混合动力汽车(Hybrid Electric Vehicle,HEV)能够有效缓解汽车产业发展带来的能源和环境压力,是目前最具市场前景的新能源车型。随着电能储存系统的引入,研究如何在满足车辆动力性能的同时,通过对不同动力源输出功率的优化分配,达到降低整车燃油消耗的控制目标,具有极为重要的现实意义。本文针对现有能量管理策略不能同时兼顾实时性和最优性的问题,引入二次型积分性能指标用于解决混合动力汽车的实时能量优化分配问题,通过理论推导,得到了与基于最小值原理(Pontryagin’s Minimum Principle,PMP)的全局最优控制策略油耗相近且易于工程应用的控制策略。首先,根据带双离合的“ISG”并联式混合动力汽车和“PRIUS”混联式混合动力汽车可以实现发动机工作点与道路工况解耦的结构特点,深入分析其最优工作点调节机制。利用车辆纵向动力学模型及电池-电机系统的运行特性,通过线性化处理得到二次型最优控制理论应用所需的数学模型。然后,当驾驶员的车速给定值被近似处理成一系列常值指令信号时,从满足车辆动力性、限制电池组SOC波动范围和抑制发动机输出功率大幅波动的角度出发设计了二次型输出跟踪器性能指标,通过理论推导,得到由状态反馈和指令前馈共同构成的能量优化管理策略。为了抑制坡度变化等非理想扰动因素对车速跟踪性能的影响,又设计了包括车速误差和电池剩余能量误差积分作用在内的扩展二次型状态调节器性能指标,通过理论推导,得到包含积分反馈作用在内的能量优化管理策略。此外,当驾驶员的踏板指令被解释成转矩给定值时,车辆需求功率由踏板指令和车速直接决定,将燃油消耗率近似表示成关于发动机输出功率的二次函数,并直接引入二次型性能指标进行优化,则混合动力汽车的能量管理问题可被处理成一类新的扩展二次型最优输出跟踪器问题。利用黎卡提微分方程和伴随方程解的特性,在理论推导的基础上,得到易于工程应用的近似最优控制律。上述能量优化管理策略的控制量只和系统的当前状态和给定的指令值有关,并不依赖于道路的工况条件,故均可用于解决车辆的实时优化控制问题。最后,利用ADVISOR仿真软件的二次开发技术,搭建整车和各关键零部件的正向仿真模型。通过大量仿真算例证明本文提出的能量优化管理策略无需改变加权系数,即可在不同道路工况下获得与基于PMP的全局最优控制策略相近的节油效果,而且在整车质量、路面坡度或电池组SOC初值等条件发生变化时,其仍具有较强的鲁棒性。