關于混合動力汽車的安全穩定性

梁梟

【摘要】針對混合動力汽車的結構特點，對于汽車安全穩定性，提出正確使用與維護混合動力電動汽車的內容和方法，以確保其各項性能良好發揮作用，達到安全穩定性。

【關鍵詞】混合動力汽車；安全；穩定性

一、混合動力的類型

混合動力電動汽車是以傳統的內燃機和電動機作為動力源，通過混合使用熱能和電力兩套系統驅動汽車，達到節省燃料和降低污染排氣的目的。按照發動機與電機組合的方式，混合動力汽車有串聯式、并聯式和串并混聯式三種類型。

串聯式混合動力電動汽車由電動機、汽油發動機、發電機、HEV蓄電池、控制器（變頻器、轉換器）組成。發動機以串聯的方式驅動發電機發電，電能通過控制器輸送到電動機，由電動機通過變速機構驅動汽車。

對于混合動力電動汽車安全穩定性，動力耦合及控制系統、電機及控制系統、動力電池及管理系統是三項最為關鍵核心技術，同時與混合動力汽車相關的發動機、電力電子、制動、轉向、空調技術也是需要解決的主要技術問題。

1、動力耦合系統

動力耦合系統最關鍵的技術是其布置方案，不同結構的動力耦合方式不僅決定了混合動力系統的工作模式，而且也是制定動力分配策略的基礎，它對整車的動力性、經濟性、排放性和制造成本都有重大影響。結構合理、制造容易、效率高的混合動力耦合機構，能夠將燃油汽車與電動汽車的優點有機地結合起來，體現混合動力汽車的優越性。目前采用的動力耦合方式有轉矩耦合、速度耦合和功率耦合三種方式，以功率耦合方式為主要發展方向，具體結構方面，由變速器耦合、離合器耦合、主減速器耦合等向行星輪耦合方向發展。

2、動力總成控制系統

汽車動力總成控制系統是車輛行駛的核心單元。混合動力電動汽車的控制需要根據駕駛人操縱狀態、車速、電池荷電狀態和相關設備的狀態確定發動機與電機的功率分配策略，以保證滿足汽車動力性、經濟性、排放性等性能指標要求。混合動力汽車發動機和電機要相互配合工作，并根據運行工況適時控制發動機起動和關閉，這使得發動機始終工作在低油耗區的整個控制過程十分復雜，因此需要用成熟可靠的動力耦合裝置以及先進的控制策略實現功率的合理分配，以達到油耗低和動力性好的目標。

3、電機及控制系統

用于混合動力汽車的驅動電機類型主要有交流感應電機、永磁電機和開關磁阻電機。對電機的要求包括在較寬的速度范圍內具有高轉矩密度、高功率密度，高效率、高可靠性、良好的控制性能，能夠適應發動機頻繁起停和電機電動/發電狀態的切換。目前國外以永磁同步電機為主，國內應用較多的是交流感應電機，故需要開發高效率永磁電機。電機控制系統也很關鍵，一是保證電機在基速以下時，能夠輸出大轉矩以適應汽車加速和爬坡時的驅動力需求；在基速以上時，能夠以恒功率、寬范圍運行以滿足最高車速需要。二是保證系統在電機運行范圍內的效率最優化。

4、動力電池及其管理系統

混合動力系統的動力電池需要頻繁充放電，在充放電過程中，電壓、電流會有較大變化。針對這種使用特點，混合動力系統對動力電池有如下特別要求：一是具有大功率充放電能力和較高的比功率，以滿足汽車加速和爬坡時的大功率需求；同時電池還要具有快速充電能力，以滿足制動時的大功率能量回收需要。二是充放電效率，高的充放電效率對保證整車效率具有至關重要的作用。三是電池在快速充放電的工況條件下保持性能的相對穩定。此外，還必須考慮熱能控制管理、荷電狀態判定、充放電模式選擇、電池充放電均衡、電池過充電或過放電控制、電池組的工作溫度控制等，這些都是電池管理系統的任務。整車能量管理策略的實施要依賴電動汽車電池管理系統對電池狀態的判別和對電池性能的維護。

5、混合動力系統專用發動機

經過100多年的發展，車用發動機在動力性、經濟性及排放控制方面獲得了很大改善。近年來，電控燃油噴射、排氣再循環、增壓中冷、可變進氣渦輪、高壓共軌和催化后處理等技術的應用，使汽車性能快速提高。作為一種成熟的動力設備，發動機在混合動力汽車上的應用難度不大，但仍然是影響混合動力整車效率和性能的關鍵部分。

在混合動力系統中，由于發動機的工況可以控制在一定范圍內，因而可以進行優化設計進一步提高其燃油經濟性，降低排放。目前采用發動機的混合動力系統基本上都對其發動機進行了重新設計或重大改進。例如，豐田汽油機采用的高效率、高膨脹比工作循環，緊湊型傾斜式擠氣燃燒室及鋁合金缸體，其目的就是追求高效率。另外由于電機承擔了車輛的功率調峰作用，發動機可以追求經濟工作區的更高效率。

在混合動力電動汽車開發過程中，需要建立先進的驅動系統數學模型，這是計算機仿真和分析的基礎。在研究和開發混合動力汽車的部件和選擇結構時，需要很快縮小研究范圍，找到技術的突破口。在系統選擇上，可依靠高效的建模工具，通過交替使用候選的子系統進行模擬仿真，從而找到最佳的方案。計算機模型為每個候選子系統提供了詳細規格和設計參數，從而提高設計效率，而且還有助于為設計和制造樣車制定工程目標和計劃。

二、結論

通過對控制器、電動機、動力電池的正確使用與維護，確保混合動力客車各項指標的充分發揮，可使混合動力客車的節油率保持在20%～30%左右，減少維修成本，延長其使用壽命，真正做到節能、環保、經濟適用，最終達到安全的性能。

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