混合动力汽车原理与发展趋势研究

摘 要：节能已然转变成当今社会的一大主题，越来越短缺的能源要求推出全新动力技术，汽车新能源发展面临着巨大的挑战，混合动力能够较好地应对能源消耗、污染问题，近些年在我国新能源汽车领域得到广泛推广。文章通过阐述混合动力汽车的优点、混合动力汽车分类及原理，对混合动力汽车发展趋势展开探讨，旨在为如何促进混合动力汽车有序健康发展研究适用提供一些思路。

关键词：混合动力汽车；原理；控制策略；发展趋势

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.221

0 引言

伴随全球石油资源的稀缺及人们环保意识的逐步增强，亟待研发出一种节能降排，乃至零排放的绿色环保汽车产品。因而，全球各国及众多汽车制造商均纷纷投入到研发各种类型电动汽车的行列中。电动汽车品种繁多，包括有纯电动汽车、燃料电池汽车以及混合动力汽车等。就现阶段技术发展实际情况而言，纯电动汽车应受电池性能制约，续驶里程不足，因而无法进行推广。燃料电池汽车则要投入大量的生产成本，难以在短时间内实现产业化。尤以混合动力汽车最值得产业化、规模化生产。混合动力汽车，指的是动力来源方式多种多样，广义而言，混合动力即为选取汽油驱动、电力驱动两种并用的方式。凭借新型混合动力汽车耗能低、排放量少，动力功能相较于传统汽车无显著差异，生产制造成本却较纯电动汽车更低，因而近年来针对混合动力汽车的研究研发成为一个热点方向[1]。由此可见，对混合动力汽车原理与发展趋势开展研究，有着十分重要的现实意义。

1 混合动力汽车的优点

混合动力汽车是指应用传统燃料，并辅以动力单元一般选取一台发动机或者动力发动机组，混合动力车辆主流大多为汽油混合动力，相较于传统燃油汽车，混合动力汽车在汽车能源消耗、尾气排放等方面均实现了一定改良。混合动力汽车主要优点在于：1）混合动力汽车可确保电池始终维持在有序的工作状态下，不出现过放、过充现象，在缩减了蓄电池体积、容量的基础上，还提升了汽车的最高行驶速度，提升了电驱动续驶里程，延伸了蓄电池的有效使用周期，减少了汽车生产成本。2）混合动力汽车实现了一系列动力设备器件的科学配合、合理控制，包括燃油发动机、电动机以及储能器件电能，极大程度提升了汽车续驶里程，可实现与传统燃油汽车的同等水平，使纯电动汽车续驶里程不足的问题得到有效解决。3）混合动力汽车通过应用混合动力，可对负荷多或者少过程中的功能输出、能量控制开展灵活调节，使车辆在行驶期间，可对下坡时、制动时以及怠速时所需的能量进行极为便利地回收。混合动力汽车具备低油耗、低排放的优点，同时可改善能量有效利用率。4）混合动力汽车可降低对大气的污染，混合动力汽车在行驶过程中对应应用的燃料相较于一般动力存在显著差异，因而具有低排放，甚至零排放的对应要求标准。

2 混合动力汽车分类及原理

2.1 串联式

串联式系统是通过内燃机作用于发电机使其发电，基于此形成的电能，经调节单元沿电机转化成车辆行驶需求的动能，进而使汽车得以驱动。此类动力系统在众多城市公交汽车上得到广泛推广，并收获了可观的应用成效，不过在一些轿车上的应用则尚未普及。串联式系统结构，如图1所示。

该种系统工作原理为：蓄电池组将发动机维持在一个较为稳定的工况下，汽车开展行驶期间，蓄电池组电量饱和，于此情况下，汽车便无需辅助动力系统运行，进一步实现正常行驶目的；一旦蓄电池组电量不足六成时，汽车便需要借助辅助动力系统进行驱动，在这种状态下，这一系统可为蓄电池组进行充电处理，进一步使蓄电池组能够重新投入到运行当中[2]。倘若汽车在行驶期间所需动力太大，蓄电池组、辅助动力系统便可同时运行，以确保可提供充足的动力；倘若汽车所需动力较少，则辅助动力系统便可完成为蓄电池组开展充电的工作。

2.2 并联式

并联式系统针对多种不同行驶工况均可予以应用，特别在一些条件较为恶劣路况下，并联式系统更是具备特有的优势，该种系统所含的传统内燃机驱动系统、电机驱动系统，它们既可独自运行，还可同时协调运行，发动机可为车辆驱动直接提供动力，不存在能量转换，能量损失小。并联式这一联结方式结构得到了充分简化，并且可极大水平降低生产制造成本。现阶段，全球范围内一些大型汽车生产商均采用了该种联结方式。并联式系统结构，如图2所示。

该种系统工作原理为：发动机、电动机相互于驱动桥上以并列方式开展连接，在驱动车辆过程中，发动机、电动机或是独立驱动汽车，或是共同驱动汽车。发电机驱动后轮动力与驱动电动机驱动前轮动力开展组合，在各式各样路面上不仅能够单独驱动，还可共同驱动，电动机即可作为电动机又可作为发电机，动力性能佳。

2.3 混联式

混联式系统于起步、低速段推行纯电动、串联模式，同时综合汲取了上述两种系统的优点，该种系统能够更为自由地结合汽车行使实际情况来对内燃机功率输出、电机运转开展控制。混联式混合动力系统相较于串联、并联模式更为省油，经采取混合驱动模式，对内燃机、电动机相互转速关系开展综合控制，可于车辆上陡坡、急加速等工况下，一方面确保动力性能，一方面顾及系统运行效率。混联式系统结構形式为同轴直联式，由发动机、电动/发电机以及驱动电动机混联组成，作为一种较为完备的动力系统，其有着耗能低、排放量少、加速性等特征。混联式系统结构，如图3所示。

该种系统工作原理为：发动机产生的机械能，可经由机械设备直接使车辆得以驱动运行；发动机产生的机械能，可经由发电机转化为电能，再通过电动机使车辆得以驱动运行；电池连接于发电机、电动机相互间，可对其进行充电或输出辅助动力。

3 混合动力汽车发展趋势

伴随石油资源的越来越紧张，全球各国不断对主要以石油为燃料的传统动力汽车开展研究，以期可以更好地应对当前能源稀缺的发展形势。于此同时，伴随人们环境保护意识的逐步增强，电动汽车、混合动力汽车必然会转变成未来一段时间里汽车发展的主流，该种新类型的动力汽车相较于传统动力汽车是一场全新的汽车革命，强化混合动力汽车研发，可积极促进国民经济有序健康发展。近年来，计算机技术、自动控制技术以及一系列智能控制技术（诸如神经网络控制系统、自适应控制技术、模糊控制技术）在混合动力汽车中的逐步推广，将进一步推动混合动力汽车的不断发展[3]。

（1）推进控制策略的进一步优化。现阶段，我国混合动力汽车控制策略相关研究依旧处在起步发展阶段，还不太成熟。显而易见，相较于串联式控制模式，并联式控制模式要难得多，很大原因在于采取控制策略期间，往往还需考虑燃油成本、车辆运行工况及发动机各项性能等一系列因素，这很大程度上会提升其复杂性。鉴于此，针对现阶段发展实情而言，对当前控制策略开展全面优化是当务之急。

（2）并联式混合动力汽车中选取的小容量蓄电池组、小功率电机是一种具备一定发展前景的控制策略。一方面其可减少生产制造成本，一方面其可减轻混合动力汽车自重，有着更高的性价比，可算得上是一种相对理想的系统型式。值得注意问题的是，在应用该种系统时如何有效获取整车最佳燃油经济性。

（3）控制系统模块化。经由功能模块发展、组合，进而不断达成汽车动力的电气化。通过不断强化每一模块协调性，实现“一动而动全身”，并确保每一模块的各自独立，即便一个控制模块出现异常情况，亦不会对车辆行使整体安全性带来不利影响[4]。

4 结束语

总而言之，伴随人们对环境保护要求的逐步严苛，混合动力汽车是汽车行业发展的主流方向，混合动力汽车技术，作为一种可持续、多样化、可再生新能源时代的共性技术，势必能够得到越来越有效的发展。鉴于此，相关人员务必要清楚认识混合动力汽车的优点、混合动力汽车分类及原理，全面分析现阶段提出混合动力汽车控制策略中存在的不足，结合混合动力汽车发展现状，不断钻研研究、总结经验，对优化控制策略开展优化，强化对混合动力汽车控制策略的研究，积极促进混合动力汽车有序健康发展。

参考文献：

[1]马旭.混合动力汽车结构、原理及发展前景研究分析[J].中国科技纵横，2010，09（22）：06-08.

[2]朱玉强.浅议混合动力汽车原理及发展前景[J].山东工业技术，2015，13（07）：67.

[3]鈕怡飙.混合动力汽车现状及发展趋势浅析[J].汽车与配件，2015（50）：49-51.

[4]庄伟超，丁洋，邱立琦，王良模，邹小俊.插电式混合动力汽车控制策略的研究现状及发展趋势[J].机械设计与制造工程，2016，45（06）：11-17.

作者简介：杨洪振（1985—），男，河南沈丘人，本科，助教，研究方向：车辆工程。