分析新能源汽車機電耦合技術的發(fā)展

姜琳

摘 要：伴隨我國當前社會、經(jīng)濟的飛速發(fā)展，汽車已經(jīng)成為人們出行的最重要的一種交通工具。當前我國民眾汽車家庭擁有量在不斷提升，但整體車輛數(shù)量大幅度提升的同時，國內當前有越來越多的環(huán)境及能源方面的問題出現(xiàn)，從而新能源汽車應運而生。在使用新能源汽車的過程中，可以有效降低環(huán)境污染?；诖?，文章概述新能源汽車機電耦合技術，分析新能源汽車機電耦合前沿技術發(fā)展，提出新能源汽車機電耦合前沿技術的發(fā)展與突破。

關鍵詞：新能源汽車 機電耦合技術 發(fā)展

近些年來，隨著當前我國能源危機的發(fā)展，以及日益嚴重的環(huán)境污染問題，從而國家在戰(zhàn)略新興產業(yè)中，將新能源汽車產業(yè)作為其中重要的組成部分，出臺多種政策、投入極大力度積極推進我國汽車工業(yè)轉型升級，而新能源汽車機電耦合系統(tǒng)的高檔生產裝備、生產線的國產化、自動化有著非常重要的影響和作用。

1 新能源汽車機電耦合技術概述

當今時代，新能源汽車已經(jīng)成為當前社會主推的汽車消費主體之一，通過使用新能源汽車，不僅可以滿足出行、交通的基本需求，在保護環(huán)境的同時，還可以有效節(jié)約能源。當前新能源汽車其中有很多都是采用混合式動力，從而實現(xiàn)內燃機和電動機的混合驅動，如此必然會需要應用機電耦合技術，并且我國在新能源汽車市場方面，還沒有完全發(fā)展成熟，很多消費者依然抱有懷疑的態(tài)度。因此，如若想要實現(xiàn)新能源汽車的長效可持續(xù)發(fā)展，必然需要突破機電耦合技術，實現(xiàn)突破的同時，為新能源汽車更充足的動力支持提供技術支撐。在當今的新能源汽車市場生產中，新能源汽車很多都是混合動力的車型，在動力系統(tǒng)方面，主要是由電動機和內燃機構成，通過混合動力為汽車提供行駛的動力，而混合動力系統(tǒng)的兩種動力之間，需要通過交互和轉換為汽車提供動力，其中主要是通過機電耦合技術實現(xiàn)。新能源汽車機電耦合動力系統(tǒng)，可以將混合動力即HEV的不同動力進行合理化的組合，從而在整體動力系統(tǒng)中，不同動力之間才可以實現(xiàn)良好的動力分配，從而將相應的動力輸送給汽車，而在渠道橋接收到相應的動力之后，再對汽車的其他驅動設備進行傳輸?？梢哉f機電耦合系統(tǒng)是整體混合動力的核心所在，通過機電耦合技術的有效應用，對于HEV的整車動力性能將產生非常明顯的影響。

當前我國社會發(fā)展的過程中，新能源汽車已經(jīng)在我國有較高的普及程度，并且也得到了廣大用戶的一致好評，不僅可以滿足民眾在日常的出行方面的需求，并且在車輛行駛的過程中，因為新能源沒有污染，從而可以有效起到環(huán)保的效果。在新能源汽車實際運行的過程中，基本上多以混合動力的方式進行形式，從而就可以實現(xiàn)內燃機、電動機形成混合的使用方式。因此，如若想要實現(xiàn)這樣的效果，就需要合理化地應用機電耦合技術。并且在當今我國新能源汽車市場之中，始終沒有成熟的市場環(huán)境，從而在未來的發(fā)展過程中，需要深入研究機電耦合技術，從而有效推動新能源汽車發(fā)展。

機電耦合技術的深入研究和有效應用，是順應今我國新能源市場的發(fā)展情況的一種先進技術，同時對于當前我國混合動力型的車輛來說，機電耦合技術符合其實際需求。在具體運行的過程中，將電動機與內燃機形成有效的混合，從而可以為汽車的行駛提供混合式的有效動力，基于混合動力系統(tǒng)的研究，其中會產生兩種動力之間的不斷交互和切換，如此就形成了良好的機電耦合技術。

在當今時代的我國新能源汽車市場發(fā)展的過程中，機電耦合技術得到了良好的應用，主要是將混合動力與不同的動力之間進行合理化的組合。并且需要在動力系統(tǒng)中讓不同的動力可以進行動力的合理分配，如此才可以將不同的動力進行傳輸。與此同時，在渠道橋接收到動力之后，從而就可以將動力傳送給其他的驅動設備。而在機電耦合系統(tǒng)中，一般都是混合動力為核心，通過該項技術的應用，可以對混合動力新能源汽車產生較大的影響。

2 新能源汽車機電耦合前沿技術相關研究

2.1 國外研究發(fā)展

在當今世界的范圍內，HEV在技術發(fā)展覆蓋面來說，可以說混合動力技術方面，日本的豐田公司相關技術最為先進。日本在20世紀90年代末就推出了混合動力的汽車。豐田公司在2005年研發(fā)的第三代機電混合動力汽車，命名為PRIUS在2005年橫空出世，PRIUS采用的為THS混聯(lián)式結構，并且其中還采用了非常精密的行星排，從而就可以發(fā)揮發(fā)動機輸出功率的重新分配功能，繼而就可以實現(xiàn)發(fā)動機負荷形成良好的平衡狀態(tài)。該車型的整體混合動力系統(tǒng)中，主要是以行星齒輪機構為基礎核心，促使汽車整體的行星架與動力分離裝置之中的發(fā)動機形成有效連接，從而在該車型的電動機MG1與該車的太陽輪形成有效連接，而另外齒圈則與電動機MG2相連接，在整體動力分離裝置之中，對于發(fā)動機需要采取合理化、科學化的控制策略來分配相應的動力，在此之后，動力分配給有所需要的電動機，電動機MG2和中間齒輪、傳動鏈、主減速器齒輪減速后驅動車輪。

在此之后，日本本田公司生產的INSIGHT車型，也是一款混合動力汽車，其中所應用的混合動力系統(tǒng)較比之前的車型又融入了新興技術進行改造，在這個混合動力系統(tǒng)中，需要通過電動機、發(fā)動機兩者進行各自的扭矩進行疊加，從而才可以實現(xiàn)混合動力充足的目的。

在混合動力系統(tǒng)中，發(fā)動機的輸出軸需要經(jīng)過離合器，從而才可以在電動機之間形成轉子軸的連接，從而在控制器的作用下，電池組與電動機之間形成良好的動力保持控制關系，同時將電池組、電動機兩者的動力進行疊加，在此之后，通過輸出軸實現(xiàn)，在這里所采用的變速器主要是單軸輸入的模式。在INSIGHT這款混合動力的車型中，在整體動力系統(tǒng)之中，發(fā)動機的動力提供是首要重點工作，而電動機則需要在形式的過程中發(fā)揮出自身的輔助性動力的作用和功能，這種動力系統(tǒng)的應用，其本質則為等速的公路疊加，從而該動力系統(tǒng)，屬于并聯(lián)式的混合動力中的單軸聯(lián)合式結構。

在INSIGHT混合動力汽車問世以后，其所使用的動力系統(tǒng)與傳統(tǒng)的動力系統(tǒng)有著很大的優(yōu)勢，這種動力系統(tǒng)具有更為緊湊的結構，同時布局也更為簡潔，如此就不僅可以提升整體動力系統(tǒng)的動力供給效率，但是在這種動力系統(tǒng)中，如若想要實現(xiàn)良好的動力效果，必然需要對相關元件、電機實現(xiàn)控制系統(tǒng)的有效優(yōu)化和轉換。在此款混合動力汽車的動力系統(tǒng)中，采用的是IMA混合動力模式，這種混合動力系統(tǒng)的結構，需要通過對電動、同曲軸進行固定的情況下，在CVT無級變速箱之中，以及在汽車的汽油發(fā)動機兩者之間完成安裝工作，從而才可以對變速器自身的優(yōu)勢形成良好的利用，汽車在形式的過程中，系統(tǒng)可以根據(jù)油門所產生的變化，可以在第一時間進行判斷，為汽車提供快速且有效地傳動比，繼而就可以有效實現(xiàn)無級變速的實際操作需求。但是該車型的混合動力系統(tǒng)在實際使用的過程中，必須要注意傳動比在變化過程中的最大范圍，傳動效率不高，對于扭矩較大的情況下，則無法有效實現(xiàn)傳遞的目的。

而如若想要在混合動力系統(tǒng)中，實現(xiàn)緊湊、高效、可靠的優(yōu)勢，同時還想大幅度降低整體混合動力系統(tǒng)在技術方面的成本，當前很多發(fā)達國家都已經(jīng)側重于機電一體化的新能源汽車機電耦合技術，并積極進行深入研究，明確具體的研究防線?；诖?，在當今世界范圍內，很多國家的新能源汽車制造工作過程中，都已經(jīng)開始積極進行機電耦合技術的相關研究，從而就可以有效利用機電耦合技術和結構的優(yōu)勢，優(yōu)化和改革混合動力系統(tǒng)。

2.2 國內技術研究

較早時間我國廣汽集團就在其傳祺車系列中，推出了GA3S新能源量產的汽車，這款汽車搭載的是G-MC機電耦合系統(tǒng)，這是在之前已經(jīng)有大眾高爾夫GTE所搭載的P2單電機耦合系統(tǒng)，以及在豐田凱美瑞混動版汽車中搭載的THS-Ⅱ行星齒輪室機電耦合系統(tǒng)中，以及在本田雅閣混動版汽車上搭載的i-MMD固定軸式機電耦合系統(tǒng)等等，在這些系統(tǒng)之后，廣汽傳祺推出的又一套具有較高效率和質量的電機系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)，離合器集成于一體的動力分配系統(tǒng)。

對該系統(tǒng)進行分析，G-MC系統(tǒng)是廣汽機電耦合系統(tǒng)，具體來說，可以將該系統(tǒng)理解為混動車型的動力分配系統(tǒng)，所謂混合動力車型，其主要是將電動機、內燃機兩種系統(tǒng)的動力進行混合驅動，而在G-MC幾點耦合系統(tǒng)之中，需要將“油”與“電”兩種動力進行混合的基礎上，還需要根據(jù)具體的工況，對相應的動力部件進行分配，G-MC在混合動力的汽車中，可以猶如人類脊椎一般的存在，沒有G-mc機電耦合系統(tǒng)的有效動力分配，則混合動力系統(tǒng)就必然會處于癱瘓的狀態(tài)無法運行。

當前我國自主創(chuàng)新的1.5 ATK+G-MC混合計數(shù)，也就是阿特金森循環(huán)發(fā)動機+機電耦合系統(tǒng)的混合動力技術，在動力和油耗方面，整體實力有著非常明顯的優(yōu)勢，在其中應用了當今世界范圍內，非常先進的永磁同步電機，當在運行的過程中，整體最高功率可以超過130KW，最大扭矩也可以達到300Nm，不僅非常省油，同時具有提速快的特點，還具有較好的平順性，在實際運行的過程中，從0加速到50km/h僅用時4.9秒，在行駛的過程中，通過純電續(xù)航的方式，總續(xù)航里程超過58km，單次總續(xù)航里程超過600km，并且該車在運行中，百公里綜合油耗僅僅為1.8升，從而對于當今我國汽車市場來說，完全可以滿足消費者對于實際用車的需求。G-MC機電耦合系統(tǒng)之中，必然與電動機、內燃機有著不可或缺的關系，而在混合動力車型之中，主要是通過內燃機、電動機兩種動力進行混合以后，對汽車進行驅動。廣汽集團在選擇內燃機的過程中，積極向本田學習，在該車型之中選用了阿特金森循環(huán)發(fā)動機，此款發(fā)動機整體壓縮比已經(jīng)達到13：1的狀態(tài)。在廣汽傳祺生產的GA3S車型中，這款新能源汽車搭載的為1.5L自然吸氣發(fā)動機，并且其中并沒有將渦輪增壓器和直噴技術配置其中。但是因為GA3S選擇使用的是阿特金森循環(huán)，從而在運行的過程中，其進氣門會更晚關閉，從而這款車型的燃油經(jīng)濟相較比于奧托循環(huán)發(fā)動機來說，就有更好的節(jié)油性能。

機電耦合系統(tǒng)具有明顯的技術優(yōu)勢，當前整體在朝著系統(tǒng)效率最優(yōu)化和集成化的方向發(fā)展，其中G-MC的最大優(yōu)點則為系統(tǒng)效率最優(yōu)化和集成化，其具有非常簡單的結構，同時整體結構布局非常緊湊，從而在實際運行的過程中，可以將雙電機系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)、離合器形成一體化，如此才可以實現(xiàn)在廣汽集團的兩個平臺中進行共同使用。與此同時，通過反復的實驗對其進行議案正，G-MC的整體綜合效率不會低于90%，并且其最高效率也普遍會超過96%，在該車輛起步的過程中，G-MC會進行自動切換，切換到純電模式，在此過程中，就可以充分發(fā)揮出電機扭矩達的優(yōu)勢，當起步的過程中，峰值扭矩就可以達到300Nm，輪端最大的輸出扭矩也可以超過2321Nm，如此在汽車起步的時候，從0到50KM/H，整體的加速時間就會在4秒之內。并且在汽車行駛的過程中如若需要在中高速超車的時候，電池組就會驅動電機為汽車超速提供額外的電能，從而驅動電機就可以在一瞬間為汽車輸出最大功率，從而可以與高性能的燃油車有所匹敵。

3 麥格納eRAD同軸式機電耦合器

麥格納動力總成的eRAD同軸式電驅動后橋，包括其中的驅動電機、行星齒輪變速器，其中所帶有的電機模塊、車橋斷開裝置，拘束于完全集成的狀態(tài)。在該系統(tǒng)中，還采用了自由旋轉怠速模式的高效結構。通過變速器，或者是通過集成電機，都可以最大限度地限度地將軸承的支撐壓力減少，而通過后軸斷開裝置的有效應用，可以最大限度地最大限度地減少旋轉所產生的損失。如若是在100ms以下的接合/分離，集成ECU和電機執(zhí)行器。其中還包括雙穩(wěn)態(tài)的牙嵌式樣的離合器，可以將車橋連接進行及時的斷開。而其中采用的變速器為兩級行星齒輪變速器，該變速器的具體速度比為9：16，另外采用了直徑為180mm的永磁同步電機，最高峰值功率經(jīng)測試達到了50kW，額定功率為37kW，峰值扭矩達到了200Nm，額定扭矩為75Nm。另外在液體冷卻方面，整體流量可以達到6L/分鐘，在流動的過程中，進口溫度為65攝氏度。在eRAD同軸電驅動后橋的測量中，其總重量為52kg，其中驅動電機重量為27kg。具體的麥格納eRAD同軸式機電耦合器如圖1所示。

4 結語

綜上所述，新能源汽車的機電耦合技術應該是以車輛的動力源的不同的布置方案，進行測量的結構假設的，根據(jù)當前國內外不同廠家混合式動力系統(tǒng)的研究中可以發(fā)現(xiàn)，涉及機電耦合技術的使用，無論是并聯(lián)式的混合動力，還是串聯(lián)式的混合動力，兩者都擁有各自的優(yōu)點、缺點，對兩者進行比較可以發(fā)現(xiàn)，混聯(lián)的方式是當前新能源汽車混合動力系統(tǒng)中較為常見的技術實現(xiàn)方法。

傳統(tǒng)的混合動力系統(tǒng)相對來說呈現(xiàn)出明顯的離散的狀態(tài)，這種情況會直接導致整體車身出現(xiàn)結構不緊湊、性能不佳的問題，在實際車輛使用的過程中，會出現(xiàn)明顯的動力不足的問題，還會存在控制困難等問題，而新興的混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)，就可以對這些不足形成良好的補足，可以將變速模塊、電動機、發(fā)電機等多種項目實現(xiàn)良好的鏈接，從而實現(xiàn)整體混合動力系統(tǒng)朝著集成化的方向發(fā)展。而其中所采用的模塊化設計理念，針對當前我國新能源汽車機電耦合系統(tǒng)來說，主要是進行集成化的設計，以及提升整體綜合控制管理的質量，從而對新能源汽車實現(xiàn)整車的優(yōu)化設計，這在新能源汽車未來發(fā)展過程中，是機電耦合技術的主要發(fā)展方向。

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