基于混合动力技术车辆工程领域的发展研究

摘要：近年，随着绿色可持续发展理念的提出，我国汽车制造工艺处于转型与创新阶段。混合动力车具有智能化强、安全性好、节能减排效果好、行驶稳定性好、使用寿命长等特点，对保护生态环境有重要意义。据此，对混合动力系统进行了探讨，并对其在汽车工程中的具体应用和目前的应用情况进行了分析，以期推动我国汽车工程学科的稳步发展。

关键词：混合动力；车辆工程；现状

中图分类号：U469 收稿日期：2024-04-15

DOI：1019999/jcnki1004-0226202407015

1 前言

目前，汽车在节能减排等领域已有显著进展，但是机动车排放仍然是一个重要的环境污染源。荷兰科学家阿里·哈根-施密特在对大气组成进行了研究，发现灰霾的生成与汽车尾气有着直接的联系。此外，国内外多个城市中频发的光化学雾霾事故的调查显示，机动车排放也是其重要的污染物，其中，耗能远高于机动车的工程车辆、矿山车辆等重型车辆排放的污染更为严重，给环境带来了难以估计的危害[1]。当前，随着人们对行车环境的需求不断提高，为达到节能、安全、智能化的目的，如何有效改善因尾气排放而导致的工作环境恶化已成为当前机械行业迫切需要解决的难题，研发节能环保的新型运载工具是未来的发展方向。为此，混合动力汽车成为国内外研究的主要方向之一。

2 混合动力技术

21 混合动力技术的内涵

混合动力技术，是一种与传统燃油汽车不同的新型能源车辆技术。混合动力技术的动力来自于两个方面：燃油发动机系统与电动机驱动系统。在操控车辆时，该混合动力系统能够结合车辆的实际运行需求选择燃油驱动还是电力驱动，并实时进行灵活调整，确保发动机始终处于最佳工作状态，进而有效减少油耗和排放。

混合动力系统是一种由燃料-电能混合与水力混合组成的复杂能量转换技术，按耦合方式可分为串联式、并联式和混合式三种。油电混联是指通过发动机、发电机等设备将电能输出到汽车上，同时保持发动机的基本构造，为汽车提供辅助功率，由系统或驾驶员对汽车的操作条件进行灵活调节，以此来确保发动机的最优性能，并且能够实现平稳的运转，能够有效地减少燃料消耗和排放，实现节能减排[2]。液压混合驱动系统是将发动机与液压传动相结合的核心部件，对减少运营费用、提高经济效益、改善运行稳定性具有重要意义。

22 混合动力汽车优缺点

2.2.1 混合动力汽车优点

车辆运行速度和扭矩等因素可以影响发动机本身的功率输出。单引擎输出功率很低，会导致无效输出，增加能量损失。混合动力车辆能使发动机始终处于一个较好的工作状态，并能有效地规避传统动力系的局限性。在没有任何停顿的情况下，这种混合动力技术能够在不间断的情况下，让驾驶系统能够自动地进行切换，并且能够在不停的情况下，解决掉任何一个问题。由于发电机与发动机共同工作，不需要经常充电，因此既能减少作业人员的劳动强度，又能提高作业效率，还能在汽车起动及加速时，充分发挥电动机的作用，为车辆的起动提供足够的能量支撑，达到节能减排、减少空气污染、提升其经济效益与社会效益的目的。混合动力技术通过驱动系统自动切换，实现动力持续输出，有效避免换挡动力中断，提高驾驶员的操控感，亦可提高驾乘人员在不同路况、不同地段等状况下的体验。混合动力汽车系统利用发电机和发动机的协同工作，避免频繁充电，降低成本。在汽车的起步和加速阶段，电动机通过提供强大辅助动力，有效地减少燃油消耗和排放，减轻了大气污染，从而提高了混合动力汽车的经济和社会效益。

2.2.2 混合动力汽车缺点

为了实现高效稳定的运行，将智能感知技术引入到电动汽车中，实现电动汽车的智能化控制。然而，由于其构成非常复杂，所以很难对其参数进行有效的控制，目前存在着储电量低，电池成本高，寿命短的缺点，且由于速度组合型动力总成自身的限制，导致其研制与生产成本较高，并且不能完全掌握其各个部件的寿命。

23 油、电混合动力系统

混合动力是一种区别于传统汽车的新能源技术，它通常是一种燃油-电混合，即在保持原有发动机性能的基础上，采用电机作为辅助动力。该系统可以根据汽车的实际工作状态来对其进行灵活的调节，从而使发动机一直处于工作区的综合性能最优，达到减少燃油消耗和排放的目的[3]。油电混合动力技术发展比较早，在混合动力领域中得到了广泛的应用，已经推出了多款车型，按联接形式可分为串联式、并联式和混联式。

图1是一种串联混合动力传动装置的原理图，它通常是用发动机直接驱动发电机，并把它的电能通过马达控制装置传输给马达，而马达则产生一种电磁扭矩来驱动车辆。串联传动系统具有结构简单、节能性能好、污染小等优点，但其在整车中存在多种形式的能量转换，影响了整车的经济性。这种传动方式主要用于城市公共汽车及集装箱货车，以通用的雪佛兰VOLT为代表。

图2显示了具有引擎驱动和电驱动的两种驱动系统的并联混合驱动系统的原理图，所述车辆可以被引擎和马达一起驱动或者分别被单独驱动。该系统具有高效率、高稳定性、高油耗、高效率等特点，但其结构较为复杂，难以实现。并联传动系主要应用在中级车上，其换代型号为本田 IMA等。

图3显示了充分发挥串联式和并联优势的混联式传动系的原理图，其中，在汽车低速运行时，传动系统以串联的形式工作；在汽车高速平稳运行的情况下，多采用并联运行模式。混合动力系统具有较好的燃油经济性和排放，但需要较高的控制系统和耦合设备，制造成本较高，如丰田普锐斯等。

3 混合动力技术在车辆工程领域中的应用情况

31 混合动力系统在应用中面临的难题

目前，该技术主要有两大类：一是液压式，二是燃油-电力混合式，它们都是当前社会发展的主流。只有将电能、燃油的利用与汽车工程领域的可持续发展相结合，才能使汽车工程领域的可持续发展。在实际应用中，该方案不仅能充分发挥常规车用发动机运行的优点，而且还能通过电动机提供动力，以弥补车用发动机的缺点。从液力-机械复合传动系统的观点出发，它以液压传动系统和发动机传动系统为主体，通过加装可反转的能量存储设备，使得各个电子元件都能发挥自身的驱动作用，从而减少车辆运行成本，节能减排[4]。目前，按工作方式可划分为串联或并联两种，且以大中型车辆为主，重载车辆较少，提高其行驶稳定性有重要的实际意义。

32 混合动力技术在装载机车参数分析中的应用

液压驱动技术在新型工程车辆中得到了广泛的应用，高压蓄能器在其中起到了很大的作用，极大地提高了汽车发动机的功率。所以，在实施这项技术时，必须重视装载机车辆的参数控制问题，以达到更高的水准。为了达到以上目的，必须采用智能传感器，同时对电液比例进行合理的控制。汽车项目在整个运营过程中，对其进行参数的控制，应贯穿于整个汽车工程的各个方面。在离合器的开断工作中，应着重注意液压系统中存在的问题，并对其进行相应的控制。为了实现混合动力装载机车辆的工作目标，还需将发动机和高压储能器有机地串联起来。发动机是电机运行中的主要支撑动力，与传统的系统工作开展模式相比，它可以有效地简化有关流程，提高总体工作效率。将混合动力技术运用到装载机车辆的参数分析中，需要对其操作参数的特性进行全面的了解，在采用混合动力技术的时候，要对原来的装载机车辆参数有一个准确的了解，只有站在整体的角度，对其进行科学合理的应用，才能充分发挥其正效应。

33 混合动力技术在串并联车辆系统中的应用

将混合动力应用于串联和并联的汽车系统时，二者在设计上有很大的不同，因而在使用方法上也有很大的不同，特别是在能量存储器件的应用、连接方式和连接顺序上。在串联汽车系统中，电联接是最常用的一种形式。串联汽车系统的主体是将发动机和能量存储装置结合在一起，既可以提高工作效率，又可以提高系统的稳定性，而并联系统则是将引擎与马达连接起来，以达到节能环保的效果。

在汽车试验工作中，员工还应注重与汽车试验相关的维修工作，并对有关工作进行严格控制，以此来提高汽车的动力效率。要想有效地进行控制分布，就必须调整好刹车踏板间距和刹车距离。鉴于混联式汽车系统各具特性，在应用该技术时应充分考虑该问题，使其与整车系统更好地融合，切忌盲目选用，从而影响整车行驶的稳定性。

34 混合动力技术在动力耦合装置中的应用

在混合动力系统的实际开发中，对其进行研究是关键也是难点，其研究状况将直接关系到整车综合性能的总体表现[5]。就目前的混联动力系统在动力耦合装置中的应用状况来看，其主要可划分为转速组合型、驱动力结合、扭矩组合型三类，如表1所示。将动力混合技术用于动力耦合设备时，要根据现实条件选择动力耦合设备的种类，既要从眼前的利益出发，又要积极地预测未来的技术发展状况，只有这样，汽车才能在满足用户短期使用需要的前提下，主动适应社会发展的需要，使汽车工程的价值最大化。

35 混合动力技术在车床钣金生产中的应用

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在实际的数控机床成型过程中，板材的划分是一个很重要的步骤，因此，这也是每一位汽车工程师都要认真对待的工作。由于汽车工程用钣金件，制造结构的复杂性，在实际加工中很难一次成型。将混合动力技术应用于车板板料生产，与传统的制造法相比，其总体品质更高，可以很好地解决过去生产过程中存在的不合格品和有缺陷品的高几率问题，不但可以够节省大量的人力、物力，而且还可以极大地提高生产效率，对保障制造公司的利润具有非常积极的作用。

4 结语

就目前而言，尽管该技术的使用范围仍然很小，但它将会在将来的汽车工程中占据重要的地位。在提高汽车行驶稳定性的同时，也符合当前国家所提倡的可持续发展的要求。将混合动力系统应用到汽车工程中，可以有效地解决诸如噪声和空气污染等环境问题，提高能量的利用效率，减少能量、能量等的损失，同时也能改善人的乘坐舒适性，保证汽车的安全性和稳定性，推动我国汽车工程学科向科学化、规范化和可持续发展的方向发展。

参考文献：

[1]杨唐瑜浅析混合动力技术在车辆工程领域中的应用分析[J]百科论坛电子杂志，2020（5）：450-451

[2]魏旭鑫混合动力技术在车辆工程领域的应用研究[J]内燃机与配件，2020（24）：106-107

[3]钱远治车辆工程领域混合动力技术探析[J]汽车测试报告，2023（14）：145-147

[4]王唱混合动力技术在车辆工程中的应用[J]江西电力职业技术学院学报，2020，33（5）：13-14+20

[5]褚佶慧新能源在车辆工程中的运用[J]内燃机与配件，2021（13）：214-215

作者简介：

赵向明，男，1983年生，工程师，研究方向为汽车检测与维修。

基金项目：2019年度校级教育教学改革研究项目（2019JG017）