车辆工程领域中混合动力技术的应用现状分析

车辆工程领域中混合动力技术的应用现状分析

李锋涛 高旭 任晨晨 贾毅 张嘉伟

中北大学朔州校区 036000

摘要：在环保、节能的行业发展需求之下，车辆工程将会在混合动力的技术应用研究中取得更多成果。当前这一技术的动力系统主要包含油电混合以及液压混合两种类型，在乘用车辆以及工程车辆中已经得到实践和应用。在应用现状方面，这一技术依然存在电池质量欠缺、系统参数难以控制以及技术应用成本相对较高等问题，其应用的主要方向包含动力耦合、机车参数控制、能量系数分配以及串并联结构设计中，后续发展前景良好。

关键词：车辆工程；混合动力技术；应用分析

引言：交通行业相关的技术研究在近年来不断取得突破，各种新型的车辆等运输工具被研发出来并得到应用，促使车辆的舒适度、运输效果以及安全性能等都得到了进一步提升。混合动力是车辆工程中重点研发的一项技术，对于车辆工程领域的突破和发展具有重要意义。当前行业内的专业机构或单位已经在这一技术的基础上研发出了液压混合以及油电混合等重多应用类型，实现了对现场乘用及工程车辆运行状态的进一步优化。

一、混合动力技术研究现状

1、油、电混合动力系统

新能源汽车是当前车辆能源的重要研究方向，但是混合动力技术与之有所不同，是通过将电能与燃油结合应用的新型能源应用方式，这一系统将内燃机系统保留在车辆之中，并结合电动机设备为车辆提供前进动力，可以精确掌握车辆的运行状态。当前，这一技术研发的车辆已经投入市场使用，并取得良好的应用效果^[1]。

2、液压混合动力系统

液压混合动力是将液压动力与发动机有机结合的技术应用类型，在车辆工程中得到广泛应用。这一技术在应用的过程中需要加装液压蓄能器这一储能可逆的元器件。液压混合系统具有液压泵以及液压马达等不同的动力元件，可以产生不同类型的驱动方式，选择的不同方式的电路连接也会具有不同的系统运作模式，当前主要有五种系统类型，其中串联式和并联式应用频率相对较高，串联式系统多用于中型或轻型车辆之中。

二、混合动力车辆应用现状

1、混合动力乘用车辆

丰田于1997年第一次将加装混合动力系统的车辆投入市场，后期各国也陆续开展对混合动力技术的研究应用和创新推广。例如，国内东风集团以及一汽集团在奥运会以及世博会的影响下，于“863项目”中研发了大型客车以及公交车类型的混合驱动车辆。公交车这类需要频繁制动停车的车辆往往会相对其他车辆面临更为直观的能耗问题，为了有效解决公交车油耗大的问题，相关企业或单位决定将混合动力技术应用于公交车的驱动系统之中。实践表明，混合动力系统制造的公交车具有更低的能耗和排放量，可以依靠电力驱动的方式满足公交车的低速行驶要求，促使发动机长久保持稳定运行状态，有效降低车辆故障概率，降低车辆运行维护成本^[2]。

2、混合动力工程车辆

工程车辆或机械设备往往被应用到众多周期长、工作量大的工程之中，需要在复杂的作业过程中消耗大量的能源。针对能耗问题，国内对液压以及油电这两种混合动力技术进行了更深入的研究，并将其广泛应用于挖掘机以及装载机等工程车辆之中。山河智能、徐工、厦工、三一重工等企业，浙江大学、中南大学、吉林大学等高校，均投入大量资源对相关项目进行了深入研究，研发出了产品样机以及技术理念等理论与实践成果。例如，2010年，柳工在BaumaChina展中将CLG862-HYBRID这一基于混合动力技术研发的装载机展出，这一装载机是一套油电混合，采用ISG电机与发动机并联的结构，并利用超级电容储存能源，可以满足不同工作情况下的转矩平衡要求，相对CLG862这一传统装载机可以节约10.5%的油耗。

三、混合动力技术在应用中的问题

1、混合动力系统控制参数难度大

装载混合动力系统的机车通常将高压蓄能器作为前驱装置，在智能传感器的帮助下实现智能化的车辆操控工作。例如，智能系统可以有效控制脉冲信号的发射频率，从而高效稳定地控制驱动系统运转。混合动力系统中包含多目标控制以及多动力源输入，其系统控制以及回收制动能量等流程往往更加复杂，这也导致研发人员需要充分考虑车辆在不同运行环境及工况下的动力及燃油性能参数，还需要对成本以及车辆使用寿命进行综合考虑，这增加了研发设计难度。此外，在控制系统参数方面，混合动力系统往往更加复杂，转速结合的耦合装置也难以在生产过程中得到普遍应用，相关研究单位及人员需要持续加强对系统控制性能的优化改进研究。

2、充电电池组的系统性能差

燃油与电力混合应用的汽车往往在电池系统方面存在较多问题，现阶段的汽车蓄电池往往难以满足车辆运行所需的高存储量和高功率，车辆在充电、续航等方面存在较多不足之中，而且使用寿命相对较短，导致混合动力汽车的推广应用受到一定程度的限制。

3、车辆成本较高

当前国内传统燃油汽车的成本远低于混合动力汽车，这与混合动力技术复杂性强、系统规模庞大以及技术研究层次相对较低存在一定关联，相关企业或单位尚未研发出低成本、高效率的混合动力汽车，后续需要持续加强对相关技术的研究。

四、混合动力技术在车辆工程领域中的应用分析

1、串并联式的车辆系统结构设计

液压系统中常用到串联式与并联式的动力系统，而串并联式的系统主要是将发电机与电动机连接，促使汽车内部元件储能效果更加优异，实现发电机产出能量与储能元件的高度整合，为汽车高效驱动提供稳定的能源供应。其中，发电机与电动机的连接可以归属于机械式的连接方式，而储能电容等储能元件与电动机的连接可以归属于电气式的连接方式，具有更高的能源利用率和动力供应能力。

2、车辆动力能量系数的合理分配

混合动力车辆的能量相关系数分配工作需要借助相应的仪器来进行，在对流量控制及相关指标检测的过程中需要依靠精滤器开展，在对电控单元进行优化提升的过程中需要依靠轨压传感器辅助进行，实现对高压状态中喷油嘴的高效控制^[3]。同时，对于车辆的低压环境，系统可以依靠粗滤器这一配有手油泵的设备实现对油品的高效、高标准过滤，确保曲轴转速传感设备的状态维持稳定。此外，系统内置的电控单元可以对加速踏板以及凸轮轴等部位的传感器进行可靠监控，确保各项运行指标符合设定要求。为了进一步提升车辆修正转矩的效果，维持车辆运行的可靠性，可以对总制动力矩进行更深入的强化设计，并将电液制动以及再生制动中修正转矩的方式融入其中，提升制动系统的抗干扰能力。

3、动力耦合装置的应用

混合动力技术的一个研究难度就在于动力耦合装置的性能提升。当前主要的耦合类型主要有转速结合、驱动力结合以及转矩结合这三种裂隙，其中，转矩结合装置的适用性较强，可以直接应用到传统汽车驱动系统中，还可以通过间接或直接驱动的方式让发动机带动蓄电池进行相关反应；转速结合装置限制较多，难以在当前的车辆生产过程中得到大量使用；驱动力结合装置对车辆驱动能力的提升是依靠地面附着力来实现的，但是系统控制系数相对较高，系统相对复杂化。

结语：综上所述，混合动力技术在车辆工程领域中已经取得了一定的应用成果，但是现阶段依然存在油电混合系统中蓄电池应用效果差、系统控制难度大、制造成本高等问题，相关企业或单位需要持续研究混合动力技术的应用，在结构设计、耦合装置以及系统控制方面取得更多研究成果，促使车辆工程领域推出更多实用高效的车辆。

参考文献：

[1]于得洋,张伟,王涛.车辆工程领域中混合动力技术的应用现状分析[J].南方农机,2017(01).

[2]密静.车辆工程领域中混合动力技术的应用现状分析[J].百科论坛电子杂志,2018(15).

[3]李峥杰.浅析混合动力技术在车辆工程领域中的应用分析[J].内燃机与配件,2019(21).