混合动力汽车动力转化分析及优化研究

摘 要：混合动力汽车具备了传统内燃汽车和电动汽车的两类动力源，动力性能好，节能环保。因此，研究混合动力汽车的动力转向特性具有重要意义。本文通过研究混合动力汽车不同速度下的动力性能，在不同车速下进行动力切换，对系统的动力转化问题进行优化研究和策略控制。

关键词：混合动力;动力转化;优化研究

1 绪论

1.1 研究背景和意义

近几年，随着石油不断消耗以及机动车保有量迅速增加，气候变暖使人类面临的环境问题日益严峻。因此新能源汽车成为汽车领域研究和发展的方向，尤其是对混合动力汽车及电动汽车的开发。目前各大汽车企业陆续开发了混合动力汽车，但汽车的燃油消耗依旧较高，开发出动力性能良好，低油耗节能环保的混合动力汽车来取代传统汽车，有很强的研究意义。

1.2 混合动力汽车的发展现状及前景

近年来，混合动力汽车是我国汽车行业发展的新趋势[1]，如今新能源技术应用、节能减排已经成为社会发展的热点话题，新能源技术在汽车上的应用很好地契合了社会的发展需求。目前，我国在新能源汽车的研发过程中，确立了以混合电动汽车、纯电动汽车[2]、燃料电池汽车为主的研发布局，通过产学研紧密合作，以动力汽车整车为模型，进行动力性能与经济性能的仿真，对变速器速比进行优化，不断提高汽车的经济性。

2 混合动力汽车的特点及性能

2.1 混合动力汽车的分类及特点

混合动力汽车是指驱动系统由两个或以上能够同时运作的驱动系统组成的汽车[3]，汽车的功率是通过实时行驶状态由单个系统提供或多个系统共同提供。根据其驱动系统的配置和组合方式不同，可分为串联式、并联式和混联式3种形式，大部分混合动力汽车都采用电力系统与热能系统混合应用的模式，通过电能或热能作为汽车动力从而驱动汽车。

在目前所有的新能源汽车中，混合动力汽车的发展被认为是发展最好的。混合动力汽车能够实时根据驾驶状况来选择发动机[4]，发动机与蓄电池之间的不同组合形式，从而满足驱动车辆的功率需求。若汽车选择复合动力模式，可根据需求功率来调整不同系统的输出功率，当需求功率较大时，电池能够为动力系统提供功率，当需求功率较小时，多余的功率能够输入蓄电池作为储备电能。

2.2 混合动力汽车对动力性能的要求

为了确保混合动力汽车合理的行驶性能，要求其具有高比能量，以确保混合动力汽车达到合理的行驶里程，具有高比功率，确保其加速和爬坡性能。串联式混合动力汽车完全由电机驱动，内燃机发电机总成与电池组起提供电机所需要的电能，电池处于较高水平，对电池系统功率的要求与纯电动汽车相似，但容量要低。并联式混合电动车内燃机和电机都可以直接对车轮提供驱动力，整车的驾驶要求可以由不同的动力组合结构来满足。电池的容量可以更小，但是电池组瞬时提供的功率要满足汽车加速或爬坡要求。

3 混合动力汽车控制策略研究

3.1 混合动力汽车的动力转化优化研究

汽车的产生和发展极大的影响了人们的生活方式和社会生产方式，针对目前汽车工业发展所引发的环境及资源问题，必须开发更节能、更环保和使用替代能源的先进技术，解决传统汽车所带来的问题，必须满足：减少能源消耗，降低成本，提高可靠性;减少或杜绝有害物质的排放;降低体积质量，减少阻力，提高整车及零部件性能，提高舒适性、安全性和机动性的要求。混合动力汽车可以满足对汽车动力性的要求[5]，且易于改进，目前成为具有实用价值的新技术。

3.2 混合动力汽车的动力匹配控制策略

传统汽车传动比的设计主要包括主减速器和变速器的传动比设计，由于没有变速器部分，所以主要是对主减速速比和行星排的齿圈齿轮比进行匹配。它主要有最大和最小传动比，即满足汽车行驶的最高车速所得出最小传动比与满足汽车爬坡性能时的最高传动比。混联式混合动力汽车有三个动力输出部件，即发动机、ISG电机与主驱动电机，工作状态复杂，需要对各个动力部件输出动力、动力的复合及分配进行控制。因此，对混合动力汽车控制策略进行研究并搭建控制策略[6]。

4 总结

本文讲述了混合动力汽车控制策略，首先根据所研究的混联式混合动力汽车进行了混合动力汽车工作模式的选择，及各个模式下的发动机、ISG电机、主驱动电机的开关状态及开关条件，控制策略;其次进行了混合动力汽车发动机、电机、主驱动电机的转矩输出进行了分析，建立了动力部件转矩输出的控制策略。

参考文献：

[1]郭海龙.基于行驶状况识别的混联式HEV多模式能量控制策略研究[D].广东：华南理工大学机械电子工程学科博士学位论文，2013.

[2]彭金雷.纯电动汽车整车控制策略研究[D].广东：华南理工大学车辆工程学科硕士学位论文，2013.

[3]孙远涛，王亮，等.混联式混合动力汽车动力系统参数匹配的研究[J].黑龙江工程学院学报，2014，28（06）：21-28.

[4]周美兰，张昊，等.混合动力电动汽车的动力系统参数设计与仿真[J].哈尔滨理工大学学报，2011，16（04）：36-39.

[5]Tsutomu Tashiro. Power management of a hybrid electric vehicle during warm-up periodconsidering energy consumption of cabin heat components[J].IFAC-PapersOnLine.

[6]Zlatina Dimitrova，Fran?ois Marechal.Energy integration study on a hybrid electricvehicle energy system，using process integration techniques[J].AppliedThermalEngineering.

作者簡介：郭建宏（1989-），男，甘肃张掖人，硕士研究生，研究方向：汽车系统动力学。