【正文】 可以采用直流電動機、交流感應(yīng)電動機、永磁電動機和開關(guān)磁阻電動機等。隨著混合動力汽車的發(fā)展，直流電動機已經(jīng)很少采用，多數(shù)采用感應(yīng)電動機和永磁電動機，開關(guān)磁阻電動機應(yīng)用也得到重視，還可以采用特種電動機為混合動力汽車的驅(qū)動電機，采用不同的電動機還可以組成不同的混合動力汽車。3．電池混合動力汽車還可以采用不同的蓄電池、燃料電池、儲能電池和超級電容器等作為“電池”，一般電池作為混合動力汽車的輔助能源，只有在混合動力汽車用電動機啟動發(fā)動機或電動機輔助驅(qū)動時才使用。目前世界各國研究開發(fā)的混合動力汽車有不同的結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)其動力傳動系統(tǒng)的配置和組合方式不同，分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式3種組合方式，各自的結(jié)構(gòu)形式和特點如下[3]。1．串聯(lián)式混合動力驅(qū)動系統(tǒng) 串聯(lián)式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)的輔助單元(APU)由原動機和發(fā)電機組組成，通常將兩個部件集成為一體。原動機帶動發(fā)電機發(fā)電，其電能通過控制器直接輸送到電動機，由電動機產(chǎn)生驅(qū)動力矩驅(qū)動汽車。電池實際上起平衡原動機輸出功率和電動機輸出功率的作用：當(dāng)發(fā)電機的發(fā)電功率大于電動機所需的功率時（如汽車減速滑行、低速行駛和短時停車等工況），控制器控制發(fā)電機向電池充電；當(dāng)發(fā)電機發(fā)出的功率低于電動機所需的功率時（如汽車起步、加速、高速行駛、爬坡等工況），電池則向電動機提供額外的電能。串聯(lián)式結(jié)構(gòu)可使發(fā)動機不受汽車行駛工況的影響，始終在其最佳的工作區(qū)穩(wěn)定運行，因此，可使汽車的油耗和排污降低。串聯(lián)式混合動力汽車特別適合于在市內(nèi)低速運行的工況。在繁華的市區(qū)，汽車起步和低速時還可以關(guān)閉原動機，只利用電池進行功率輸出，使汽車達到零排放的要求。串聯(lián)結(jié)構(gòu)的不足是：發(fā)動機的輸出需全部轉(zhuǎn)化為電能再變?yōu)轵?qū)動汽車的機械能，由于機電能量轉(zhuǎn)換和電池充放電的效率較低，使得燃油能量的利用率比較低。2．并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)并聯(lián)式混合動力汽車可有發(fā)電機和電動機共同驅(qū)動或各自單獨驅(qū)動。當(dāng)電動機只是作為輔助驅(qū)動系統(tǒng)時，功率可以比較小。與串聯(lián)式結(jié)構(gòu)相比，發(fā)動機通過機械傳動機構(gòu)直接驅(qū)動汽車，其能量的利用率相對較高，這使得并聯(lián)式燃油經(jīng)濟性比串聯(lián)式的高。并聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)最適合于汽車在城市間公路和高速公路上穩(wěn)定式的工況。由于并聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)動機工況要受汽車行駛工況的影響，因此不適合汽車行駛工況變化較多、較大的路況；相比串聯(lián)式，需要變速裝置和動力復(fù)合裝置，傳動機構(gòu)較為復(fù)雜。3．混聯(lián)式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)混聯(lián)式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)（PSHEV）是串聯(lián)式和并聯(lián)式的綜合，發(fā)動機發(fā)出的功率一部分通過機械傳動輸出給驅(qū)動橋，另一部分則驅(qū)動發(fā)動機發(fā)電。發(fā)電機發(fā)出的電能輸送給電動機或電池，電動機產(chǎn)生的驅(qū)動力矩通過動力復(fù)合裝置傳送給驅(qū)動橋?；炻?lián)式驅(qū)動系統(tǒng)的控制策略是：在汽車高速行駛時，驅(qū)動系統(tǒng)主要以串聯(lián)方式工作；當(dāng)汽車高速行駛時，則以并聯(lián)工作方式為主。近年來，能源危機、環(huán)境污染和溫室效應(yīng)以關(guān)系到國家安全和可持續(xù)發(fā)展，為了從根本上解決這些問題，各國家紛紛著手研究新能源和可替代能源汽車。作為一項嶄新的技術(shù)，混合電動汽車通過多能源之間的優(yōu)化組合（一般為發(fā)動機和電機），以及制動能量再生利用，可以在保證汽車性能及行駛里程的前提下，降低排放，節(jié)約能源，又不改變現(xiàn)有汽車產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，因此，在零排放汽車實用化以前（根據(jù)美國、加拿大及亞洲一些國家的情況，預(yù)測在2030年以前），混合電動汽車最有希望取代傳統(tǒng)汽車。在這種情況下，融合了傳統(tǒng)汽車和電動汽車優(yōu)點的混合電動汽車在世界范圍內(nèi)成為新型汽車開發(fā)的熱點，混合電動汽車的研究和產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)成為當(dāng)前電動汽車發(fā)展的必然趨勢?；旌蟿恿ζ嚰嬗袀鹘y(tǒng)燃油汽車和純電動汽車的優(yōu)點，是兩者的完美結(jié)合，其實質(zhì)是通過部件工況的改善和效率的提高來實現(xiàn)整個系統(tǒng)性能的優(yōu)化，而結(jié)合的紐帶就是混合動力汽車的整車控制系統(tǒng)?；旌蟿恿ο到y(tǒng)有兩個能量源，同時具有多種運行模式（混合驅(qū)動模式、發(fā)動機單獨驅(qū)動模式、行駛發(fā)電模式、再生制動模式等）。整車控制系統(tǒng)的主要功能是使整車在不同的運行模式下切換，對不同能量源輸出功率進行能量管理，以及不同能量源的控制，實現(xiàn)各子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作，達到效率、排放和動力性的最優(yōu)。與其他汽車相比，牽引車在集裝箱碼頭的運行中由于速度低，不需要爬坡及怠速時間長等特點，汽車發(fā)動機工作在低效區(qū)，導(dǎo)致燃油利用率低，排放高等問題。因此，針對現(xiàn)有的牽引車進行混合動力設(shè)計，減少排放并提高燃油利用率，對于建立環(huán)保節(jié)約型港口，乃至建立環(huán)保節(jié)約型社會都具有重要意義。上世紀90年代以來，混合電動汽車的開發(fā)得到了歐美及日本等許多發(fā)達國家的高度重視，在轎車及卡車等方面都托人了大量的人力財力進行研究，并已取得了一些重大成果和進展，混合動力技術(shù)在汽車工業(yè)發(fā)達的國家已日趨成熟，有些已經(jīng)進入實用階段。在混合動力卡車領(lǐng)域，如 Volve、三菱及日產(chǎn)等多家汽車公司先后推出相關(guān)產(chǎn)品。 Volvo重型卡車2006年初，VOLVO正式推出一套重車專用混合動力系統(tǒng)“ISAM”，應(yīng)用該系統(tǒng)可減少油耗35%。沃爾沃公司估計，該車首批將于2009年交貨，預(yù)計歐洲和北美市場的潛在銷量為23萬輛/年。該混合動力系統(tǒng)由發(fā)動機、起動器、驅(qū)動電機兼發(fā)電機，以及電控單元構(gòu)成（如圖21所示）。車輛加速過程由電動機實現(xiàn)助力加速，因此能夠降低油耗和噪音；另外，由于配備了電動機，可以相對減小發(fā)動機尺寸，這樣進一步降低了整車排放。 圖2—1 Volvo采用的混合動力傳動系統(tǒng)模型該車采用一臺渦輪增壓直噴式柴油機。柴油機保持在高效率狀態(tài)下平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機發(fā)電，向鎳—氫動力電池組充電。在正常行駛狀態(tài)下該車以電機驅(qū)動起步加速，然后切換到柴油機驅(qū)動模式；當(dāng)需求轉(zhuǎn)矩較大時，電動機和發(fā)動機同時工作，整車工作在混合驅(qū)動模式；在遇到紅燈或者裝卸貨物等怠速情況下，發(fā)動機自動熄火。 三菱Canter Eco輕型卡車三菱扶?？蛙嚬镜男⌒突旌蟿恿ㄜ嚒癈anter Eco Hybrid”于2006年7月5日正式上市，同時裝有三菱重工生產(chǎn)額定功率為35kW的永磁電機及逆變器，其最大輸出扭矩可達200Nm，這樣就可彌補低速扭矩的不足，傳動系統(tǒng)采用AMT變速器（手自一體變速器），離合器布置在發(fā)動機和電機之間，電源由日立車輛能源生產(chǎn)的48個鋰離子電池單元組成（如圖223所示）。 Canter Eco Hybrid通過加裝電機使發(fā)動機尺寸相應(yīng)減小，同時可以實現(xiàn)啟動與怠速時電動驅(qū)動，而達到省油效果，與原型車相比，最高可使燃油消耗降低20%；在排放方面，Canter Eco Hybrid可顯著降低有害氣體及微粒物質(zhì)的排放，達到日本最新排放法規(guī)的要求。 圖 21發(fā)動機與馬達之間配置離合器圖2 2 Canter Eco 混合動力系統(tǒng) 日產(chǎn)小型卡車ATLAS20日產(chǎn)汽車在小型卡車“ATLAS20”中追加了混合動力款，并于2006年5月上市。ATLAS是五十鈴以O(shè)EM貼牌方式為日產(chǎn)生產(chǎn)的混合動力卡車，原型為五十鈴“ELF”平頭系列輕卡中的一款(如圖24所示)。圖24 ATLAS20混合動力系統(tǒng) ，發(fā)動機最大輸出功率為96kW（3000rpm）；發(fā)動機與電動機裝備在不同的驅(qū)動軸上，這樣可以實現(xiàn)柴油動機和電動機的單獨驅(qū)動；能量存儲系統(tǒng)采用346V鋰離子電池；配套使用PTO（Power Take Off：動力輸出裝置）型并聯(lián)混合動力復(fù)合裝置[4]。 3 串聯(lián)式混合動力碼頭車動力裝置參數(shù)的選定整車參數(shù)如表31所示：表31 整車參數(shù)牽引車總長（mm）4595牽引車總寬（mm）2464牽引車總高（mm）2819軸距(mm)2794輪距(mm)前輪2020,后輪1820牽引車質(zhì)量(kg)6700拖車質(zhì)量(kg)約8000集裝箱最大質(zhì)量(kg)33000Kg/箱2箱＝66000整備質(zhì)量(kg)14700滿載質(zhì)量(kg)80700原車最大行駛速度（Km/h）3638原車最大爬坡度18%型號：GOODYEAR 16PR滾動半徑：509 mm算式：＝509 mm其中：F－ 計算常數(shù)， d－ 輪胎的自由直徑混合動力碼頭車受時間及成本的限制，改裝后的混合動力碼頭牽引車不配置變速箱。由于車輛以最高車速運行的持續(xù)時間較長，因此驅(qū)動電機的額定功率應(yīng)滿足車輛以最高車速運行時的功率需求。對于串聯(lián)混合動力車，驅(qū)動電機的額定功率應(yīng)大體等于，但不小于以最高車速行駛時行駛阻力功率之和[５] （31） 式中： － 驅(qū)動電機額定功率，Kw；－ 傳動系的機械效率，；f－為輪胎的滾動阻力系數(shù)，貨車輪胎的滾動阻力系數(shù)與車速的關(guān)系接近于直線，滾動阻力系數(shù)的數(shù)值較小，車速對滾動阻力系數(shù)的影響也不大。；G－ 汽車重力，G＝mg，m－ 汽車質(zhì)量，滿載時為80700 Kg；CD－空氣阻力系數(shù)，；A－迎風(fēng)面積，㎡； － 最高車速，對于本車初定滿載最高車速為30 Km/h。圖31 汽車在水平路面上勻速行駛時的阻力功率由此可見，車輛滿載時若最高車速為＝30 Km/h，則所需功率為75Kw；若最高車速為＝25 Km/h，則所需功率為62Kw；若最高車速為＝20 Km/h，則所需功率為50Kw。若車輛空載時最高車速為＝40 Km/h，則所需功率為22Kw。本車初定滿載最高車速為30 Km/h，因此所需驅(qū)動電機額定功率應(yīng)為75Kw。由于車輛持續(xù)加速時間較短，所以一般情況下根據(jù)車輛的加速時間要求來確定驅(qū)動電機的峰值功率。由于本混合動力車未有明確的加速時間要求，故本文只根據(jù)驅(qū)動電機選擇的一般原則和相關(guān)試驗數(shù)據(jù)來確定驅(qū)動電機的峰值功率及其它參數(shù)。原車最大車速為3038 Km/h，改裝成混合動力后，設(shè)定空車最大車速為40 Km/h。根據(jù)驅(qū)動電機速度與汽車行駛速度的關(guān)系式 （32）— 電機轉(zhuǎn)速，rpm；— 輪胎滾動半徑，m；ua—— 汽車行駛速度，km/h；— 主傳動比?？傻每蛰d最高車速為40 Km/h時，驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速為2560rpm，因此驅(qū)動電機最高穩(wěn)定轉(zhuǎn)速可取為2600rpm。 由式（32）可得車速與驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系如下：圖32 車速與驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速的對應(yīng)圖根據(jù)碼頭牽引車的運行工況，其爬坡及加速的時間較短，因此只要驅(qū)動電機的峰值轉(zhuǎn)矩及峰值功率滿足爬坡及加速時間要求即可。電動機最高轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速的比值，稱為電動機擴大恒功率區(qū)系數(shù)。當(dāng)電機的額定功率及最高轉(zhuǎn)速已定時，由以下二式可知， （33） （34） － 驅(qū)動電機額定轉(zhuǎn)速（rpm）－ 驅(qū)動電機額定轉(zhuǎn)矩（）電動機擴大恒功率區(qū)系數(shù)越大，其額定轉(zhuǎn)矩越大，這樣車輛的加速性能就越好。低速電動機擴大恒功率區(qū)系數(shù)較小，額定轉(zhuǎn)矩高，轉(zhuǎn)子電流大，電機尺寸和重量較大，內(nèi)在損耗也較大。由于時間及成本限制，本車不采用變速器，采用低速電機驅(qū)動。研究表明一般不采用變速器的電動汽車其驅(qū)動電機的擴大恒功率區(qū)系數(shù)，本車?。?。由此可得。由實驗測定，本車最大驅(qū)動轉(zhuǎn)矩（傳動軸處）為=。由于本混合動力車運行路況幾乎沒有坡度，也未有爬坡度要求，因此暫取=，這樣該電機過載系數(shù)為。驅(qū)動電機A的參數(shù)如表32所示：表32 串聯(lián)混合動力驅(qū)動電動機A的參數(shù)類型三相交流異步感應(yīng)電機控制特性矢量控制，基速以下恒轉(zhuǎn)矩，基速以上恒功率額定功率75kw峰值功率182kw額定轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)速rpm峰值轉(zhuǎn)矩最高轉(zhuǎn)速2600rpm電機過載系數(shù)電機擴大恒功率區(qū)系數(shù)3由以上系數(shù)可得該電機A的外特性曲線如下［６］。圖33 驅(qū)動電機額定轉(zhuǎn)矩和額定功率曲線圖34 驅(qū)動電機峰值轉(zhuǎn)矩和峰值功率曲線計算加速能力時，在水平良好路面上進行，因此坡度，由汽車行駛方程可得： （35）故： （36）由運動學(xué)可知： （37）式中：－ 初始速度，從靜止加速因此為0 Km/h； － 終了速度，滿載最高速度即30 Km/h；δ— 汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)（δ1）。圖35 汽車行駛加速度圖36 汽車加速時間由計算結(jié)果可知，滿載時車輛0— 30Km/h加速時間為30s，現(xiàn)在還不能判定該驅(qū)動電機能否滿足車輛加速時間要求，要等到具體加速時間測定后經(jīng)比較才能判斷。一般應(yīng)根據(jù)車輛最大爬坡度要求來確定電機的峰值轉(zhuǎn)矩，由于混合動力車設(shè)計指標中無爬坡度要求，且碼頭場地內(nèi)道路平坦，幾乎沒有坡度。因此這里不將最大爬坡度作為確定驅(qū)動電機峰值轉(zhuǎn)矩的設(shè)計指標，而僅討論一下驅(qū)動電機峰值轉(zhuǎn)矩=。對于傳統(tǒng)的碼頭牽引車而言，當(dāng)發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩最大時，其爬坡能力最強。根據(jù)提供的原車資料，當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速為1500 rpm時，其輸出轉(zhuǎn)矩最大。根據(jù)式（32）知，當(dāng)n= 1500 rpm時，車速= Km/h。考慮到爬大坡時液力變矩器的渦輪轉(zhuǎn)速應(yīng)低于泵輪轉(zhuǎn)速（即為發(fā)動機轉(zhuǎn)速）， Km/h，風(fēng)阻可忽略不計。由式（38）、（39）知驅(qū)動力可表示為。根據(jù)提供的數(shù)據(jù)，碼頭牽引車的最大牽引力為N，最大爬坡度為，最大載荷為。經(jīng)推算載荷為65000 Kg的車輛爬18%的坡時，僅其坡度分力就大于該車的最大牽引力。所以其最大爬坡度達不到18%，其最大爬坡度約為：＝％為能達到原車的爬坡要求，我們可使改裝后的最大牽引力等于N。由驅(qū)動力公式 知，傳動軸處的最大驅(qū)動轉(zhuǎn)矩為。設(shè)液力變矩器和變速箱的綜合