油电混合动力技术实现及控制分析

油电混合动力技术实现及控制分析

齐英杰1丛志宇2张岩3

（1长安福特汽车有限公司重庆404100；

2上汽大通汽车有限公司南京分公司上海211100；

3长城汽车股份有限公司河北保定071000）

摘要：燃油动力汽车是我们在街上司空见惯的，在车展上我们也时常能见到电力车。油电混合动力可以说是这两种模式的混合体。文章主要分析了油电混合动力技术实现及控制。

关键词：混合动力；汽车；燃油经济性

随着能源危机加剧与地球环境的恶化，作为耗能大户的汽车近年来生产量与普及率都在大增，生产出更节能的油电混合汽车就成为汽车产业发展的趋势。一方面油电混合动力汽车可采用多动力驱动，减少汽油的消耗与其产生的污染；另一方面可实现能量流的多样化回收，实现能量的再利用。

1油电混合动力的配置形式

1.1串联式混合动力系统

串联式混合动力系统是内燃发动机的动力以串联的方式供应到电动机。串联式系统由电动机、发动机、发电机、HV蓄电池、变压器组成。以电动机驱动车轮，驱动力直接来自于电动机，而电动机的电力来自发动机。采用这种混合方式可以利用发动机动力发电，从而带动电动机驱动车轮。其基本结构是由一个小输出功率的发动机进行准稳恒性运转来带动发电机，负荷小时由电池驱动电动机带动车轮转动，负荷大时则由发动机带动发电机发电驱动电动机。当汽车处于启动、加速、爬坡的工况时，发动机电动机组和电池组共同向电动机提供电能；当车处于低速、滑行、怠速的工况时，则由发动机和发电机组向电池组充电。

1.2并联式混合动力系统

并联式混合动力系统是动力的流向为并联。并联式系统由电动机、发动机、蓄电池、变压器组成。以电动机和内燃发动机来驱动车轮，用发动机来给HV蓄电池充电。并联式混合动力系统使用电动机和发动机两种电力来驱动车轮。并联式相对与串联式，部件相对较少，结构简单。但在整个形式过程中须依靠一套复杂的机械耦合系统来保证驱动力切换过程中能量的平稳输出。设计精良的变速器成为并联式混合动力系统节能和被接受的关键。

1.3混联式混合动力系统

混联式混合动力系统利用电动机和发动机来驱动车轮，并可用发电机来发电及自行充电。它由电动机、发动机、蓄电池、发电机、动力分离装置、变压器、转换器组成，利用电动机和发动机两个动力来驱动车轮，同时电动机在行驶中还可以发电。根据行驶条件的不同，可以仅靠电动机驱动力来行驶，或者利用发动机和电动机驱动行驶。特别开发的发电机可以实现一边行驶，一边给蓄电池充电。利用动力分离装置将发动机的动力分成两份，一部分用来直接驱动车轮，另一部分用来发电，给电动机供应电力和蓄电池充电。电动机擅长从低速带开始发挥威力，而发动机则在高速带大显身手。混联式系统通过理想地控制二者，在所有条件下提供高效率的行驶。

混联式混合动力系统结构复杂，实现技术难度大，燃油经济性表现突出，在丰田、通用等混合动力技术运用较早的汽车制造商的产品上均已成熟运用。但不论哪种实现形式，都是使电动机和发动机分担各自优势领域来实现低油耗。其中，混联式混合动力系统充分发挥电动机和发动机各自的特长来行驶以实现最高水准的低油耗。

2油电混合动力汽车不同工况下的工作模式

2.1起步阶段

当汽车启动时，发动机受限于其工作特性，不能在低旋转带输出大扭矩。而电动机可以灵敏、顺畅、高效地进行启动。在发动时，油电混合动力系统充分利用电动机启动时低速扭矩的特性，使用由蓄电池提供能量的电动机的动力启动，这时发动机并不运转。点火起动时，发动机进行运转，直至充分预热。

2.2低速行驶阶段

当汽车处于中低速行驶时，此时发动机的效率并不理想，而电动机在低速-中速带性能优越。因此，在低速-中速行驶时，油电混合动力系统使用蓄电池的电力，驱动高效利用能量的电动机行驶。但如果此时蓄电池所能提供的电量不足时，系统将利用发动机来带动发电机发电，为电动机提供动力。

2.3正常行驶阶段

在一般正常行驶过程中，油耗较低，系统切入发动机动力作为主要动力源使它在能产生最高效功率的速度带驱动。由发动机产生的动力直接驱动车轮，依照驾驶状况部分动力被分配给发电机。由发电机产生的动力用来驱动电动机和辅助发动机。利用发动机和电动机双重传动系统，发动机产生的动力以最小消耗传向地面。若此时蓄电池达到饱和状态，系统自动配置电动机和发动机的输出配比，将剩余能量用于蓄电池充电，多余的能量由发电机转换成电力，用于储存在蓄电池中。

2.4特殊路面行驶阶段

在爬坡或超车等需要全速形式的状态下，系统利用双动力来获得更高一级的加速。在原有发动机额定运转工作状态的基础上，蓄电池也提供电力，来加大电动机的驱动力。通过发动机和电动机双动力的结合运用，实现与高一级发动机同等水平的强劲而流畅的加速性能。

对于混合动力技术而言，燃油经济性的实现不仅体现在常规的加速和形式过程中。能耗制动的应用和电机实时响应替代燃油机组的怠速工作都是混合动力技术的特有技术。当汽车处于减速制动的工作状态时，普通燃油机车通过制动盘片摩擦生热将机械能转化为热能并将这部分能量以最快的速度散失。对油电混合动力系统而言在踩制动器和松油门时，系统使车轮的旋转力带动电动机运转，将其作为发电机使用，在此被转换成电能，回收到蓄电池中进行再利用。而在停车时发动机、电动机、发电机全部自动停止运转。不会因怠速而浪费能量。

3油电混合动力系统的逻辑控制

3.1油电混合动力系统逻辑控制的特点

输出控制方式不同。较之传统以内燃机作为动力源的汽车，混联式混合动力汽车的动力总成控制系统既要确定每个动力源的工作状态及分配到其上的需求转矩，又要控制其在不同工作状态之间的切换；换档控制方式不同。传统汽车的换档控制以驾驶者的动作意图为基础，当接收到新的工作状态指令后立即作出决策并传达至各执行机构，而混联式混合动力系统通常使用机械式自动变速器（AMT）型式的变速器，在接收到驾驶者动作意图后，动力总成控制器根据动力总成部件的当前状态进行部件协调控制后再做出决策；多部件协调控制复杂。除了对换档过程的部件状态进行协调外，动力总成控制器还需要对不同驱动模式下动力源及动力传动系统的工作状态协调控制，精确判断各种工况并及时调整动力输出，合理分配电机和燃油机的驱动力输出比并根据实际储电量做出调整。

3.2油电混合动力系统的关键控制环节

操作意图识别环节。操作意图体现的输入信息主要包括油门踏板的角度、制动踏板的角度、空调系统运行状况、换档手柄位置、转向要求等信息来识别驾驶员对汽车动力的需求；整车能量管理环节。能量管理是以驾驶员操控需求为目标，对整车当前所处状态，包括：蓄电池储电量、车速、档位和动力总成各传感器状态对多能源动力总成的能量流动路径和动力负荷分配进行优化，从系统的角度给出动力总成系统的目标控制状态，以期得到最佳的燃油经济性和排放特性；部件协调控制环节。此控制环节从部件的角度控制系统自当前状态切换到目标状态从而减小系统状态切换和换档过程中由于动力中断和恢复而引起的冲击，并协调状态切换过程的部件动作、避免相互间干扰，起到保护部件的目的并实现安全、舒适和最高效率行驶。

4结语

总之，如果说发展电动汽车是未来战略性产业的话，那么普及推广混合动力汽车就应作为汽车行业现实的战略性产业。对此行业要有清醒的认识，企业应有积极地行动，把混动技术的发展作为当今汽车技术进步的最重要方面来对待。

参考文献：

[1]马其贞，基于制动意图识别的制动能量回收控制算法研究[M].长春：吉林大学，2013.

[2]张江红.车辆工程领域中混合动力技术分析[J].内燃机与配件，2018（13）：94-95.