1 混合動力汽車的發(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，動力電池在壽命、充電時間等方面無法達到人們的用車要求，實際使用效果并不理想，預(yù)計在10年之內(nèi)電動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)了一種混合動力裝置(HEV)的汽車，這種汽車是同時裝備有兩種以上的動力源的汽車，通常是發(fā)動機和電動機的組合形式。根據(jù)汽車運行工況的要求，對內(nèi)燃機與電動機進行優(yōu)化耦合后，可以獲得良好的動力性，燃油經(jīng)濟性，排放性能等指標(biāo)。混合動力車型的核心技術(shù)是混合動力系統(tǒng)，其性能優(yōu)劣直接影響混合動力汽車的整車性能。混合動力汽車既有純電動汽車低排放的優(yōu)點，又兼具傳統(tǒng)內(nèi)燃機高比能量和比功率的優(yōu)點，在由內(nèi)燃機汽車向電動汽車的轉(zhuǎn)變過程中扮演著重要的角色。
2 混合動力汽車的控制策略
隨著現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展，在混合動力汽車的控制系統(tǒng)中，自動控制技術(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)控制等一系列先進的控制算法已經(jīng)在混合動力汽車的量產(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)動機和電機兩者的動力輸出，從而獲得高的效率、燃油經(jīng)濟性、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)用于混合動力汽車，下面介紹較為常用的基于規(guī)則的混合動力汽車穩(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，在工程經(jīng)驗的基礎(chǔ)上按照各個部件的穩(wěn)態(tài)效率MAP圖來制定分配發(fā)動機和發(fā)電機動力的方式。該方法有三種控制模式，即充電模式、正常行駛模式及制動回收能量模式。
3 混合動力汽車的工作過程
3．1電力驅(qū)動
在汽車剛啟動或者低速行駛時，混動車型利用電機驅(qū)動車輪，而發(fā)動機并不向車輪輸出動力，這是因為電機可以提供較大的扭矩，而發(fā)動機在低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)無法提供較大的驅(qū)動扭矩。同樣對于，低速行駛，發(fā)動機的效率依然很低，此時發(fā)動機不工作，電動機提供全部的驅(qū)動功率。
3．2發(fā)動機自動啟停
傳統(tǒng)汽車?yán)玫碗妷旱钠饎訖C啟動發(fā)動機，正常的啟動過程需要2s左右的時間，在此過程中發(fā)動機在起動機的帶動下從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，在混合動力汽車中裝備的電機要比傳統(tǒng)汽車的起動機的功率大很多，因此混合動力汽車發(fā)動機的啟動可由動力電機完成，僅需300ms就可將發(fā)動機的轉(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，混合動力汽車在空擋滑行和臨時停車的情況下，內(nèi)燃機將處于停止云狀的狀態(tài)。當(dāng)整車需要向前行駛時，電動機則立刻啟動發(fā)動機。
3．3一般行駛
一般行駛時，使用發(fā)動機作為主要動力源，因為此時發(fā)動機的效率較高，油耗較低。發(fā)動機產(chǎn)生的驅(qū)動力直接驅(qū)動車輪運動，根據(jù)行駛工況，部分發(fā)動機的動力用以驅(qū)動發(fā)電機，產(chǎn)生的電能供給蓄電池和車載用電器。
3．4再生制動
在汽車在減速的過程中，混合動力汽車的車輪會帶動電動機旋轉(zhuǎn)，此時電動機成了發(fā)電機，于是將汽車的動能轉(zhuǎn)化為電能存儲于蓄電池中。以一輛質(zhì)量為1．5噸的轎車為例，當(dāng)它由65km/h的行駛速度進行制動，制動初始時整車動能近280KJ，如果能夠?qū)⒃撃芰咳课眨梢则?qū)動該車行駛1．8km。
4 混合動力汽車的優(yōu)缺點分析
4．1優(yōu)點分析
相比于純電動汽車，混合動力汽車具有如下優(yōu)勢:(1)兼具傳統(tǒng)燃油汽車和純電動汽車的優(yōu)勢。(2)發(fā)動機的運用使得電池的數(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，混合動力汽車具有以下優(yōu)點:(1)發(fā)動機可以在率的轉(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)動機可以停止運轉(zhuǎn)，車輪由電動機負(fù)責(zé)驅(qū)動，實現(xiàn)*。(3)可以利用制動能量回收實現(xiàn)更好地節(jié)能減排效果。
4．2缺點分析
(1)混合動力汽車中仍然有發(fā)動機的存在，這意味著混合動力汽車無法從根本上擺脫對石油資源的依賴。(2)混合動力系統(tǒng)的成本比傳統(tǒng)汽車高很多。混合動力汽車要配備傳統(tǒng)汽車不需要的昂貴配件，比如高壓蓄電池、電動機、發(fā)電機以及各種控制器。(3)高速行駛時，油耗并不理想。混合動力汽車在高速公路上行駛時其動力來源依然是發(fā)動機，但是混合動力汽車的質(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
混合動力汽車在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上達到了提高燃料經(jīng)濟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力系統(tǒng)競爭能力的努力方向。混合動力汽車在發(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，這些問題會很快得到解決。盡管從長遠來看混合動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。