混合動力汽車技術(shù)及其研究進展

孟祥東 王學(xué)峰

(1：吉林建筑大學(xué)電氣電子信息工程學(xué)院，長春 130118；2：長春一汽啟明公司，長春 130000)

當(dāng)前世界的石油儲備量急劇下降，節(jié)約石油能源已經(jīng)成為國際化問題.為了解決石油燃料消耗的問題，國內(nèi)外汽車行業(yè)專家力爭尋取新能源代替原始的汽車燃料，從而達到節(jié)約石油能源的目的.混合動力技術(shù)是20世紀(jì)出現(xiàn)的全新技術(shù)，發(fā)展至今已經(jīng)成為各大汽車公司節(jié)約石油燃料的重要手段之一.由于混合動力汽車具有節(jié)能、強動力、適用廣泛等特點，從而越來越被廣大的汽車愛好者所重視，在全球范圍內(nèi)得到了飛速的發(fā)展以及廣泛的應(yīng)用，并且取得了良好的經(jīng)濟效益.

1 混合動力汽車的分類

混合動力汽車是指同時裝備熱動力源與電動力源的汽車，通過混合動力汽車電機的使用，使得動力系統(tǒng)可以按照實際運行工況進行調(diào)控，從而起到降低油耗、減少污染的目的.混合動力汽車技術(shù)有串聯(lián)式混合動力、并聯(lián)式混合動力、混聯(lián)式混合動力.

1.1 串聯(lián)式混合動力汽車

串聯(lián)式混合動力汽車通常是由內(nèi)燃機直接帶動發(fā)電機發(fā)電，所產(chǎn)生的電能經(jīng)控制單元傳送到電池，在經(jīng)電池傳送給電機轉(zhuǎn)化為動能，最后由變速驅(qū)動系統(tǒng)來進行汽車的驅(qū)動[1].當(dāng)發(fā)電機功率超過電動機所需功率時，發(fā)電機向電池充電；當(dāng)發(fā)電機功率小于電動機所需功率時，電池將額外的電能提供給電動機.串聯(lián)式混合動力汽車具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，可降低燃料消耗、減少尾氣排放等優(yōu)點，但存在著能量損失多、效率低及成本昂貴等缺點.

1.2 并聯(lián)式混合動力汽車

并聯(lián)式混合動力汽車裝有發(fā)動機與電動機兩套獨立系統(tǒng)，可以分別獨立地向汽車傳動系統(tǒng)提供扭矩.當(dāng)汽車在加速狀態(tài)下爬坡時，電動機與發(fā)電機可以同時向傳動機構(gòu)提供動力；當(dāng)汽車速度達到巡航速度時，汽車將僅僅依靠發(fā)動機來維持該速度[2].并聯(lián)式混合動力汽車具有耗油量小、能量損失小、成本相對較低等優(yōu)點.但是，由于發(fā)動機與驅(qū)動輪之間還是機械連接，發(fā)動機的效率還是得不到充分的發(fā)揮，因此混合度較低，不便于向插電式混合動力過度.

1.3 混聯(lián)式混合動力汽車

混聯(lián)式混合動汽車變速系統(tǒng)是由串聯(lián)式和并聯(lián)式兩種變速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)結(jié)合而成，其中包含了發(fā)動機，行星齒輪機構(gòu)，發(fā)電機，逆變器，蓄電池，電動機等，大大的提高了其靈活性以及節(jié)能性.在并聯(lián)式結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，另外增加一套電動機構(gòu)，這樣就構(gòu)成了混聯(lián)式混合動力汽車的變速系統(tǒng)，此時發(fā)動機所發(fā)出的功率即可以與電動機的功率相復(fù)合并且驅(qū)動汽車前行，同時還可以將轉(zhuǎn)換成的電能傳入蓄電池進行保存，從而實現(xiàn)電能的驅(qū)動.它基本包含了串聯(lián)式與并聯(lián)式的全部優(yōu)點，操控更為簡單.但動力系統(tǒng)包括發(fā)電機及電動機，使得結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，成本更加昂貴.

2 混合動力汽車技術(shù)的特點

混合動力汽車技術(shù)可有效的節(jié)約汽車能源，推廣普及混合動力汽車可以有效降低汽車燃料消耗量.混合動力汽車技術(shù)是指在車輛動力系統(tǒng)中采用兩種不同的動力源，目前比較普遍的為油電混合動力.通常情況下，降低油耗的方法一是采用小排量發(fā)動機；二是進行發(fā)動機工作點優(yōu)化；三是利用輔助能源或者其他替代能源.

混合動力系統(tǒng)也是以這些為出發(fā)點進行研發(fā).混合動力汽車的油料經(jīng)濟性能高，行駛性能好，無論是在起步還是在加速的時候都可以降低油耗.輔助發(fā)動機的電動馬達在啟動瞬間會產(chǎn)生強大的動力，因此駕駛者可以體會到起步、加速的強勁以及實現(xiàn)高水平的節(jié)能性.隨著全球環(huán)境保護措施的日益完善，替代燃油汽車的方案也越來越多，例如氫能源汽車，太陽能汽車等.但是，目前最具有實用性并且已經(jīng)市場化的只有混合動力汽車即油燃料與電能的混合[3].

3 混合動力技術(shù)的應(yīng)用

隨著混合動力汽車技術(shù)的日益成熟，現(xiàn)已被國內(nèi)外各種品牌汽車所應(yīng)用，主要是通過油燃料與電能共同作用從而實現(xiàn)良好的節(jié)油性與強勁動力性[4].

從1999年開始，一汽集團就對混合動力汽車進行研究，并且開發(fā)了紅旗混合動力轎車性能樣本；2006年一汽集團在奔騰B70的基礎(chǔ)上進一步對混合動力技術(shù)進行研究，并且為2008年北京奧運會提供了12輛混合動力客車和6臺混合動力轎車.目前一汽混合動力轎車已經(jīng)取得了42%的節(jié)油效果，已經(jīng)達到了國際先進水平.

2010年，上汽集團向市場投放了自主研發(fā)的榮威750混合動力汽車，具備“智能停機零排放”和“環(huán)保與動力性兼?zhèn)洹眱纱笸怀鎏攸c，最高時速可以達到205km/h，并且可以實現(xiàn)綜合節(jié)油20%左右.

奇瑞A5BSG是一輛并聯(lián)式弱混合動力轎車，利用燃油與電力兩個發(fā)動機互補的工作模式，通過這種組合模式，可使燃油消耗和尾氣排放量達到最少，從而實現(xiàn)省油和環(huán)保的目的，與傳統(tǒng)汽車相比在城市道路行駛，可節(jié)約10%～15%的油耗量，減少大約12%的二氧化碳排放量[5].

早在1997年，豐田公司就已經(jīng)研發(fā)出了屬于自己的混合動力汽車Pruise，并且在2003年重新設(shè)計改進，推出了第二代Pruise，由最初的緊湊型，發(fā)展成了中等尺寸型.加速性從0～97km/h可以達到10s，與傳統(tǒng)汽車相比，二氧化碳的排放量降低了50%，CO和NO的排放量降低90%，耗油量節(jié)省了一半.

4 結(jié)語

從國內(nèi)外混合動力汽車技術(shù)研究與應(yīng)用現(xiàn)狀來看，不斷推出更好的新能源汽車，降低油燃料的消耗，減少有害氣體的排放已經(jīng)成為現(xiàn)在汽車產(chǎn)業(yè)所研究的焦點.隨著能源的枯竭，人們對環(huán)境保護意識的提高，混合動力汽車技術(shù)將會成為新世紀(jì)汽車行業(yè)發(fā)展的主流.因此，混合動力汽車技術(shù)代替原始汽車技術(shù)將會成為必然趨勢，對能源及環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展有著深遠(yuǎn)的歷史意義.

參 考 文 獻

[1] 陳子興.串聯(lián)式混合動力汽車結(jié)構(gòu)技術(shù)分析[J].內(nèi)肛科技,2009(12)：85-105.

[2] 葛江成.并聯(lián)混合動力轎車機械式自動變速器換擋策略研究[D].長春:吉林大學(xué),2012.

[3] 吳瑞竹,肖繼學(xué),宋春華,張漢中,廖 旋,殷 巧.混合動力汽車發(fā)展綜述[J].中國測試,2012,38(16):26-29.

[4] 王鐵凡,朱利明,張宏偉.混合動力技術(shù)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用及發(fā)展前景[J].科技傳播,2012(19):96-98.

[5] 楊宏亮,陳全世.混聯(lián)式混合動力汽車控制策略研究綜述[J].公路交通科技,2002(1):103-107.