【正文】 中至少有一種能提供電能的車輛稱為混合動(dòng)力電動(dòng)汽車。為了避免混淆,專家們采用內(nèi)燃機(jī)和蓄電池混合的動(dòng)力來代表混合動(dòng)力電動(dòng)汽車。因此,在電池問題解決之前,如何合理地選擇這些部件及有關(guān)參數(shù),使匹配達(dá)到最優(yōu),在相同蓄電池條件下,更好地滿足動(dòng)力性要求和最大地增加續(xù)駛里程,一直是研究者們追求的目標(biāo)。豐田的prius、本田的Insight、福特的Prodigy、克萊斯勒的ESX通用的Preeept、日產(chǎn)的Tino等都是具有代表性的車型,其中prius和Insight已是成熟的產(chǎn)品,并將繼續(xù)擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模,其它車型也將在2—3年推向市場。第一輛HEV是在20世紀(jì)初期由設(shè)計(jì)者將電動(dòng)機(jī)和汽油發(fā)動(dòng)機(jī)組合在一起而制成的。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展,HEV已發(fā)展成為汽車電力驅(qū)動(dòng)、化學(xué)電源、智能控制、計(jì)算機(jī)、新能源、新材料等工程技術(shù)中最新技術(shù)集成和綜合的產(chǎn)物。90年代以來,日本、美國、歐洲各大汽車公司紛紛開始研制混合動(dòng)力型汽車。除了豐田公司以外,本田公司也已投產(chǎn)Insight混合動(dòng)力汽車。在美國,由政府動(dòng)員全美所有有關(guān)的科研機(jī)構(gòu)(包括軍工、航天部門)來進(jìn)行電動(dòng)汽車的研究,目標(biāo)是新的節(jié)能車必須保持現(xiàn)有汽車的價(jià)格和性能,并且電動(dòng)汽車包括混合動(dòng)力電動(dòng)車的購買者享有政府提供的各項(xiàng)稅費(fèi)減免優(yōu)惠。PNGV項(xiàng)目在HEV性能仿真、汽車集成動(dòng)力模塊等技術(shù)領(lǐng)域取得了顯著成就。其HEV的突出代表是法國的Berlinge,在性價(jià)比上能與一般汽車相抗衡,代表了國際實(shí)用先進(jìn)水平。德國西門子和波許(BOSCH)等著名零部件公司也積極參與大汽車公司聯(lián)手開發(fā)混合動(dòng)力汽車技術(shù)。九十年代中期在有關(guān)專家的呼吁下,開始對混合動(dòng)力電動(dòng)汽車技術(shù)表示出了極大的關(guān)注,并積極著手研制開發(fā)樣車,例如廈門金龍汽車公司與清華大學(xué)合作,研制了串聯(lián)式混合動(dòng)力中巴。2000年以來,在國家科技部部署下,成立了國家863電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)小組,以東風(fēng)汽車公司,中科院所屬的相關(guān)科研院所以及清華大學(xué)、華中科技大學(xué)等高校為主要成員單位對混合動(dòng)力電動(dòng)汽車展開了研制,目前已完成階段性的成果,并有部分樣車投入試運(yùn)行。近些年來國內(nèi)汽車公司也著手研發(fā)HEV。2002年,長安公司著手研發(fā)混合動(dòng)力汽車,經(jīng)過4年的努力,長安公司己掌握了混合動(dòng)力汽車的核心技術(shù),建立起了19項(xiàng)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn),形成了自己的產(chǎn)品開發(fā)流程和項(xiàng)目管理模式,并推出我國首款具有實(shí)用價(jià)值的混合動(dòng)力汽車長安CV9。這些HEV開發(fā)的成功,使我國HEV技術(shù)躍上了一個(gè)新臺(tái)階,標(biāo)志著我國的HEV技術(shù)達(dá)到了新的水平。只有將這些關(guān)鍵技術(shù)合理運(yùn)用到一起才是HEV能夠推廣的關(guān)鍵所在。根據(jù)原有車輛進(jìn)行改裝，就是要在原有燃油汽車的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，增加一套儲(chǔ)能元件電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。HEV大部分有特定的設(shè)計(jì)目的，這種特定設(shè)計(jì)的車型使得HEV與改裝車相比有很大的優(yōu)勢，它使得設(shè)計(jì)者可以靈活地布置和整合各子系統(tǒng)，使之能夠高效地運(yùn)行。 發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)概述發(fā)動(dòng)機(jī)是HEV的主要?jiǎng)恿υ矗笃淙加徒?jīng)濟(jì)性好、排放低。作為一種非常成熟的動(dòng)力元件，發(fā)動(dòng)機(jī)在HEV上的應(yīng)用難度不大。在并聯(lián)和混聯(lián)式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中要求電機(jī)能夠適應(yīng)頻繁的起停和電動(dòng)/發(fā)電狀態(tài)的切換。 儲(chǔ)能元件為了提高HEV動(dòng)力系統(tǒng)的能量利用率和整車的動(dòng)力性能，在選擇合適的輔助動(dòng)力元件的基礎(chǔ)上，還需要裝備比能量密度較大、而且能夠瞬時(shí)提供較大功率的儲(chǔ)能元件。現(xiàn)在的超級(jí)電容表現(xiàn)出的儲(chǔ)能密度為每千克5至6瓦時(shí)。超級(jí)電容器電荷分離開的距離是由被吸引到帶電電極的電解質(zhì)離子尺寸決定的。這種龐大的表面積再加上非常小的電荷分離距離使得超級(jí)電容器較傳統(tǒng)電容器而言有驚人大的靜電容量，這也是其“超級(jí)”所在。（2）在工況分析的基礎(chǔ)上對電動(dòng)汽車進(jìn)行設(shè)計(jì)是一種比較成熟的方法，工況分析的主要項(xiàng)目包括：典型工況、特殊工況和工況適應(yīng)性分析。（3）常見的是以仿真軟件ADVISOR為平臺(tái)，針對混合動(dòng)力系統(tǒng)的各主要元件，建立相應(yīng)的模塊，通過仿真確定各動(dòng)力元件的參數(shù)，并判斷其對整車性能的影響。多能源控制策略的目標(biāo)是解決HEV行駛過程中所需的功率和能量何時(shí)或用何種方法由車上何種形式的動(dòng)力源來提供能量的管理策略問題。 HEV 的仿真技術(shù)在研究和開發(fā)HEV的部件以及選擇最佳系統(tǒng)構(gòu)型時(shí)，要求設(shè)計(jì)者能夠盡可能的縮小研究范圍，縮短研發(fā)周期和減少成本的投入，找到技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)。仿真技術(shù)的應(yīng)用，大大降低了產(chǎn)品的研發(fā)成本，縮短了研發(fā)周期，是HEV技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。其中至少一種存儲(chǔ)器或轉(zhuǎn)化器要安裝在汽車上?！被旌蟿?dòng)力汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是指汽車上所有的用于存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)化和傳遞能量并使汽車獲得運(yùn)動(dòng)能力的部件的總稱。車載能源是在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中用于能源存儲(chǔ)或用于能源存儲(chǔ)并進(jìn)行能源的初始轉(zhuǎn)化以向原動(dòng)機(jī)直接供能的所有部件的總稱,由能源存儲(chǔ)系統(tǒng)或能源存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)化調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成,例如油箱。傳動(dòng)系統(tǒng)是用于傳遞和調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)輸出機(jī)械能,并輸送給車輛驅(qū)動(dòng)車輪,實(shí)現(xiàn)車輛正常行駛的所有部件的總稱。目前混合動(dòng)力電動(dòng)汽車根據(jù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)配置和組合方式不同,主要分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式。串聯(lián)式(Series Hybrid Electric vehicle,簡稱SHEV):串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車由發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電池組、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和控制器等主要部件組成。發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)組成一個(gè)系統(tǒng),當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率超過汽車行駛所需要的功率時(shí),發(fā)電機(jī)發(fā)出的部分電能向電池充電,來延長混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的行駛里程。在串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車上,由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的電能和電池輸出的電能,共同輸出到電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)汽車行駛,電動(dòng)機(jī)的電力驅(qū)動(dòng)是唯一的驅(qū)動(dòng)模式。但發(fā)動(dòng)機(jī)本身的燃油經(jīng)濟(jì)性高,在電池SOC較高時(shí)還可以關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī),只利用電池進(jìn)行功率輸出,使發(fā)動(dòng)機(jī)避免了低速運(yùn)行工況,提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的具體工作模式如下:(l)在車輛起步、正常行駛或加速過程中,發(fā)動(dòng)機(jī)通過發(fā)電機(jī)單獨(dú)(或與電池兩者一起)發(fā)出電能并傳遞給功率轉(zhuǎn)換器,然后驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī),再通過傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)車輪,。(3)在制動(dòng)或減速的過程中,電動(dòng)機(jī)起發(fā)電機(jī)的作用,將車輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成電能,并通過功率轉(zhuǎn)換器向電池充電,以實(shí)現(xiàn)能量的回收利用,從而節(jié)約能源,。并聯(lián)式(Parallel Hybrid Electric Vehicle,簡稱PHEV):并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)/發(fā)電機(jī)、電池組、電機(jī)控制器等部件組成,與串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車不同的是,發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)/發(fā)電機(jī)以機(jī)械能疊加的方式來驅(qū)動(dòng)汽車,可以組合成不同的動(dòng)力學(xué)模式。并聯(lián)式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中,發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)通過某種動(dòng)力禍合裝置同時(shí)與驅(qū)動(dòng)橋直接相連接,從而使其有發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和電力驅(qū)動(dòng)兩套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),兩者既可以單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車輛,也可以共同驅(qū)動(dòng)車輛。電動(dòng)機(jī)既可以作電動(dòng)機(jī)又可以作發(fā)電機(jī)使用,被稱為電動(dòng)/發(fā)電機(jī)組,它可以用來平衡發(fā)動(dòng)機(jī)所受的載荷,使其能在高效率區(qū)域工作。并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的具體工作模式:(1)在車輛起步過程中,發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)兩者可以單獨(dú)工作,也可以同時(shí)工作驅(qū)動(dòng)汽車運(yùn)行；在節(jié)氣門全開的加速行駛過程中,發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和電力驅(qū)動(dòng)兩套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)共同驅(qū)動(dòng)車輛,。(3)在車輛減速/制動(dòng)過程中,電動(dòng)/發(fā)電機(jī)系統(tǒng)起到發(fā)電機(jī)的作用,并通過功率轉(zhuǎn)換器向電池組充電,以實(shí)現(xiàn)能量的回收利用,從而節(jié)約能源,降低了成本,?；炻?lián)式(Series Parallel Hybrid Electric Vehicle簡稱:SPHEV):混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車動(dòng)力系統(tǒng),在結(jié)構(gòu)上綜合了串聯(lián)式和并聯(lián)式的特點(diǎn)。因此,它具有更多的工作模式。其最大特點(diǎn)是在汽車起步和低速行駛時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)可以完全關(guān)閉,僅僅依靠電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),并且在汽車停止時(shí),電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)停止工作,以盡量減少能量的損耗。其中,太陽輪與發(fā)電機(jī)相連,齒圈與傳動(dòng)裝置相連,行星架與發(fā)動(dòng)機(jī)相連。目前,世界很多汽車公司都在試圖生產(chǎn)混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車。這種模式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有待進(jìn)一步優(yōu)化、控制策略有待進(jìn)一步發(fā)展。(2)在節(jié)氣門全開車輛加速行駛時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)、蓄電池和發(fā)電機(jī)同時(shí)工作,共同分擔(dān)車輛行駛所需的動(dòng)力,。(4)在車輛制動(dòng)或減速行駛時(shí),電動(dòng)機(jī)工作于發(fā)電機(jī)模式,通過功率轉(zhuǎn)換器給蓄電池組充電,以實(shí)現(xiàn)能量的回收利用,從而節(jié)約能源,降低了使用成本。(6)在車輛停止時(shí),司機(jī)可以根據(jù)電池的儲(chǔ)能情況,啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)通過發(fā)電機(jī)和功率轉(zhuǎn)換器給電池充電,以便達(dá)到車輛系統(tǒng)要求,供車輛運(yùn)行時(shí)使用,。(2)性能要求:不同類型的HEV之間差異十分明顯,在選型時(shí)必須對動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)引發(fā)的性能差異給與充分的關(guān)注。(3)技術(shù)條件:所謂技術(shù)條件,除研究開發(fā)的條件和力量外,還包括工業(yè)基礎(chǔ)。進(jìn)行實(shí)際的產(chǎn)品開發(fā)總會(huì)有一定的進(jìn)度要求,如果技術(shù)條件無法保一證,就難于實(shí)現(xiàn)開發(fā)目標(biāo)。在具體開發(fā)工作中應(yīng)遵循從簡單到復(fù)雜、從易到難得思路,先選擇對技術(shù)條件要求較低、相對簡單的結(jié)構(gòu)進(jìn)行開發(fā)。而部件的種類、數(shù)量和性能指標(biāo)是影響HEV的主要因素。價(jià)格及使用維護(hù)費(fèi)用直接關(guān)系道HEV的產(chǎn)業(yè)化,如果不能產(chǎn)業(yè)化,就不能為進(jìn)一步開發(fā)提供必要的資金,也就難以促進(jìn)技術(shù)水平的提高和改善。因此HEV的選型策略可以概括為:綜合協(xié)調(diào)系統(tǒng)性能先進(jìn)性、技術(shù)復(fù)雜性和成本和維護(hù)費(fèi)用之間的關(guān)系,根據(jù)車輛的使用條件和自己的技術(shù)條件,選擇既能夠滿足一定的性能先進(jìn)性,又不超出目前技術(shù)條件,并且價(jià)格和維護(hù)費(fèi)用能為市場所接受的動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類型。并聯(lián)式混合動(dòng)力車除了具有較好的綜合性能外,還避開了類似于豐田Prius方案的復(fù)雜的動(dòng)力分配器的設(shè)計(jì)與控制問題,而把重點(diǎn)放在我國己有的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)與控制技術(shù)、電機(jī)及其控制技術(shù)、蓄電池及其能量管理技術(shù)、變速器控制技術(shù)、ABS技術(shù)的集成與提高上面,可以比較快的推出具有競爭力的車型。具體匹配原則如下：(1)發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù)選擇要保證其能夠單獨(dú)驅(qū)動(dòng)汽車，并能夠使汽車正常運(yùn)行。(3)在汽車正常運(yùn)行的前提下，鎳氫電池充、放電電流不能超過其允許范圍。 混合動(dòng)力客車基本參數(shù)和性能指標(biāo) 整車基本參數(shù)表31 PHEV的整車基本參數(shù)序號(hào)項(xiàng) 目參數(shù)和指標(biāo)1整車整備質(zhì)量（kg）19352最大總質(zhì)量（kg）24903前輪距（mm）15624長寬高（mm）4576185016815軸距(mm)27076車輛迎風(fēng)面積（m2）7滾動(dòng)阻力系數(shù)8風(fēng)阻系數(shù)9最小離地間隙(mm)17510接近角（176。）12質(zhì)量分布（%,前/后）58/42(1)城市工況UDDS下能夠?qū)崿F(xiàn)純電動(dòng)工作模式，并且純電動(dòng)續(xù)駛里程不少于32km 。(3)車速在100km/% 。(5),。取車速 =160km/h ，并把整車的參數(shù)代入式(31)中得：= = KW由式（31） 。又因?yàn)楸拒嚊]有給定具體最高車速，所以用滿足在車速=100km/h最大爬坡度要求的功率來修正由式（31）所得發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率。這種情況下，整車動(dòng)力系統(tǒng)除克服滾動(dòng)阻力和空氣阻力外的其他驅(qū)動(dòng)力全部用來克服坡度阻力，此時(shí)其加速阻力可忽略不計(jì)。m ； 為轉(zhuǎn)矩適應(yīng)性系數(shù)（—）； 為最大功率轉(zhuǎn)速，r/min 。m 要求與之間有一定差值，如果它們很接近，將導(dǎo)致直接檔的最低穩(wěn)定車速偏高，使汽車通過十字路口時(shí)換擋次數(shù)增多。根據(jù)此關(guān)系可得=2875～4107r/min 之間。參考市場上現(xiàn)有型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)最后可選擇功率為102的奇瑞SQR48F汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。表32 發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)型 號(hào)奇瑞SQR48F排 量標(biāo)定功率102KW(5750r/min)最大扭矩182 N整車的最大爬坡度決定了最大速比，而整車的最高車速則制約了最小速比。 主減速器速比的確定的選擇首先應(yīng)滿足車輛最高行駛速度要求，即： (34)式中：為發(fā)動(dòng)機(jī)最高穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，r/min ； 為車輪滾動(dòng)半徑，m 。 (36)所以， (37)根據(jù)表31以及其他已知數(shù)據(jù)可求得： 最大傳動(dòng)比的確定 最大傳動(dòng)比是變速器的頭檔速比與主減速比的乘積。（1）滿足最大爬坡度的要求：汽車想要達(dá)到最大爬坡度時(shí)，車速必然較低，此時(shí)可忽略空氣阻力，最大傳動(dòng)比應(yīng)滿足： (38) 所以， (39)由技術(shù)要求可知，=100km/h , ,代入已知參數(shù)可得： = 6（2）滿足附著條件的要求，即牽引力要小于附著力: (310)式中：為前驅(qū)動(dòng)橋質(zhì)量，kg； 為附著系數(shù)。綜合上述，=。檔位數(shù)越多會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)更長時(shí)間工作在高功率區(qū)內(nèi)，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的功率利