史小川，史冊，李麗軍，高錦

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

前言

近年來，伴隨著全球能源危機(jī)及污染的加劇，融合了內(nèi)燃機(jī)汽車和電動汽車優(yōu)點(diǎn)的混合動力電動汽車，成為新能源汽車的開發(fā)熱點(diǎn)。而混合動力車輛由于其具有機(jī)動性強(qiáng)、純電行駛隱蔽性好、高壓電源可為武器系統(tǒng)提供動力等諸多優(yōu)秀性能，各國也開始了軍用混合動力車輛的研制工作。

1 混合動力汽車的分類

混合動力汽車的關(guān)鍵部件是混合動力系統(tǒng)，混合動力汽車根據(jù)不同的分類方式，其結(jié)構(gòu)型式如下表1 所示：

表1 混合動力汽車的型式及特點(diǎn)

2 常見的混合動力汽車結(jié)構(gòu)及原理

2.1 串聯(lián)式混合動力

串聯(lián)式混合動力動力系統(tǒng)由發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)和電動機(jī)三部分動力總成組成，相當(dāng)于在普通的電動車上加載了一臺或多臺輔助動力單元（APU）。驅(qū)動原理見圖1。

圖1 串聯(lián)式、并聯(lián)式、混聯(lián)式混合動力汽車驅(qū)動原理圖

2.2 并聯(lián)式混合動力

并聯(lián)式混合動力只有一臺電機(jī)，不能同時(shí)發(fā)電和驅(qū)動車輪，發(fā)動機(jī)與電動機(jī)共同驅(qū)動車輪的工況不能持久。持續(xù)加速時(shí)，電池的能量會很快耗盡，轉(zhuǎn)成發(fā)動機(jī)單獨(dú)驅(qū)動模式，驅(qū)動原理見圖1。

2.3 混聯(lián)式混合動力

混聯(lián)式有兩個(gè)電機(jī)，一個(gè)電動機(jī)僅用于直接驅(qū)動車輪，還有一個(gè)電機(jī)具有雙重角色：當(dāng)需要極限性能的時(shí)候，充當(dāng)電動機(jī)直接驅(qū)動車輪，整車功率就是發(fā)動機(jī)、兩個(gè)電機(jī)的功率之和；當(dāng)電力不足的時(shí)候，就充當(dāng)發(fā)電機(jī)，給電池充電，驅(qū)動原理見圖1。

3 混合動力軍用卡車國內(nèi)外應(yīng)用情況

軍用卡車混合動力的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程相對于乘用車輛來說，相對緩慢，國內(nèi)外主要混合動力軍用卡車發(fā)展及應(yīng)用情況見表2。

表2 國內(nèi)外主要混合動力軍用卡車應(yīng)用情況

4 軍用車輛混合動力發(fā)展主要風(fēng)險(xiǎn)分析

對于軍用車輛系統(tǒng)，無論底盤系統(tǒng)采用何種技術(shù)，最終都必須滿足其作戰(zhàn)性能指標(biāo)的要求；不能因?yàn)槟撤N新技術(shù)的應(yīng)用，而弱化軍用車輛的作戰(zhàn)使命特征。軍用車輛發(fā)展混合動力的主要制約因素有車輛的環(huán)境適應(yīng)性、電磁兼容性、及整車控制策略等。

4.1 整車控制需解決的問題

在混合動力整車系統(tǒng)中，對于電動機(jī)技術(shù)、轉(zhuǎn)矩合成技術(shù)及整車控制策略技術(shù)對于混合動力汽車系統(tǒng)起著舉足輕重的作用。電動機(jī)技術(shù)涉及電機(jī)的工作效率和能量回收策略等問題；轉(zhuǎn)矩合成將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩和電動機(jī)轉(zhuǎn)矩耦合輸出，以及多個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的耦合輸出，對系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)性和可靠性有重大影響；整車控制策略技術(shù)，可以調(diào)節(jié)和控制功率流在不同元件間的流動，達(dá)到車輛系統(tǒng)最佳油耗、最低排放、最低系統(tǒng)成本及最好驅(qū)動性能。

由于整車動力輸出功率的大小及方向，完全處于整車的控制策略下執(zhí)行，沒有傳統(tǒng)動力底盤在不同路面下行駛的自適應(yīng)性。對于不同用途及使用環(huán)境的車輛，在整車的控制策略上可能會有很大差異，可能導(dǎo)致底盤系統(tǒng)控制系統(tǒng)軟件通用化程度的降低，這也是混合動力技術(shù)在軍用車輛中應(yīng)用需權(quán)衡的技術(shù)問題。

4.2 電磁環(huán)境適應(yīng)性

整車的EMC 干擾問題，從相關(guān)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)及反饋信息來看，90%都來源于驅(qū)動電機(jī)及其控制器。其他干擾設(shè)備還有空調(diào)、DC/DC 轉(zhuǎn)換器、輔助DC/AC 等電氣設(shè)備，經(jīng)分析驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)EMC 問題突出有以下原因?qū)е拢海?）工作電壓高（現(xiàn)有車載驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)大部分工作電壓在300V 以上）；（2）驅(qū)動電機(jī)及控制器開關(guān)幅值變化大（一般在1-3GV/s 范圍）；（3）三相UVW 輸出共模電流大（一般峰值在10-30A 之間）。

現(xiàn)有設(shè)備主要的干擾方式為：輻射、傳導(dǎo)。而軍用車輛關(guān)心的外部射頻電磁環(huán)境、大電流注入、靜電電荷控制、雷電等方面均未進(jìn)行相關(guān)測試或摸底試驗(yàn)。

4.3 軍用車輛的環(huán)境適應(yīng)性分析

軍用車輛的使用環(huán)境見表3：

表3 軍用車輛使用環(huán)境

根據(jù)軍用車輛的使用環(huán)境需求，可能存在的風(fēng)險(xiǎn)主要為發(fā)電機(jī)、電動機(jī)、電池及控制模塊的低溫環(huán)境、高溫環(huán)境、濕熱環(huán)境適應(yīng)性，國內(nèi)現(xiàn)有商用及乘用車輛上所用部件性能基本上不滿足軍用車輛的使用要求。從技術(shù)應(yīng)用上考慮，國內(nèi)現(xiàn)在還沒有能夠完全滿足軍用車輛使用要求的混合動力系統(tǒng)部件，軍用車輛混合動力技術(shù)的應(yīng)用還有待混合動力電驅(qū)部件性能的進(jìn)一步完善。

5 軍用車輛混合動力模式探索

軍用車輛未來的發(fā)展趨勢，從使用角度出發(fā)，其需求將是高可靠性、高機(jī)動性、高信息化、高安全性及高環(huán)境適應(yīng)能力；從技術(shù)發(fā)展角度出發(fā)，其需求將是底盤上裝系統(tǒng)的一體化設(shè)計(jì)、部件的通用化設(shè)計(jì)、系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)并最終達(dá)到車型的平臺化設(shè)計(jì)及系列化發(fā)展。

串聯(lián)式混合動力方案，若電池持續(xù)發(fā)展，其功率密度能夠滿足車輛系統(tǒng)續(xù)駛里程的要求，將很容易將底盤系統(tǒng)轉(zhuǎn)換純電動模式車輛，底盤系統(tǒng)沒有了APU 系統(tǒng)，無論從底盤安裝空間還是重量來說，都是現(xiàn)有并聯(lián)式/混聯(lián)式混合動力底盤無法比擬的，而且，底盤系統(tǒng)更容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)模塊化及車型的系列化發(fā)展。

并聯(lián)式混合動力，從技術(shù)的特點(diǎn)來說，可以在短期內(nèi)、低成本狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)軍用車輛的混合動力化，而且該模式無論是通用車輛，還是專用車輛，均無整車布置方面的限制。對于越野狀態(tài)，可以使用傳動動力模式，有效避免電機(jī)的過載損壞；加速狀態(tài)，電機(jī)輔助驅(qū)動，有效提高車輛系統(tǒng)的加速性能；同時(shí)車輛系統(tǒng)也具備靜默功能。不足之處是車輛系統(tǒng)的總體布置依舊受傳動部件結(jié)構(gòu)及尺寸的限制，但其總成與現(xiàn)役裝備車輛的總成通用化程度較高。

混聯(lián)式混合動力，技術(shù)特點(diǎn)更優(yōu)于并聯(lián)式，具備了并聯(lián)式的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也繼承了并聯(lián)式混合動力存在的不足。

6 結(jié)論

每種混合動力模式對于軍用車輛來說，都不完美。所以在混合動力模式的選擇上，我們可以基于裝備系統(tǒng)的任務(wù)剖面，以滿足任務(wù)為最終目的，對車輛底盤混合動力的模式靈活控制。既繼承傳統(tǒng)動力底盤的優(yōu)勢，解決傳統(tǒng)動力底盤動力性的不足，同時(shí)又不帶來新的技術(shù)、成本及可靠性問題。