基于混合動力汽車動力性和經濟性研究

吳小盼

摘要：混合動力汽車既具有傳統內燃機汽車動力性好的優點，又具有純電動汽車經濟性高的優點，其混合動力系統由發動機、電機和能量儲存裝置構成。通過發動機怠速停機、發動機工作點的優化和再生制動能量回收等方法提高了混合動力汽車的燃油經濟性能和排放性能，因此需要重點加強研究，重點進行混合動力汽車動力性與經濟性方面分析，從而能夠更好的確保車輛的使用性能，控制能源浪費情況。基于此本文分析了混合動力汽車動力性和經濟性。

關鍵詞：混合動力汽車;動力性;經濟性

1、國內混合動力汽車發展現狀

20世紀70年代，國內的新能源汽車技術開始起步，并在90年代得到迅速的發展，并取得了一些研究成果。目前國內已確立了以混合動力汽車、純電動汽車及燃料電池汽車為“三縱”，以多能源動力總成控制系統、驅動電機及其控制系統和動力電池及其管理系統為“三橫”的研發布局。

目前國內已基本形成了新能源汽車的動力系統技術平臺、新能源汽車技術標準體系框架和測評能力，并具有了新能源汽車的小批量生產能力。目前在新能源汽車的研發過程中，混合動力汽車成為了研究的主要方向。包括一汽、東風、長安、奇瑞、比亞迪等在內的國內汽車公司都加大了對混合動力汽車的研發力度。目前國內混合動力汽車產業的發展已進入了由科研轉向產業化、規模化的重要時期。

國內新能源汽車的發展過程中還存在一些不足：①核心零部件技術還不夠成熟。雖然國內新能源汽車技術取得了很大的發展，但整體水平仍是處于發展初期，與國際領先水平相比還有很大的差距。②配套設施不完善。目前電動汽車的行程受到了電池技術水平的限制，能否得到及時充電的問題也限制了電動汽車的發展，在電動汽車發展過程中充電站是非常重要的組成設施，其建設嚴重滯后，充電站較少且覆蓋面積小，這是電動汽車發展的不利因素。③新能源汽車標準化工作不完善。就目前的情況來看，我國新能源汽車主要分為3種，即純電動汽車、混合動力汽車和燃料電池汽車，并制定了相應的標準。由于3類汽車發展不均衡，因此制定的政策標準也不相同，發展戰略比較模糊。國內混合動力汽車的研究發展戰略不明確，不能形成規模，缺乏核心競爭技術，產品沒有市場競爭力，發展缺乏明確的戰略規劃。

2、混合動力汽車動力性分析

對于混合動力汽車來說，其電池的控制和純電動汽車的電池控制相同，同樣都需要電池來給電機提供能量以及對制動能量進行回收，而混合動力汽車成本較低，因此推廣規模大于純電動汽車。某種程度上混合動力汽車可以說是傳統的內燃機汽車和純電動汽車的結合，成為了純電動汽車發展的基礎。

汽車的最大速度、加速時間和最大坡度都是用來評價傳統電動汽車的性能。混合動力汽車具有很大的容量儲能裝置。牽引或爬升時，電機和發動機能夠同時輸出峰值功率，以獲得足夠的加速度，滿足特定工作條件下車輛的功率要求。

在混合動力電動汽車功率匹配中，需要合理的設置相關比例，即發動機/電機功率參數、傳動速比和主減速比，并且設置2套電源運行模式，從而能夠更好的確保整體性能。只有在確保符合動力要求下，才能夠更好的提高整體經濟效益。混合動力電動汽車的動力性能評價指標與傳統汽車的最大速度、加速時間和最大爬坡坡度相同。最大轉速的影響因素主要有：（1）發動機的額定功率和最大轉速;（2）電動機的通用特性轉速。影響加速時間的主要因素：①電機最大輸出扭矩，②電池峰值放電功率，③發動機萬有特性的扭矩上限。最大爬坡度的主要影響因素：①電機最大輸出扭矩②發動機萬有特性的扭矩上限。合理的設定整車動力性參數，并且重點加強理論分析非常重要，從而能夠更好的進選型，確保整個過程動力源及傳動系統性能。

3、混合動力汽車經濟性分析

3.1優化約束條件和動力性經濟性目標函數的確定

3.1.1優化約束條件的建立

汽車的兩個變速箱和一檔的速比需要滿足爬坡的最高需求，對于二檔的速比需要大于最大速度，檔的最大驅動力要小于或者等于汽車輪胎的粘附力，相鄰的檔位之比根據上述速比約束，同時根速比進行約束控制。

3.1.2優化目標函數的建立

為了將動態目標函數與經濟目標函數相結合，將雙目標優化轉化為單目標優化，將動態目標函數與經濟目標函數加權在一起。由于最終目標函數是以最小值為目標，經濟目標函數是倒計時或負的簡單處理。

3.2混合動力的節能方式分析

根據節能原理混合節能模式主要分為以下幾種情況：1）非穩態適應性。在曲軸轉速和發動機控制機構位置不斷變化的情況下，會對發動機的經濟性產生不利影響。通過汽車尾氣排放和燃油經濟性的合法駕駛，可以得出結論。在燃油消耗方面，25-40%的燃油消耗加速，40-80%的燃油消耗不穩定。2）停車怠速影響。怠速過程在混合動力汽車中具有很多優勢。3）工作效率影響。通過控制混合動力汽車，需要選擇小功率發電機，使發動機始終在經濟高效的發動機區域工作，以保證發動機始終處于經濟最優狀態。此外，混合動力節能模式還受制動能量回收、控制過程等因素的影響，從而確保整體效果。

3.3混合動力能量二次轉換損失

混合動力汽車的電能來自給發動機充電的電池，驅動電機過程的本質是二次能量轉換過程。通過熱能和機械能的轉換，降低了效率損失。目前，混合動力汽車的電機效率約為81-86%，發電機效率約為91-96%，電池的能量通常為26-76%。

總之，隨著社會的發展，汽車工業得到進一步發展，環境污染也是越來越嚴重，我國也加大了對混合動力汽車的研制力度，并且對于這類汽車也是不斷推廣，因此重點加強混合動力汽車動力性與經濟性研究非常關鍵，需要引起我們的高度重視。

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