混合動力汽車原理與發展趨勢研究

摘 要：節能已然轉變成當今社會的一大主題，越來越短缺的能源要求推出全新動力技術，汽車新能源發展面臨著巨大的挑戰，混合動力能夠較好地應對能源消耗、污染問題，近些年在我國新能源汽車領域得到廣泛推廣。文章通過闡述混合動力汽車的優點、混合動力汽車分類及原理，對混合動力汽車發展趨勢展開探討，旨在為如何促進混合動力汽車有序健康發展研究適用提供一些思路。

關鍵詞：混合動力汽車；原理；控制策略；發展趨勢

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.221

0 引言

伴隨全球石油資源的稀缺及人們環保意識的逐步增強，亟待研發出一種節能降排，乃至零排放的綠色環保汽車產品。因而，全球各國及眾多汽車制造商均紛紛投入到研發各種類型電動汽車的行列中。電動汽車品種繁多，包括有純電動汽車、燃料電池汽車以及混合動力汽車等。就現階段技術發展實際情況而言，純電動汽車應受電池性能制約，續駛里程不足，因而無法進行推廣。燃料電池汽車則要投入大量的生產成本，難以在短時間內實現產業化。尤以混合動力汽車最值得產業化、規模化生產。混合動力汽車，指的是動力來源方式多種多樣，廣義而言，混合動力即為選取汽油驅動、電力驅動兩種并用的方式。憑借新型混合動力汽車耗能低、排放量少，動力功能相較于傳統汽車無顯著差異，生產制造成本卻較純電動汽車更低，因而近年來針對混合動力汽車的研究研發成為一個熱點方向[1]。由此可見，對混合動力汽車原理與發展趨勢開展研究，有著十分重要的現實意義。

1 混合動力汽車的優點

混合動力汽車是指應用傳統燃料，并輔以動力單元一般選取一臺發動機或者動力發動機組，混合動力車輛主流大多為汽油混合動力，相較于傳統燃油汽車，混合動力汽車在汽車能源消耗、尾氣排放等方面均實現了一定改良。混合動力汽車主要優點在于：1）混合動力汽車可確保電池始終維持在有序的工作狀態下，不出現過放、過充現象，在縮減了蓄電池體積、容量的基礎上，還提升了汽車的最高行駛速度，提升了電驅動續駛里程，延伸了蓄電池的有效使用周期，減少了汽車生產成本。2）混合動力汽車實現了一系列動力設備器件的科學配合、合理控制，包括燃油發動機、電動機以及儲能器件電能，極大程度提升了汽車續駛里程，可實現與傳統燃油汽車的同等水平，使純電動汽車續駛里程不足的問題得到有效解決。3）混合動力汽車通過應用混合動力，可對負荷多或者少過程中的功能輸出、能量控制開展靈活調節，使車輛在行駛期間，可對下坡時、制動時以及怠速時所需的能量進行極為便利地回收。混合動力汽車具備低油耗、低排放的優點，同時可改善能量有效利用率。4）混合動力汽車可降低對大氣的污染，混合動力汽車在行駛過程中對應應用的燃料相較于一般動力存在顯著差異，因而具有低排放，甚至零排放的對應要求標準。

2 混合動力汽車分類及原理

2.1 串聯式

串聯式系統是通過內燃機作用于發電機使其發電，基于此形成的電能，經調節單元沿電機轉化成車輛行駛需求的動能，進而使汽車得以驅動。此類動力系統在眾多城市公交汽車上得到廣泛推廣，并收獲了可觀的應用成效，不過在一些轎車上的應用則尚未普及。串聯式系統結構，如圖1所示。

該種系統工作原理為：蓄電池組將發動機維持在一個較為穩定的工況下，汽車開展行駛期間，蓄電池組電量飽和，于此情況下，汽車便無需輔助動力系統運行，進一步實現正常行駛目的；一旦蓄電池組電量不足六成時，汽車便需要借助輔助動力系統進行驅動，在這種狀態下，這一系統可為蓄電池組進行充電處理，進一步使蓄電池組能夠重新投入到運行當中[2]。倘若汽車在行駛期間所需動力太大，蓄電池組、輔助動力系統便可同時運行，以確保可提供充足的動力；倘若汽車所需動力較少，則輔助動力系統便可完成為蓄電池組開展充電的工作。

2.2 并聯式

并聯式系統針對多種不同行駛工況均可予以應用，特別在一些條件較為惡劣路況下，并聯式系統更是具備特有的優勢，該種系統所含的傳統內燃機驅動系統、電機驅動系統，它們既可獨自運行，還可同時協調運行，發動機可為車輛驅動直接提供動力，不存在能量轉換，能量損失小。并聯式這一聯結方式結構得到了充分簡化，并且可極大水平降低生產制造成本。現階段，全球范圍內一些大型汽車生產商均采用了該種聯結方式。并聯式系統結構，如圖2所示。

該種系統工作原理為：發動機、電動機相互于驅動橋上以并列方式開展連接，在驅動車輛過程中，發動機、電動機或是獨立驅動汽車，或是共同驅動汽車。發電機驅動后輪動力與驅動電動機驅動前輪動力開展組合，在各式各樣路面上不僅能夠單獨驅動，還可共同驅動，電動機即可作為電動機又可作為發電機，動力性能佳。

2.3 混聯式

混聯式系統于起步、低速段推行純電動、串聯模式，同時綜合汲取了上述兩種系統的優點，該種系統能夠更為自由地結合汽車行使實際情況來對內燃機功率輸出、電機運轉開展控制。混聯式混合動力系統相較于串聯、并聯模式更為省油，經采取混合驅動模式，對內燃機、電動機相互轉速關系開展綜合控制，可于車輛上陡坡、急加速等工況下，一方面確保動力性能，一方面顧及系統運行效率。混聯式系統結構形式為同軸直聯式，由發動機、電動/發電機以及驅動電動機混聯組成，作為一種較為完備的動力系統，其有著耗能低、排放量少、加速性等特征。混聯式系統結構，如圖3所示。

該種系統工作原理為：發動機產生的機械能，可經由機械設備直接使車輛得以驅動運行；發動機產生的機械能，可經由發電機轉化為電能，再通過電動機使車輛得以驅動運行；電池連接于發電機、電動機相互間，可對其進行充電或輸出輔助動力。

3 混合動力汽車發展趨勢

伴隨石油資源的越來越緊張，全球各國不斷對主要以石油為燃料的傳統動力汽車開展研究，以期可以更好地應對當前能源稀缺的發展形勢。于此同時，伴隨人們環境保護意識的逐步增強，電動汽車、混合動力汽車必然會轉變成未來一段時間里汽車發展的主流，該種新類型的動力汽車相較于傳統動力汽車是一場全新的汽車革命，強化混合動力汽車研發，可積極促進國民經濟有序健康發展。近年來，計算機技術、自動控制技術以及一系列智能控制技術（諸如神經網絡控制系統、自適應控制技術、模糊控制技術）在混合動力汽車中的逐步推廣，將進一步推動混合動力汽車的不斷發展[3]。

（1）推進控制策略的進一步優化。現階段，我國混合動力汽車控制策略相關研究依舊處在起步發展階段，還不太成熟。顯而易見，相較于串聯式控制模式，并聯式控制模式要難得多，很大原因在于采取控制策略期間，往往還需考慮燃油成本、車輛運行工況及發動機各項性能等一系列因素，這很大程度上會提升其復雜性。鑒于此，針對現階段發展實情而言，對當前控制策略開展全面優化是當務之急。

（2）并聯式混合動力汽車中選取的小容量蓄電池組、小功率電機是一種具備一定發展前景的控制策略。一方面其可減少生產制造成本，一方面其可減輕混合動力汽車自重，有著更高的性價比，可算得上是一種相對理想的系統型式。值得注意問題的是，在應用該種系統時如何有效獲取整車最佳燃油經濟性。

（3）控制系統模塊化。經由功能模塊發展、組合，進而不斷達成汽車動力的電氣化。通過不斷強化每一模塊協調性，實現“一動而動全身”，并確保每一模塊的各自獨立，即便一個控制模塊出現異常情況，亦不會對車輛行使整體安全性帶來不利影響[4]。

4 結束語

總而言之，伴隨人們對環境保護要求的逐步嚴苛，混合動力汽車是汽車行業發展的主流方向，混合動力汽車技術，作為一種可持續、多樣化、可再生新能源時代的共性技術，勢必能夠得到越來越有效的發展。鑒于此，相關人員務必要清楚認識混合動力汽車的優點、混合動力汽車分類及原理，全面分析現階段提出混合動力汽車控制策略中存在的不足，結合混合動力汽車發展現狀，不斷鉆研研究、總結經驗，對優化控制策略開展優化，強化對混合動力汽車控制策略的研究，積極促進混合動力汽車有序健康發展。

參考文獻：

[1]馬旭.混合動力汽車結構、原理及發展前景研究分析[J].中國科技縱橫，2010，09（22）：06-08.

[2]朱玉強.淺議混合動力汽車原理及發展前景[J].山東工業技術，2015，13（07）：67.

[3]鈕怡飆.混合動力汽車現狀及發展趨勢淺析[J].汽車與配件，2015（50）：49-51.

[4]莊偉超，丁洋，邱立琦，王良模，鄒小俊.插電式混合動力汽車控制策略的研究現狀及發展趨勢[J].機械設計與制造工程，2016，45（06）：11-17.

作者簡介：楊洪振（1985—），男，河南沈丘人，本科，助教，研究方向：車輛工程。