關于混合動力卡車的應用研究

鄧耀源

摘 要：隨著汽車行業的迅猛發展，人們開始在針對無污染、可再生能源、新興能源開發利用等方面的關注度在不斷提升。從而也導致了汽車產業面臨著將內燃機驅動轉換為電力驅動的技術革命——混合動力汽車是混合動力汽車的中間產品，不僅環保、省油，而且具有與內燃機汽車同等的行駛距離和行駛速度。本文通過分析并研究了混合動力汽車的優缺點、介紹了關于混合東力卡車發展的相關背景等，針對性的提出了混合動力汽車實用化的方向。

關鍵詞：混合動力;卡車;應用;研究

1 關于混合動力卡車的發展背景

隨著金融危機后經濟恢復，消費需求增加，物流運輸量增加，卡車市場開始恢復。另一方面由于隨著目前國際油價的不斷上漲以及環境污染問題、政府對于節能標準的提高等方面，從而導致了目前世界傳統卡車行業面臨著巨大的挑戰。

大型卡車公司的發展趨勢——正在大力的針對性開發新能源技術。與其他新能源控制技術相比，混合動力技術是由柴油向純電動轉變的主要趨勢，能夠有效降低頻繁啟停的復雜路況下的油耗。因此在國外發達國家，城市配送行業、運輸作業，以及其他特殊行業優先采用中、輕型卡車。

2 關于混合動力技術的分析——車輛工程領域中應用

2.1 串聯式混合動力系統

輔助動力單元被看做為APU——其結構由發動機和發電機構成。電動機在工作中由發電機直接發電，通過控制器將電能傳遞給電動機。由馬達產生的能量直接推動汽車前進。因此，發動機可以在狹窄的工作范圍內長時間運轉，并長時間保持穩定狀態。當發電機的功率大于電動機的功率時，發電機給蓄電池充電。當發電機的功率小于電動機的功率時，電池會輸出能量。由于發電機和電動機不直接連接，可以根據需要在車內配置零件，也可以不受實際行駛狀況的影響而啟動發動機，可以長期穩定運轉。

2.2 并聯式混合動力系統

并聯混合動力驅動直接連接發動機和驅動列車的機械結構。發動機可以通過機械式變速箱推動汽車前進。從電池組供給的能量，會聚集到驅動系統的一部分，分離電動機和引擎的能量，汽車是通過分離發電機和引擎的能量來驅動的。并聯混合動力系統與串聯混合動力系統不同，由于內部構造復雜，車輛整體構造也很復雜。車速低的時候，車是靠引擎發動的。汽車行駛速度快的話，電動機和發電機一起傳遞能量，保證汽車的能量供給。

2.3 混聯式驅動系統

混合動力驅動系統的結構由串聯電源系統和并聯電源系統構成。動力列車的輸出部分被輸送到機械式驅動列車，剩下的一部分被輸送到電動機發電。通過調整發動機轉速，達到高效率、低排氣的工作范圍。車輛的速度較低時從發電機能源可以得到汽車的高速度和并行工作車加速，或者需要更多的能源和電池盒通過電動機電力供應，提高汽車的力量。需要減速的時候，剎車所需要的能量會儲存在馬達里。混合驅動器的優勢在于擁有并聯列車車輛的動力系統以及并聯車輛動力系統的功能，從而使得發動機和發電機等配件，更有效地動作，使復雜的駕駛環境中動力系統維持一個最佳的水平狀態，同時也能使廢氣和能源消費量，可以進一步降低。混合動力驅動系統與串聯驅動系統不同，電池包的必要性較低，能量轉換也較少，有助于提高車輛的油耗。混合動力系統與并聯動力系統不同，由于受實車行駛狀態的影響較小，一般采用齒輪機構作為動力架構。現在，很多汽車制造商都在致力于混合動力系統的開發。

3 混合動力卡車的特征概述

3.1 混合動力汽車可以控制內燃機的最大功率

內燃機提供了使汽車前進的巨大能量支持，但是依然存在有排放量多污染也多的特征。由于采用了混合動力卡車，可以抑制汽油的消耗量，內燃機可以在污染少的低燃效環境下運行。當內燃機啟動后電力不足時，你可以補充蓄電池，如果蓄電池的電力不足，你可以把多余的電力給蓄電池充電。內燃機和蓄電池發揮協同效應，保證車輛長期高效運行。

3.2 內燃機：通過選擇性關停，只通過電池來實現驅動

這個優點對現在的環境保護起著決定性的影響。今天的大氣污染和“霧霾”問題，很大程度上是汽車尾氣排放過剩造成的。汽車尾氣中含有很多有害物質和微塵，對人體健康危害很大。采用混合動力卡車可以減少汽車的尾氣排放，保證周邊環境的質量，減少大氣污染，使人們生活在比較健康的環境中。最后，減少汽油的消耗量，節約資源。能源是我們這一代以及下一代的課題。隨著科學技術的發展，能源的需求和消費越來越高。現代社會的主要能源化石燃料遲早會被大量消耗，因此人類必須減少現有能源的消費量，開發新的能源。混合動力卡車的出現減少了汽油的消耗，節約了世界能源，開始使用清潔的新能源。這是個好消息。它改變了當今世界的能源結構，使能源向新的方向發展。

3.3 混合動力卡車的不足

采用混合氣體技術的卡車由于內部結構復雜，價格昂貴。在混合動力系統的內部，因為雙動力系統是采用先進的控制技術，由于動力系統內部的結構相對復雜，從而對技術要求較高，最終也導致了混合動力驅動系統的成本相對較高。同時混合動力車也有能源消耗量的上限，因此無法實現真正意義上的尾氣污染零排放，另一方面由于混合動力卡車同時支持利用化石燃料作為能源，并擁有儲存能源的能源回收系統，因此混合驅動系統無法實現完全的零排放的目的。

3.4 經濟分析

對于混合動力卡車的研究，其目的是為了降低卡車的油耗及其排放。傳統內燃式發動機雖然經過長時間的發展、使用，相關技術已經非常成熟，然而依舊有著熱傳導效率低、排放高等不足。且為了保證卡車有足夠的動力，一般都會選用高功率發動機。而混合動力卡車恰恰相反，選用低功率發動機。其原因是可以延長發動機的使用壽命，并且在低速行駛情況下，不需要發動機的高功率運轉。一般車輛在低速行駛時，其動能由電機提供一般就足夠了，而在卡車爬坡或是高速行駛的情況下，則需要發動機參與工作，發動機與電機共同參與卡車的供能。此時低功率發動機的油耗要比高功率低10%左右。并且混合動力卡車在剎車和下坡時，可以將車輪旋轉的動能轉化為電能儲存在蓄電池中，以備電機使用。通過此方法儲存的電能，可以再降低發動機15%左右的油耗。綜上所述，混合動力對于長途卡車的運輸而言，可以有效降低燃油消耗從而使運輸成本降低不少。并且通過電機和發動機的協同工作，可以有效延長發動機的使用壽命，從經濟角度考慮，相較于使用傳統發動機的卡車混合動力卡車更加適合參與長途運輸工作。

4 混合動力卡車控制策略

4.1 模糊優化控制策略

模糊控制是利用模糊數學的知識，模仿人腦的思維方式，對模糊現象進行識別和判斷，給出精確的控制量來控制被控對象。該策略不需要建立復雜的數學模型，邏輯控制能力強，魯棒性好。這是混合動力電動汽車戰略的主要發展方向。

4.2 瞬時最優控制策略

在汽車應用中，一般采用最小瞬時當量油耗的控制策略。該策略首先得到與發動機通用特性圖相似的電機能耗特性圖，根據兩者的特性圖，增加控制策略的油耗，動態選擇傳動比，從民意最低油耗中分配扭矩等狀態變量。控制策略的燃油經濟性優于控制策略。它優于模糊控制策略，但受電池老化和發動機動態特性的影響，在實際應用中很難達到這一目的。

5 應用趨勢發展分析

5.1 動力電池的發展將推動混合動力的發展

眼下，鉛酸蓄電池仍然作為混合動力卡車的首選電池。不過，隨著近幾年的發展，鋰電池也可以作為其動力源。然而這類蓄電池主要被應用于純電動車的生產中。對于混合動力汽車都采用的是燃料電除，這類電池在車輛低負荷運行時可以完全由其功能，在車輛由發動機供能、剎車減速時，燃料電池可以在這一過程中儲存能量。眼下，如何研究設計出更高效安全的燃料電池，是發展混合動力的主要目標。因此，混合動力領域的發展是由燃料電池的進步推動的。

5.2 如何應對成本上升

對于混合電動卡車而言，采用的是并聯混合驅動體系。但這一設備構造比較復雜，所以成本也較高。如何在設計出安全高效的燃料電池的基礎上降低成本，是未來混合動力卡車以及混合動力相關產業需要重點解決的問題。

5.3 不同部位采用不同的控制策略

對于混合動力而言，采用模糊控制的策略是最為妥當的。有關混合動力技術，在將來研究的重點就在于人工神經網絡控制，以及自適應神經網絡控制。并且，將整車的系統區分為功能不同的區域，并對其使用不同的控制策略已經是當前該領域發展的一種整體走向。

5.4 需要政策支持

混合動力的研究已經有了長足的進展，其在大型運輸卡車上的應用在現實中與我們已經沒有太遙遠的距離。然而，混合動力裝置目前仍然造價不菲，需要相關政策支持，大力推動其發展，這不僅可以有效緩解能源危機，并且對環境污染的問題也可以做到一定程度上的改善。

6 結束語

我國的經濟水平已經得到了長時間的發展，社會經濟水平提高之后對車輛的需求量也日益提高。我國作為人口大國，在車輛的保有量方面也居于世界前列，因此對自然資源的消耗量也十分巨大。環境污染以及能源緊缺的問題已經日益突出，為了減少對環境的污染以及能源的消耗，對混合動力卡車的研究必須排上日程。本文對相關領域進行了探究，研究了混合動力的發展背景、其在汽車領域的應用、混合動力汽車的特征以及其發展趨勢。經過以上分析得出了相應的結論，并提出了切實可靠的建議。我們需要在研究發展燃料電池的同時，推動混合動力汽車的發展，最后考慮如何降低混合動力系統的生產成本以實現混合動力汽車的普及。

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