混合動(dòng)力汽車研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)分析介紹

混合動(dòng)力系統(tǒng)的研發(fā)需要解決很多技術(shù)問題，比如控制策略的設(shè)計(jì)、內(nèi)燃機(jī)燃燒系統(tǒng)的優(yōu)化、蓄電池的改進(jìn)、傳動(dòng)系統(tǒng)的匹配設(shè)計(jì)和新材料新工藝的應(yīng)用等等。

1控制系統(tǒng)

這里的控制系統(tǒng)是指汽車動(dòng)力總成集中控制系統(tǒng)，它是整車正常行駛的核心單元。傳統(tǒng)內(nèi)燃汽車的控制系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比（或噴油量）控制、點(diǎn)火控制和怠速控制，以及變速器的檔位變換和換檔感覺控制等。混合動(dòng)力汽車的控制還需要根據(jù)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷及車速等信息和相關(guān)設(shè)備的狀態(tài)確定發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)的功率分配策略，即當(dāng)汽車的負(fù)荷給定后，首先要確定發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)輸出功率的比例，以保證滿足汽車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放性等性能指標(biāo)的要求。為了滿足混合動(dòng)力汽車的包括駕駛性等的要求，需要設(shè)計(jì)與混合動(dòng)力系統(tǒng)相適應(yīng)的控制系統(tǒng)和控制策略。

混合動(dòng)力汽車控制策略

由于各種混合動(dòng)力電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)上的差異，因而需要不同的控制策略來調(diào)節(jié)和控制功率流在不同元件間的流動(dòng)，其目的是為了達(dá)到以下四個(gè)主要目標(biāo)：

- 最佳的燃油經(jīng)濟(jì)性

- 最低的排放

- 最低的系統(tǒng)成本

- 最好的驅(qū)動(dòng)性能

混合動(dòng)力電動(dòng)汽車控制策略的設(shè)計(jì)主要考慮以下幾點(diǎn)：

（1） 優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)：基于最佳燃油經(jīng)濟(jì)性、最低排放或者二者選其一，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速特性曲線確定最優(yōu)工作點(diǎn)；

（2） 優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)的工作曲線：如果發(fā)動(dòng)機(jī)需要發(fā)出不同的功率，相應(yīng)的最優(yōu)工作點(diǎn)就構(gòu)成了發(fā)動(dòng)機(jī)的最優(yōu)工作曲線；

（3） 優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)的工作區(qū)：在轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速特性曲線上，發(fā)動(dòng)機(jī)有一個(gè)首選的工作區(qū)，在此工作區(qū)內(nèi)，燃油效率最高；

（4） 最小的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)波動(dòng)：應(yīng)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的工作轉(zhuǎn)速以避免波動(dòng)，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)波動(dòng)達(dá)到最??；

（5） 限制發(fā)動(dòng)機(jī)最低轉(zhuǎn)速：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)低速運(yùn)行時(shí)，燃油效率很低，因而當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于某一下限值時(shí)，應(yīng)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)；

（6） 減少發(fā)動(dòng)機(jī)的開/關(guān)次數(shù)：頻繁地開/關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)，引起油耗和排放增加；

（7）合適的蓄電池荷電狀態(tài)：蓄電池的容量須保持在適當(dāng)?shù)乃?，以便在汽車加速時(shí)提供足夠的功率，在汽車制動(dòng)或下坡時(shí)能回收能量。若蓄電池的容量過高，應(yīng)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)或使之怠速運(yùn)轉(zhuǎn)；

（8）安全的蓄電池電壓：在放電、發(fā)電機(jī)充電或制動(dòng)回收充電時(shí)，蓄電池的電壓揮發(fā)生很大變化，應(yīng)避免蓄電池電壓過低或過高，否則蓄電池會(huì)產(chǎn)生永久性破損，因而蓄電池管理很關(guān)鍵；

（9） 分工適當(dāng)：在驅(qū)動(dòng)循環(huán)中，發(fā)動(dòng)機(jī)和蓄電池應(yīng)合理分擔(dān)汽車所需功率；

（10） 在某些城市或地區(qū)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車以純電動(dòng)模式工作效率最高，這種轉(zhuǎn)變可以通過手動(dòng)或自動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。

2內(nèi)燃機(jī)

經(jīng)過100多年的發(fā)展，車用內(nèi)燃機(jī)在動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性及排放控制方面獲得了很大改善。近年來電控燃油噴射、排氣再循環(huán)、增壓中冷、可變進(jìn)氣渦輪、高壓共軌和催化后處理等技術(shù)的應(yīng)用，更使汽車的性能飛速提高，因此，作為一種成熟的動(dòng)力設(shè)備，內(nèi)燃機(jī)在混合動(dòng)力電動(dòng)汽車上的應(yīng)用難度不大。由于可移動(dòng)性能好、比功率大、熱效率也較高，因此，內(nèi)燃機(jī)仍然是影響整車效率和性能的關(guān)鍵設(shè)備。

3蓄電池

蓄電池是混合動(dòng)力電動(dòng)汽車發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，也是提高整車性能和降低成本的重要發(fā)展方向。自上世紀(jì)90年代以來，蓄電池的比能量、比功率、循環(huán)壽命等方面的問題就一直成為電動(dòng)汽車發(fā)展的主要障礙；對(duì)于混合動(dòng)力電動(dòng)汽車來說，由于電動(dòng)比例較高，因此同樣面臨著蓄電池技術(shù)改進(jìn)的問題：第一，比能量相對(duì)不足，因而成本較高，比能量值越高，汽車經(jīng)濟(jì)性越好；第二，蓄電池的壽命相對(duì)較短，蓄電池壽命一般為充放電1000次左右，比整車壽命低得多，若在汽車十幾年的生命周期頻繁更換蓄電池的話，混合動(dòng)力汽車的運(yùn)營(yíng)成本將大大提高。另外，蓄電池的應(yīng)用還涉及到充電時(shí)間較長(zhǎng)、電池荷電狀態(tài)（SOC）判別等問題這些都不同程度影響整車性能。目前，在混合動(dòng)力電動(dòng)汽車上使用的蓄電池主要是鉛酸電池、鎳氫電池（MH-Ni）和鋰離子電池，如克萊斯勒ESX2采用鉛酸電池，豐田Prius和本田Insight用鎳氫電池日產(chǎn)Tino用鋰離子電池。

4其它技術(shù)

電動(dòng)機(jī)技術(shù)、轉(zhuǎn)矩合成技術(shù)和新材料應(yīng)用技術(shù)對(duì)于混合動(dòng)力汽車系統(tǒng)也都起著舉足輕重的作用。比如，電動(dòng)機(jī)技術(shù)涉及電機(jī)的工作效率和能量回收策略等問題；轉(zhuǎn)矩合成器將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩耦合輸出，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)性和可靠性有重大影響；材料技術(shù)的應(yīng)用主要指輕質(zhì)高強(qiáng)度材料的選擇這對(duì)提高汽車性能極為有利。