淺談新型汽車

汽車產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為當(dāng)今世界社會(huì)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)。汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展在很大程度上得益于汽車技術(shù)的進(jìn)步。

汽車在給人們帶來方便的同時(shí)，也對(duì)人類社會(huì)產(chǎn)生了一些影響。這些影響使得人們更加的注重節(jié)能環(huán)保，因此出現(xiàn)了新型汽車。

20世紀(jì)90年代以來，世界各國對(duì)改善環(huán)保的呼聲日益高漲，各種各樣的電動(dòng)汽車脫穎而出。雖然人們普遍認(rèn)為未來是電動(dòng)汽車的天下，但是由于電池技術(shù)的問題阻礙了電動(dòng)汽車的應(yīng)用。這迫使工程師們想出了一個(gè)兩全其美的辦法，開發(fā)了一種混合動(dòng)力裝置的汽車。

所謂混合動(dòng)力裝置就是將電動(dòng)機(jī)與輔助動(dòng)力單元組合在一輛汽車上做驅(qū)動(dòng)力。形象一點(diǎn)說，就是將傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)盡量做小，讓一部分動(dòng)力由電池電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)承擔(dān)。這種混合動(dòng)力裝置既發(fā)揮了發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)工作時(shí)間長，動(dòng)力性好的優(yōu)點(diǎn)，又可以發(fā)揮電動(dòng)機(jī)無污染，低噪聲的好處，二者“并肩戰(zhàn)斗”取長補(bǔ)短，汽車的熱效率可提高10%以上，廢氣排放可改善30%以上。

混合動(dòng)力源電動(dòng)車按照能量合成的的形式主要分為串聯(lián)式（SHEV）和并聯(lián)式（PHEV）兩種。串聯(lián)式動(dòng)力由發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)三部分動(dòng)力總成組成，它們之間用串聯(lián)的方式組成SHEV的動(dòng)力單元系統(tǒng)。負(fù)荷小時(shí)由電池驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，負(fù)荷大時(shí)則由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。當(dāng)電動(dòng)車處如啟動(dòng)、加速、爬坡的工況時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)-電動(dòng)機(jī)組和電池組共同向電動(dòng)機(jī)提供電能;當(dāng)電動(dòng)車處低速、滑行、怠速的工況時(shí)，則由電池組驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，由發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組向電池組充電。這種串聯(lián)式電動(dòng)車不管在什么工況下，最終都要由電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)車輪。例如福特“新能級(jí)-2010”SHEV，其電池采用燃料電池，在城市市區(qū)行駛時(shí)全部由燃料電池驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)通過減速器（變速器）和驅(qū)動(dòng)橋驅(qū)動(dòng)車輪，達(dá)到了“零排放”要求。當(dāng)高速及爬坡時(shí)，則由發(fā)動(dòng)機(jī)-電動(dòng)機(jī)組和燃料電池組共同向電動(dòng)機(jī)供電，驅(qū)動(dòng)車輪。并聯(lián)式裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)以機(jī)械能疊加的方式驅(qū)動(dòng)汽車，發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)分屬兩套系統(tǒng)，可以分別獨(dú)立地向汽車傳動(dòng)系提供扭矩，在不同的路面上既可以共同驅(qū)動(dòng)又可以單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)既可以作電動(dòng)機(jī)又可以作發(fā)電機(jī)使用，又稱為電動(dòng)-發(fā)電機(jī)組。由于沒有單獨(dú)的發(fā)電機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)可以直接通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)車輪，因此該裝置更接近傳統(tǒng)的汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，得到比較廣泛的應(yīng)用。例如大眾汽車公司的高爾夫PHEV，發(fā)動(dòng)機(jī)通過離合器1帶動(dòng)電動(dòng)-發(fā)電機(jī)，輸出扭力再通過另一邊離合器2驅(qū)動(dòng)車輛行駛。靜止啟動(dòng)時(shí)，電池向電動(dòng)-發(fā)電機(jī)供電，此時(shí)電動(dòng)-發(fā)電機(jī)就是發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，發(fā)動(dòng)機(jī)一方面作為車輛單獨(dú)的動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)車輪，另一方面又帶動(dòng)電動(dòng)-發(fā)電機(jī)發(fā)電向電池充電，此時(shí)與傳統(tǒng)汽車一樣。在市區(qū)行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，離合器1脫開，離合器2接合，電池做為唯一能源向電動(dòng)機(jī)供電，由電動(dòng)機(jī)取代發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪。當(dāng)電動(dòng)車需要高速或高負(fù)荷時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)離合器1閉合，發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)-發(fā)電機(jī)系統(tǒng)組成復(fù)合驅(qū)動(dòng)形式，以最大功率驅(qū)動(dòng)車輛。

混合動(dòng)力汽車的關(guān)鍵是混合動(dòng)力系統(tǒng)，它的性能直接關(guān)系到混合動(dòng)力汽車整車性能。混合動(dòng)力總成以動(dòng)力傳輸路線分類，可分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式等三種。串聯(lián)式動(dòng)力：串聯(lián)式動(dòng)力由發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)三部分動(dòng)力總成組成，它們之間用串聯(lián)方式組成 SHEV動(dòng)力單元系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，電能通過控制器輸送到電池或電動(dòng)機(jī)，由電動(dòng)機(jī)通過變速機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)汽車。小負(fù)荷時(shí)由電池驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪，大負(fù)荷時(shí)由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。當(dāng)車輛處于啟動(dòng)、加速、爬坡工況時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)組和電池組共同向電動(dòng)機(jī)提供電能;當(dāng)電動(dòng)車處于低速、滑行、怠速的工況時(shí)，則由電池組驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，當(dāng)電池組缺電時(shí)則由發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組向電池組充電。串聯(lián)式結(jié)構(gòu)適用于城市內(nèi)頻繁起步和低速運(yùn)行工況，可以將發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)整在最佳工況點(diǎn)附近穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，通過調(diào)整電池和電動(dòng)機(jī)的輸出來達(dá)到調(diào)整車速的目的。使發(fā)動(dòng)機(jī)避免了怠速和低速運(yùn)轉(zhuǎn)的工況，從而提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，減少了廢氣排放。但是它的缺點(diǎn)是能量幾經(jīng)轉(zhuǎn)換，機(jī)械效率較低。并聯(lián)式動(dòng)力：并聯(lián)式裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)共同驅(qū)動(dòng)汽車，發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)分屬兩套系統(tǒng)，可以分別獨(dú)立地向汽車傳動(dòng)系提供扭矩，在不同的路面上既可以共同驅(qū)動(dòng)又可以單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)汽車加速爬坡時(shí)，電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)能夠同時(shí)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力，一旦汽車車速達(dá)到巡航速度，汽車將僅僅依靠發(fā)動(dòng)機(jī)維持該速度。電動(dòng)機(jī)既可以作電動(dòng)機(jī)又可以作發(fā)電機(jī)使用，又稱為電動(dòng)-發(fā)電機(jī)組。由于沒有單獨(dú)的發(fā)電機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)可以直接通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)車輪，這種裝置更接近傳統(tǒng)的汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，機(jī)械效率損耗與普通汽車差不多，得到比較廣泛的應(yīng)用。混聯(lián)式動(dòng)力：混聯(lián)式裝置包含了串聯(lián)式和并聯(lián)式的特點(diǎn)。動(dòng)力系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)，根據(jù)助力裝置不同，它又分為發(fā)動(dòng)機(jī)為主和電機(jī)為主兩種。以發(fā)動(dòng)機(jī)為主的形式中，發(fā)動(dòng)機(jī)作為主動(dòng)力源，電機(jī)為輔助動(dòng)力源;以電機(jī)為主的形式中，發(fā)動(dòng)機(jī)作為輔助動(dòng)力源，電機(jī)為主動(dòng)力源。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是控制方便，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。豐田的Prius屬于以電機(jī)為主的形式。

混合動(dòng)力汽車在發(fā)達(dá)國家已經(jīng)日益成熟，有些已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用階段。由于構(gòu)造復(fù)雜，成本較高，在電動(dòng)汽車時(shí)代到來之前，混合動(dòng)力型汽車只是一種過渡產(chǎn)品。