1 混合動(dòng)力汽車的發(fā)展概況
當(dāng)前，石油資源面臨枯竭，傳統(tǒng)汽車的排放已成為大氣污染的主要源頭。研究顯示傳統(tǒng)汽車在常規(guī)路面上行駛時(shí)至多能利用燃油40%的化學(xué)能，在擁堵的市區(qū)路況化學(xué)能的利用率僅為25%。目前，動(dòng)力電池在壽命、充電時(shí)間等方面無法達(dá)到人們的用車要求，實(shí)際使用效果并不理想，預(yù)計(jì)在10年之內(nèi)電動(dòng)汽車還無法真正意義上取代傳統(tǒng)汽車。為了解決該問題，工程師們開發(fā)了一種混合動(dòng)力裝置(HEV)的汽車，這種汽車是同時(shí)裝備有兩種以上的動(dòng)力源的汽車，通常是發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的組合形式。根據(jù)汽車運(yùn)行工況的要求，對內(nèi)燃機(jī)與電動(dòng)機(jī)進(jìn)行優(yōu)化耦合后，可以獲得良好的動(dòng)力性，燃油經(jīng)濟(jì)性，排放性能等指標(biāo)?；旌蟿?dòng)力車型的核心技術(shù)是混合動(dòng)力系統(tǒng)，其性能優(yōu)劣直接影響混合動(dòng)力汽車的整車性能。混合動(dòng)力汽車既有純電動(dòng)汽車低排放的優(yōu)點(diǎn)，又兼具傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)高比能量和比功率的優(yōu)點(diǎn)，在由內(nèi)燃機(jī)汽車向電動(dòng)汽車的轉(zhuǎn)變過程中扮演著重要的角色。
2 混合動(dòng)力汽車的控制策略
隨著現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展，在混合動(dòng)力汽車的控制系統(tǒng)中，自動(dòng)控制技術(shù)已經(jīng)得到了普遍應(yīng)用，如LQG控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制以及自適應(yīng)控制等一系列先進(jìn)的控制算法已經(jīng)在混合動(dòng)力汽車的量產(chǎn)車型中得到了應(yīng)用。以上智能化控制策略的應(yīng)用使得混合動(dòng)力汽車更貼近當(dāng)前“節(jié)能、安全、環(huán)保”的現(xiàn)代汽車發(fā)展理念。使混合動(dòng)力汽車獲得低油耗、低排放的關(guān)鍵在于對控制策略的優(yōu)化。在保證汽車基本性能，如動(dòng)力性、操縱穩(wěn)定性地前提之下，控制系統(tǒng)需能合理地協(xié)調(diào)、分配發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)兩者的動(dòng)力輸出，從而獲得高的效率、燃油經(jīng)濟(jì)性、和排放特性，并獲得較佳的操縱穩(wěn)定性。經(jīng)過長期的發(fā)展，多種控制策略已應(yīng)用于混合動(dòng)力汽車，下面介紹較為常用的基于規(guī)則的混合動(dòng)力汽車穩(wěn)態(tài)能量管理策略。所謂基于規(guī)則的穩(wěn)態(tài)能量管理策略，其主要依據(jù)為工程經(jīng)驗(yàn)，在工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上按照各個(gè)部件的穩(wěn)態(tài)效率MAP圖來制定分配發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)動(dòng)力的方式。該方法有三種控制模式，即充電模式、正常行駛模式及制動(dòng)回收能量模式。
3 混合動(dòng)力汽車的工作過程
3．1電力驅(qū)動(dòng)
在汽車剛啟動(dòng)或者低速行駛時(shí)，混動(dòng)車型利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪，而發(fā)動(dòng)機(jī)并不向車輪輸出動(dòng)力，這是因?yàn)殡姍C(jī)可以提供較大的扭矩，而發(fā)動(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)無法提供較大的驅(qū)動(dòng)扭矩。同樣對于，低速行駛，發(fā)動(dòng)機(jī)的效率依然很低，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)不工作，電動(dòng)機(jī)提供全部的驅(qū)動(dòng)功率。
3．2發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)啟停
傳統(tǒng)汽車?yán)玫碗妷旱钠饎?dòng)機(jī)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，正常的啟動(dòng)過程需要2s左右的時(shí)間，在此過程中發(fā)動(dòng)機(jī)在起動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下從0轉(zhuǎn)速提升200r/min左右的轉(zhuǎn)速，該過程需要更多的可燃混合起，排放惡劣。然而，在混合動(dòng)力汽車中裝備的電機(jī)要比傳統(tǒng)汽車的起動(dòng)機(jī)的功率大很多，因此混合動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)可由動(dòng)力電機(jī)完成，僅需300ms就可將發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速提升至600r/min，極大地改善了排放特性。為降低油耗和排放，混合動(dòng)力汽車在空擋滑行和臨時(shí)停車的情況下，內(nèi)燃機(jī)將處于停止云狀的狀態(tài)。當(dāng)整車需要向前行駛時(shí)，電動(dòng)機(jī)則立刻啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。
3．3一般行駛
一般行駛時(shí)，使用發(fā)動(dòng)機(jī)作為主要?jiǎng)恿υ矗驗(yàn)榇藭r(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的效率較高，油耗較低。發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力直接驅(qū)動(dòng)車輪運(yùn)動(dòng)，根據(jù)行駛工況，部分發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力用以驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，產(chǎn)生的電能供給蓄電池和車載用電器。
3．4再生制動(dòng)
在汽車在減速的過程中，混合動(dòng)力汽車的車輪會(huì)帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，此時(shí)電動(dòng)機(jī)成了發(fā)電機(jī)，于是將汽車的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能存儲(chǔ)于蓄電池中。以一輛質(zhì)量為1．5噸的轎車為例，當(dāng)它由65km/h的行駛速度進(jìn)行制動(dòng)，制動(dòng)初始時(shí)整車動(dòng)能近280KJ，如果能夠?qū)⒃撃芰咳课?，可以?qū)動(dòng)該車行駛1．8km。
4 混合動(dòng)力汽車的優(yōu)缺點(diǎn)分析
4．1優(yōu)點(diǎn)分析
相比于純電動(dòng)汽車，混合動(dòng)力汽車具有如下優(yōu)勢:(1)兼具傳統(tǒng)燃油汽車和純電動(dòng)汽車的優(yōu)勢。(2)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)用使得電池的數(shù)量和質(zhì)量可大大減少，因此整車質(zhì)量較小，有利于降低能源消耗。(3)汽車的動(dòng)力性及續(xù)航和傳統(tǒng)汽車相差無幾。
與傳統(tǒng)汽車相比，混合動(dòng)力汽車具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)發(fā)動(dòng)機(jī)可以在率的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)工作，降低了排放和油耗。(2)在人口密集的區(qū)域，發(fā)動(dòng)機(jī)可以停止運(yùn)轉(zhuǎn)，車輪由電動(dòng)機(jī)負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)*。(3)可以利用制動(dòng)能量回收實(shí)現(xiàn)更好地節(jié)能減排效果。
4．2缺點(diǎn)分析
(1)混合動(dòng)力汽車中仍然有發(fā)動(dòng)機(jī)的存在，這意味著混合動(dòng)力汽車無法從根本上擺脫對石油資源的依賴。(2)混合動(dòng)力系統(tǒng)的成本比傳統(tǒng)汽車高很多。混合動(dòng)力汽車要配備傳統(tǒng)汽車不需要的昂貴配件，比如高壓蓄電池、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)以及各種控制器。(3)高速行駛時(shí)，油耗并不理想?；旌蟿?dòng)力汽車在高速公路上行駛時(shí)其動(dòng)力來源依然是發(fā)動(dòng)機(jī)，但是混合動(dòng)力汽車的質(zhì)量更大，這就造成了油耗甚至高于傳統(tǒng)汽車。
5 發(fā)展前景與展望
混合動(dòng)力汽車在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上達(dá)到了提高燃料經(jīng)濟(jì)性和減少排放的目的，因而發(fā)展前景。降低成本是提高混合動(dòng)力系統(tǒng)競爭能力的努力方向?；旌蟿?dòng)力汽車在發(fā)展的道路上需要解決的問題還有很多，但隨著各大汽車廠商的不斷的研發(fā)改進(jìn)，這些問題會(huì)很快得到解決。盡管從長遠(yuǎn)來看混合動(dòng)力汽車只是一種過渡車型，但是在近二三十年內(nèi)仍然具備較好的前景。