混合動(dòng)力汽車技術(shù)綜合分析

賈茜

摘要：本文首先回顧了豐田普銳斯的技術(shù)發(fā)展史，然后總結(jié)了目前世界上混合動(dòng)力汽車的關(guān)鍵技術(shù)，駕駛員意圖預(yù)測(cè)、制動(dòng)能量回收、提高純電動(dòng)運(yùn)行模式下的續(xù)駛里程、車輛各動(dòng)力源的動(dòng)力分配管理技術(shù)，分析了各種技術(shù)所采用的關(guān)鍵技術(shù)手段。

關(guān)鍵詞：混合動(dòng)力；汽車；技術(shù)分析

概述

混合動(dòng)力汽車由發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)混合驅(qū)動(dòng)，它綜合了燃油汽車和純電動(dòng)汽車的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的燃油經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和排放性能，但成本遠(yuǎn)低于純電動(dòng)汽車，已成為國內(nèi)外研究開發(fā)的熱點(diǎn)。

縱觀混合動(dòng)力汽車的發(fā)展史，豐田普銳斯是HEV技術(shù)的奠基者。1997年，第一代普銳斯面世，成為了世界上首批批量生產(chǎn)的混合動(dòng)力汽車；第二代普銳斯主要針對(duì)動(dòng)力電池、電動(dòng)機(jī)和變壓器進(jìn)行了改進(jìn)，通過裝備THSII混合動(dòng)力系統(tǒng)，提升了電源系統(tǒng)的電壓，使馬達(dá)功率提高到原來的1.5倍，并改進(jìn)了動(dòng)力分配控制系統(tǒng)，使發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力與馬達(dá)動(dòng)力的協(xié)同增效作用大幅提升；第三代普銳斯采用更大排量的發(fā)動(dòng)機(jī)和更高輸出功率的電動(dòng)機(jī)，另外，它也開始關(guān)注駕駛的舒適性，提供純電動(dòng)模式、經(jīng)濟(jì)模式、運(yùn)動(dòng)模式等不同的駕駛模式；第四代普銳斯進(jìn)一步提升了動(dòng)力系統(tǒng)的效率、控制裝置的效率以及汽車的操縱性能。從豐田普銳斯的發(fā)展歷史可以看出，混合動(dòng)力汽車在各個(gè)時(shí)代的技術(shù)發(fā)展側(cè)重點(diǎn)有所不同，總體來說，更低的燃油消耗以及更舒適的駕駛體驗(yàn)是人們不斷追求的目標(biāo)。

1HEV技術(shù)分析

根據(jù)對(duì)國外主要汽車企業(yè)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，日產(chǎn)、豐田、本田是混合動(dòng)力汽車技術(shù)領(lǐng)域中的領(lǐng)軍企業(yè)，他們對(duì)混合動(dòng)力汽車的研究起步早，其中豐田是混合動(dòng)力汽車的先驅(qū)。與國外相比，我國的混合動(dòng)力技術(shù)自21世紀(jì)以來才逐漸開始發(fā)展，近年來的發(fā)展也較為迅猛。

目前，關(guān)于混合動(dòng)力汽車方面的技術(shù)研究方向主要集中于如下幾個(gè)方面：

1.1駕駛員意圖預(yù)測(cè)技術(shù)

混合動(dòng)力控制器通過采集一些車身上的信號(hào)，比如離合器、空擋開關(guān)、車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等信號(hào)，判斷出駕駛員的駕駛傾向，例如轉(zhuǎn)向、加速或者換擋的意圖，從而控制發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器等部件的動(dòng)作，還可以通過設(shè)置于車輛中的攝像機(jī)或者設(shè)置于方向盤上的觸摸部判斷駕駛員是否處于駕駛疲勞狀態(tài)等。目前，關(guān)于如何精確判斷駕駛員意圖的技術(shù)越來越受到各大汽車公司的關(guān)注，也側(cè)面的說明駕駛員們?cè)絹碓狡惹邢Ｍ@得更良好的駕駛體驗(yàn)。

1.2制動(dòng)能量回收技術(shù)

混合動(dòng)力汽車在制動(dòng)時(shí)，電驅(qū)動(dòng)裝置能夠被控制調(diào)整為發(fā)電機(jī)運(yùn)行模式，將制動(dòng)時(shí)車輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能，并保存在蓄電池內(nèi)。為了提高制動(dòng)時(shí)的能量回收，采用擴(kuò)大饋能時(shí)發(fā)電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍、監(jiān)測(cè)制動(dòng)設(shè)備的狀態(tài)，根據(jù)再生制動(dòng)系統(tǒng)和液壓制動(dòng)系統(tǒng)之間的反應(yīng)差配置不同的再生制動(dòng)模式等技術(shù)手段，進(jìn)一步改善混合動(dòng)力汽車的燃油效率。例如美國通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司研發(fā)了根據(jù)能量存儲(chǔ)裝置的充電狀態(tài)和再生制動(dòng)請(qǐng)求，控制再生制動(dòng)的電能引導(dǎo)至耗能裝置或者能量存儲(chǔ)裝置。

1.3提高純電動(dòng)運(yùn)行模式下的續(xù)駛里程技術(shù)

增加電動(dòng)模式下的續(xù)駛里程，除了設(shè)計(jì)開發(fā)具有更高能量密度的蓄電池，還可以利用混合動(dòng)力系統(tǒng)的控制器對(duì)電能進(jìn)行合理優(yōu)化。相關(guān)的技術(shù)包括當(dāng)蓄電池組電量較低時(shí)，整車控制器發(fā)送控制指令關(guān)閉空調(diào)等作為輔助的電氣設(shè)備，將電能優(yōu)先保證車輛的安全行駛，還有根據(jù)動(dòng)力電池的SOC控制車輛的駕駛模式從而提高續(xù)駛里程。我國比亞迪和奇瑞汽車公司也做了很多這方面研究，例如設(shè)計(jì)研發(fā)帶有以發(fā)電機(jī)組為主體的里程延長(zhǎng)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)電池能量過低后的里程增長(zhǎng)，發(fā)動(dòng)機(jī)不再作為整車驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源，發(fā)動(dòng)機(jī)主要作用是驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，在純電動(dòng)設(shè)計(jì)里程內(nèi)實(shí)現(xiàn)無油耗純電動(dòng)運(yùn)行，當(dāng)運(yùn)行里程超過電池設(shè)計(jì)里程時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)利用發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能驅(qū)動(dòng)整車，優(yōu)化電機(jī)、電池和發(fā)電機(jī)組之間的模式控制，從而增加整車的續(xù)駛里程。

1.4車輛各動(dòng)力源的動(dòng)力分配管理技術(shù)

在汽車行駛時(shí)，對(duì)汽車的動(dòng)力源進(jìn)行選擇，合理分配動(dòng)力?；旌蟿?dòng)力車輛的控制器在汽車行駛過程中按照預(yù)定的控制方案，根據(jù)車輛各運(yùn)行參數(shù)，例如電池的SOC、道路狀況、駕駛員的駕駛意圖等，選擇發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)中一個(gè)或兩個(gè)作為車輛的驅(qū)動(dòng)源，也就是進(jìn)行模式選擇。在混合動(dòng)力汽車中，通常有三種運(yùn)行模式：純電動(dòng)（EV）模式、混合驅(qū)動(dòng)（HEV）模式、純內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)模式，在不同工況下選擇不同的動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)直接關(guān)系到能量利用是否高效。控制器根據(jù)用戶選擇的工作模式控制所述發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)，工作模式包括純電動(dòng)經(jīng)濟(jì)模式、純電動(dòng)運(yùn)動(dòng)模式、混合動(dòng)力經(jīng)濟(jì)模式和混合動(dòng)力運(yùn)動(dòng)模式，在保證整車動(dòng)力性的前提下經(jīng)濟(jì)性能得到大幅提高，同時(shí)多個(gè)工作模式的切換突顯了駕駛員對(duì)整車的可操作性，提高了駕駛樂趣。

2小結(jié)

混合動(dòng)力汽車在爆發(fā)石油危機(jī)的大背景下應(yīng)運(yùn)而生，經(jīng)過了超過百年的發(fā)展，更高的能量使用效率仍然是人們的追求目標(biāo)。與此同時(shí)，駕駛的舒適性也更受到關(guān)注。節(jié)能和人機(jī)工效是混合動(dòng)力車輛技術(shù)關(guān)注的焦點(diǎn)，我國的汽車工業(yè)應(yīng)順應(yīng)科技發(fā)展趨勢(shì)，集中科研力量攻關(guān)，迅速開發(fā)出自己的產(chǎn)品。