車用ISG技術(shù)及其國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

摘要: 起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)一體化技術(shù)的ISG的技術(shù)主要應(yīng)用在輕度混合動(dòng)力汽車上。主要介紹了ISG系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成、工作原理，以及對(duì)國(guó)內(nèi)外車用ISG系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀的分析，并指出了ISG系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)。這種技術(shù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，能夠很好應(yīng)用在傳統(tǒng)的汽車上，具有很好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞:ISG；結(jié)構(gòu)原理；發(fā)展現(xiàn)狀

中圖分類號(hào)：U46 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1005-2550（2011）05-0001-06

Review on Integrated Starter/Generator Used in the Automobile and

Development Both at Home and Abroad

YIN An-dong，LI Ling-ling

（School of Mechanical and Vehicle Engineering，Hefei University of Technology，Hefei 230009，China）

Abstract:The technology of integrated starter/generator/motor is applied to mild hybrid vehicle.Configuration and operation theory and development trend of ISG are introduced in this paper.It is featured with simple structure，low cost and can be used excellent in conventional vehicles with good prosperity for application.

Key words:ISG；configuration theory；development trend

目前世界汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展所面臨的兩大難題是環(huán)境污染和石油資源匱乏，環(huán)保和節(jié)能是21世紀(jì)汽車技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向，同時(shí)各國(guó)的排放法規(guī)也日趨嚴(yán)格。混合動(dòng)力汽車（HEV）正是具有低污染和低油耗特點(diǎn)的新一代清潔汽車?；旌蟿?dòng)力汽車是傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車輛與電動(dòng)車輛的有效組合，它繼承了電動(dòng)汽車低排放的優(yōu)點(diǎn)，又發(fā)揚(yáng)了石油燃料比能量和比功率高的長(zhǎng)處，顯著改善了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的排放和燃油經(jīng)濟(jì)性?；旌蟿?dòng)力汽車的實(shí)現(xiàn)形式多樣化［1］，傳統(tǒng)的分類是根據(jù)內(nèi)燃機(jī)是否與驅(qū)動(dòng)輪有直接的機(jī)械連接，分為串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車（Series Hybrid Vehicle-SHEV），并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車（Parallel Hybrid Vehicles-PHEV），混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車（Parallel/Series Hybrid Vehicle-PSHEV）。更具邏輯性的分類方法是基于任務(wù)（Mission-based）的分類方法，可將混合方式分成三類，即輕度混合型（Mild Hybrid Vehicle-MHV），功率混合型（Power Hybrid Vehicle-PHV）和能量混合型（Energy Hybrid Vehicle-EHV）。與輕度混合方式相比，功率混合方式和能量混合方式存在以下缺點(diǎn):

1）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)汽車底盤的改動(dòng)較大；

2）系統(tǒng)復(fù)雜，例如豐田Prius的動(dòng)力分配機(jī)構(gòu)是相當(dāng)復(fù)雜的行星齒輪結(jié)構(gòu)，而通用Precept最多需要同時(shí)控制兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)和一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)；

3）成本較高，主要是較高的電池能量和功率要求造成的。三種混合型的成本比較下來(lái)（見(jiàn)表1）［2］，輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)具有節(jié)能環(huán)保且成本低的特點(diǎn)。

表1 三種混合型汽車成本對(duì)比美元

目前制造成本最低，最容易實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)的是采用起動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)一體化技術(shù)的ISG型輕度混合動(dòng)力汽車。只需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行改造就可以了，比較容易在現(xiàn)有傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車上實(shí)現(xiàn)，這種系統(tǒng)的混合程度較高，可以達(dá)到30%左右，目前技術(shù)已經(jīng)成熟，應(yīng)用廣泛。

1 起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)一體化技術(shù)介紹

起動(dòng)/助力/發(fā)電一體化系統(tǒng)（Integrated Started Alternator Damper，簡(jiǎn)稱ISAD系統(tǒng)），又名ISA（Integrated Starter Alternator）和ISG（Integrated Starter Generator），是這些年來(lái)應(yīng)用于汽車中的一種新技術(shù)。傳統(tǒng)的燃油汽車電氣系統(tǒng)中，起動(dòng)、發(fā)電功能分別由直流起動(dòng)機(jī)和交流發(fā)電機(jī)兩個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng)完成。兩套機(jī)組需要獨(dú)立地研制、優(yōu)化、裝配和維護(hù)，是汽車中體積和重量最大的兩大電器部件。實(shí)際上，起動(dòng)電機(jī)只在啟動(dòng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)工作，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)至怠速后就與發(fā)動(dòng)機(jī)脫離并停止工作，而交流發(fā)電機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)之后才開(kāi)始工作，所以這兩套機(jī)組工作時(shí)間并不重。近些年來(lái)，隨著汽車工業(yè)對(duì)電能供應(yīng)、燃料消耗量和尾氣排放量的要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)的汽車原理與結(jié)構(gòu)不能滿足要求，急需一種新的技術(shù)和架構(gòu)。ISG就是一種比較好的折中方案。

1.1ISG功能分析

ISG可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)起停功能（Automatic Start-Stop）、功率補(bǔ)償功能（Power Booster）及高效大功率電能輸出功能（High Efficient Power Generation）［3］。

1.1.1自動(dòng)起停功能

傳統(tǒng)的車用起動(dòng)機(jī)只將內(nèi)燃機(jī)加速至起動(dòng)轉(zhuǎn)速（例如200 r/min），ISG作為電動(dòng)機(jī)在短時(shí)間內(nèi)（通常加速時(shí)間僅為0.1～0.2 s）將內(nèi)燃機(jī)加速至怠速轉(zhuǎn)速（例如800 r/min），然后內(nèi)燃機(jī)才開(kāi)始缸內(nèi)的燃燒過(guò)程。高轉(zhuǎn)速電起動(dòng)過(guò)程不僅降低了內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)時(shí)的燃料消耗，還改善了排放。自動(dòng)起停功能的實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：如果汽車較長(zhǎng)時(shí)間處于空載狀態(tài)，例如在路口等紅燈時(shí)，內(nèi)燃機(jī)一直處于怠速，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)令內(nèi)燃機(jī)停止運(yùn)行，同時(shí)ISG也停止工作，需要起步時(shí)，ISG在0.1～0.2 s的短時(shí)間內(nèi)完成起動(dòng)任務(wù)。在城市工況下，汽車不停地起步和停車以及內(nèi)燃機(jī)處于怠速的情況是非常多的，自動(dòng)起停系統(tǒng)利用電動(dòng)機(jī)快速起動(dòng)的特點(diǎn)避開(kāi)了內(nèi)燃機(jī)低速起動(dòng)和長(zhǎng)時(shí)間怠速，提高了整車燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能。

1.1.2 功率補(bǔ)償功能

內(nèi)燃機(jī)在低速大負(fù)荷時(shí)的燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能均不佳，通常情況下內(nèi)燃機(jī)在此工況下的轉(zhuǎn)矩輸出有限，如果需要內(nèi)燃機(jī)在低速大負(fù)荷時(shí)能夠提供較大的功率就必須選用更大排量的內(nèi)燃機(jī)，這樣雖然滿足了動(dòng)力性的要求，但犧牲了燃油經(jīng)濟(jì)性。ISG可以在內(nèi)燃機(jī)低速大負(fù)荷時(shí)工作在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，提供一部分輔助功率，提高低速時(shí)內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力性能。例如，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)以較低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，如果加速踏板的行程大于滿行程的90%，ISG就開(kāi)始進(jìn)行功率補(bǔ)償，當(dāng)加速踏板達(dá)到滿行程時(shí)，ISG提供最大瞬時(shí)功率。

1.1.3 高效大功率電能輸出

ISG用作發(fā)電機(jī)時(shí)可以提供6～10 kW功率輸出，全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的效率80%以上。普通車用發(fā)電機(jī)通常通過(guò)皮帶由內(nèi)燃機(jī)曲軸驅(qū)動(dòng)，最大輸出功率僅為1.5～2.5 kW，發(fā)電機(jī)的最大效率為70%，而高速時(shí)僅為30%，這是無(wú)法滿足現(xiàn)代汽車電子產(chǎn)品功率需求的。ISG高效大功率的電能輸出能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的車用發(fā)電機(jī)，它不僅能使電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向、電動(dòng)制動(dòng)以及電子節(jié)氣門等需要較大功率供電的新興汽車電子技術(shù)得到充分的應(yīng)用，而且原先由齒形皮帶驅(qū)動(dòng)的汽車附件，如空調(diào)壓縮機(jī)等，都可以由專用的電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，并控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在最佳工況點(diǎn)提高整車效率。

1.1.4 其余功能

除了以上三個(gè)主要功能以外，還具有以下幾個(gè)功能。ISG可以將汽車減速或制動(dòng)時(shí)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能，為車載電池進(jìn)行充電，提高燃油經(jīng)濟(jì)性。ISG取代飛輪的作用，可以通過(guò)自身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以及在電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)之間來(lái)回切換狀態(tài)，平衡內(nèi)燃機(jī)曲軸的波動(dòng)，成為有源飛輪而起到減震器的作用。內(nèi)燃機(jī)附件全部采用電動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)，齒形皮帶及齒輪組可以全部省掉，同時(shí)可以省去傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)，內(nèi)燃機(jī)附件的布置就可以更加靈活。

1.2 ISG電機(jī)的布置方案

將ISG與發(fā)動(dòng)機(jī)以及傳動(dòng)系布置在一起有四種不同方案［4］，如圖1—圖4所示。

圖1 用于直接啟動(dòng)的曲軸電機(jī)

圖1所示，在發(fā)動(dòng)機(jī)與離合器之間使用同軸電機(jī)可直接啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)而不會(huì)使元件受到磨損。這里ISG代替了飛輪。與帶有齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳統(tǒng)起動(dòng)機(jī)相比，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)對(duì)曲軸較小的慣性矩。由于因壓縮而引起的扭矩和轉(zhuǎn)速波動(dòng)，所需平均啟動(dòng)轉(zhuǎn)速和機(jī)械功率增大。此種布置方案可以直接啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，優(yōu)點(diǎn)有：?jiǎn)?dòng)快，無(wú)噪聲，元件少，發(fā)動(dòng)機(jī)功率高。缺點(diǎn)是：用于啟動(dòng)需3～4倍的蓄電池功率，無(wú)脈沖啟動(dòng)機(jī)滑翔式運(yùn)轉(zhuǎn)，回收能量受限，而且費(fèi)用高。

圖2 帶雙離合器的曲軸電機(jī)

圖2所示為裝在曲軸上的帶復(fù)式離合器的ISG，ISG和發(fā)動(dòng)機(jī)間的第2個(gè)離合器的應(yīng)用開(kāi)辟了廣泛的功能。啟動(dòng)可用脈沖啟動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，在啟動(dòng)中兩個(gè)離合器之間的ISG獲得一定的轉(zhuǎn)速并形成動(dòng)能。啟動(dòng)時(shí)間結(jié)束后發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)的離合器關(guān)閉，離合器摩擦力矩使發(fā)動(dòng)機(jī)加速運(yùn)轉(zhuǎn)。該脈沖啟動(dòng)明顯減少所需的電啟動(dòng)功率。以耐充放電的蓄電池為基礎(chǔ)，發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)的離合器可在發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)時(shí)從汽車滑行中回收制動(dòng)能量，因?yàn)檫@時(shí)沒(méi)有發(fā)動(dòng)機(jī)倒拖力矩。此布置優(yōu)點(diǎn)為：快速無(wú)噪聲啟動(dòng)，脈沖啟動(dòng)下高啟動(dòng)按鈕以及中等功率需求，還可以進(jìn)行制動(dòng)能量回收。缺點(diǎn)是：需要兩個(gè)離合器，元件較多，控制復(fù)雜，冷啟動(dòng)時(shí)有等待時(shí)間，不迅速，且費(fèi)用高。

圖3 變速器一側(cè)的ISG電機(jī)

圖3為變速器側(cè)的ISG，軸向平行布置也可承擔(dān)啟動(dòng)-發(fā)電的功能。連接在變速器一側(cè)與雙離合器系統(tǒng)一樣可以使脈沖啟動(dòng)和再生能量回收成為可能，但由于僅在變速器空轉(zhuǎn)下才能實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)，所以這種形式還需一個(gè)智能變速器管理系統(tǒng)。除此之外還需一個(gè)用于耦合電機(jī)的變速器輸出端。此種優(yōu)點(diǎn)為：不作用與傳動(dòng)系，與電機(jī)較近，汽車可以正?；?，中等功率需求，可進(jìn)行能量回收。缺點(diǎn)是：僅在變速器空轉(zhuǎn)時(shí)才能啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，對(duì)變速器需作改動(dòng)，費(fèi)用較高。

圖4 皮帶驅(qū)動(dòng)的ISG電機(jī)（BSG）

圖4為皮帶傳動(dòng)的ISG系統(tǒng)，這是最新系統(tǒng)，對(duì)這個(gè)方案可提出多個(gè)變形結(jié)構(gòu)。原則上，ISG可作為異步電動(dòng)機(jī)或爪極電動(dòng)機(jī)來(lái)描述，連接直接通過(guò)與曲軸上的皮帶輪或電機(jī)一體化的單級(jí)或雙級(jí)變速器來(lái)實(shí)現(xiàn)。傳動(dòng)級(jí)的轉(zhuǎn)換要么被動(dòng)地通過(guò)扭矩方向，要么主動(dòng)地通過(guò)一個(gè)電氣操縱執(zhí)行元件來(lái)控制。要傳遞大扭矩，就要完成一個(gè)復(fù)合項(xiàng)V帶到齒形帶的過(guò)渡。此方案中對(duì)皮帶的壽命和齒形帶產(chǎn)生的噪聲提出了挑戰(zhàn)。

2 國(guó)外ISG研究與應(yīng)用現(xiàn)狀

20世紀(jì)90年代以來(lái)，國(guó)外所有知名汽車公司均投入巨資開(kāi)始進(jìn)行電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車實(shí)用車型的研發(fā)。目前制造成本最低，最容易實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)的是采用起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)一體化技術(shù)的ISG型輕度混合動(dòng)力汽車。下面對(duì)各國(guó)在ISG方面的研究和發(fā)展現(xiàn)狀作一個(gè)概括介紹。

在混合動(dòng)力汽車研究領(lǐng)域，日本汽車公司是國(guó)際混合動(dòng)力汽車制造企業(yè)的一個(gè)標(biāo)桿［4］。1997年，豐田Toyota公司推出了應(yīng)用了ISG技術(shù)的THSⅠ（Toyota Hybrid System Ⅰ）“Prius”開(kāi)始在日本批量銷售；隨后，豐田公司推出了THSⅡ“03Prius”、“RX400”SUV。豐田的ISG電機(jī)采用永磁無(wú)刷電機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)子采用釹磁體材料，直流母線電壓達(dá)到650 V。由于采用了高壓技術(shù)，輸出功率和效率大大提高了。

本田自1999年11月開(kāi)始在日本推出安裝ISG系統(tǒng)的混合動(dòng)力轎車Insight［6］。本田Insight的動(dòng)力系統(tǒng)包括一臺(tái)作為主動(dòng)力源的1.0 L稀薄燃燒汽油機(jī)（空燃比為26∶1）和作為輔助動(dòng)力的10 kW的ISG，ISG采用了抗熱性強(qiáng)的永磁體，薄型線圈，風(fēng)冷，超薄型電機(jī)的厚度僅為60 mm。該ISG系統(tǒng)采用矩形波永磁電機(jī)，電源系統(tǒng)采用144 V的蓄電池組，電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸直接連接，可以產(chǎn)生于發(fā)動(dòng)機(jī)相位相反的轉(zhuǎn)矩，降低振動(dòng)，使運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。此后，ISG技術(shù)也應(yīng)用到本田的第二代Accord、第三代2005款CIVIC和第4代2006款CIVIC混合動(dòng)力汽車上。在2006款混合動(dòng)力車上，電動(dòng)機(jī)使用了一種最新的扁線圈纏繞構(gòu)造，這使得電動(dòng)機(jī)最大功率和最大轉(zhuǎn)矩與2005款CIVIC相比分別增加了50％和14％，轉(zhuǎn)換效率由原來(lái)的94.6％提高到96％。2001年12月，在主力車型CIVIC上加載ISG混合動(dòng)力技術(shù)的CIVIC Hybrid開(kāi)始在日本市場(chǎng)銷售。2004年12月，安裝可變氣缸系統(tǒng)的V6發(fā)動(dòng)機(jī)和ISG系統(tǒng)的Accord Hybrid開(kāi)始在北美銷售。

2000年2月，戴姆勒克萊斯勒公司在華盛頓的國(guó)家博物館推出了其輕度混合型概念車Dodge ESX3［7］。ESX3采用先進(jìn)的共軌式柴油高壓供油系統(tǒng)、變截面渦輪增壓系統(tǒng)和多氣門頂置雙凸輪軸的直噴式柴油機(jī)，并采用鋁合金結(jié)構(gòu)降低重量，達(dá)到了最好的燃料經(jīng)濟(jì)性。安裝ISG系統(tǒng)可減少系統(tǒng)重量、優(yōu)化啟動(dòng)性能、回收制動(dòng)能量，并通過(guò)怠速關(guān)機(jī)來(lái)降低燃料消耗和排放，使動(dòng)力系統(tǒng)的匹配達(dá)到最優(yōu)組合。

德國(guó)零部件制造商大陸（Contiental）公司下屬的Tocher公司首先開(kāi)發(fā)了ISAD系統(tǒng)，并與1997年裝機(jī)試驗(yàn)，大陸公司因此獲得1997度工業(yè)革命新獎(jiǎng)，1999年在法蘭克福國(guó)際展覽會(huì)上，ISG作為汽車零部件首次亮相。隨后，博世、西門子、薩克斯和德?tīng)柛?、法雷奧等公司也開(kāi)發(fā)出這種系統(tǒng)。其中，大陸和西門子公司選用的是異步電機(jī)，42 V電源系統(tǒng)，采用直接傳動(dòng)方式，即把ISG安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器之間的曲軸上；博世公司選用的是永磁同步電機(jī)，14 V和42 V混合電源系統(tǒng)，也采用曲軸直接傳動(dòng)的方式，工作效率在98%以上；薩克斯選用永磁同步電機(jī)，定子和定子支架直接安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸凸緣上，轉(zhuǎn)子則固定在飛輪上，發(fā)電效率高達(dá)80%-90%；法雷奧開(kāi)發(fā)的ISG選用42 V電源系統(tǒng)，采用皮帶連接的簡(jiǎn)介傳動(dòng)方式，與傳統(tǒng)車相比，可節(jié)省20%的燃料，在30%的停頓過(guò)程中實(shí)現(xiàn)零排放。

大陸公司的ISG安裝在福特轎車上試驗(yàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)與無(wú)ISG的轎車相比降低了70％，在雷諾一款轎車上安裝了ISG后，其舒適性可與寶馬轎車相媲美。法雷奧公司制造的ISG用在福特Tansit T280上，制造出歐洲第一輛B-ISG的柴油輕度混合動(dòng)力城市運(yùn)貨車。

3 國(guó)內(nèi)ISG研究與應(yīng)用現(xiàn)狀

從新世紀(jì)初開(kāi)始，在“863”計(jì)劃的推動(dòng)下，中國(guó)汽車制造企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)在混合動(dòng)力汽車方面也取得了很大的發(fā)展。

2006年1月奇瑞汽車有限公司承擔(dān)“ISG混合動(dòng)力轎車用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)”和“B-ISG轎車關(guān)鍵技術(shù)與核心零部件研發(fā)”兩個(gè)項(xiàng)目順利通過(guò)驗(yàn)收［8］。奇瑞ISG動(dòng)力系統(tǒng)由“1.3 L汽油機(jī)+5速手動(dòng)變速器+10 kW電機(jī)+144 V鎳氫電池”組成，電機(jī)采用永磁同步電機(jī)并帶有電機(jī)控制系統(tǒng)、逆變器以及DC/DC轉(zhuǎn)換器。最高穩(wěn)定車速≥180 km/h，0～100 km加速時(shí)間≤11.3 s，加速行駛時(shí)車外最大噪聲≤71dB，在城郊綜合工況下油耗4.95 L/100 km。參照聯(lián)邦德國(guó)提案，該類型車排放達(dá)到歐V標(biāo)準(zhǔn)。奇瑞B(yǎng)-ISG動(dòng)力系統(tǒng)由“1.6 L汽油機(jī)+5速手動(dòng)變速器+2 kW電機(jī)+12 V鉛酸電池”組成，電機(jī)采用爪極電機(jī)并帶有電機(jī)控制系統(tǒng)。最高穩(wěn)定車速≥180 km/h，0～100 km加速時(shí)間≤12.8 s，在城郊綜合工況下油耗為6.3 L/100 km，排放達(dá)到歐Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)。

長(zhǎng)安汽車（集團(tuán)）有限責(zé)任公司在科技部、重慶市科委、中國(guó)兵器裝備集團(tuán)公司的大力支持下，聯(lián)合清華大學(xué)、北京理工大學(xué)、重慶大學(xué)、北航等高校和科研單位共同承擔(dān)“ISG混合動(dòng)力長(zhǎng)安轎車整車項(xiàng)目”，目前也已通過(guò)國(guó)家級(jí)驗(yàn)收［9］。從2002年開(kāi)始混合動(dòng)力汽車的開(kāi)發(fā)到2008年長(zhǎng)安ISG混合動(dòng)力杰勛在奧運(yùn)期間的優(yōu)異表現(xiàn)。自2009年6月杰勛混合動(dòng)力轎車面向普通消費(fèi)者銷售再到2009年底奔奔MINI純電動(dòng)汽車試生產(chǎn)下線。8年時(shí)間，“長(zhǎng)安”用混合動(dòng)力轎車為我們揭開(kāi)了國(guó)內(nèi)新能源汽車的神秘面紗。長(zhǎng)安混合動(dòng)力系統(tǒng)中采用了兩個(gè)動(dòng)力源，一個(gè)是傳統(tǒng)的四缸電噴發(fā)動(dòng)機(jī)，采用發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元ECU（Engine Control Unit）和電子油門進(jìn)行控制，另一個(gè)是集成的發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)ISG（Integrated Starter and Generator）作為動(dòng)力輔助單元，ISG的額定功率相對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)較小，是一種輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)。其油耗已降低了30%，排放已達(dá)歐Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)。樣車最大時(shí)速可達(dá)160 km/h，整車成本的增加有效地控制在30%以內(nèi)，加速性能與同檔次的汽車相當(dāng)，續(xù)駛里程大于500 km，最大爬坡度可達(dá)25%。

吉利華普海尚MA（海尚305）在第7屆上海工業(yè)博覽會(huì)上登場(chǎng)。這款車是由上海交通大學(xué)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的混合動(dòng)力技術(shù)改造開(kāi)發(fā)的一臺(tái)中度混合動(dòng)力轎車。該車采用發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸ISG方案，1.5 L發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸并聯(lián)電動(dòng)機(jī)的一體化設(shè)計(jì)，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、成本低，可節(jié)省燃料20%左右。

玉柴聯(lián)合上海交大成功研制的城市客車型混合動(dòng)力問(wèn)世，這是以單軸并聯(lián)式（ISG）技術(shù)進(jìn)行城市客車動(dòng)力總成開(kāi)發(fā)的首個(gè)創(chuàng)新成果，引領(lǐng)了下一代新型動(dòng)力技術(shù)潮流。2007年10月28日上午玉柴在南博會(huì)玉柴展位舉辦了玉柴ISG混合動(dòng)力技術(shù)發(fā)布會(huì)。玉柴城市客車型混合動(dòng)力是以柴油機(jī)和電機(jī)共同作為車輛的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，加速時(shí)，電機(jī)作為動(dòng)力源，輔助發(fā)動(dòng)機(jī)保持強(qiáng)勁的動(dòng)力性；減速時(shí)，電機(jī)作為發(fā)電機(jī)將制動(dòng)能量回收。因此，對(duì)于同樣動(dòng)力需求的車輛，可以選擇更小排量的發(fā)動(dòng)機(jī)，并使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在高效率區(qū)，再加上整車空調(diào)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向等附件的控制，以及整車動(dòng)力系統(tǒng)的優(yōu)化控制，從而實(shí)現(xiàn)城市公交車降低行駛?cè)加秃?，減少CO2排放和其它尾氣排放?；贗SG混合動(dòng)力系統(tǒng)，玉柴城市客車型混合動(dòng)力以四缸發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)了六缸發(fā)動(dòng)機(jī)的加速效果，同時(shí)令城市工況下的燃油消耗減少20％左右。

東風(fēng)汽車公司的EQ7200采用了ISG應(yīng)用永磁磁阻電機(jī)，轉(zhuǎn)矩達(dá)178N·m，4倍弱磁、電動(dòng)效率達(dá)92％、發(fā)電效率達(dá)94％。

4 車用ISG關(guān)鍵技術(shù)與發(fā)展趨勢(shì)

ISG系統(tǒng)目前也存在一定問(wèn)題。主要包括控制器成本增加、控制難度增大，傳動(dòng)系長(zhǎng)度加長(zhǎng)、重量增加等。

ISG系統(tǒng)性能提高的關(guān)鍵在于以下幾個(gè)方面：

1）適合ISG系統(tǒng)的電機(jī)種類選擇、設(shè)計(jì)與制造。應(yīng)保證電機(jī)具有高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、高發(fā)電效率及高轉(zhuǎn)矩密度；

2）高性能ISG控制技術(shù)，包括快速起動(dòng)、高效發(fā)電和電動(dòng)、發(fā)電模式自由切換的控制；

3）發(fā)電運(yùn)行時(shí)能在寬速度范圍內(nèi)發(fā)出恒定的電壓供給蓄電池充電；

4）電機(jī)控制器設(shè)計(jì)要結(jié)構(gòu)合理緊湊、安裝快捷、便于調(diào)試、安全性好。

4.1 磁場(chǎng)可控永磁同步電機(jī)是ISG電機(jī)的首選之一

基于ISG系統(tǒng)的功能特點(diǎn)，該系統(tǒng)電機(jī)應(yīng)滿足大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和寬調(diào)速范圍、體積和質(zhì)量小、發(fā)電效率高、可靠性高的要求。從功能上講，可用于ISG系統(tǒng)的電機(jī)有爪極電機(jī)、永磁電機(jī)、感應(yīng)電機(jī)和開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)，可根據(jù)需要選用不同的電機(jī)。上述電機(jī)各有優(yōu)缺點(diǎn)。其中永磁電機(jī)采用永磁體勵(lì)磁，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率和功率因數(shù)高。矩形波永磁電機(jī)無(wú)需精確檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置，控制比較簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較容易，所以選擇矩形波電機(jī)的較多。正弦波永磁電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小，速度范圍寬，性能更優(yōu)越。由于正弦波永磁電機(jī)需要精確檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置，磁場(chǎng)難以調(diào)節(jié)，所以控制器研發(fā)難度較大，成本也比較高，而磁場(chǎng)可控的永磁同步電機(jī)是ISG研究和發(fā)展的熱點(diǎn)。永磁磁阻混合同步電機(jī)是ISG電機(jī)的最優(yōu)選擇之一。這種電機(jī)是同步磁阻電機(jī)和同步永磁電機(jī)結(jié)合體。

4.2 最大轉(zhuǎn)矩/電流控制和弱磁控制策略

為了滿足永磁ISG系統(tǒng)快速起停、高效電動(dòng)、高效發(fā)電和強(qiáng)魯棒性等要求，永磁ISG主要采用的控制策略是：電動(dòng)運(yùn)行時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩，電流控制和發(fā)電運(yùn)行時(shí)的弱磁控制。最大轉(zhuǎn)矩、電流控制是指在逆變器輸出電流幅值一定的情況下，控制電流矢量的方向角，以使電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩最大。ISG系統(tǒng)運(yùn)行在發(fā)電狀態(tài)時(shí)，發(fā)出的電壓會(huì)隨速度變化和負(fù)載的變化而引起電壓波動(dòng)。弱磁是指通過(guò)調(diào)節(jié)定子電流，即增加定子直軸去磁電流分量來(lái)維持高速運(yùn)行時(shí)電壓的平衡，達(dá)到發(fā)電時(shí)調(diào)節(jié)電壓滿足充電要求。實(shí)現(xiàn)弱磁的算法主要有最大功率輸出控制和最小銅損控制。

4.3 42 V電源和曲軸式直接傳動(dòng)是ISG系統(tǒng)的發(fā)展方向

ISG系統(tǒng)可用于42 V系統(tǒng)、14 V系統(tǒng)和14 V/42 V混合電源系統(tǒng)當(dāng)中［10，11］。由于ISG系統(tǒng)需要大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，起動(dòng)電流也比較大?？紤]安全電壓的前提下，采用42V電源更適合提高ISG系統(tǒng)的工作效率。

ISG系統(tǒng)的傳動(dòng)方式主要有兩種：間接式皮帶傳動(dòng)和直接式曲軸傳動(dòng)。采用皮帶傳動(dòng)能降低研發(fā)費(fèi)用和成本。能盡可能少地改動(dòng)傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)ISG的功能。但由于電機(jī)輸出的功率很大。皮帶的傳動(dòng)性能難以控制，所以皮帶傳動(dòng)僅可以作為過(guò)渡期的一種替代方式加以考慮使用。直接式曲軸傳動(dòng)能輸出大功率，效率也更高，是ISG系統(tǒng)傳動(dòng)的發(fā)展方向。

5 結(jié)論

隨著石油能源的日益緊缺，環(huán)保意識(shí)的不斷加強(qiáng)以及排放法規(guī)要求的不斷提高，傳統(tǒng)的汽車產(chǎn)業(yè)必將迎來(lái)新的更大的挑戰(zhàn)。對(duì)各種新能源汽車的研發(fā)也是如火如荼，但也面對(duì)著成本太高，基礎(chǔ)設(shè)施薄弱，推廣困難等問(wèn)題。混合動(dòng)力汽車是對(duì)當(dāng)前所面臨的問(wèn)題的一個(gè)很好的過(guò)渡解決方案。其中ISG型的混合動(dòng)力方式是一個(gè)重要的研究方向。ISG混合動(dòng)力汽車屬于輕度混合動(dòng)力汽車，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，適用于對(duì)價(jià)格較為敏感的經(jīng)濟(jì)車型，特別適合城市某些專門用途的車輛，對(duì)特定行駛工況的燃油消耗量的減少有著突出的作用。隨著ISG技術(shù)的不斷研制或采用，既提升了汽車品牌的技術(shù)內(nèi)涵，同時(shí)也順應(yīng)了環(huán)保和節(jié)能的趨勢(shì)，具有良好的發(fā)展前景，將來(lái)會(huì)在越來(lái)越多的車輛上應(yīng)用。

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