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混合動(dòng)力汽車(chē)研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)分析介紹

2025China.cn   2009年04月07日
  混合動(dòng)力系統(tǒng)的研發(fā)需要解決很多技術(shù)問(wèn)題,比如控制策略的設(shè)計(jì)、內(nèi)燃機(jī)燃燒系統(tǒng)的優(yōu)化、蓄電池的改進(jìn)、傳動(dòng)系統(tǒng)的匹配設(shè)計(jì)和新材料新工藝的應(yīng)用等等。
  1控制系統(tǒng)
  這里的控制系統(tǒng)是指汽車(chē)動(dòng)力總成集中控制系統(tǒng),它是整車(chē)正常行駛的核心單元。傳統(tǒng)內(nèi)燃汽車(chē)的控制系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比(或噴油量)控制、點(diǎn)火控制和怠速控制,以及變速器的檔位變換和換檔感覺(jué)控制等。混合動(dòng)力汽車(chē)的控制還需要根據(jù)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷及車(chē)速等信息和相關(guān)設(shè)備的狀態(tài)確定發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)的功率分配策略,即當(dāng)汽車(chē)的負(fù)荷給定后工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)版權(quán)所有,首先要確定發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)輸出功率的比例,以保證滿足汽車(chē)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放性等性能指標(biāo)的要求。為了滿足混合動(dòng)力汽車(chē)的包括駕駛性等的要求,需要設(shè)計(jì)與混合動(dòng)力系統(tǒng)相適應(yīng)的控制系統(tǒng)和控制策略。
  混合動(dòng)力汽車(chē)控制策略
  由于各種混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)結(jié)構(gòu)上的差異,因而需要不同的控制策略來(lái)調(diào)節(jié)和控制功率流在不同元件間的流動(dòng),其目的是為了達(dá)到以下四個(gè)主要目標(biāo):
  -最佳的燃油經(jīng)濟(jì)性
  -最低的排放
  -最低的系統(tǒng)成本
  -最好的驅(qū)動(dòng)性能
  混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)控制策略的設(shè)計(jì)主要考慮以下幾點(diǎn):
 ?。?)優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn):基于最佳燃油經(jīng)濟(jì)性、最低排放或者二者選其一,根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速特性曲線確定最優(yōu)工作點(diǎn);
 ?。?)優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)的工作曲線:如果發(fā)動(dòng)機(jī)需要發(fā)出不同的功率,相應(yīng)的最優(yōu)工作點(diǎn)就構(gòu)成了發(fā)動(dòng)機(jī)的最優(yōu)工作曲線;
 ?。?)優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)的工作區(qū):在轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速特性曲線上,發(fā)動(dòng)機(jī)有一個(gè)首選的工作區(qū),在此工作區(qū)內(nèi),燃油效率最高;
 ?。?)最小的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)波動(dòng):應(yīng)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的工作轉(zhuǎn)速以避免波動(dòng),從而使發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)波動(dòng)達(dá)到最?。?BR> ?。?)限制發(fā)動(dòng)機(jī)最低轉(zhuǎn)速:當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)低速運(yùn)行時(shí),燃油效率很低,因而當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于某一下限值時(shí),應(yīng)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī);
 ?。?)減少發(fā)動(dòng)機(jī)的開(kāi)/關(guān)次數(shù):頻繁地開(kāi)/關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī),引起油耗和排放增加;
 ?。?)合適的蓄電池荷電狀態(tài):蓄電池的容量須保持在適當(dāng)?shù)乃?,以便在汽?chē)加速時(shí)提供足夠的功率,在汽車(chē)制動(dòng)或下坡時(shí)能回收能量。若蓄電池的容量過(guò)高,應(yīng)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)或使之怠速運(yùn)轉(zhuǎn);
  (8)安全的蓄電池電壓:在放電、發(fā)電機(jī)充電或制動(dòng)回收充電時(shí),蓄電池的電壓揮發(fā)生很大變化,應(yīng)避免蓄電池電壓過(guò)低或過(guò)高,否則蓄電池會(huì)產(chǎn)生永久性破損,因而蓄電池管理很關(guān)鍵;
  (9)分工適當(dāng):在驅(qū)動(dòng)循環(huán)中,發(fā)動(dòng)機(jī)和蓄電池應(yīng)合理分擔(dān)汽車(chē)所需功率;
 ?。?0)在某些城市或地區(qū)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)以純電動(dòng)模式工作效率最高,這種轉(zhuǎn)變可以通過(guò)手動(dòng)或自動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
 2內(nèi)燃機(jī)
  經(jīng)過(guò)100多年的發(fā)展,車(chē)用內(nèi)燃機(jī)在動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性及排放控制方面獲得了很大改善。近年來(lái)電控燃油噴射、排氣再循環(huán)、增壓中冷、可變進(jìn)氣渦輪、高壓共軌和催化后處理等技術(shù)的應(yīng)用,更使汽車(chē)的性能飛速提高,因此,作為一種成熟的動(dòng)力設(shè)備,內(nèi)燃機(jī)在混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)上的應(yīng)用難度不大。由于可移動(dòng)性能好、比功率大、熱效率也較高,因此,內(nèi)燃機(jī)仍然是影響整車(chē)效率和性能的關(guān)鍵設(shè)備。
  3蓄電池
  蓄電池是混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù),也是提高整車(chē)性能和降低成本的重要發(fā)展方向。自上世紀(jì)90年代以來(lái),蓄電池的比能量、比功率、循環(huán)壽命等方面的問(wèn)題就一直成為電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的主要障礙;對(duì)于混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)來(lái)說(shuō),由于電動(dòng)比例較高,因此同樣面臨著蓄電池技術(shù)改進(jìn)的問(wèn)題:第一,比能量相對(duì)不足,因而成本較高,比能量值越高,汽車(chē)經(jīng)濟(jì)性越好;第二,蓄電池的壽命相對(duì)較短,蓄電池壽命一般為充放電1000次左右,比整車(chē)壽命低得多,若在汽車(chē)十幾年的生命周期頻繁更換蓄電池的話,混合動(dòng)力汽車(chē)的運(yùn)營(yíng)成本將大大提高。另外,蓄電池的應(yīng)用還涉及到充電時(shí)間較長(zhǎng)、電池荷電狀態(tài)(SOC)判別等問(wèn)題這些都不同程度影響整車(chē)性能。目前,在混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)上使用的蓄電池主要是鉛酸電池、鎳氫電池(MH-Ni)和鋰離子電池,如克萊斯勒ESX2采用鉛酸電池,豐田Prius和本田Insight用鎳氫電池日產(chǎn)Tino用鋰離子電池。
  4其它技術(shù)
  電動(dòng)機(jī)技術(shù)、轉(zhuǎn)矩合成技術(shù)和新材料應(yīng)用技術(shù)對(duì)于混合動(dòng)力汽車(chē)系統(tǒng)也都起著舉足輕重的作用。比如,電動(dòng)機(jī)技術(shù)涉及電機(jī)的工作效率和能量回收策略等問(wèn)題;轉(zhuǎn)矩合成器將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩耦合輸出,對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)性和可靠性有重大影響;材料技術(shù)的應(yīng)用主要指輕質(zhì)高強(qiáng)度材料的選擇這對(duì)提高汽車(chē)性能極為有利。

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