混合動力汽車動力轉化分析及優化研究

摘 要：混合動力汽車具備了傳統內燃汽車和電動汽車的兩類動力源，動力性能好，節能環保。因此，研究混合動力汽車的動力轉向特性具有重要意義。本文通過研究混合動力汽車不同速度下的動力性能，在不同車速下進行動力切換，對系統的動力轉化問題進行優化研究和策略控制。

關鍵詞：混合動力;動力轉化;優化研究

1 緒論

1.1 研究背景和意義

近幾年，隨著石油不斷消耗以及機動車保有量迅速增加，氣候變暖使人類面臨的環境問題日益嚴峻。因此新能源汽車成為汽車領域研究和發展的方向，尤其是對混合動力汽車及電動汽車的開發。目前各大汽車企業陸續開發了混合動力汽車，但汽車的燃油消耗依舊較高，開發出動力性能良好，低油耗節能環保的混合動力汽車來取代傳統汽車，有很強的研究意義。

1.2 混合動力汽車的發展現狀及前景

近年來，混合動力汽車是我國汽車行業發展的新趨勢[1]，如今新能源技術應用、節能減排已經成為社會發展的熱點話題，新能源技術在汽車上的應用很好地契合了社會的發展需求。目前，我國在新能源汽車的研發過程中，確立了以混合電動汽車、純電動汽車[2]、燃料電池汽車為主的研發布局，通過產學研緊密合作，以動力汽車整車為模型，進行動力性能與經濟性能的仿真，對變速器速比進行優化，不斷提高汽車的經濟性。

2 混合動力汽車的特點及性能

2.1 混合動力汽車的分類及特點

混合動力汽車是指驅動系統由兩個或以上能夠同時運作的驅動系統組成的汽車[3]，汽車的功率是通過實時行駛狀態由單個系統提供或多個系統共同提供。根據其驅動系統的配置和組合方式不同，可分為串聯式、并聯式和混聯式3種形式，大部分混合動力汽車都采用電力系統與熱能系統混合應用的模式，通過電能或熱能作為汽車動力從而驅動汽車。

在目前所有的新能源汽車中，混合動力汽車的發展被認為是發展最好的。混合動力汽車能夠實時根據駕駛狀況來選擇發動機[4]，發動機與蓄電池之間的不同組合形式，從而滿足驅動車輛的功率需求。若汽車選擇復合動力模式，可根據需求功率來調整不同系統的輸出功率，當需求功率較大時，電池能夠為動力系統提供功率，當需求功率較小時，多余的功率能夠輸入蓄電池作為儲備電能。

2.2 混合動力汽車對動力性能的要求

為了確保混合動力汽車合理的行駛性能，要求其具有高比能量，以確保混合動力汽車達到合理的行駛里程，具有高比功率，確保其加速和爬坡性能。串聯式混合動力汽車完全由電機驅動，內燃機發電機總成與電池組起提供電機所需要的電能，電池處于較高水平，對電池系統功率的要求與純電動汽車相似，但容量要低。并聯式混合電動車內燃機和電機都可以直接對車輪提供驅動力，整車的駕駛要求可以由不同的動力組合結構來滿足。電池的容量可以更小，但是電池組瞬時提供的功率要滿足汽車加速或爬坡要求。

3 混合動力汽車控制策略研究

3.1 混合動力汽車的動力轉化優化研究

汽車的產生和發展極大的影響了人們的生活方式和社會生產方式，針對目前汽車工業發展所引發的環境及資源問題，必須開發更節能、更環保和使用替代能源的先進技術，解決傳統汽車所帶來的問題，必須滿足：減少能源消耗，降低成本，提高可靠性;減少或杜絕有害物質的排放;降低體積質量，減少阻力，提高整車及零部件性能，提高舒適性、安全性和機動性的要求。混合動力汽車可以滿足對汽車動力性的要求[5]，且易于改進，目前成為具有實用價值的新技術。

3.2 混合動力汽車的動力匹配控制策略

傳統汽車傳動比的設計主要包括主減速器和變速器的傳動比設計，由于沒有變速器部分，所以主要是對主減速速比和行星排的齒圈齒輪比進行匹配。它主要有最大和最小傳動比，即滿足汽車行駛的最高車速所得出最小傳動比與滿足汽車爬坡性能時的最高傳動比。混聯式混合動力汽車有三個動力輸出部件，即發動機、ISG電機與主驅動電機，工作狀態復雜，需要對各個動力部件輸出動力、動力的復合及分配進行控制。因此，對混合動力汽車控制策略進行研究并搭建控制策略[6]。

4 總結

本文講述了混合動力汽車控制策略，首先根據所研究的混聯式混合動力汽車進行了混合動力汽車工作模式的選擇，及各個模式下的發動機、ISG電機、主驅動電機的開關狀態及開關條件，控制策略;其次進行了混合動力汽車發動機、電機、主驅動電機的轉矩輸出進行了分析，建立了動力部件轉矩輸出的控制策略。

參考文獻：

[1]郭海龍.基于行駛狀況識別的混聯式HEV多模式能量控制策略研究[D].廣東：華南理工大學機械電子工程學科博士學位論文，2013.

[2]彭金雷.純電動汽車整車控制策略研究[D].廣東：華南理工大學車輛工程學科碩士學位論文，2013.

[3]孫遠濤，王亮，等.混聯式混合動力汽車動力系統參數匹配的研究[J].黑龍江工程學院學報，2014，28（06）：21-28.

[4]周美蘭，張昊，等.混合動力電動汽車的動力系統參數設計與仿真[J].哈爾濱理工大學學報，2011，16（04）：36-39.

[5]Tsutomu Tashiro. Power management of a hybrid electric vehicle during warm-up periodconsidering energy consumption of cabin heat components[J].IFAC-PapersOnLine.

[6]Zlatina Dimitrova，Fran?ois Marechal.Energy integration study on a hybrid electricvehicle energy system，using process integration techniques[J].AppliedThermalEngineering.

作者簡介：郭建宏（1989-），男，甘肅張掖人，碩士研究生，研究方向：汽車系統動力學。