車輛工程領(lǐng)域中混合動力技術(shù)分析

劉健伯

（大連民族大學(xué)，遼寧 大連 116600）

一般所指的混合動力是油電混合動力，相對于傳統(tǒng)單一的動力，這種混合動力有著更好的節(jié)能減排效果，并且還能夠有效提升車輛運行性能，有效推動了車輛工程領(lǐng)域的建設(shè)發(fā)展?；诖?，有必要在對車輛工程中的混合動力技術(shù)進(jìn)行討論分析，從而使混合動力技術(shù)發(fā)揮出更大的價值，實現(xiàn)更好的節(jié)能降耗效果。

1 混合動力汽車的優(yōu)勢分析

首先，傳統(tǒng)車輛在實際運行時，由于只有一個以燃油為主的發(fā)動機(jī)作為動力源支持車輛運行，而發(fā)動機(jī)本身的功率輸出與車速、扭矩有著直接的關(guān)系，這就決定了發(fā)動機(jī)工況一直處于時刻變化的狀態(tài)中，盡管能夠在變速器的幫助下進(jìn)行調(diào)節(jié)，但在大量工況下，傳統(tǒng)單一動力系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)功率一直處于較低的狀態(tài)，同時在遇到剎車制動等工況時，發(fā)動機(jī)還會出現(xiàn)很多無效輸出，因此導(dǎo)致大量能源被白白損耗。而對基于混合動力系統(tǒng)的汽車而言，由于汽車存在兩種不同的動力源（電能能源與燃油能源），能夠在良好的混合動力控制技術(shù)下，促使不同動力源都能夠在各自最高效工作區(qū)間內(nèi)進(jìn)行工作，就是所謂的“解耦”，從而可以提升能源利用率。其次，混合動力系統(tǒng)能夠通過控制發(fā)動機(jī)怠速啟停，降低系統(tǒng)在怠速時產(chǎn)生的無效輸出，同時混合動力汽車還能夠通過進(jìn)行制動能量回收，降低無謂能源損耗，起到良好的節(jié)能效果。最后，混合動力汽車除了具備節(jié)能效果外，還能夠有效提升車輛駕乘體驗，混合動力系統(tǒng)能夠通過發(fā)動機(jī)輸出與發(fā)電機(jī)輸出相配合，為車輛啟動提供充足的能源支持，提升車輛起步加速感，同時混合汽車中的動力分流構(gòu)型的EVT 混合動力變速箱還能夠輸出傳統(tǒng)CVT 難以企及的扭矩，能夠提供持續(xù)不間斷的動力輸出，不會出現(xiàn)換擋動力中斷問題，極大地提升了駕駛者的駕駛體驗。

2 混合動力汽車類別分析

在車輛工程領(lǐng)域中，混合動力汽車基于驅(qū)動聯(lián)結(jié)方式的不同，總體可分為三類：第一類是串聯(lián)式混合動力汽車（SHEV），這種汽車在動力驅(qū)動上，主要由發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)、驅(qū)動電機(jī)三大動力混合提供動力支持，并且這三大動力主要采用了串聯(lián)方式，共同組成了HEV 動力系統(tǒng)。第二類是并聯(lián)式混合動力汽車（PHEV），這種汽車在動力驅(qū)動方面，主要由發(fā)動機(jī)與發(fā)電機(jī)兩大動力提供動力支持，并且這兩大動力在具體功率輸出上，既能夠互相疊加輸出，也能夠獨立作為汽車驅(qū)動進(jìn)行功率輸出。最后一類是混聯(lián)式混合動力汽車（PSHEV），這種混合式動力汽車是上述兩種類別的動力汽車綜合體，綜合了串聯(lián)式和并聯(lián)式的結(jié)構(gòu)，主要動力由發(fā)動機(jī)、電動-發(fā)電機(jī)和驅(qū)動電機(jī)三大動力混合提供動力支持。

此外，從汽車混合動力系統(tǒng)的角度來看，基于混合度的不同，系統(tǒng)總共可分為四類：第一類是微混合動力系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的典型代表有PSA 的混合動力版C3 與豐田的混合動力版Vitz，但從嚴(yán)格意義的角度來看，配置有微混合動力系統(tǒng)的汽車尚不屬于真正混合動力汽車范疇，究其原因在于，這種微混動力系統(tǒng)電機(jī)在實際運行時，并沒有為汽車行駛提供持續(xù)穩(wěn)定的驅(qū)動力，發(fā)揮作用較小。第二類是輕混合動力系統(tǒng)，比較典型的代表車輛類型為當(dāng)下常見的混合動力皮卡車。這種輕混合動力系統(tǒng)混合程度一般在20%以下，并且有著非常好的控制力，能夠通過控制發(fā)電機(jī)，來對車輛發(fā)動機(jī)的啟動和停止進(jìn)行靈活控制，除此之外，還具備如下優(yōu)勢：一是當(dāng)車輛處于減速剎車工況下，系統(tǒng)還能夠回收能量，降低車輛能源損耗，所謂能量回收即是在車輛剎車減速的情況下，電動機(jī)將會轉(zhuǎn)換為發(fā)電機(jī)，將車輛制動產(chǎn)生的多余能量回收，并存儲在高壓蓄電池中，供車輛后續(xù)驅(qū)動進(jìn)行應(yīng)用；二是在車輛行駛過程中，在輕混合動力系統(tǒng)的作用下，能夠促使發(fā)動機(jī)實現(xiàn)等速運轉(zhuǎn)，并且發(fā)動機(jī)在能量產(chǎn)生上，能夠充分平衡調(diào)節(jié)車輪驅(qū)動與發(fā)電機(jī)充電實際需求，在保障車輛運行能源充足供應(yīng)的前提下，有效降低車輛能量損耗；三是中混合動力系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，電動機(jī)采用的是高壓電機(jī)，同時在具備輕混合動力系統(tǒng)的優(yōu)勢基礎(chǔ)上，還額外具備一種優(yōu)勢，即是汽車在進(jìn)行加速或者承受較大的運載負(fù)荷時，電動機(jī)能夠參與車輛驅(qū)動動力提供中，從而有效地彌補(bǔ)發(fā)動機(jī)本身存在動力輸出的不足的缺陷，促使整個車輛性能得到有效的提升，中混合動力系統(tǒng)混合程度在程度在30%左右，并且這種混合技術(shù)本身已經(jīng)在眾多車輛中得到了廣泛的應(yīng)用。例如，本田旗下的Accord、Civic 等都應(yīng)用了這種中混合動力系統(tǒng)。最后一類是高混合動力系統(tǒng)。這種系統(tǒng)采用了高壓啟動電機(jī)，最高電壓能夠在650V 左右，并且相對于中混合動力系統(tǒng)，高混合動力系統(tǒng)有著更高的混合度，最高可超過50%，從而在動機(jī)強(qiáng)力電能的輔助下，使得汽車起步、加速性能更好，同時還能夠有效降低車輛油耗，在未來，隨著節(jié)能環(huán)保理念在車輛工程領(lǐng)域中的進(jìn)一步發(fā)展，高混合動力系統(tǒng)將會成為混合動力技術(shù)的主要發(fā)展方向。

3 車輛工程領(lǐng)域中混合動力技術(shù)應(yīng)用分析

3.1 混合動力分流技術(shù)

這種技術(shù)在混聯(lián)式混合動力汽車中有著廣泛的應(yīng)用，在具體實現(xiàn)方式上，可包含多種，例如輸入/輸出動力分流、混合動力分流等，但總體而言，基本思路都是通過借助一組或多組行星齒輪，將發(fā)電機(jī)與發(fā)動機(jī)耦合在一起進(jìn)行工作運行，從而以此實現(xiàn)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩與輸出軸解耦。本文以豐田Prius 混合動力汽車為例，在該汽車行星齒輪的齒輪架上，連接有發(fā)動機(jī)輸出軸，同時驅(qū)動電機(jī)與齒圈相連，并輸出到半軸上。發(fā)動機(jī)與電機(jī)在具體輸出上，經(jīng)由行星齒輪進(jìn)行耦合。當(dāng)汽車處于正常行駛狀態(tài)下，電機(jī)能夠結(jié)合汽車實際需要，自由進(jìn)行發(fā)電狀態(tài)與驅(qū)動狀態(tài)切換，通過調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速與功率，保障汽車發(fā)動機(jī)始終處于最為經(jīng)濟(jì)的運行狀態(tài)，提升能源利用率，降低能耗。在汽車進(jìn)行啟動或執(zhí)行倒擋操作時，發(fā)動機(jī)可以不參與動力源提供過程，整個過程都由發(fā)電機(jī)提供驅(qū)動力，在車輛制動時，驅(qū)動電機(jī)作為發(fā)電機(jī)為電池充電，同時提供制動扭矩。通過這種方式，豐田Prius 體現(xiàn)了顯著的節(jié)能效果。

3.2 城市公交車中混合技術(shù)的應(yīng)用

在城市公交車輛運行中，通過應(yīng)用將混合動力技術(shù)，不僅與當(dāng)下城市節(jié)能減排政策相符，同時還能夠有效降低城市公交車輛的運營成本，推動城市公交實現(xiàn)更好的發(fā)展。在實際應(yīng)用混合動力技術(shù)的過程中，針對同一路線的公交車，可以通過制定靈活的車輛管理策略，針對車輛內(nèi)部多能源管理系統(tǒng)，加強(qiáng)智能化設(shè)計，從而確保在車輛運行中能夠?qū)崿F(xiàn)不同動力源無縫切換，有效提升動力源輸出功率。在混合動力技術(shù)的幫助下，能夠使得車輛在滿足實際運營需求的前提下，有效節(jié)約能源，并促使不同工作能源都能夠處于高效的工作區(qū)間內(nèi)。例如，當(dāng)公交當(dāng)車輛承載負(fù)荷較小時，一般可以直接由發(fā)電機(jī)作為驅(qū)動動力工作，在負(fù)荷逐漸變大的情況下，啟動混合動力公交車輛內(nèi)部的內(nèi)燃機(jī)，通過電動機(jī)與內(nèi)燃機(jī)結(jié)合，促使城市公交車輛得以實現(xiàn)更加節(jié)能穩(wěn)定的運行。除此之外，還可以通過引入新能源混合動力平臺，并充分利用現(xiàn)有的智能技術(shù)、信息化技術(shù)等，例如，公交GPS 智能調(diào)度系統(tǒng)，從而對混合動力公交車運行進(jìn)行實時監(jiān)控，收集相應(yīng)的行駛數(shù)據(jù)、耗油參數(shù)等，產(chǎn)品狀況，自動生成數(shù)據(jù)報表，并直接上傳至混合動力智能平臺，從而結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)分析，做好公交車輛混合動力運行策略調(diào)整優(yōu)化，促使公交車實現(xiàn)更好的節(jié)能效果。

3.3 混合動力裝載機(jī)車的參數(shù)

對于混合動力裝載機(jī)車而言，一般采用的是液壓動力混合方式，在實際混合動力技術(shù)應(yīng)用上，做好對其參數(shù)控制非常重要，一般需要在智能傳感器的幫助下，有效控制車輛發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)，保障發(fā)動機(jī)功率輸出與實際工況相符，降低能源損耗，實現(xiàn)開關(guān)量模擬，同時，在具體實踐過程中，還需要技術(shù)人員注重提高對傳感器控制重視程度，實現(xiàn)脈沖信號頻率合理調(diào)節(jié)，從而促使車輛運行能夠處于一個更加穩(wěn)定的狀態(tài)。此外，在實際進(jìn)行控制過程中，還需要加強(qiáng)對離合器控制分析，通過采用液壓控制方式，促使混合動力裝載機(jī)在車輛工程領(lǐng)域中的作用價值得以充分的彰顯。

4 結(jié)語

綜上所述，在車輛工程領(lǐng)域中，做好混合動力技術(shù)的應(yīng)用，不僅能夠有效節(jié)約燃油，提升燃油利用率，起到良好節(jié)能減排的作用，還能夠有效提升汽車駕乘體驗，保障車輛安全穩(wěn)定運行。因此，需要相應(yīng)技術(shù)人員加強(qiáng)對混合動力技術(shù)的研究與應(yīng)用，促使混合動力技術(shù)在車輛工程領(lǐng)域中發(fā)揮出更大的價值，推動車輛工程建設(shè)實現(xiàn)更好的發(fā)展。