從驅(qū)動(dòng)方式及相關(guān)主要技術(shù)看混合動(dòng)力汽車(chē)

（圖1:速銳得對(duì)雅閣混動(dòng)汽車(chē)DBC適配實(shí)測(cè)）

我們接觸過(guò)不少像卡羅拉、凱美瑞、雅閣等多款混合動(dòng)力車(chē)型，涉及整車(chē)控制策略數(shù)據(jù)就包涵了豐田氫能源車(chē)Mirai、日產(chǎn)最牛電動(dòng)汽車(chē)聆風(fēng)和E-POWER、雪弗蘭博爾特等。

由于現(xiàn)階段作為純電動(dòng)汽車(chē)和燃料電池汽車(chē)的關(guān)鍵部件之一電池存在密度低、壽命短、價(jià)格高等問(wèn)題，使得電動(dòng)汽車(chē)的性?xún)r(jià)比依然比傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)偏高。盡管目前具有世界先進(jìn)水平的純電動(dòng)汽車(chē)和燃料電池車(chē)的性能與內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)不相上下，但是過(guò)高的成本，用戶(hù)接受度不高、市場(chǎng)教育不夠，汽車(chē)銷(xiāo)量的數(shù)據(jù)依然不樂(lè)觀，混合動(dòng)力汽車(chē)更是如此。

我們還處在非典型性冠狀病毒疫情并未結(jié)束的前夜階段，融合內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)汽車(chē)優(yōu)點(diǎn)的混合動(dòng)力汽車(chē)感覺(jué)被“外部剎車(chē)”影響極大，銷(xiāo)量極為慘淡，就混合動(dòng)力汽車(chē)的節(jié)能、續(xù)航、排放、配置、實(shí)用性、越堵越省油等優(yōu)點(diǎn)，相信后續(xù)也會(huì)成為尖刀突起（有個(gè)性、但是量少）。最近翻閱了不少混合動(dòng)力汽車(chē)相關(guān)的資訊，豐田要給斯巴魯做混合動(dòng)力，大眾也要出混動(dòng)Touareg R，索納塔也要搞混動(dòng)，連不太出名的鈴木雨燕也要出混合動(dòng)力車(chē)型，零配件巨頭博世要出48V混動(dòng)技術(shù)等等。

混合動(dòng)力汽車(chē)，一般在一輛汽車(chē)上同時(shí)配備電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和輔助動(dòng)力單元的汽車(chē)，其中輔助動(dòng)力單元是燃燒某種燃料的原動(dòng)機(jī)或者由原動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)組。目前這套原動(dòng)力系統(tǒng)采用的一般為柴油機(jī)、汽油機(jī)或者燃?xì)廨啓C(jī)，你看，又繞回來(lái)了。

混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)將原動(dòng)力、電動(dòng)機(jī)、能量存儲(chǔ)裝置組合在一起，以實(shí)現(xiàn)他們之間良好的匹配和優(yōu)化控制，這樣可充分發(fā)揮內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)的優(yōu)點(diǎn)，各司其職又避免各自不足，達(dá)到低排放和低油耗的特點(diǎn)。

 （圖2:豐田凱美瑞混動(dòng)系統(tǒng)）

目前世界各國(guó)研究開(kāi)發(fā)的混合動(dòng)力車(chē)型有很多種形式，根據(jù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的配置不同，就可分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式三種驅(qū)動(dòng)類(lèi)型車(chē)型。

串聯(lián)式混動(dòng)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

這套混合動(dòng)力的原理是原動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，電能通過(guò)控制器輸送到電池或電動(dòng)機(jī)，由電動(dòng)機(jī)通過(guò)變速機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)汽車(chē)，將電池作為原動(dòng)力輸出和電動(dòng)機(jī)需求功率的中轉(zhuǎn)裝置。串聯(lián)式結(jié)構(gòu)適用于市內(nèi)常見(jiàn)的頻繁起步、加速和低速運(yùn)行工況，可以使原動(dòng)機(jī)保持在最佳狀況附近穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，從而不僅起步加速快，還降低了廢氣排放。然而串聯(lián)式混合動(dòng)力的燃油經(jīng)濟(jì)性能還有待提高，這主要是因?yàn)樵陔娔芘c機(jī)械能轉(zhuǎn)化過(guò)程中存在效率損失。這種系統(tǒng)主要應(yīng)用于城市大客車(chē)，在轎車(chē)中用的少。

并聯(lián)式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)可以分別向汽車(chē)提供動(dòng)力，不需要把發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力轉(zhuǎn)換為電力，因此，更像傳統(tǒng)的動(dòng)力系統(tǒng)。由于發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械可能直接輸出到汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋，中間沒(méi)有能量的轉(zhuǎn)換，所以，動(dòng)力系統(tǒng)效率高，燃油消耗少。但由于發(fā)動(dòng)機(jī)與車(chē)輛驅(qū)動(dòng)輪之間有直接的機(jī)械連接，發(fā)動(dòng)機(jī)工況不可避免的受到汽車(chē)具體行駛的工況應(yīng)影響，這種串聯(lián)式結(jié)構(gòu)也相對(duì)復(fù)雜，需要變速裝置和動(dòng)力復(fù)合裝置。

混聯(lián)式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

就是串聯(lián)和并聯(lián)的綜合，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)以機(jī)械能疊加的方式驅(qū)動(dòng)汽車(chē)，但驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的發(fā)電機(jī)串聯(lián)于發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的一部分功率通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)輸送給驅(qū)動(dòng)橋，而另一部分則驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)電。發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能輸送給電動(dòng)機(jī)或者電池，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩通過(guò)動(dòng)力復(fù)合裝置傳輸給驅(qū)動(dòng)橋。

低速行駛的時(shí)候，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要以串聯(lián)的方式工作，高速行駛的時(shí)候，則以并聯(lián)工作方式為主，大家可以看看雷克薩斯官網(wǎng)的驅(qū)動(dòng)力流向GIF圖。這種混聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)他充分發(fā)揮了串聯(lián)式和并聯(lián)式的優(yōu)點(diǎn)，能夠使發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)等部件進(jìn)行更多的優(yōu)化匹配，從而在結(jié)構(gòu)上保證了在更復(fù)雜的工況下仍能使系統(tǒng)在最優(yōu)的狀態(tài)下工作，所以，更容易達(dá)到控制排放和降低油耗的目的，因此是最具有影響力的HEV。

混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)根據(jù)汽車(chē)工況的要求，對(duì)內(nèi)燃機(jī)與電動(dòng)機(jī)進(jìn)行優(yōu)化組合，具備了很多傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)不具備的優(yōu)點(diǎn)：

1、節(jié)能 傳統(tǒng)汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)將汽車(chē)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為不可逆的熱能而浪費(fèi)掉了?；靹?dòng)就不同，他利用安裝在車(chē)輪上的發(fā)電機(jī)將摩擦產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為可以重新利用的電能儲(chǔ)存起來(lái)，這大大提高了汽車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性，特別適合在北上廣深大城市走走停停行駛的城市工況。如果把燃油車(chē)與混合動(dòng)力車(chē)的油耗相比較，同一類(lèi)發(fā)動(dòng)機(jī)、同一款汽車(chē)，混合動(dòng)力能幫您節(jié)油50%左右。那現(xiàn)在混合動(dòng)力系統(tǒng)做的最好的是日系，你看雷克薩斯、豐田、本田系列的混動(dòng)系統(tǒng)，都是杠杠的成熟，寶馬就不推薦了，沒(méi)投訴個(gè)死就不錯(cuò)了，最近大眾也有不少的混合動(dòng)力車(chē)型，滿(mǎn)足你對(duì)車(chē)標(biāo)的喜愛(ài)吧。

2、改善排放 發(fā)動(dòng)機(jī)保持在最佳工況區(qū)域穩(wěn)定運(yùn)行，避免了發(fā)動(dòng)機(jī)在變工況下不良運(yùn)行。豐田公司的普銳斯汽車(chē)二氧化碳排放量下降50%，一氧化碳、氮氧化合物及碳?xì)浠衔锏膬H相當(dāng)于日本現(xiàn)行法規(guī)的1/10。無(wú)奈國(guó)人抗日，把所有人家好的東西都沒(méi)學(xué)會(huì)，還沾沾自喜。你看國(guó)外的出租車(chē)大部分都是豐田系、而普銳斯較多，空間大不算，后排直接可以放平鋪上席夢(mèng)思，看看國(guó)內(nèi)的一些設(shè)計(jì)，真的是無(wú)（la）可（ji）挑（she）剔（ji）了。

3、發(fā)動(dòng)機(jī)小型化 可以通過(guò)電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，且發(fā)動(dòng)機(jī)根據(jù)最大負(fù)荷而設(shè)計(jì)瞬時(shí)加速負(fù)荷，此可配備配功率較小的發(fā)動(dòng)機(jī)。而最慘的，應(yīng)該算是寶馬i8，居然那么不受歡迎，一看發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)，1.5T，花那么多錢(qián)，買(mǎi)了個(gè)1.5T，怕人家笑話，確實(shí)，我都會(huì)笑話你，不搞個(gè)4.0T雙渦輪增壓都不好意思說(shuō)自己的跑車(chē)。

4、工藝延續(xù) 傳統(tǒng)燃油機(jī)的制造工藝與電動(dòng)車(chē)生產(chǎn)工藝完美結(jié)合，現(xiàn)有汽車(chē)制造廠能添加部分工裝設(shè)備即可生產(chǎn)，混動(dòng)汽車(chē)也不需要建立燃料存儲(chǔ)、運(yùn)輸、添加等裝置，現(xiàn)有加油站，想充電就充電，想加油招呼一聲即可。

（圖3：雷克薩斯混合動(dòng)力系統(tǒng)）

混合動(dòng)力汽車(chē)關(guān)鍵技術(shù)

混合動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括選擇發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)、電池和其他電控零部件，以及設(shè)計(jì)一個(gè)好的整車(chē)控制系統(tǒng)控制每個(gè)部件工作和能量流向。應(yīng)對(duì)各部件進(jìn)行優(yōu)化，使其適應(yīng)混合動(dòng)力系統(tǒng)的工作優(yōu)點(diǎn)。

1、高效率的發(fā)動(dòng)機(jī)

混動(dòng)系統(tǒng)中，發(fā)動(dòng)機(jī)作為能量轉(zhuǎn)換裝置具有舉足輕重的作用。由于發(fā)動(dòng)機(jī)成熟，實(shí)際工況可以控制在一定范圍內(nèi)，追求發(fā)動(dòng)機(jī)的是高效率而不是高功率，因此大部分的混合動(dòng)力汽車(chē)都是采用偏低排量的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)一步優(yōu)化和提高燃油的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)降低排放，比如現(xiàn)在的豐田卡羅拉和雷凌雙擎，從1.8的發(fā)動(dòng)機(jī)換成1.5，增加電能驅(qū)動(dòng)，網(wǎng)約車(chē)師傅普遍說(shuō)在百公里4升左右的油耗水平，加速快。

大多汽車(chē)制造商選擇直噴式壓燃發(fā)動(dòng)機(jī)并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)百公里3L的目標(biāo)，目前也是大中型車(chē)企廣泛使用的動(dòng)力系統(tǒng)，其熱效率高，有害排放物較低，還可選用經(jīng)濟(jì)性好、體積小、排氣噪聲小的燃?xì)廨啓C(jī)，利用不同的優(yōu)勢(shì)構(gòu)成不同的混合動(dòng)力系統(tǒng)。

2、電機(jī)

混合動(dòng)力汽車(chē)在普通交通道路上行駛，工況需要應(yīng)對(duì)復(fù)雜情況?；旌蟿?dòng)力對(duì)以電動(dòng)和發(fā)電模式工作的電機(jī)還有更高的要求，恒扭矩、恒功率工作，高效率的大功率輸出，接近雙倍功率過(guò)載量。因此，研究開(kāi)發(fā)體積小、質(zhì)量輕、工作可靠、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好的電機(jī)，對(duì)混合動(dòng)力汽車(chē)進(jìn)一步提高動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性極為重要?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)可使用電動(dòng)機(jī)有直流他激電機(jī)、無(wú)刷電機(jī)、感應(yīng)電機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)等。直流他激電機(jī)質(zhì)量大、體積大、笨，目前國(guó)內(nèi)外比較重視永磁無(wú)刷電機(jī)及其控制系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)，現(xiàn)已經(jīng)有龍頭開(kāi)發(fā)出滿(mǎn)足混合動(dòng)力汽車(chē)最佳匹配要求的電機(jī)系統(tǒng)。

3、電池

混合動(dòng)力汽車(chē)電池主要在啟動(dòng)、加速的時(shí)候作為動(dòng)力，起步快，平穩(wěn)，不會(huì)增加發(fā)動(dòng)機(jī)油耗等是電動(dòng)驅(qū)動(dòng)力的特點(diǎn)，而在車(chē)輛減速和下坡滑行時(shí)候回收車(chē)輛動(dòng)能。因此在其使用狀態(tài)不同于電動(dòng)汽車(chē)。一般情況下，電池處于淺度、頻繁的充放電循環(huán)中，在充放電過(guò)程中，電壓、電流會(huì)有較大變化。針對(duì)這種使用特點(diǎn)，混合動(dòng)力汽車(chē)要求電池具備大功率充放電能力和較高的充電效率，以及電池應(yīng)當(dāng)在快速充放電和充放電過(guò)程變工況下保持性能的相對(duì)穩(wěn)定。

另外作為車(chē)用動(dòng)力電池，還有電壓、質(zhì)量和體積比能量、免維護(hù)及成本等基本要求。在研發(fā)高性能、底層本、壽命長(zhǎng)的電池同時(shí)，還需建立一個(gè)符合電池實(shí)際使用環(huán)境的電池能量管理系統(tǒng)BMS。BMS電池管理系統(tǒng)主要功能有：防止過(guò)充和過(guò)放，判定負(fù)荷電狀態(tài)SOC，選擇選擇適當(dāng)?shù)某浞烹娔Ｊ?，?duì)電池進(jìn)行均衡充電，控制并平衡電池組的工作溫度。BMS還關(guān)系到提供給載荷均衡控制裝置的控制參數(shù)是否可靠，因此，電池及其能量管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)也是發(fā)展混合動(dòng)力汽車(chē)的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

4、動(dòng)力復(fù)合裝置

動(dòng)力復(fù)合裝置是耦合發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)功率的關(guān)鍵部件，他關(guān)系到能否實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、和電池?cái)?shù)的俱佳匹配以及三者之間狀態(tài)的協(xié)調(diào)控制。動(dòng)力復(fù)合裝置不僅具有復(fù)雜的機(jī)械，而且影響整車(chē)的控制策略，因而成為混合動(dòng)力系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。好在，速銳得科技經(jīng)驗(yàn)豐富，針對(duì)先進(jìn)的氫能源車(chē)、新能源車(chē)、混合動(dòng)力汽車(chē)的整車(chē)控制策略DBC都有深入的研究，可以助力一把。

5、控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)目的就是要實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)始終在最佳工作范圍內(nèi)，以使油耗和排污最低，盡可能充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)的能量，最大限度的吸收能量，盡量減少電池的能量消耗。因此一個(gè)能根據(jù)汽車(chē)行駛工況、原動(dòng)力運(yùn)行工況、電池充放電狀態(tài)等進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和控制的智能化控制系統(tǒng)，對(duì)混合動(dòng)力汽車(chē)的成功起到關(guān)鍵的作用。

因此，研究電動(dòng)機(jī)、控制單元、電池、發(fā)動(dòng)機(jī)等動(dòng)態(tài)特性，建立符合混合動(dòng)力汽車(chē)實(shí)際使用工況的動(dòng)態(tài)模型，是混合動(dòng)力汽車(chē)研發(fā)中的一項(xiàng)重要工作。

與傳統(tǒng)燃油車(chē)相比，混合動(dòng)力汽車(chē)在節(jié)能和排放上更勝一籌?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)具備了未來(lái)汽車(chē)所需要的四方面的要素，即良好的動(dòng)力性能、燃油經(jīng)濟(jì)性、清潔環(huán)保以及經(jīng)濟(jì)實(shí)用的特點(diǎn)。就目前來(lái)說(shuō)，雖然混合動(dòng)力汽車(chē)比傳統(tǒng)汽車(chē)要貴20%左右，但隨著各國(guó)環(huán)境立法日趨嚴(yán)厲，混合動(dòng)力汽車(chē)量產(chǎn)增大、得到更多人的青睞和實(shí)用性，成本不斷降低，市場(chǎng)份額增大。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，盡管只是一種過(guò)渡車(chē)型，但是在近20-30年內(nèi)是個(gè)不錯(cuò)的選擇。國(guó)內(nèi)如果不推薦、不鼓勵(lì)、不生產(chǎn)，那么混合動(dòng)力汽車(chē)只有兩種叫法，一種叫日系，一種叫其他。