关于混合动力汽车的安全稳定性

梁枭

【摘要】针对混合动力汽车的结构特点，对于汽车安全稳定性，提出正确使用与维护混合动力电动汽车的内容和方法，以确保其各项性能良好发挥作用，达到安全稳定性。

【关键词】混合动力汽车；安全；稳定性

一、混合动力的类型

混合动力电动汽车是以传统的内燃机和电动机作为动力源，通过混合使用热能和电力两套系统驱动汽车，达到节省燃料和降低污染排气的目的。按照发动机与电机组合的方式，混合动力汽车有串联式、并联式和串并混联式三种类型。

串联式混合动力电动汽车由电动机、汽油发动机、发电机、HEV蓄电池、控制器（变频器、转换器）组成。发动机以串联的方式驱动发电机发电，电能通过控制器输送到电动机，由电动机通过变速机构驱动汽车。

对于混合动力电动汽车安全稳定性，动力耦合及控制系统、电机及控制系统、动力电池及管理系统是三项最为关键核心技术，同时与混合动力汽车相关的发动机、电力电子、制动、转向、空调技术也是需要解决的主要技术问题。

1、动力耦合系统

动力耦合系统最关键的技术是其布置方案，不同结构的动力耦合方式不仅决定了混合动力系统的工作模式，而且也是制定动力分配策略的基础，它对整车的动力性、经济性、排放性和制造成本都有重大影响。结构合理、制造容易、效率高的混合动力耦合机构，能够将燃油汽车与电动汽车的优点有机地结合起来，体现混合动力汽车的优越性。目前采用的动力耦合方式有转矩耦合、速度耦合和功率耦合三种方式，以功率耦合方式为主要发展方向，具体结构方面，由变速器耦合、离合器耦合、主减速器耦合等向行星轮耦合方向发展。

2、动力总成控制系统

汽车动力总成控制系统是车辆行驶的核心单元。混合动力电动汽车的控制需要根据驾驶人操纵状态、车速、电池荷电状态和相关设备的状态确定发动机与电机的功率分配策略，以保证满足汽车动力性、经济性、排放性等性能指标要求。混合动力汽车发动机和电机要相互配合工作，并根据运行工况适时控制发动机起动和关闭，这使得发动机始终工作在低油耗区的整个控制过程十分复杂，因此需要用成熟可靠的动力耦合装置以及先进的控制策略实现功率的合理分配，以达到油耗低和动力性好的目标。

3、电机及控制系统

用于混合动力汽车的驱动电机类型主要有交流感应电机、永磁电机和开关磁阻电机。对电机的要求包括在较宽的速度范围内具有高转矩密度、高功率密度，高效率、高可靠性、良好的控制性能，能够适应发动机频繁起停和电机电动/发电状态的切换。目前国外以永磁同步电机为主，国内应用较多的是交流感应电机，故需要开发高效率永磁电机。电机控制系统也很关键，一是保证电机在基速以下时，能够输出大转矩以适应汽车加速和爬坡时的驱动力需求；在基速以上時，能够以恒功率、宽范围运行以满足最高车速需要。二是保证系统在电机运行范围内的效率最优化。

4、动力电池及其管理系统

混合动力系统的动力电池需要频繁充放电，在充放电过程中，电压、电流会有较大变化。针对这种使用特点，混合动力系统对动力电池有如下特别要求：一是具有大功率充放电能力和较高的比功率，以满足汽车加速和爬坡时的大功率需求；同时电池还要具有快速充电能力，以满足制动时的大功率能量回收需要。二是充放电效率，高的充放电效率对保证整车效率具有至关重要的作用。三是电池在快速充放电的工况条件下保持性能的相对稳定。此外，还必须考虑热能控制管理、荷电状态判定、充放电模式选择、电池充放电均衡、电池过充电或过放电控制、电池组的工作温度控制等，这些都是电池管理系统的任务。整车能量管理策略的实施要依赖电动汽车电池管理系统对电池状态的判别和对电池性能的维护。

5、混合动力系统专用发动机

经过100多年的发展，车用发动机在动力性、经济性及排放控制方面获得了很大改善。近年来，电控燃油喷射、排气再循环、增压中冷、可变进气涡轮、高压共轨和催化后处理等技术的应用，使汽车性能快速提高。作为一种成熟的动力设备，发动机在混合动力汽车上的应用难度不大，但仍然是影响混合动力整车效率和性能的关键部分。

在混合动力系统中，由于发动机的工况可以控制在一定范围内，因而可以进行优化设计进一步提高其燃油经济性，降低排放。目前采用发动机的混合动力系统基本上都对其发动机进行了重新设计或重大改进。例如，丰田汽油机采用的高效率、高膨胀比工作循环，紧凑型倾斜式挤气燃烧室及铝合金缸体，其目的就是追求高效率。另外由于电机承担了车辆的功率调峰作用，发动机可以追求经济工作区的更高效率。

在混合动力电动汽车开发过程中，需要建立先进的驱动系统数学模型，这是计算机仿真和分析的基础。在研究和开发混合动力汽车的部件和选择结构时，需要很快缩小研究范围，找到技术的突破口。在系统选择上，可依靠高效的建模工具，通过交替使用候选的子系统进行模拟仿真，从而找到最佳的方案。计算机模型为每个候选子系统提供了详细规格和设计参数，从而提高设计效率，而且还有助于为设计和制造样车制定工程目标和计划。

二、结论

通过对控制器、电动机、动力电池的正确使用与维护，确保混合动力客车各项指标的充分发挥，可使混合动力客车的节油率保持在20%～30%左右，减少维修成本，延长其使用寿命，真正做到节能、环保、经济适用，最终达到安全的性能。

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