浅谈汽车混合动力系统

于春满 李爽

摘 要：随着国家环境保护法规越来越严格，以及人们对汽车排放和能量利用率提出了越来越高的要求，汽车企业迎来新的挑战和机遇，即要求现代汽车具有高机动性、通过性，又要求具有低油耗、高能量利用率。于是很多汽车企业开始研发新的动力驱动系统，以节省资源。本文主要针对一种新型动力系统-汽车混合动力系统的匹配研究进行简要阐述。

关键词：混合动力;发动机;控制策略;燃油经济性;降低排放;数字模型

1 汽车混合动力系统功能概述

汽车混合动力系统是一套多种能量转化器组合驱动汽车的系统，分为主动驱动系统和辅助驱动单元，二者合到一起共同形成汽车的动力驱动系统。目前最具实用性及商业价值的混合动力汽车为燃油发动机主驱和电力马达辅驱结合系统汽车。其按照动力传输路线不同分为：串联式动力传动系、并联式动力传动系和混联式动力传动系三种形式，混合式又分开关式和分路式两种结构。

其工作原理：当汽车高速行驶时，其燃油发动机提供主要动力，保证汽车具备足够通过性、动力性，同时具备发动机最佳工作状态。当汽车行驶在城市路况或堵塞工况时，汽车处于低速或停止启动状态，通过传感器和控制系统，控制电力马达驱动系统驱动汽车，同时发动机停止工作或保持最佳工作状态，从而既降低了能量损耗，又保证了汽车动力性和低排放。

2 汽車混合动力系统优、缺点

汽车混合动力系统作为一种新型的动力组合形式，继承了电动马达驱动系统低排放优点，同时又具有燃油驱动系统很高的比能量和比功率的特点。使现代汽车相对传统汽车在通过性、动力性、操控性、NVH舒适性等方面具有显著提高，降低了汽车尾气排放，节省了燃油，提高了汽车续航行程。对于不同的混合动力系统，其优点如下。

串联式：优点是汽车各个行驶工况下对发动机单独进行控制，控制简单灵活，使发动机工作稳定在高效区或低排放区。缺点是发动机综合效率较低，能量首先转化成电能，才能控制电动马达，转化过程中伴有较大能量损失，且布置结构复杂。（图1）

并联式：优点是发动机与马达可以独立控制汽车驱动力，中间能量转化损失较少。缺点是需要复杂的控制系统及控制策略，造成研发及匹配成本增加，控制复杂、困难。（图2）

混联式：通过简单机械结构，使系统具备串联和并联之间的切换操作。其综合了串、并联布置方案的优缺点，其优点是对发动机分别进行串、并联操作，串联解放了发动机，并联保证了整车动力性，所以性能上占绝对优势。缺点是布置要求更高、更复杂，研发及匹配成本更高。（图3）

3 汽车混合动力系统匹配流程及注意事项

3.1 混合动力系统匹配流程

图4

3.2 混合动力系统匹配注意事项

汽车混合动力系统匹配主要目的是提高汽车燃油经济性，降低排放，优化控制系统策略、参数，使汽车真正在通过性、动力性、操控性、NVH舒适性等方面得到显著提高。其匹配过程复杂繁琐，过程注意事项如下。

①控制策略及控制参数的合理选取对动力系统有进一步改善效果，所以在仿真分析时可采用选取多组数据进行对比计算，分析差距。②在进行台架及实车标定测试时，尽量优化控制参数在仿真最佳效果，同时要考虑制造工艺过程的难易程度，以便保证开发成本。③数字模型建立包括发动机使用外特性建模、万有特性建模、电池充放电建模、电动马达的输出与效率特性建模等方面，数字模型仿真结果应与实车测试结果对比，结合进行优化。④仿真匹配过程要考虑汽车驱动形式、不同工况等影响要素。⑤匹配过程除采用试验优化参数外，也可采用标杆对比优化方法，这样可以减少标定次数，降低标定试验开发成本。

4 汽车混合动力系统发展趋势

目前国内外混合动力汽车处于高端发展阶段，相对传动汽车生产量较少，但其具有很大的推广及研发价值，国外混合动力汽车典型代表有日本丰田PRIUSE、本田INSIGHT、雷诺Kangoo、雷克萨斯CT500，国内混合动力汽车典型代表有比亚迪“秦”、荣威550plug-in、江淮和悦。基于混合动力系统的优点，国内外很多整车企业都在积极地进行混合动力系统研究，国外如美国通用、美国福特、法国雷诺、意大利菲亚特等，国内如比亚迪、吉利、福田、长城等。

国内外关于汽车混合动力系统研究表明，混合动力系统串联方式布置结构在未来会应用在大型汽车上，包含城市公交、大型客车或货车及军用汽车，它们共同特点是电池大小、重量不会影响汽车的布置结构及汽车通过性能，便于发挥汽车能量利用率。并联及混联布置结构将会应用在以轿车为首的小型汽车上，便于充分发挥汽车燃油经济性，并且随着电子控制技术的发展，混合动力系统混联方式在未来的应用中更加具有吸引力。

参考文献：

[1]孙逢春，程夕明.电动汽车动力驱动系统现状及发展[J].汽车工程，2000（22）.

[2]余志生.汽车理论[M].北京：机械工业出版社，1982.