混合动力技术在车辆工程领域的应用与研究现状

混合动力技术在车辆工程领域的应用与研究现状

王兴权

（北京交通大学海滨学院河北黄骅061199）

摘要：随着能源问题的逐渐凸显，现如今节约能源以及保护环境成为经济发展过程中应当着重关注的问题之一，在车辆工程领域，混合动力成为了未来发展的趋势，本文主要是详细的阐述了混合动力系统的两种形式，分别是油电混合动力以及液压混合动力两种驱动形式。首先是对两种驱动形式的基本特征以及优缺点进行了介绍，然后对于两种驱动方式进行了比较说明，介绍了两种动力驱动技术在车辆工程中的应用现状，最后，详细的介绍了现阶段混合动力技术发展过程中存在的问题，并从技术方案分析、参数优化匹配、系统控制策略等方面提出了相应的解决策略和建议。

关键词：混合动力；车辆工程；驱动系统；应用；研究现状

0、引言

现如今随着环境问题逐渐受到越来越多的重视，节能成为了主要的发展趋势。车辆工程中汽车的尾气排放也成为了污染环境的主要因素，如何减少汽车尾气的排放量、提高尾气的清洁度成为了现阶段研究的热点问题。荷兰的学者经过研究发现，汽车尾气是环境污染的主要因素之一。除此之外，随着对于行走机械的环境要求越来越高，实现其节能、安全以及智能化成为了主要目标，不断的通过科技进步带动机械工程领域的进步，降低由于发动机产生的尾气成为了主要研究趋势。

资源的短缺致使许多新的技术被发明出来，但是电动车辆的发展还处于初步阶段，并不能够直接取代燃料动力发动机，但是混合动力车辆的研制直接融合了两者的优点，既能够实现低耗能、低排放，在性能上与传统的车辆相比有所提高，同时成本也比传统的车辆有所减少。所以，应当大力的推广混合动力技术在整个车辆工程领域的应用，不断的鼓励车辆采用混合动力技术，这也成为了当前的发展趋势之一。本文主要详细的阐述了混合动力系统的两种形式，分别是油电混合动力系统以及液压混合动力系统。在此基础上，从车辆工程领域着手，分析了这两种动力系统的应用现状以及发展的过程中存在的问题和难点。

1、混合动力技术研究现状

1.1油、电混合动力系统

混合动力指的是油电混合动力技术，是在保留车辆内燃机的基础上，使之与电动机配合，电动机进行辅助提供动力的一种动力技术。在内燃机与电动机配合的基础上，系统可以对整个车辆的运行状况进行监督和管理，始终让发动机的综合性能处于最优的区域内，以期实现低耗能和低排放。油电混合动力技术是较早被提出来的一种动力技术，现阶段已经取得了良好的发展，广泛的应用于小型的汽车中，根据其连接方式的不同可以将油电混合动力技术大致分为以下三类，分别是串联式、并联式以及混联式。所谓的串联式指的就是在汽车启动的过程中由发动机直接发动发电机进行发电，然后通过控制器传输到电动机，电动机利用电流产生电磁力矩，最终是汽车启动起来。这种方式工作的过程简单，可以实现较低的能耗，但是串联式由于中间的转化过程比较复杂，所以直接导致了在汽车启动的过程中的燃油经济性不高。所谓的并联式驱动指的就是在汽车驱动的系统中存在着两种驱动系统，分别是发动机驱动系统以及电力驱动系统，在实际的工作过程中这两个系统可以分别单独的工作，也可以配合工作。这种控制方式在工作的过程中具有较高的稳定性以及可以节约燃油，产生较少的尾气，但是这种并联式的由于内部的结构比较复杂，所以在控制的时候容易出现故障，控制的难度比较大。根据串联式和并联式的动力驱动系统的优缺点，研制出了混联式汽车驱动系统，混联式汽车驱动系统同时具有串联式和并联式的优点，在车辆的行驶速度较慢的时候，驱动系统工作的时候采用的是串联式驱动系统，反之，当车辆高速行驶的过程中，采用的是并联式汽车驱动系统。但是混联式的驱动系统也具有控制难度大的特点，同时生产成本也相对较高。

1.2液压混合动力系统

液压混合动力系统主要由发动机以及液压动力系统组成。根据连接的方式的不同，液压式混合动力系统也可以分为三种不同的类型，分类方法与油电混合动力系统的相似，主要有串联式、并联式以及混联式三种，经过调查研究发现，国内经常采用的主要有串联式和并联式两种驱动方式。串联式的混合动力系统一般是应用于比较小型的车辆中，而并联式的驱动系统一般运用于中型或者大型的车辆中。液压式动力系统的性能明显高于油电混合式动力系统的性能。液压式动力系统的输出功率比较大，有良好的制动能力。经过研究表明，液压式的混合动力系统对于从实现再生制动到再生制动能量用以驱动车辆之间的效率为62%，远远高于油电混合动力传动系统的18%。所以当车辆进行频繁地启动的时候，液压混合动力系统能够节约更多的燃油，经济性更好，节约行驶的成本。根据液压式混合动力系统的优点我们可以知道，目前液压式混合动力系统被广泛的应用于功率比较大的运输车辆的发动，比如说公交车、大型的客车以及工程机械的行走装置等等。

2、混合动力车辆应用现状

2.1混合动力乘用车辆

最先在车辆工程中使用混合动力系统的是日本的丰田汽车，日本丰田汽车于1997年首次批量生产出了第一批混合动力汽车。随着混合动力技术的不断普及和发展，世界各国也纷纷开始生产混合动力汽车，经过长时间的发展，混合动力汽车已经广泛的应用于公交车。在2008年北京奥运会和2010年上海世博会的电动汽车市场需求牵引之下，我国“863项目”中一汽集团和东风集团分别研发了混合驱动的公交车和大型客车。由于公交车在运行过程中需要进行频繁地停车和制动，所以就会造成油耗较大的的现象产生，为了改善这一现象，在公交车的设计过程中采用了混合动力系统。混合动力系统的引入直接降低了公交车的为其排放量，以及能源的消耗量，在运行速度比较低的时候，可以采用电力驱动，采用这种驱动方式能够使公交车的发动机处于稳定的运行状态，在运行过程中出现较少的故障，降低了车辆的维修成本，由此可见，在公交车的设计过程中应用混合动力技术具有重要的现实意义。

2.2混合动力工程车辆

工程机械重量比较大，在工作的过程中环境也比较复杂，作业的周期也比较长，所以在制动的过程中会消耗大量的能量，直接影响整个机械的使用寿命。如果在大型的机械设备中采用混合动力系统能够有效的减少不必要的能源的浪费。油电混合动力系统以及液压混合动力系统都已经广泛的运用于工程机械中，虽然这两种混合动力系统的工作原理以及分类方式都有类似的地方，但是在实际的应用过程中还存在一定的差异。比如说有学者以挖掘机为研究模型，通过建立仿真模型，分析了油、电混合动力挖掘机和液压混合动力挖掘机在控制性能、能量利用效率及动力性能等方面的差异。现阶段，主要采用液压混合动力系统的主要施工机械有装载机、挖掘机以及叉车三类施工机具，这三类施工机具采用液压混合动力系统节能的效果比采用油电混合动力系统更加明显。

参考文献

[1]李天宇.混合动力工程车辆自动变速换挡策略及控制方法研究[D].吉林大学,2014.

[2]石涛.对混合动力技术在煤矿井下无轨特种车辆使用可能性的探讨[J].煤矿机械,2012,(09):224-225.

[3]李莺莺,孟广良,李学忠.混合动力技术在工程机械上的应用——信息技术在工程机械上的应用综述之三[J].工程机械,2009,(09):43-48+8-9.