關(guān)于混合動(dòng)力汽車的安全穩(wěn)定性

梁梟

【摘要】針對混合動(dòng)力汽車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對于汽車安全穩(wěn)定性，提出正確使用與維護(hù)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的內(nèi)容和方法，以確保其各項(xiàng)性能良好發(fā)揮作用，達(dá)到安全穩(wěn)定性。

【關(guān)鍵詞】混合動(dòng)力汽車；安全；穩(wěn)定性

一、混合動(dòng)力的類型

混合動(dòng)力電動(dòng)汽車是以傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，通過混合使用熱能和電力兩套系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)汽車，達(dá)到節(jié)省燃料和降低污染排氣的目的。按照發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)組合的方式，混合動(dòng)力汽車有串聯(lián)式、并聯(lián)式和串并混聯(lián)式三種類型。

串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車由電動(dòng)機(jī)、汽油發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、HEV蓄電池、控制器（變頻器、轉(zhuǎn)換器）組成。發(fā)動(dòng)機(jī)以串聯(lián)的方式驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，電能通過控制器輸送到電動(dòng)機(jī)，由電動(dòng)機(jī)通過變速機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)汽車。

對于混合動(dòng)力電動(dòng)汽車安全穩(wěn)定性，動(dòng)力耦合及控制系統(tǒng)、電機(jī)及控制系統(tǒng)、動(dòng)力電池及管理系統(tǒng)是三項(xiàng)最為關(guān)鍵核心技術(shù)，同時(shí)與混合動(dòng)力汽車相關(guān)的發(fā)動(dòng)機(jī)、電力電子、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向、空調(diào)技術(shù)也是需要解決的主要技術(shù)問題。

1、動(dòng)力耦合系統(tǒng)

動(dòng)力耦合系統(tǒng)最關(guān)鍵的技術(shù)是其布置方案，不同結(jié)構(gòu)的動(dòng)力耦合方式不僅決定了混合動(dòng)力系統(tǒng)的工作模式，而且也是制定動(dòng)力分配策略的基礎(chǔ)，它對整車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放性和制造成本都有重大影響。結(jié)構(gòu)合理、制造容易、效率高的混合動(dòng)力耦合機(jī)構(gòu)，能夠?qū)⑷加推嚺c電動(dòng)汽車的優(yōu)點(diǎn)有機(jī)地結(jié)合起來，體現(xiàn)混合動(dòng)力汽車的優(yōu)越性。目前采用的動(dòng)力耦合方式有轉(zhuǎn)矩耦合、速度耦合和功率耦合三種方式，以功率耦合方式為主要發(fā)展方向，具體結(jié)構(gòu)方面，由變速器耦合、離合器耦合、主減速器耦合等向行星輪耦合方向發(fā)展。

2、動(dòng)力總成控制系統(tǒng)

汽車動(dòng)力總成控制系統(tǒng)是車輛行駛的核心單元?；旌蟿?dòng)力電動(dòng)汽車的控制需要根據(jù)駕駛?cè)瞬倏v狀態(tài)、車速、電池荷電狀態(tài)和相關(guān)設(shè)備的狀態(tài)確定發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)的功率分配策略，以保證滿足汽車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放性等性能指標(biāo)要求?；旌蟿?dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)要相互配合工作，并根據(jù)運(yùn)行工況適時(shí)控制發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)和關(guān)閉，這使得發(fā)動(dòng)機(jī)始終工作在低油耗區(qū)的整個(gè)控制過程十分復(fù)雜，因此需要用成熟可靠的動(dòng)力耦合裝置以及先進(jìn)的控制策略實(shí)現(xiàn)功率的合理分配，以達(dá)到油耗低和動(dòng)力性好的目標(biāo)。

3、電機(jī)及控制系統(tǒng)

用于混合動(dòng)力汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)類型主要有交流感應(yīng)電機(jī)、永磁電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī)。對電機(jī)的要求包括在較寬的速度范圍內(nèi)具有高轉(zhuǎn)矩密度、高功率密度，高效率、高可靠性、良好的控制性能，能夠適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)頻繁起停和電機(jī)電動(dòng)/發(fā)電狀態(tài)的切換。目前國外以永磁同步電機(jī)為主，國內(nèi)應(yīng)用較多的是交流感應(yīng)電機(jī)，故需要開發(fā)高效率永磁電機(jī)。電機(jī)控制系統(tǒng)也很關(guān)鍵，一是保證電機(jī)在基速以下時(shí)，能夠輸出大轉(zhuǎn)矩以適應(yīng)汽車加速和爬坡時(shí)的驅(qū)動(dòng)力需求；在基速以上時(shí)，能夠以恒功率、寬范圍運(yùn)行以滿足最高車速需要。二是保證系統(tǒng)在電機(jī)運(yùn)行范圍內(nèi)的效率最優(yōu)化。

4、動(dòng)力電池及其管理系統(tǒng)

混合動(dòng)力系統(tǒng)的動(dòng)力電池需要頻繁充放電，在充放電過程中，電壓、電流會(huì)有較大變化。針對這種使用特點(diǎn)，混合動(dòng)力系統(tǒng)對動(dòng)力電池有如下特別要求：一是具有大功率充放電能力和較高的比功率，以滿足汽車加速和爬坡時(shí)的大功率需求；同時(shí)電池還要具有快速充電能力，以滿足制動(dòng)時(shí)的大功率能量回收需要。二是充放電效率，高的充放電效率對保證整車效率具有至關(guān)重要的作用。三是電池在快速充放電的工況條件下保持性能的相對穩(wěn)定。此外，還必須考慮熱能控制管理、荷電狀態(tài)判定、充放電模式選擇、電池充放電均衡、電池過充電或過放電控制、電池組的工作溫度控制等，這些都是電池管理系統(tǒng)的任務(wù)。整車能量管理策略的實(shí)施要依賴電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)對電池狀態(tài)的判別和對電池性能的維護(hù)。

5、混合動(dòng)力系統(tǒng)專用發(fā)動(dòng)機(jī)

經(jīng)過100多年的發(fā)展，車用發(fā)動(dòng)機(jī)在動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性及排放控制方面獲得了很大改善。近年來，電控燃油噴射、排氣再循環(huán)、增壓中冷、可變進(jìn)氣渦輪、高壓共軌和催化后處理等技術(shù)的應(yīng)用，使汽車性能快速提高。作為一種成熟的動(dòng)力設(shè)備，發(fā)動(dòng)機(jī)在混合動(dòng)力汽車上的應(yīng)用難度不大，但仍然是影響混合動(dòng)力整車效率和性能的關(guān)鍵部分。

在混合動(dòng)力系統(tǒng)中，由于發(fā)動(dòng)機(jī)的工況可以控制在一定范圍內(nèi)，因而可以進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)一步提高其燃油經(jīng)濟(jì)性，降低排放。目前采用發(fā)動(dòng)機(jī)的混合動(dòng)力系統(tǒng)基本上都對其發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)或重大改進(jìn)。例如，豐田汽油機(jī)采用的高效率、高膨脹比工作循環(huán)，緊湊型傾斜式擠氣燃燒室及鋁合金缸體，其目的就是追求高效率。另外由于電機(jī)承擔(dān)了車輛的功率調(diào)峰作用，發(fā)動(dòng)機(jī)可以追求經(jīng)濟(jì)工作區(qū)的更高效率。

在混合動(dòng)力電動(dòng)汽車開發(fā)過程中，需要建立先進(jìn)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，這是計(jì)算機(jī)仿真和分析的基礎(chǔ)。在研究和開發(fā)混合動(dòng)力汽車的部件和選擇結(jié)構(gòu)時(shí)，需要很快縮小研究范圍，找到技術(shù)的突破口。在系統(tǒng)選擇上，可依靠高效的建模工具，通過交替使用候選的子系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真，從而找到最佳的方案。計(jì)算機(jī)模型為每個(gè)候選子系統(tǒng)提供了詳細(xì)規(guī)格和設(shè)計(jì)參數(shù)，從而提高設(shè)計(jì)效率，而且還有助于為設(shè)計(jì)和制造樣車制定工程目標(biāo)和計(jì)劃。

二、結(jié)論

通過對控制器、電動(dòng)機(jī)、動(dòng)力電池的正確使用與維護(hù)，確?；旌蟿?dòng)力客車各項(xiàng)指標(biāo)的充分發(fā)揮，可使混合動(dòng)力客車的節(jié)油率保持在20%～30%左右，減少維修成本，延長其使用壽命，真正做到節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)適用，最終達(dá)到安全的性能。

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