淺談汽車混合動力系統

于春滿 李爽

摘 要：隨著國家環境保護法規越來越嚴格，以及人們對汽車排放和能量利用率提出了越來越高的要求，汽車企業迎來新的挑戰和機遇，即要求現代汽車具有高機動性、通過性，又要求具有低油耗、高能量利用率。于是很多汽車企業開始研發新的動力驅動系統，以節省資源。本文主要針對一種新型動力系統-汽車混合動力系統的匹配研究進行簡要闡述。

關鍵詞：混合動力;發動機;控制策略;燃油經濟性;降低排放;數字模型

1 汽車混合動力系統功能概述

汽車混合動力系統是一套多種能量轉化器組合驅動汽車的系統，分為主動驅動系統和輔助驅動單元，二者合到一起共同形成汽車的動力驅動系統。目前最具實用性及商業價值的混合動力汽車為燃油發動機主驅和電力馬達輔驅結合系統汽車。其按照動力傳輸路線不同分為：串聯式動力傳動系、并聯式動力傳動系和混聯式動力傳動系三種形式，混合式又分開關式和分路式兩種結構。

其工作原理：當汽車高速行駛時，其燃油發動機提供主要動力，保證汽車具備足夠通過性、動力性，同時具備發動機最佳工作狀態。當汽車行駛在城市路況或堵塞工況時，汽車處于低速或停止啟動狀態，通過傳感器和控制系統，控制電力馬達驅動系統驅動汽車，同時發動機停止工作或保持最佳工作狀態，從而既降低了能量損耗，又保證了汽車動力性和低排放。

2 汽車混合動力系統優、缺點

汽車混合動力系統作為一種新型的動力組合形式，繼承了電動馬達驅動系統低排放優點，同時又具有燃油驅動系統很高的比能量和比功率的特點。使現代汽車相對傳統汽車在通過性、動力性、操控性、NVH舒適性等方面具有顯著提高，降低了汽車尾氣排放，節省了燃油，提高了汽車續航行程。對于不同的混合動力系統，其優點如下。

串聯式：優點是汽車各個行駛工況下對發動機單獨進行控制，控制簡單靈活，使發動機工作穩定在高效區或低排放區。缺點是發動機綜合效率較低，能量首先轉化成電能，才能控制電動馬達，轉化過程中伴有較大能量損失，且布置結構復雜。（圖1）

并聯式：優點是發動機與馬達可以獨立控制汽車驅動力，中間能量轉化損失較少。缺點是需要復雜的控制系統及控制策略，造成研發及匹配成本增加，控制復雜、困難。（圖2）

混聯式：通過簡單機械結構，使系統具備串聯和并聯之間的切換操作。其綜合了串、并聯布置方案的優缺點，其優點是對發動機分別進行串、并聯操作，串聯解放了發動機，并聯保證了整車動力性，所以性能上占絕對優勢。缺點是布置要求更高、更復雜，研發及匹配成本更高。（圖3）

3 汽車混合動力系統匹配流程及注意事項

3.1 混合動力系統匹配流程

圖4

3.2 混合動力系統匹配注意事項

汽車混合動力系統匹配主要目的是提高汽車燃油經濟性，降低排放，優化控制系統策略、參數，使汽車真正在通過性、動力性、操控性、NVH舒適性等方面得到顯著提高。其匹配過程復雜繁瑣，過程注意事項如下。

①控制策略及控制參數的合理選取對動力系統有進一步改善效果，所以在仿真分析時可采用選取多組數據進行對比計算，分析差距。②在進行臺架及實車標定測試時，盡量優化控制參數在仿真最佳效果，同時要考慮制造工藝過程的難易程度，以便保證開發成本。③數字模型建立包括發動機使用外特性建模、萬有特性建模、電池充放電建模、電動馬達的輸出與效率特性建模等方面，數字模型仿真結果應與實車測試結果對比，結合進行優化。④仿真匹配過程要考慮汽車驅動形式、不同工況等影響要素。⑤匹配過程除采用試驗優化參數外，也可采用標桿對比優化方法，這樣可以減少標定次數，降低標定試驗開發成本。

4 汽車混合動力系統發展趨勢

目前國內外混合動力汽車處于高端發展階段，相對傳動汽車生產量較少，但其具有很大的推廣及研發價值，國外混合動力汽車典型代表有日本豐田PRIUSE、本田INSIGHT、雷諾Kangoo、雷克薩斯CT500，國內混合動力汽車典型代表有比亞迪“秦”、榮威550plug-in、江淮和悅。基于混合動力系統的優點，國內外很多整車企業都在積極地進行混合動力系統研究，國外如美國通用、美國福特、法國雷諾、意大利菲亞特等，國內如比亞迪、吉利、福田、長城等。

國內外關于汽車混合動力系統研究表明，混合動力系統串聯方式布置結構在未來會應用在大型汽車上，包含城市公交、大型客車或貨車及軍用汽車，它們共同特點是電池大小、重量不會影響汽車的布置結構及汽車通過性能，便于發揮汽車能量利用率。并聯及混聯布置結構將會應用在以轎車為首的小型汽車上，便于充分發揮汽車燃油經濟性，并且隨著電子控制技術的發展，混合動力系統混聯方式在未來的應用中更加具有吸引力。

參考文獻：

[1]孫逢春，程夕明.電動汽車動力驅動系統現狀及發展[J].汽車工程，2000（22）.

[2]余志生.汽車理論[M].北京：機械工業出版社，1982.