基于混合動(dòng)力汽車動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性研究

吳小盼

摘要：混合動(dòng)力汽車既具有傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車動(dòng)力性好的優(yōu)點(diǎn)，又具有純電動(dòng)汽車經(jīng)濟(jì)性高的優(yōu)點(diǎn)，其混合動(dòng)力系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)和能量?jī)?chǔ)存裝置構(gòu)成。通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速停機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)的優(yōu)化和再生制動(dòng)能量回收等方法提高了混合動(dòng)力汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性能和排放性能，因此需要重點(diǎn)加強(qiáng)研究，重點(diǎn)進(jìn)行混合動(dòng)力汽車動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)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(fèi)情況?；诖吮疚姆治隽嘶旌蟿?dòng)力汽車動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：混合動(dòng)力汽車;動(dòng)力性;經(jīng)濟(jì)性

1、國(guó)內(nèi)混合動(dòng)力汽車發(fā)展現(xiàn)狀

20世紀(jì)70年代，國(guó)內(nèi)的新能源汽車技術(shù)開始起步，并在90年代得到迅速的發(fā)展，并取得了一些研究成果。目前國(guó)內(nèi)已確立了以混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車及燃料電池汽車為“三縱”，以多能源動(dòng)力總成控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制系統(tǒng)和動(dòng)力電池及其管理系統(tǒng)為“三橫”的研發(fā)布局。

目前國(guó)內(nèi)已基本形成了新能源汽車的動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)平臺(tái)、新能源汽車技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系框架和測(cè)評(píng)能力，并具有了新能源汽車的小批量生產(chǎn)能力。目前在新能源汽車的研發(fā)過(guò)程中，混合動(dòng)力汽車成為了研究的主要方向。包括一汽、東風(fēng)、長(zhǎng)安、奇瑞、比亞迪等在內(nèi)的國(guó)內(nèi)汽車公司都加大了對(duì)混合動(dòng)力汽車的研發(fā)力度。目前國(guó)內(nèi)混合動(dòng)力汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已進(jìn)入了由科研轉(zhuǎn)向產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化的重要時(shí)期。

國(guó)內(nèi)新能源汽車的發(fā)展過(guò)程中還存在一些不足：①核心零部件技術(shù)還不夠成熟。雖然國(guó)內(nèi)新能源汽車技術(shù)取得了很大的發(fā)展，但整體水平仍是處于發(fā)展初期，與國(guó)際領(lǐng)先水平相比還有很大的差距。②配套設(shè)施不完善。目前電動(dòng)汽車的行程受到了電池技術(shù)水平的限制，能否得到及時(shí)充電的問(wèn)題也限制了電動(dòng)汽車的發(fā)展，在電動(dòng)汽車發(fā)展過(guò)程中充電站是非常重要的組成設(shè)施，其建設(shè)嚴(yán)重滯后，充電站較少且覆蓋面積小，這是電動(dòng)汽車發(fā)展的不利因素。③新能源汽車標(biāo)準(zhǔn)化工作不完善。就目前的情況來(lái)看，我國(guó)新能源汽車主要分為3種，即純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車和燃料電池汽車，并制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。由于3類汽車發(fā)展不均衡，因此制定的政策標(biāo)準(zhǔn)也不相同，發(fā)展戰(zhàn)略比較模糊。國(guó)內(nèi)混合動(dòng)力汽車的研究發(fā)展戰(zhàn)略不明確，不能形成規(guī)模，缺乏核心競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)，產(chǎn)品沒(méi)有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，發(fā)展缺乏明確的戰(zhàn)略規(guī)劃。

2、混合動(dòng)力汽車動(dòng)力性分析

對(duì)于混合動(dòng)力汽車來(lái)說(shuō)，其電池的控制和純電動(dòng)汽車的電池控制相同，同樣都需要電池來(lái)給電機(jī)提供能量以及對(duì)制動(dòng)能量進(jìn)行回收，而混合動(dòng)力汽車成本較低，因此推廣規(guī)模大于純電動(dòng)汽車。某種程度上混合動(dòng)力汽車可以說(shuō)是傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車和純電動(dòng)汽車的結(jié)合，成為了純電動(dòng)汽車發(fā)展的基礎(chǔ)。

汽車的最大速度、加速時(shí)間和最大坡度都是用來(lái)評(píng)價(jià)傳統(tǒng)電動(dòng)汽車的性能?；旌蟿?dòng)力汽車具有很大的容量?jī)?chǔ)能裝置。牽引或爬升時(shí)，電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)能夠同時(shí)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(dòng)力電動(dòng)汽車功率匹配中，需要合理的設(shè)置相關(guān)比例，即發(fā)動(dòng)機(jī)/電機(jī)功率參數(shù)、傳動(dòng)速比和主減速比，并且設(shè)置2套電源運(yùn)行模式，從而能夠更好的確保整體性能。只有在確保符合動(dòng)力要求下，才能夠更好的提高整體經(jīng)濟(jì)效益?；旌蟿?dòng)力電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能評(píng)價(jià)指標(biāo)與傳統(tǒng)汽車的最大速度、加速時(shí)間和最大爬坡坡度相同。最大轉(zhuǎn)速的影響因素主要有：（1）發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率和最大轉(zhuǎn)速;（2）電動(dòng)機(jī)的通用特性轉(zhuǎn)速。影響加速時(shí)間的主要因素：①電機(jī)最大輸出扭矩，②電池峰值放電功率，③發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性的扭矩上限。最大爬坡度的主要影響因素：①電機(jī)最大輸出扭矩②發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性的扭矩上限。合理的設(shè)定整車動(dòng)力性參數(shù)，并且重點(diǎn)加強(qiáng)理論分析非常重要，從而能夠更好的進(jìn)選型，確保整個(gè)過(guò)程動(dòng)力源及傳動(dòng)系統(tǒng)性能。

3、混合動(dòng)力汽車經(jīng)濟(jì)性分析

3.1優(yōu)化約束條件和動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)函數(shù)的確定

3.1.1優(yōu)化約束條件的建立

汽車的兩個(gè)變速箱和一檔的速比需要滿足爬坡的最高需求，對(duì)于二檔的速比需要大于最大速度，檔的最大驅(qū)動(dòng)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(jù)上述速比約束，同時(shí)根速比進(jìn)行約束控制。

3.1.2優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的建立

為了將動(dòng)態(tài)目標(biāo)函數(shù)與經(jīng)濟(jì)目標(biāo)函數(shù)相結(jié)合，將雙目標(biāo)優(yōu)化轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)優(yōu)化，將動(dòng)態(tài)目標(biāo)函數(shù)與經(jīng)濟(jì)目標(biāo)函數(shù)加權(quán)在一起。由于最終目標(biāo)函數(shù)是以最小值為目標(biāo)，經(jīng)濟(jì)目標(biāo)函數(shù)是倒計(jì)時(shí)或負(fù)的簡(jiǎn)單處理。

3.2混合動(dòng)力的節(jié)能方式分析

根據(jù)節(jié)能原理混合節(jié)能模式主要分為以下幾種情況：1）非穩(wěn)態(tài)適應(yīng)性。在曲軸轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)控制機(jī)構(gòu)位置不斷變化的情況下，會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生不利影響。通過(guò)汽車尾氣排放和燃油經(jīng)濟(jì)性的合法駕駛，可以得出結(jié)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(wěn)定。2）停車怠速影響。怠速過(guò)程在混合動(dòng)力汽車中具有很多優(yōu)勢(shì)。3）工作效率影響。通過(guò)控制混合動(dòng)力汽車，需要選擇小功率發(fā)電機(jī)，使發(fā)動(dòng)機(jī)始終在經(jīng)濟(jì)高效的發(fā)動(dòng)機(jī)區(qū)域工作，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)始終處于經(jīng)濟(jì)最優(yōu)狀態(tài)。此外，混合動(dòng)力節(jié)能模式還受制動(dòng)能量回收、控制過(guò)程等因素的影響，從而確保整體效果。

3.3混合動(dòng)力能量二次轉(zhuǎn)換損失

混合動(dòng)力汽車的電能來(lái)自給發(fā)動(dòng)機(jī)充電的電池，驅(qū)動(dòng)電機(jī)過(guò)程的本質(zhì)是二次能量轉(zhuǎn)換過(guò)程。通過(guò)熱能和機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，降低了效率損失。目前，混合動(dòng)力汽車的電機(jī)效率約為81-86%，發(fā)電機(jī)效率約為91-96%，電池的能量通常為26-76%。

總之，隨著社會(huì)的發(fā)展，汽車工業(yè)得到進(jìn)一步發(fā)展，環(huán)境污染也是越來(lái)越嚴(yán)重，我國(guó)也加大了對(duì)混合動(dòng)力汽車的研制力度，并且對(duì)于這類汽車也是不斷推廣，因此重點(diǎn)加強(qiáng)混合動(dòng)力汽車動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性研究非常關(guān)鍵，需要引起我們的高度重視。

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