混合动力技术在车辆工程领域的应用与研究现状崔国鹏

崔国鹏王宝洋

长城汽车股份有限公司生产技术开发中心天津300462

摘要：在以节能和环保为主题的当今社会，混合动力必然是未来一定时期内车辆领域主要发展的驱动技术。介绍混合动力系统的两种主要驱动形式，即油、电混合动力和液压混合动力，在简要概括各自结构特点的基础上，比较两者在应用侧重方向上的差异性，综述混合动力技术在乘用车辆、工程车辆、军用车辆和矿用车辆等几大车辆工程领域的应用和研究发展现状；最后，总结混合动力技术研发推广存在的难点，包括技术方案分析、参数优化匹配、系统控制策略和特殊工况要求等。

关键词：混合动力；车辆工程；驱动系统；应用；研究现状

1混合动力技术研究现状

1．1油、电混合动力系统

混合动力是一种区别于传统车辆的新能源车辆技术，通常意义上是指油、电混合动力，即车辆在保留传统内燃机的基础上，配合使用电动机提供辅助动力，系统可按照整车实际运行工况要求而进行灵活调控，使得发动机始终保持在综合性能最佳的工作区域，可有效降低其油耗与排放。油、电混合动力技术开展较早，是目前混合动力系统中应用最广泛的一种，已有多款小型汽车产品投放市场，按照连接方式可以将其划分为串联式、并联式和混联式3种。

1．2液压混合动力系统

液压混合动力系统由发动机和液压动力系统组成，其中液压动力系统以液压蓄能器作为可逆储能元件，液压泵、液压马达作为动力元件。按照动力驱动方式不同，液压混合动力系统可以划分为串联式、并联式和混联式3种，其工作原理与油、电混合动力系统类似，而目前应用较广泛的主要有串联式和并联式两种。串联式系统主要应用于轻、中型车，并联式系统主要应用于中、重型车，并且它也是国内外研究液压混合动力系统的重要关注点。作为一种新型的混合动力技术，液压混合动力在某些方面拥有油、电混合动力无法比拟的优势。液压混合动力具有功率密度大的特点，其车辆拥有良好的制动能量和再利用率。液压混合动力传动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可达到61%，而油、电混合动力传动只能达到17．5%。在频繁起停的工况下，液压混合动力车辆的燃油经济性比油、电混合动力车辆的好，因此，在车辆起停频繁工况下，液压混合动力技术是改善车辆机械燃油性和排放性能的最佳选择。目前，液压混合动力技术主要应用于大功率运输车辆上，尤其是在城市公交车、工程机械的行走装置和军用车辆的驱动系统中都显示出较强的可应用性。由于液压蓄能器的能量密度低，液压混合动力车辆的续航能力比油、电混合动力车辆差，因此综合液压混合动力的高功率密度和油、电混合动力高能量密度的优点，寻求液压储能与电动储能结合的新型混合动力传动系统的研究是液压混合动力领域的一个重要方向。

2混合动力车辆应用现状

2．1混合动力乘用车辆

1997年世界首款批量生产的，也是迄今世界上最成熟的混合动力轿车———丰田普锐斯在日本问世，当年售出18000辆，从此打开了混合动力汽车的市场，世界各国纷纷开始研发混合动力汽车。伴随着汽车行业的不断发展，混合动力技术现在也广泛应用在客车等乘用车上，其中城市公交客车更是研究的焦点。

我国城市公交车具有平均运行速度低，行驶过程中频繁起动、加速、制动和停车、怠速时间长的特点，这样的行驶工况严重浪费了车辆的行驶动能，导致油耗普遍较高。汽车在起动及加速时尾气排放量最大，而城市公交车频繁的靠站停车、减速制动增加了车辆尾气排放。相比较而言，混合动力汽车低速运行时则可以采用纯电力驱动，并具有制动能量自动回收等性能，以此弥补了传统城市公交车在燃料消耗和尾气排放方面的不足，其动力系统由发动机与电动机混合驱动，发动机处于平稳运转状态，故障率低，大大降低了公交车的维修成本，与传统公交车相比，百公里平均油耗可下降15%～25%，极大降低了企业运营成本，因此混合动力技术在公交车上推广和应用具有重要实际意义。

2．2混合动力工程车辆

工程机械整机重量大，长期工作在恶劣工况下，外负载变化大，作业周期长，在减速制动时不但浪大量能量，同时还会导致系统发热，影响元件寿命。采用混合动力技术回收浪费掉的制动能量和重物势能成为节能降耗的一项有效措施，应用于工程机械上的混合动力主要有油、电混合动力和液压混合动力两种，尽管两者的工作原理基本相同，但两种混合动力系统在性能上的存在着差异，相关学者对此也有一定的研究。当前，混合动力工程机械产品主要集中在装载机、挖掘机、叉车等三大类工程机械上，而液压挖掘机相对上述其他两类工程机械更容易实现混合动力，且节能效果更明显，是各大工程机械厂家研制混合动力的优先机种。

2．3混合动力军用车辆

尽管混合动力汽车已在国际市场上占据了一席之地，世界上大多数军用车辆却仍然使用重质燃油，但这并不意味着混合动力在军事领域被忽略。以美国为代表的世界军事大国将混合动力技术视为未来车辆动力的核心技术，因为混合动力军车相对于传统动力军车来说，具有不可比拟的优势：不但可以提高车辆的动力性能以满足战场形势，而且采用两套动力源，在其中一套被损坏的情况下，另一套动力系统仍然可以保证车辆的正常工作，大大增强了战斗能力和随车人员生存能力；因排放烟度减少和排温降低，大大降低了车辆的可见特征和红外特征，在纯电动模式下，车辆的噪声和热特征几乎消失，减少了被敌方追踪和命中的概率。

2．4混合动力矿用车辆

矿用车辆用于井下辅助运输，使用条件复杂，工况变换频繁。采用防爆柴油机驱动的煤矿无轨胶轮车较之普通汽车，其发动机油耗更大，排放污染也更加严重，因此，使用清洁能源，实现低污染甚至零污染排放，已是当今井下辅助运输迫切需要解决的难题。目前，国内对防爆发动机研究已有一定的工作基础，在矿用蓄电池技术的基础上已拥有了独立的产品，但是在矿用车辆混合动力技术方面还处于探索阶段，还没有形成相关的成熟技术路线、核心技术及标准体系。其主要原因在于：混合动力技术应用于矿井运输车辆上，不但要满足混合动力系统所要满足的一切要求，还要满足煤矿井下的防爆要求。

2.5混合动力技术在乘用车辆中的应用分析

就我国城市公交来说，考虑到城市公交特殊的交通用途，其普遍具有行驶过程断续性强、平均运行速度低、怠速时间长等特点，在汽车实际运行过程中，普遍存在着严重的行驶动能浪费问题。同时，频繁的启动、刹车，额外增加了大量的尾气排放。针对以上情况，将传统城市乘用汽车更替为混合动力汽车，不仅优化了城市乘用汽车整体的运行性能，降低汽车运行故障的发生概率，同时有效降低了城市乘用汽车的运行油耗和排放量。相关调查数据显示，油电混合动力公交车的百公里平均油耗要比传统公交车低15.0%～25.0%左右，将这一数据扩大至全国的公交车，就可以证明推广混合动力公交车具有重要的现实意义。

3结语

混合动力技术作为目前提高车辆动力性和燃油经济性的重要技术手段，越发受到各国政府和生产商的重视。虽然混合动力技术已经应用在不少车辆领域，但在大力研发和推广上还存在着很多难点为此，在混合动力技术发展过程中，未来还要着力降低成本，提高节能效率。

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