【文章內(nèi)容簡介】 姆勒一克萊斯勒公司合作，計劃于 2020 年研發(fā)出雙模式完全混合動力技術(shù)系統(tǒng)。福特汽車公司1998 年開發(fā)出了福特 P2020 型 5 座并聯(lián)式混合動力汽車。 2020 年，福特汽車公司又推出了名為“ freestly”的混合動力汽車。 在歐洲，各大汽車廠商爭先恐后的推出了本公司研制的混合動力汽車。其HEV的突出代表是法國的 Berlinge，在性價比上能與燃油汽車相抗衡，代表了國際實用先進水平。德國西門子和博世 (Bosch)等著名零部件公司積極與大汽車公 5 司聯(lián)手開發(fā)混合動力汽車。法國雷諾公司研制的 VERT 和 HYMME 兩款混合動力汽車己進行了 10000 公罩的運行試驗。瑞典沃爾沃公司也開發(fā)出基于沃爾沃FL6 卡車改裝的混合動力汽車。 1995 年 8 月，沃爾沃客車公司提出了世界歡迎的“環(huán)保概念客車 ” (EnvironmentalConcept Bus， ECB)。 1999 年，該車在瑞典歌德斯堡進行路試檢測。 我國目前也非常重視混合動力汽車的研究與開發(fā)，一些單位的起步研究工作正在展開?！半妱悠嚰夹g(shù)研究”是國家科委“八五”科技相關(guān)項目。 1996 年“八五”重點科技攻關(guān)項目“電動汽車關(guān)鍵技術(shù)研究”在清華大學通過了國家計委、教委、和機 械部的驗收：“九五”期問，東風汽車公司承擔并完成了國家重大科技攻關(guān)項目“電動轎車概念車設計”的整車研制工作。在電動汽車關(guān)鍵技術(shù)尤其是混合動力汽車方面，很多科研單位也進行了諸如混合方式和控制策混合動力汽下傳動系統(tǒng)模掣化及優(yōu)化控制略研究、參數(shù)匹配和性能預測研究等前期工作?！熬盼濉蹦┢谖覈陔妱悠嚨娜箨P(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域 (電池、電機、電控系統(tǒng) )取得突破。國家科技部已將電動汽車產(chǎn)業(yè)化作為“十五一 863 重大專項的內(nèi)容。 我國有關(guān)電動汽車的研制開始于 20世紀 90年代。采取產(chǎn)學研相結(jié)合的方式，投資 億元用于支持電動汽車的 研究、開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。在混合動力汽車方面，目前已經(jīng)通過了兩輪研發(fā)，進入了整車試驗階段。在國家的支持以及混合動力良好的市場前景推動下，全國很多汽車生產(chǎn)企業(yè)和高校聯(lián)合開展了混合動力汽車的研究和開發(fā)工作，在電機驅(qū)動、整車仿真、試驗、電池技術(shù)等方面都取得了很大的進步。也積累了許多寶貴的經(jīng)驗。從 1996 年開始，廣東省科委統(tǒng)一協(xié)調(diào)組織研制電動汽車，并取得了可喜的進展。中國遠望 （ 集團 ） 總公司與北京理工大學、國防科技大學和河北勝利客車廠等單位聯(lián)合，于 1996 年 3 月研制成功了 5l 座YW6120 型電動大客車。在此基礎上，我國混合 動力汽車的研制也有了一定的進展。 1998 年，清華大學與廈門金龍公司合作研制了混合動力客車；同年，江蘇理工大學承擔了江蘇省科委下達的重點工業(yè)科技攻關(guān)項目 —— 混合動力公交輕型客車 ZJK6700 HEV串聯(lián)式混合動力的研制，目前樣車的研制工作已經(jīng)結(jié)束。第一汽車集團公司于 2020 年在第三屆北京國際清潔車展上推出一款混合動力轎車 —— 紅旗 CA7180AE，這是第一汽車集團公司技術(shù)中心、美國電動車 （亞 洲 ）公司、汕頭國家電動汽車試驗示范區(qū)三方共同合作的成果 。 這款串聯(lián)式結(jié)構(gòu)混合動力轎車的中高檔車型，發(fā)動機為 13kw 汽油機，電 機為直流 15kw， 144V(105Ah)鉛酸電池， 4 2 前驅(qū)動形式，最高車速可達 135km/h。清華大學與沈陽金杯客車制造有限公司在 2020 年 3 月簽訂了“ SY6480 混動力電動客車的研制與開發(fā)”合作項目的合同。華中科技大學也在國內(nèi)率先研制出 HEV， 并參加深圳高交會。深圳明華環(huán)保汽車有限公司于 2020 年 4 月推出了混合動力電動環(huán)保汽車 6 MH6720，引起社會各界關(guān)注；該車采用的是并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)，發(fā)動機為87KW；電機為 312V、充電次數(shù)大于 500 次；異步交流電機平均功率為 36Kw：滿載最高車速為 90Km/h； 最大爬坡度為 33％；續(xù)駛行程可達 1080Km， 純電機驅(qū)動時為 100Km；百公里等速油耗 ；乘客數(shù)為 22；其尾氣排放達歐洲標準，噪聲指標也大大低于國產(chǎn)普通中巴車。上汽集團奇瑞汽車有限公司專門成立了清潔汽車項目組，投入了大量的資金和人力進行混合動力汽車的研究和開發(fā)工作，目前也已有樣車通過了科技部專家組的驗收。奇瑞公司還制定了混合動力汽車產(chǎn)業(yè)化的初步計劃，預計在 2020 年實現(xiàn)混合動力轎車的小批量生產(chǎn) 【 10】 。東風汽車公司承接“ 863”混合動力研制項目現(xiàn)已完成，并已于最近推出混合動力電動客車樣車，整 車性能良好。我國通過國家“八五”、“九五”甚至“十五”電動汽車的科技攻關(guān)，在 HEV方面已經(jīng)積累了一定的技術(shù)基礎和經(jīng)驗。國內(nèi)的混合動力轎車與國外水平仍有較大差距。上海華普推出了搭載自主混合動力發(fā)動機的海尚 305，優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、成本低，可節(jié)省燃料 20％左右，號稱是國內(nèi)第一款自主混合動力技術(shù)的轎車，但距離 Prius 重混合度技術(shù)仍有很大差距，進入市場之前還有很長的路要走。 在能源和環(huán)保的壓力下，世界各大汽車公司無不涉足電動汽車領(lǐng)域，但是由于技術(shù)和經(jīng)濟上存在的各種困難，電動汽車還有相當長的路要走才有可能實 現(xiàn)商品化，而混合動力汽車技術(shù)相對更為成熟，由于采用了精湛的機電耦合技術(shù)和智能化的整車控制策略，從而實現(xiàn)整車的高性能，低能耗和低排放。因此混合動力汽車有著廣闊的市場空間，特別是開發(fā)用于城市交通 （ 如出租車 ） 和城市之間的混合動力汽車在我國有著得天獨厚的發(fā)展條件和廣闊的應用前景 【 11】 。 混合動力汽車的分類 目前，混合動力汽車主要分為三類： 串聯(lián)式混合動力汽車：單獨通過電動機來驅(qū)動機車。而電能可以由電池提供，也可以由發(fā)動機驅(qū)動發(fā)電機來提供。 并聯(lián)式混合動力汽車：兩個牽引機同時與驅(qū)動軸相連，它們既可各自單獨向驅(qū)動系統(tǒng)提供動力，又可共同協(xié)調(diào)一致的提供動力。 混聯(lián)式混合動力汽車：這種結(jié)構(gòu)既包括并聯(lián)式混合結(jié)構(gòu)中的連桿機構(gòu)，又包括串聯(lián)式混合結(jié)構(gòu)中的電氣聯(lián)動機構(gòu)。 另外，還出現(xiàn)了某些新型的混合結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)并不屬于上述三類，通常我們稱之為“復雜”混合。 1)串聯(lián)式混合動力汽車 (SHEV) SHEV的動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是 HEV中最簡單的一種，發(fā)動機輸出的機械能首先通過發(fā)電機轉(zhuǎn)化為電能，該電能可通過功率轉(zhuǎn)換器為電池充電，或經(jīng)由電動機和 7 傳動裝置驅(qū)動汽車。 SHEV 以電動機作為主驅(qū)動裝置，發(fā)動機作為輔助動力裝置，以提高行駛里程。基本的串 聯(lián)式混合結(jié)構(gòu)如圖 所示。典型的 SHEV 有豐田公司的 Coaster 等。 它的優(yōu)點有： ①利用發(fā)電機，使發(fā)動機的輸出轉(zhuǎn)化為電能既可以給電動機供電，又可為電池充電。 ②可以利用電動機作為發(fā)電機，將電能儲存在電池罩，達到在剎車制動時回收能量的目的。 ③我們不需要按照汽車對功率的要求來操作發(fā)動機，也就是說發(fā)動機的操作取決于能源利用的最優(yōu)效率以及污染排放情況。 ④變速時不需要離合器。 同時，它的缺點有： ①串聯(lián)式混合結(jié)構(gòu)需要發(fā)動機，發(fā)電機以及發(fā)動機，并且，電動機的功率至少要滿足機車所需要的最大功率，這就限制了電機小 型化的可能性。 ② SHEV的能量轉(zhuǎn)換、傳輸?shù)沫h(huán)節(jié)多，造成整體能量轉(zhuǎn)換效率比較低；并且，為滿足爬坡等需要大功率的路況，發(fā)動機、發(fā)電機和電動機的額定功率都要求比較大。 圖 串聯(lián)式混合結(jié)構(gòu) 8 2)并聯(lián)式混合動力汽車 (PHEV) 串聯(lián)式混合機車可以看作是在純電力機車的基礎上加上發(fā)動機能量傳輸途徑，而并聯(lián)式混合機車可以看作是在發(fā)動機機車上附加電能傳輸途徑。 PHEV 采用發(fā)動機和電動機兩套驅(qū)動系統(tǒng)。可采用發(fā)動機單獨驅(qū)動、電動機單獨驅(qū)動或發(fā)動機和電動機聯(lián)合驅(qū)動三種工作模式。并聯(lián)式混合結(jié)構(gòu)如圖 所示。 在并聯(lián)混合動 力汽車里，發(fā)動機和電動機既可分別提供牽引功率，又可共同提供。這就使得在提供功率時會有一個自由度，使兩個并行路徑的功率分配最優(yōu)化。兩種電機均可在滿足最大功率的前提下縮小體型，并且在發(fā)動機和電動機的額定功率選較小值時，就可達到動力性要求。并且，與串聯(lián) HEV相比，它的優(yōu)點是并聯(lián) HEV僅用到電動機和發(fā)動機，并且發(fā)動機和電動機的最大功率較小，而缺點是由于發(fā)動機與推進系統(tǒng)是共軸連接的，這使并聯(lián) HEV需要離合器，這使得并聯(lián) HEV結(jié)構(gòu)復雜，控制難度大。典型 PHEV 有：只野公司的 HIMR 型大客車、本田公司的 Insight 轎車 等。 圖 并聯(lián)式混合結(jié)構(gòu) 3)混聯(lián)式混合動力汽車 混聯(lián) HEV在結(jié)構(gòu)上綜合了 SHEV和 PHEV的特點。它主要偏向于并聯(lián)結(jié)構(gòu)，但又包含一些串聯(lián)結(jié)構(gòu)的特點。與 SHEV相比，它增加了機械動力傳輸路線；與 PHEV相比，它增加了電能的傳輸路線。實際上，機械聯(lián)動和電能聯(lián)動路線采用兩個截然不同的電機。一個電機相當于并聯(lián)式混合結(jié)構(gòu)中的電動機，用來驅(qū)動汽車和剎車制動時進行能量回收，而另一個電機的作用相當于串聯(lián)式混合系統(tǒng)中的發(fā)電機，用于給電池的充電。另外。發(fā)動機和電動機可選擇較小的功率，控制策略靈活，發(fā)動機可以比較容易地工 作在高效率區(qū)域。但混聯(lián)式混合動力汽車結(jié)構(gòu)復雜，成本高。近年來，出現(xiàn)了兩種不同的混聯(lián)式混合型結(jié)構(gòu)，一種結(jié)構(gòu)包含了一組行星齒輪組 (PGS)，其結(jié)構(gòu)如圖 所示，這種類型的有豐用公司的Prius。另一種結(jié)構(gòu)不包含行星齒輪組，它結(jié)合了鏈傳動式發(fā)電機和曲軸懸掛式電機的特點，與并聯(lián)式混合結(jié)構(gòu)一樣直接進行耦合，其結(jié)構(gòu)如圖 所示。 9 圖 帶有行星齒輪組混聯(lián)式混合型結(jié)構(gòu) 圖 不帶有行星齒輪組混聯(lián)式混合刑結(jié)構(gòu) 混合動力汽車的特點及比較 串聯(lián)式混合動力汽車的特點 1)串聯(lián)式混合動力汽車 (SHEV)的優(yōu)點： ① SHEV可以類電動狀態(tài)行駛，結(jié)構(gòu)簡單，易于控制。 ②發(fā)動機工作狀態(tài)不受汽車行駛工況的影響，能夠保持在穩(wěn)定、高效、低污染的狀態(tài)下運轉(zhuǎn)，將有害排放氣體控制在最低范圍所以發(fā)動機具有良好的經(jīng)濟性和低的排放指標。 ③三大動力總成之間沒有機械聯(lián)系，有較大的自由度，可以獨立地布置。 2)串聯(lián)式混合動力汽車 (SHEV)的缺點： ①驅(qū)動電動機的功率必須是能夠克服 S 臟 V在行駛過程中的最大阻力，驅(qū)動電動機的功率要求較大，外形尺寸也較大，質(zhì)量較重。 ②在發(fā)動機一發(fā)電機一驅(qū)動電動機系統(tǒng)中的熱能一電能一機械能的能量轉(zhuǎn)換過程中，能量損失較大，在動力電池組的充、放電過程中也存在能量損耗，能量轉(zhuǎn)換總的綜合效率要比內(nèi)燃機汽車低。 ③發(fā)動機一發(fā)電機組與動力電池組之間的匹配要求較嚴格，要根據(jù)動力電池組 SOC 的變化，自動起動或關(guān)閉發(fā)動機一發(fā)電機組，以避免動力電池組過放電，這就需要更大的電池容量。 10 并聯(lián)式混合動力汽車的特點 1)并聯(lián)式混合動力汽車 (PHEV)的優(yōu)點： ① PHEV只有發(fā)動機和起動 /發(fā)電機 （ 或驅(qū)動電動機 ） 兩個動力總成， PHEV的兩個動力總成 （ 發(fā)動機和起動 /發(fā)電機或發(fā)動機和驅(qū)動電動機 ） 本身的功率等于 50％～ 100％ 的車輛驅(qū)動功率，比 SHEV 的三個動力總成的功率、質(zhì)量和體積要小很多。 ②除摩擦損耗外，沒有機械能一電能一機械能的轉(zhuǎn)換過程，能量轉(zhuǎn)換總的綜合效率要比 SHEV高。 ③起動 /發(fā)電機是 PHEV的輔助動力，可以選擇得較小。與它們配套的動力電池組的容量也較小，使整車的整備質(zhì)量大大地降低。 ④發(fā)動機基本穩(wěn)定在高效率、低污染的狀態(tài)下運轉(zhuǎn)。 2)并聯(lián)式混合動力汽車 (PHEV)的缺點： ①需要配備與內(nèi)燃機汽車相同的傳動系統(tǒng)，在總布置上基本與內(nèi)燃機汽車相同，動力性能接近內(nèi)燃機汽車。發(fā)動機的工況會受到 PHEV行駛工況的影響，發(fā)動機 的有害氣體的排放高于 SHEV。 ②發(fā)動機驅(qū)動模式需要裝置離合器、變速器、傳動軸和驅(qū)動器等傳動裝置，另外還有起動 /發(fā)電機 （ 驅(qū)動電動機 ） 、動力電池組，以及動力組合器等裝置，因此 PHEV的多能源動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，布置和控制也更加困難。 混聯(lián)式混合動力汽車的特點 1)混聯(lián)式混合動力汽車 (PSHEV)的優(yōu)點： ① PSHEV是由三個動力總成組成，三個動力總成的 （ 本身 ） 功率可以等于50％～ 100％的車輛驅(qū)動功率，比 SHEV的三個動力總成的功率、質(zhì)量和體積要小很多。 ② PSHEV可以有多種多樣的驅(qū)動模式和混合驅(qū)動 模式供選擇，可以使PSHEV的節(jié)能最佳，有害氣體的排放達到“超低污染”。 ③驅(qū)動電動機可以給發(fā)動機提供額外的輔助動力，因此 PSHEV的發(fā)動機功率可以選擇得較小，燃料經(jīng)濟性比 SHEV要高。 2)混聯(lián)式混合動力汽車 (PSHEV)的缺點： ①發(fā)動機的工況會受到 SHEV行駛工況的影響，發(fā)動機的有害氣體的排放高于 SHEV。 ②在 PSHEV上需要配備兩套驅(qū)動系統(tǒng)，發(fā)動機傳動系統(tǒng)需要裝備離合器、變速器、傳動軸和驅(qū)動橋等傳動總成。另外還有起動 /發(fā)電機、驅(qū)動電動機、減速器、動力電池組、以及為多能源動力組合或協(xié)調(diào)發(fā)動機與驅(qū)動電 動機的專用裝 11 置。因此 PSHEV的多能源動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，總布置也更加困難。 ③多能源動力的匹配和組合有不同的組合形式，需裝配一個復雜的多能源動力總成控制系統(tǒng)，才能達到高的經(jīng)濟性和“超低污染 的控制目標。 論文的研究內(nèi)容 整車控制策略是混合動力汽車技術(shù)上最為關(guān)鍵的部分，直接影響整車的動力性和節(jié)能性的好壞。在混合動力汽車運行過程中， 本項目采用 ISG 輕混方案，相對傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車， ISG 輕混方案 取消了發(fā)動機怠速；提高了發(fā)動機平均負荷率；實現(xiàn)了制動能量回收。優(yōu)化了車輛的經(jīng)濟