混合動力汽車關(guān)鍵技術(shù)分析.doc

混合動力汽車關(guān)鍵技術(shù)分析 文湖北宋健 經(jīng)濟和科技發(fā)展要兼顧環(huán)境的保護，為此，有著較好燃油經(jīng)濟及排放性的混合動力汽車進入了人們的視野。它成為了調(diào)節(jié)交通和環(huán)境污染以及石油短缺的一劑良方，也被認為是當(dāng)下汽車工業(yè)的一個主要發(fā)展方向。于是，對混合動力汽車關(guān)鍵技術(shù)的分析也成為人們所關(guān)注的焦點。 現(xiàn)在的新能源汽車主要有純電動汽車(EV)、混合動力汽車(PHEV)和燃料電池汽車(FCV)，它們各自的結(jié)構(gòu)特點如圖1所示。如果一輛車的驅(qū)動系由兩個或兩個以上可以同時運轉(zhuǎn)的單個驅(qū)動系聯(lián)合組成，那么該車輛就被稱為混合動力汽車。驅(qū)動系統(tǒng)能夠保障車輛的行駛狀態(tài)，同時可以決定車輛的行駛功率?；旌蟿恿﹄妱悠嚨尿?qū)動能源是兩種或多種儲能器以及能源或者轉(zhuǎn)換器，同時其中種能夠提供電能，本文所說的混合動力汽車是指混合動力電動汽車。 一、混合動力汽車的結(jié)構(gòu)特點 混合動力汽車是將傳統(tǒng)的內(nèi)燃機驅(qū)動以及純電動驅(qū)動式結(jié)合，將電力驅(qū)動和輔助動力單元組合到同一輛車上。輔助動力單元一般都會使用發(fā)動機或動力發(fā)動機，由此，發(fā)動機一直處于最佳工作點，這使得汽車減少排放并提高能源效率。同時，蓄電池可以得到發(fā)電機的持續(xù)充電，進一步減小了蓄電池的容量，從而提高車速，加大續(xù)駛里程，延長蓄電池的使用壽命。根據(jù)混合動力系統(tǒng)動力源配置及組合方式的不同，可以將混合動力汽車分為串、并聯(lián)以及混聯(lián)式（圖2）。 豐田汽車在混合動力方面是頗具代表性的。它合理利用動力分配裝置和能源管理技術(shù)，兼顧了串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的節(jié)能效果和并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的加速優(yōu)勢，從而鑄就了其他車輛系統(tǒng)無法比擬的混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)。在汽車啟動時，它的驅(qū)動依靠于蓄電池供電的電動機，發(fā)動機并不參與驅(qū)動；在低速行駛的時候由蓄電池驅(qū)動；在中速行駛過程中，使用發(fā)動機作為主動力源，一部分動力作用于車輪，還有一部分動力分配給發(fā)電機，由發(fā)電機轉(zhuǎn)換為電能驅(qū)動電動機。油電混合的雙動力系統(tǒng)，可以使發(fā)動機以最小的損耗驅(qū)動汽車行駛。全速行駛時則由蓄電池將電力供給到電動機來進行輔助動力的提供，這使得車輛的動力性能更好。 二、混合動力汽車所面臨的問題 混合動力汽車技術(shù)隨著科技工藝的進步不斷發(fā)展完善。雖說已經(jīng)達到一定高度，卻仍有一些迫切需要解決的問題。例如：動力分配裝置以及能量管理系統(tǒng)的完善；電池的高比能量及功率方面的研究；如何使混合動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加簡單；如何使車輛制造成本得以降低；如何使車輛更加易于維修和使用。另外，針對混合動力汽車我們還需要建立一個更加先進的驅(qū)動系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，從而對整個車輛系統(tǒng)進行全面的計算機仿真分析。 三、混合動力汽車關(guān)鍵技術(shù) 混合動力汽車不是一個單一個體，它是汽車、電力拖動以及自動控制和化學(xué)電源的集合，所以對于其關(guān)鍵技術(shù)的分析往往需要涉及到電池管理、驅(qū)動系統(tǒng)、電機控制系統(tǒng)等多個系統(tǒng)。 1電池管理系統(tǒng) 混合動力汽車的電池在汽車工作時一直處于非周期性充放電的循環(huán)中，因此對電池的要求相對較高。一般要求電池具有較高的能量密度和較高的功率密度，從而使其滿足加速時所需的較大的峰值功率。電池的充放電以及其工作溫度對其壽命有著直接的影響，使用不當(dāng)會使其壽命有所減短甚至直接造成損壞情況。研究開發(fā)高性能、低成本且長壽命的電池仍然是目前混合動力汽車發(fā)展中的研究重點。 2電機以及電機控制系統(tǒng) 電機是混合動力汽車的重要組成部分之一，性能質(zhì)量、尺寸效率都是影響其使用效果的主要因素。因此在選擇車輛所配備的電機時一般會選擇性能比較穩(wěn)定、質(zhì)量較輕、體積較小的，較小的質(zhì)量和體積可以減小汽車形狀和車速的受限度。其次，還要求電機具有較寬范圍的轉(zhuǎn)速和較高的效率以及小量的電池輻射。目前混合動力汽車上使用的多為直流永磁型、開關(guān)磁阻以及交流異步和永磁無刷同步的電機。當(dāng)車輛下坡行駛或者減速時，電機能夠工作并將制動的機械能轉(zhuǎn)化為電能，而后儲存在蓄電池里，以滿足汽車工作的動力需求。 3驅(qū)動系統(tǒng)控制 串聯(lián)混合動力汽車的電力驅(qū)動為唯一驅(qū)動，發(fā)電機的運行控制比較簡單，只需要根據(jù)蓄電池的充電放電情況進行發(fā)電或停止的控制。并聯(lián)混合動力汽車的驅(qū)動則需要各個部分的配合，同時需要具體情況具體分析，根據(jù)需要進行動力系統(tǒng)的模式轉(zhuǎn)換。要維持混合動力系統(tǒng)總的動力輸出，實現(xiàn)動力的平穩(wěn)和連續(xù)就需要對動力源和動力輸出進行協(xié)調(diào)控制。驅(qū)動系統(tǒng)的控制策略是能夠具體分析車輛的行駛情況、發(fā)動機及電機的轉(zhuǎn)矩特性和電池情況，從而決定其工作模式，確定發(fā)動機與電動機的合理工況點。目前，國內(nèi)這方面的研究還不夠深入，因此對這方面的探究還有待發(fā)展。 4動力總成關(guān)鍵零部件技術(shù) 發(fā)動機、離合器、變速器以及動力耦合裝置等都屬于混合動力汽車的動力總成。它們各自的性能以及配合程度對汽車的總使用情況都有一定的影響。 就發(fā)動機而言，其工況可以控制在一定范圍內(nèi)，所以可以對其進行一定程度優(yōu)化，主要是可以改進內(nèi)燃機和熱機的型號選擇使用情況，而變速器是不可忽略的車輛傳動系統(tǒng)，目前可用的混合動力系統(tǒng)變速器主要為手動變速器、機械式自動變速器、行星齒輪自動變速器、電子式無極變速器、液力式自動變速器、帶傳動的無極變速器等。比較之下，機械變速器傳動效率較好，無極變速的優(yōu)勢則為自動換擋操作簡單，易于控制。傳統(tǒng)液力式自動變速器易控制，卻受限于傳動效率低。 動力耦合裝置結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，同時也影響整車控制策略，是混合動力系統(tǒng)技術(shù)的一大難點，目前常采用轉(zhuǎn)矩結(jié)合、轉(zhuǎn)速結(jié)合和驅(qū)動力結(jié)合式。 5.測試和優(yōu)化 測試對汽車的安全性保證來說是必要的，對汽車的測試需要做到全面細致。同時，混合動力汽車整車系統(tǒng)設(shè)計的科學(xué)技術(shù)較為繁雜，其性能及使用情況都受到頗多因素的制約，因此需要對其進行合理優(yōu)化。在優(yōu)化時需要結(jié)合各個方面，權(quán)衡利弊，進行動力性、經(jīng)濟性以及環(huán)保性的最優(yōu)組合。同時需要利用現(xiàn)有計算機技術(shù)，對所設(shè)計的系統(tǒng)進行合理仿真計算與參數(shù)優(yōu)化，避免不必要的人財物力損耗，同時保證設(shè)計的科學(xué)合理性和可行性。 四、混合動力汽車的發(fā)展前景 在科技發(fā)展迅猛的時代，汽車行業(yè)的發(fā)展并沒有脫離時代的步伐?；旌蟿恿ζ囋诂F(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上已經(jīng)很大力度地提高了燃料的經(jīng)濟性，同時也減小了排放量?；诳萍嫉倪M步、人們環(huán)保意識的增強、自然資源的匱乏以及電子技術(shù)的迅猛發(fā)展等情況，混合動力汽車將有較好的發(fā)展前景。汽車向電力型發(fā)展必然需要由機電混合型過渡而實現(xiàn)，因此混合動力作為一個不可忽視的技術(shù)，或許會引導(dǎo)燃料電池和內(nèi)燃機的相互轉(zhuǎn)換，這將帶動混合動力汽車成為以后汽車工業(yè)的一大主流發(fā)展方向。對此，就需要集中一定的專業(yè)科研人才，進行相關(guān)的研究，從而保證其相關(guān)技術(shù)得以發(fā)展完善。 就國外混合動力汽車的研發(fā)現(xiàn)狀而言，從20世紀90年代開始，日本、美國等國家就開始著手于混合動力汽車的研發(fā)，現(xiàn)已將其作為研發(fā)重點。目前世界上混合動力汽車已經(jīng)超過了一百萬輛。 較于國外我們國內(nèi)的研發(fā)也不甘落后。我國“863”計劃中就專門列出了包括混合動力汽車在內(nèi)的電動汽車專項。我們已確定了以混合電動汽車、純電動汽車、燃料電池汽車為“三縱”，以整車控制系統(tǒng)、電機驅(qū)動系統(tǒng)、動力蓄電池燃料電池為“三橫”的研發(fā)布局，可以說我國的混合動力汽車在自主創(chuàng)新方面的成就也是值得贊嘆的。 目前，在面對可持續(xù)發(fā)展的要求時，純