除传统燃油车关键部件的产业技术壁垒，有效地弥补我国汽车工业起步较晚、技术经验积累薄弱的短板。

通过政府大力扶持新能源汽车技术的发展，可以有效缩小目前我国新能源汽车制造工业与德、日、美等世界汽车制造强国的技术差距，在短时间内顺利实现“弯道超车”，对加快推进我国汽车制造工业的蓬勃发展具有积极关键
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的现实意义[6]。

综合增程式混合动力汽车、纯电动汽车及燃料电池汽车等新能源汽车燃油经济性和排放性较佳、效率更高且对环境污染较小的特点，我国工信部对增程式混合动力汽车、纯电动汽车及燃料电池汽车产业予以一定的财政支持，扶持我国新能源汽车产业的发展。

然而，纯电动汽车及燃料电池汽车的制造技术不太成熟[7]，且纯电动汽车本身的制造成本较高，动力电池作为其唯一的动力源一直制约着纯电动汽车的发展，续驶里程较短的问题[8]始终被广大汽车消费者所诟病。

而氢燃料电池汽车以大量氢分子作为主要燃料源储存在车载的氢燃料动力电池中,与处于大气环境中的大量氧气分子发生惰性氧化还原反应,产生的电能带动机械部件，从而驱动行驶车辆的机械传动系统结构,对车轮产生驱动力使车辆高速行驶。

但作为燃料电池的动力源氢气的储存、运输问题还没有得到完美地解决，我国对于氢气的生产、运输和供氢基础设施匮乏，氢产业链上游和下游的完善度不足。

这些客观原因，导致燃料电池汽车暂不能大规模的推广。

而混合动力汽车技术发展较为成熟，根据定义，混合动力汽车是使用两个或者多个动力源来提高系统整体效率的车辆[9]。

与纯电动汽车相比较，不过分依赖车载电池的发展，续驶里程较长，受到消费者的广泛好评。

混合动力汽车的工作原理是，通过内燃机与动力电池相结合，内燃机类似传统车辆传递动力，而它的另一套动力源使用蓄电池或燃料电池的电能，通过电动机将电能转化动能，在转化的过程中零排放[10]。

1.3 国内外研究现状
1.3.1 混合动力汽车国内外研究现状
1.3.1.1 国外研究现状
在美国、日本等发达国家，由于各国对环境污染问题的高度重视进而纷纷制定极其严格的汽车尾气排放控制政策。

美国通用、福特等公司推出的基于混合动力家用汽车的系列车型，取得较大成效。

通用公司在2007年，开发出全新的增程式电动汽车雪佛兰Volt；2010年底，雪佛兰Volt汽车开始正式中国上市并完成交付；从2010年到2016年底，雪佛兰Volt在全球共累计销售13.45万辆(包括在澳大利亚和新西兰市场上的霍顿Volt、在欧洲市场上的欧宝Ampera以及英国市场的豪沃Ampera)，其中在美国市场共累计销售了11.3万台，占整个通用2010-2016年累计新能源销量的88%。

2004年美国福特公司与沃尔沃联合开发Escpe混合动力汽车；2008年，福特研发出第二代混合动力汽车Fusion；2012年5月，福特公司又推出了C-MAX紧凑型MPV混合动力汽车，成为当年美国最为畅销的插电式混合动力
第1章绪论
车型[11]。

而日本在混合动力汽车领域的发展，一直处于世界汽车技术发展的前列。

日本将混合动力汽车定位于新能源汽车发展的战略核心，在混合动力汽车领域实现全球技术领先，并垄断全球近85%的混合动力汽车市场[12]。

日本计划到2020年新能源汽车汽车年销量达400万辆（其中混合动力汽车320万辆、电动车80万辆），日本混合动力汽车的热门车型包括INSPIRE、Prius、卡罗拉等，广泛受到国内一直好评，国内很多车企一直将其作为对标车型。

1.3.1.2 国内研究现状
在国家高技术研究发展计划（863计划）中，专门开列了“节能与新能源汽车”项目，其中包括混合动力汽车在内的汽车研发专项。

一直以来，我国在推进新能源汽车技术自主创新发展过程中，坚持以核心技术、关键部件和控制系统综合集成技术为主的重点发展原则，通过不断地探索，使我国在混合动力汽车领域取得了重大的进展[13]。

上汽集团于2010年将荣威750、名爵等首款混合动力专用车型正式投放市场；比亚迪遵循“自主研发、自主生产、自主品牌”的公司发展战略路线，大力发展混合动力、纯电动汽车，目前的主要车型有比亚迪唐-HEV、比亚迪秦-HEV、腾势等品牌；其中一汽集团从2000年3月开始积极进行红旗系列混合动力汽车的综合理论研究工作[14]。

在2003年，开发出小型的红旗系列混合动力轿车。

从2006年9月开始，一汽集团在奔腾B70的基础上，进行汽车混合动力电气化的关键技术基础研究，并取得了42%的节油效果，达到了多项国际先进技术水平。

虽然我国在混合动力汽车领域已经取得了一定的成果，但是在整车开发的关键技术领域还是存在明显的不足，制约混合动力汽车发展的动力电池、电机驱动系统及整车控制器上，距离美、德、日等发达国家还是存在一定的差距，在混合动力汽车研发的道路上还需要继续负重前行。

1.3.2 整车控制器国内外研究现状
1.3.
2.1 国外研究现状
整车控制器是混合动力汽车控制系统的中枢，它接收来自外部的运行指令（驾驶员提供的踏板信号），根据驾驶员的意图综合分析并做出快速响应判断，监控内燃机控制器、电机控制器、电池管理系统等下层部件的行为，完成对内燃机、驱动电机和锂离子电池与超级电容单元组的能量管理分配，并根据车辆的运行工况合理分配动力源的转矩，使内燃机、驱动电机、锂离子电池与超级电容单元组各自工作在其高效区域，从而实现混合动力汽车较佳的燃油经济性和排放性。

国外对整车控制器研究的起步较早，关于整车控制器的软硬件设计、V型开发模式等技术较为先进，市场推广、开发经验也较为丰富，控制策略相对成熟。

目前相对成熟的控制
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策略主要由逻辑门限控制策略、瞬时优化控制策略和模糊逻辑控制策略组成。

逻辑门限控制策略[15]依靠工程经验设定的各种控制变量的逻辑门限值，通过试错法对设定的门限值进行标定。

该控制策略比较简单，设定的门限值能够较好的体现出混合动力汽车的静态特性。

但车辆的行驶工况在实际运行不断地进行动态变化，人为设定的静态门限值很难使整车系统达到最大效率；瞬时优化控制策略[16]可以使车辆在每个时刻都能实现较高的燃油效率和相对较低的排放值，但无法保证全局最优，且整车控制器需要进行大量的浮点计算，对控制策略的快速性实现难度较大。

同上述控制策略相比，模糊逻辑控制策略[17]能够模拟人类的思维方式进行推理决断，控制规则主要来源于工程经验，表达方式类似于C语言的IF语句，更接近人工控制。

而且，模糊逻辑所依据的工程经验能够很好的适应车辆实际运行中的动态变化，所以模糊逻辑控制策略是国外普遍采用的一种控制策略。

国外主要研制生产整车控制器的企业有：美国通用汽车公司、美国福特汽车公司、日本日产公司、日本丰田汽车公司、日本三菱汽车公司、德国Bosch公司、法国法雷奥公司等。

其中美国的通用公司、日本的日产公司研发的整车控制器专利最多，技术最为成熟。

美国的通用公司发表了Forward-looking hybrid vehicle control strategy（前瞻性的混合动力汽车整车控制策略）、Hybrid vehicle powertrain control method and apparatus（混合动力汽车动力总成控制方法及装置）、Method to manage a high voltage system in a hybrid powertrain system（混合动力汽车动力总成系统的高压安全管理方法）等专利；日本的日产公司研发出Control unit for hybrid electric vehicle（混合动力电动汽车的整车控制器）、Regenerative brake for electric automobile（用于纯电动汽车的再生制动）、Device and method for controlling regenerative braking force of hybrid vehicle （用于控制混合动力车辆再生制动的装置及方法）等整车控制器专利；一些汽车零部件巨头如德国的博世集团也开发出Process of detecting the intention of a driver to start a motor vehicle（驾驶员意图识别的检测方法）、Method and device for actuating and electric machine in the motor starting mode（用于驱动电动汽车起步模式的方法及装置）等关于整车控制器的发明专利[18]。

1.3.
2.2 国内研究现状
“863”计划中我国混合动力汽车整车控制器的研究主要是以清华大学、同济大学、北京理工大学等高校为依托，整车控制系统的研发企业以一汽集团、奇瑞、杭州杰能等为代表对整车控制器进行开发。

这些国内的企业，目前已能独立自主对的对整车控制器的软、硬件进行开发，并取得显著的成绩，申请了很多发明专利。

北京理工大学研究出一种电动车整车控制器中的电源技术专利；一汽集团开发的通用化混合动力整车控制系统专利；杭州杰能动力有限公司发表的采用可编程控制
第1章绪论
器的电动汽车整车控制器专利等[18]，其中有部分专利技术已应用到了小批量的样车上。

目前国内各大整车厂基本上都掌握了整车控制器开发技术，但由于我国的汽车工业起步较晚，整车控制器的软硬件水平与国外的控制器厂商存在一定差距，控制器产品技术水平和产业化能力相对不足。

我国整车控制器存在的主要问题如下[19]：
（1）整车控制器软硬件的设计能力有待提高。

在整车控制器软件开发方面，控制策略相对简单，软件的诊断、监控功能等不够成熟；硬件设计方面，我国的芯片开发还处于初级阶段，导致控制器的可靠性和稳定性能较差，大多数硬件都需要从国外进口；
（2）国内整车控制器的开发普遍基于V型开发流程，开发流程主要侧重于前期模型的搭建与自动代码的生成，缺少后期整车用于生产制造和售后服务的工具，不利于产品的产业化发展；
（3）国内的整车控制器厂商研发的控制器接口和网络通讯协议定义互不相同，造成控制器之间的通用性较差，不利于控制器的产业化和规模化。

1.4 本文研究的内容
本文研究的主要内容有：
（1）整车结构分析
具体分析混合动力汽车电驱动系统设计原理及系统关键部件参数的确定。

主要内容包括：串联、并联、混联式混合动汽车驱动系设计原理的研究；分析内燃机、驱动电机、锂离子电池、超级电容的特性，并确定关键部件的基本参数；
（2）整车控制策略的制定与系统模型的建立
确定混合动力汽车的模糊逻辑控制策略，在MATLAB/Simulink中搭建混合动力汽车的系统模型。

将模糊控制策略嵌入到包含整车控制器模型、驾驶员模型、内燃机模型、驱动电机模型、锂离子电池与超级电容模型的整车系统模型中，离线仿真整车系统模型，分析在NEDC和UDDS循环工况下，混合动力汽车的燃油消耗量和排放值；
（3）算法优化整车的模糊逻辑控制策略
利用基于特征选择的遗传算法对混合动力汽车中运行良好的模糊控制策略进行优化，完成隶属度函数参数的优化（即功率分配因子K uc的优化），并在MATLAB 中完成基于特征选择遗传算法的程序设计并仿真。

通过对模糊逻辑控制策略优化前后数据的对比，得出混合动力汽车的燃油消耗量和排放值；
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（4）整车控制器HIL硬件在环测试
基于整车控制器的V型开发流程，对整车控制器进行HIL硬件在环测试。

本文建立HIL仿真软硬件平台，提出基于NI HIL设计试验方案，利用Verstand软件建立监控窗口，调试和记录整车关键参数的变化情况，完成对整车系统模型的验证，同时证明了基于特征选择遗传算法优化后的模糊控制策略的有效性。

第2章混合动力汽车整车结构分析
第2章混合动力汽车整车结构分析
2.1 混合动力汽车电驱动系设计原理
2.1.1 串联式混合动力汽车电驱动系设计原理
从现有的燃油车变换为混合动力汽车，主要是增加了电机驱动装置以及锂离子电池和超级电容等复合能源，保留了内燃机和燃油箱，这样可以解决电动汽车车载蓄电池组能量存储不足以及行驶里程有限等问题。

串联式混合动力电驱动系的概念源于电动汽车驱动系的发展[20]，具体的串联式混合动力电驱动系的构造如图2-1所示：
图2-1串联式混合动力电驱动系的构造
Fig.2-1 Structure of a series hybrid electric drive system
该串联式混合动力汽车配置内燃机/发电机组、锂离子电池与超级电容单元组和驱动电机，这样的设计可以确保车辆能够获得所期望的动能。

牵引电机、内燃机/发电机组、锂离子电池和超级电容单元组及电耦合装置是主要关注的设计组件[21]。

基于电力电子技术，将可控的电耦合装置用于将三个动力源（内燃机/发电机组、锂离子电池和超级电容单元组和牵引电机）组合在一起。

使用双向DC-DC变换器
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[22]，在这些动力源之间调节功率流和控制端电压，其结构如图2-2所示：
图2-2DC-DC变换器的结构
Fig.2-2 Structure of DC-DC converter
在图2-2的结构中，DC-DC变换器位于锂离子电池与超级电容单元组和DC 总线之间，而内燃机/发电机整流器直接与DC总线相连。

此时，锂离子电池与超级电容单元组可允许不同于DC总线电压，而内燃机/发电机的整流电压等于DC 总线电压，此结构中的DC-DC变换器是双向的[23]。

在锂离子电池与超级电容单元组的额定电压低于DC总线电压的情况下，DC-DC变换器必须升高锂离子电池与超级电容单元组电压至DC总线电压，向DC总线传送其功率，并将DC总线电压降至锂离子电池与超级电容单元组充电电压，向锂离子电池与超级电容单元组充电。

再生制动模式下，若车辆处于给定的低速状态，若牵引电机发电产生的电压仍高于锂离子电池与超级电容单元组的电压，则在其充电范围内，降压型DC-DC变换器仍可适用。

DC-DC变换器的基本功能如表2-1所示：
表2-1 DC-DC变换器的基本功能
Table 2-1 Basic functions of DC-DC converter
能量流锂离子电池与超级电容
单元组放电
锂离子电池与超级电容单元
组充电
锂离子电池与超级电容单元组
供电牵引
升压————锂离子电池与超级电容单元组
由内燃机/发电机充电
————降压再生制动————降压或升压。