淺談汽車混合動(dòng)力系統(tǒng)

于春滿 李爽

摘 要：隨著國(guó)家環(huán)境保護(hù)法規(guī)越來(lái)越嚴(yán)格，以及人們對(duì)汽車排放和能量利用率提出了越來(lái)越高的要求，汽車企業(yè)迎來(lái)新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，即要求現(xiàn)代汽車具有高機(jī)動(dòng)性、通過(guò)性，又要求具有低油耗、高能量利用率。于是很多汽車企業(yè)開(kāi)始研發(fā)新的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，以節(jié)省資源。本文主要針對(duì)一種新型動(dòng)力系統(tǒng)-汽車混合動(dòng)力系統(tǒng)的匹配研究進(jìn)行簡(jiǎn)要闡述。

關(guān)鍵詞：混合動(dòng)力;發(fā)動(dòng)機(jī);控制策略;燃油經(jīng)濟(jì)性;降低排放;數(shù)字模型

1 汽車混合動(dòng)力系統(tǒng)功能概述

汽車混合動(dòng)力系統(tǒng)是一套多種能量轉(zhuǎn)化器組合驅(qū)動(dòng)汽車的系統(tǒng)，分為主動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和輔助驅(qū)動(dòng)單元，二者合到一起共同形成汽車的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。目前最具實(shí)用性及商業(yè)價(jià)值的混合動(dòng)力汽車為燃油發(fā)動(dòng)機(jī)主驅(qū)和電力馬達(dá)輔驅(qū)結(jié)合系統(tǒng)汽車。其按照動(dòng)力傳輸路線不同分為：串聯(lián)式動(dòng)力傳動(dòng)系、并聯(lián)式動(dòng)力傳動(dòng)系和混聯(lián)式動(dòng)力傳動(dòng)系三種形式，混合式又分開(kāi)關(guān)式和分路式兩種結(jié)構(gòu)。

其工作原理：當(dāng)汽車高速行駛時(shí)，其燃油發(fā)動(dòng)機(jī)提供主要?jiǎng)恿ΓＷC汽車具備足夠通過(guò)性、動(dòng)力性，同時(shí)具備發(fā)動(dòng)機(jī)最佳工作狀態(tài)。當(dāng)汽車行駛在城市路況或堵塞工況時(shí)，汽車處于低速或停止啟動(dòng)狀態(tài)，通過(guò)傳感器和控制系統(tǒng)，控制電力馬達(dá)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)汽車，同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)停止工作或保持最佳工作狀態(tài)，從而既降低了能量損耗，又保證了汽車動(dòng)力性和低排放。

2 汽車混合動(dòng)力系統(tǒng)優(yōu)、缺點(diǎn)

汽車混合動(dòng)力系統(tǒng)作為一種新型的動(dòng)力組合形式，繼承了電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)低排放優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又具有燃油驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)很高的比能量和比功率的特點(diǎn)。使現(xiàn)代汽車相對(duì)傳統(tǒng)汽車在通過(guò)性、動(dòng)力性、操控性、NVH舒適性等方面具有顯著提高，降低了汽車尾氣排放，節(jié)省了燃油，提高了汽車?yán)m(xù)航行程。對(duì)于不同的混合動(dòng)力系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)如下。

串聯(lián)式：優(yōu)點(diǎn)是汽車各個(gè)行駛工況下對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)進(jìn)行控制，控制簡(jiǎn)單靈活，使發(fā)動(dòng)機(jī)工作穩(wěn)定在高效區(qū)或低排放區(qū)。缺點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)綜合效率較低，能量首先轉(zhuǎn)化成電能，才能控制電動(dòng)馬達(dá)，轉(zhuǎn)化過(guò)程中伴有較大能量損失，且布置結(jié)構(gòu)復(fù)雜。（圖1）

并聯(lián)式：優(yōu)點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)與馬達(dá)可以獨(dú)立控制汽車驅(qū)動(dòng)力，中間能量轉(zhuǎn)化損失較少。缺點(diǎn)是需要復(fù)雜的控制系統(tǒng)及控制策略，造成研發(fā)及匹配成本增加，控制復(fù)雜、困難。（圖2）

混聯(lián)式：通過(guò)簡(jiǎn)單機(jī)械結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)具備串聯(lián)和并聯(lián)之間的切換操作。其綜合了串、并聯(lián)布置方案的優(yōu)缺點(diǎn)，其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)分別進(jìn)行串、并聯(lián)操作，串聯(lián)解放了發(fā)動(dòng)機(jī)，并聯(lián)保證了整車動(dòng)力性，所以性能上占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。缺點(diǎn)是布置要求更高、更復(fù)雜，研發(fā)及匹配成本更高。（圖3）

3 汽車混合動(dòng)力系統(tǒng)匹配流程及注意事項(xiàng)

3.1 混合動(dòng)力系統(tǒng)匹配流程

圖4

3.2 混合動(dòng)力系統(tǒng)匹配注意事項(xiàng)

汽車混合動(dòng)力系統(tǒng)匹配主要目的是提高汽車燃油經(jīng)濟(jì)性，降低排放，優(yōu)化控制系統(tǒng)策略、參數(shù)，使汽車真正在通過(guò)性、動(dòng)力性、操控性、NVH舒適性等方面得到顯著提高。其匹配過(guò)程復(fù)雜繁瑣，過(guò)程注意事項(xiàng)如下。

①控制策略及控制參數(shù)的合理選取對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)有進(jìn)一步改善效果，所以在仿真分析時(shí)可采用選取多組數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比計(jì)算，分析差距。②在進(jìn)行臺(tái)架及實(shí)車標(biāo)定測(cè)試時(shí)，盡量?jī)?yōu)化控制參數(shù)在仿真最佳效果，同時(shí)要考慮制造工藝過(guò)程的難易程度，以便保證開(kāi)發(fā)成本。③數(shù)字模型建立包括發(fā)動(dòng)機(jī)使用外特性建模、萬(wàn)有特性建模、電池充放電建模、電動(dòng)馬達(dá)的輸出與效率特性建模等方面，數(shù)字模型仿真結(jié)果應(yīng)與實(shí)車測(cè)試結(jié)果對(duì)比，結(jié)合進(jìn)行優(yōu)化。④仿真匹配過(guò)程要考慮汽車驅(qū)動(dòng)形式、不同工況等影響要素。⑤匹配過(guò)程除采用試驗(yàn)優(yōu)化參數(shù)外，也可采用標(biāo)桿對(duì)比優(yōu)化方法，這樣可以減少標(biāo)定次數(shù)，降低標(biāo)定試驗(yàn)開(kāi)發(fā)成本。

4 汽車混合動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

目前國(guó)內(nèi)外混合動(dòng)力汽車處于高端發(fā)展階段，相對(duì)傳動(dòng)汽車生產(chǎn)量較少，但其具有很大的推廣及研發(fā)價(jià)值，國(guó)外混合動(dòng)力汽車典型代表有日本豐田PRIUSE、本田INSIGHT、雷諾Kangoo、雷克薩斯CT500，國(guó)內(nèi)混合動(dòng)力汽車典型代表有比亞迪“秦”、榮威550plug-in、江淮和悅。基于混合動(dòng)力系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外很多整車企業(yè)都在積極地進(jìn)行混合動(dòng)力系統(tǒng)研究，國(guó)外如美國(guó)通用、美國(guó)福特、法國(guó)雷諾、意大利菲亞特等，國(guó)內(nèi)如比亞迪、吉利、福田、長(zhǎng)城等。

國(guó)內(nèi)外關(guān)于汽車混合動(dòng)力系統(tǒng)研究表明，混合動(dòng)力系統(tǒng)串聯(lián)方式布置結(jié)構(gòu)在未來(lái)會(huì)應(yīng)用在大型汽車上，包含城市公交、大型客車或貨車及軍用汽車，它們共同特點(diǎn)是電池大小、重量不會(huì)影響汽車的布置結(jié)構(gòu)及汽車通過(guò)性能，便于發(fā)揮汽車能量利用率。并聯(lián)及混聯(lián)布置結(jié)構(gòu)將會(huì)應(yīng)用在以轎車為首的小型汽車上，便于充分發(fā)揮汽車燃油經(jīng)濟(jì)性，并且隨著電子控制技術(shù)的發(fā)展，混合動(dòng)力系統(tǒng)混聯(lián)方式在未來(lái)的應(yīng)用中更加具有吸引力。

參考文獻(xiàn)：

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