摘要：近年，隨著綠色可持續(xù)發(fā)展理念的提出，我國(guó)汽車制造工藝處于轉(zhuǎn)型與創(chuàng)新階段?；旌蟿?dòng)力車具有智能化強(qiáng)、安全性好、節(jié)能減排效果好、行駛穩(wěn)定性好、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，對(duì)保護(hù)生態(tài)環(huán)境有重要意義。據(jù)此，對(duì)混合動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行了探討，并對(duì)其在汽車工程中的具體應(yīng)用和目前的應(yīng)用情況進(jìn)行了分析，以期推動(dòng)我國(guó)汽車工程學(xué)科的穩(wěn)步發(fā)展。

關(guān)鍵詞：混合動(dòng)力；車輛工程；現(xiàn)狀

中圖分類號(hào)：U469 收稿日期：2024-04-15

DOI：1019999/jcnki1004-0226202407015

1 前言

目前，汽車在節(jié)能減排等領(lǐng)域已有顯著進(jìn)展，但是機(jī)動(dòng)車排放仍然是一個(gè)重要的環(huán)境污染源。荷蘭科學(xué)家阿里·哈根-施密特在對(duì)大氣組成進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)灰霾的生成與汽車尾氣有著直接的聯(lián)系。此外，國(guó)內(nèi)外多個(gè)城市中頻發(fā)的光化學(xué)霧霾事故的調(diào)查顯示，機(jī)動(dòng)車排放也是其重要的污染物，其中，耗能遠(yuǎn)高于機(jī)動(dòng)車的工程車輛、礦山車輛等重型車輛排放的污染更為嚴(yán)重，給環(huán)境帶來(lái)了難以估計(jì)的危害[1]。當(dāng)前，隨著人們對(duì)行車環(huán)境的需求不斷提高，為達(dá)到節(jié)能、安全、智能化的目的，如何有效改善因尾氣排放而導(dǎo)致的工作環(huán)境惡化已成為當(dāng)前機(jī)械行業(yè)迫切需要解決的難題，研發(fā)節(jié)能環(huán)保的新型運(yùn)載工具是未來(lái)的發(fā)展方向。為此，混合動(dòng)力汽車成為國(guó)內(nèi)外研究的主要方向之一。

2 混合動(dòng)力技術(shù)

21 混合動(dòng)力技術(shù)的內(nèi)涵

混合動(dòng)力技術(shù)，是一種與傳統(tǒng)燃油汽車不同的新型能源車輛技術(shù)?；旌蟿?dòng)力技術(shù)的動(dòng)力來(lái)自于兩個(gè)方面：燃油發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)與電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。在操控車輛時(shí)，該混合動(dòng)力系統(tǒng)能夠結(jié)合車輛的實(shí)際運(yùn)行需求選擇燃油驅(qū)動(dòng)還是電力驅(qū)動(dòng)，并實(shí)時(shí)進(jìn)行靈活調(diào)整，確保發(fā)動(dòng)機(jī)始終處于最佳工作狀態(tài)，進(jìn)而有效減少油耗和排放。

混合動(dòng)力系統(tǒng)是一種由燃料-電能混合與水力混合組成的復(fù)雜能量轉(zhuǎn)換技術(shù)，按耦合方式可分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混合式三種。油電混聯(lián)是指通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)等設(shè)備將電能輸出到汽車上，同時(shí)保持發(fā)動(dòng)機(jī)的基本構(gòu)造，為汽車提供輔助功率，由系統(tǒng)或駕駛員對(duì)汽車的操作條件進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)，以此來(lái)確保發(fā)動(dòng)機(jī)的最優(yōu)性能，并且能夠?qū)崿F(xiàn)平穩(wěn)的運(yùn)轉(zhuǎn)，能夠有效地減少燃料消耗和排放，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排[2]。液壓混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是將發(fā)動(dòng)機(jī)與液壓傳動(dòng)相結(jié)合的核心部件，對(duì)減少運(yùn)營(yíng)費(fèi)用、提高經(jīng)濟(jì)效益、改善運(yùn)行穩(wěn)定性具有重要意義。

22 混合動(dòng)力汽車優(yōu)缺點(diǎn)

2.2.1 混合動(dòng)力汽車優(yōu)點(diǎn)

車輛運(yùn)行速度和扭矩等因素可以影響發(fā)動(dòng)機(jī)本身的功率輸出。單引擎輸出功率很低，會(huì)導(dǎo)致無(wú)效輸出，增加能量損失?；旌蟿?dòng)力車輛能使發(fā)動(dòng)機(jī)始終處于一個(gè)較好的工作狀態(tài)，并能有效地規(guī)避傳統(tǒng)動(dòng)力系的局限性。在沒(méi)有任何停頓的情況下，這種混合動(dòng)力技術(shù)能夠在不間斷的情況下，讓駕駛系統(tǒng)能夠自動(dòng)地進(jìn)行切換，并且能夠在不停的情況下，解決掉任何一個(gè)問(wèn)題。由于發(fā)電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作，不需要經(jīng)常充電，因此既能減少作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，又能提高作業(yè)效率，還能在汽車起動(dòng)及加速時(shí)，充分發(fā)揮電動(dòng)機(jī)的作用，為車輛的起動(dòng)提供足夠的能量支撐，達(dá)到節(jié)能減排、減少空氣污染、提升其經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的目的?；旌蟿?dòng)力技術(shù)通過(guò)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)自動(dòng)切換，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力持續(xù)輸出，有效避免換擋動(dòng)力中斷，提高駕駛員的操控感，亦可提高駕乘人員在不同路況、不同地段等狀況下的體驗(yàn)?；旌蟿?dòng)力汽車系統(tǒng)利用發(fā)電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的協(xié)同工作，避免頻繁充電，降低成本。在汽車的起步和加速階段，電動(dòng)機(jī)通過(guò)提供強(qiáng)大輔助動(dòng)力，有效地減少燃油消耗和排放，減輕了大氣污染，從而提高了混合動(dòng)力汽車的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

2.2.2 混合動(dòng)力汽車缺點(diǎn)

為了實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定的運(yùn)行，將智能感知技術(shù)引入到電動(dòng)汽車中，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車的智能化控制。然而，由于其構(gòu)成非常復(fù)雜，所以很難對(duì)其參數(shù)進(jìn)行有效的控制，目前存在著儲(chǔ)電量低，電池成本高，壽命短的缺點(diǎn)，且由于速度組合型動(dòng)力總成自身的限制，導(dǎo)致其研制與生產(chǎn)成本較高，并且不能完全掌握其各個(gè)部件的壽命。

23 油、電混合動(dòng)力系統(tǒng)

混合動(dòng)力是一種區(qū)別于傳統(tǒng)汽車的新能源技術(shù)，它通常是一種燃油-電混合，即在保持原有發(fā)動(dòng)機(jī)性能的基礎(chǔ)上，采用電機(jī)作為輔助動(dòng)力。該系統(tǒng)可以根據(jù)汽車的實(shí)際工作狀態(tài)來(lái)對(duì)其進(jìn)行靈活的調(diào)節(jié)，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)一直處于工作區(qū)的綜合性能最優(yōu)，達(dá)到減少燃油消耗和排放的目的[3]。油電混合動(dòng)力技術(shù)發(fā)展比較早，在混合動(dòng)力領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)推出了多款車型，按聯(lián)接形式可分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式。

圖1是一種串聯(lián)混合動(dòng)力傳動(dòng)裝置的原理圖，它通常是用發(fā)動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，并把它的電能通過(guò)馬達(dá)控制裝置傳輸給馬達(dá)，而馬達(dá)則產(chǎn)生一種電磁扭矩來(lái)驅(qū)動(dòng)車輛。串聯(lián)傳動(dòng)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、節(jié)能性能好、污染小等優(yōu)點(diǎn)，但其在整車中存在多種形式的能量轉(zhuǎn)換，影響了整車的經(jīng)濟(jì)性。這種傳動(dòng)方式主要用于城市公共汽車及集裝箱貨車，以通用的雪佛蘭VOLT為代表。

圖2顯示了具有引擎驅(qū)動(dòng)和電驅(qū)動(dòng)的兩種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的并聯(lián)混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的原理圖，所述車輛可以被引擎和馬達(dá)一起驅(qū)動(dòng)或者分別被單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。該系統(tǒng)具有高效率、高穩(wěn)定性、高油耗、高效率等特點(diǎn)，但其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)。并聯(lián)傳動(dòng)系主要應(yīng)用在中級(jí)車上，其換代型號(hào)為本田 IMA等。

圖3顯示了充分發(fā)揮串聯(lián)式和并聯(lián)優(yōu)勢(shì)的混聯(lián)式傳動(dòng)系的原理圖，其中，在汽車低速運(yùn)行時(shí)，傳動(dòng)系統(tǒng)以串聯(lián)的形式工作；在汽車高速平穩(wěn)運(yùn)行的情況下，多采用并聯(lián)運(yùn)行模式。混合動(dòng)力系統(tǒng)具有較好的燃油經(jīng)濟(jì)性和排放，但需要較高的控制系統(tǒng)和耦合設(shè)備，制造成本較高，如豐田普銳斯等。

3 混合動(dòng)力技術(shù)在車輛工程領(lǐng)域中的應(yīng)用情況

31 混合動(dòng)力系統(tǒng)在應(yīng)用中面臨的難題

目前，該技術(shù)主要有兩大類：一是液壓式，二是燃油-電力混合式，它們都是當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的主流。只有將電能、燃油的利用與汽車工程領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展相結(jié)合，才能使汽車工程領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展。在實(shí)際應(yīng)用中，該方案不僅能充分發(fā)揮常規(guī)車用發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)，而且還能通過(guò)電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，以彌補(bǔ)車用發(fā)動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)。從液力-機(jī)械復(fù)合傳動(dòng)系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，它以液壓傳動(dòng)系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)為主體，通過(guò)加裝可反轉(zhuǎn)的能量存儲(chǔ)設(shè)備，使得各個(gè)電子元件都能發(fā)揮自身的驅(qū)動(dòng)作用，從而減少車輛運(yùn)行成本，節(jié)能減排[4]。目前，按工作方式可劃分為串聯(lián)或并聯(lián)兩種，且以大中型車輛為主，重載車輛較少，提高其行駛穩(wěn)定性有重要的實(shí)際意義。

32 混合動(dòng)力技術(shù)在裝載機(jī)車參數(shù)分析中的應(yīng)用

液壓驅(qū)動(dòng)技術(shù)在新型工程車輛中得到了廣泛的應(yīng)用，高壓蓄能器在其中起到了很大的作用，極大地提高了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。所以，在實(shí)施這項(xiàng)技術(shù)時(shí)，必須重視裝載機(jī)車輛的參數(shù)控制問(wèn)題，以達(dá)到更高的水準(zhǔn)。為了達(dá)到以上目的，必須采用智能傳感器，同時(shí)對(duì)電液比例進(jìn)行合理的控制。汽車項(xiàng)目在整個(gè)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，對(duì)其進(jìn)行參數(shù)的控制，應(yīng)貫穿于整個(gè)汽車工程的各個(gè)方面。在離合器的開(kāi)斷工作中，應(yīng)著重注意液壓系統(tǒng)中存在的問(wèn)題，并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的控制。為了實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力裝載機(jī)車輛的工作目標(biāo)，還需將發(fā)動(dòng)機(jī)和高壓儲(chǔ)能器有機(jī)地串聯(lián)起來(lái)。發(fā)動(dòng)機(jī)是電機(jī)運(yùn)行中的主要支撐動(dòng)力，與傳統(tǒng)的系統(tǒng)工作開(kāi)展模式相比，它可以有效地簡(jiǎn)化有關(guān)流程，提高總體工作效率。將混合動(dòng)力技術(shù)運(yùn)用到裝載機(jī)車輛的參數(shù)分析中，需要對(duì)其操作參數(shù)的特性進(jìn)行全面的了解，在采用混合動(dòng)力技術(shù)的時(shí)候，要對(duì)原來(lái)的裝載機(jī)車輛參數(shù)有一個(gè)準(zhǔn)確的了解，只有站在整體的角度，對(duì)其進(jìn)行科學(xué)合理的應(yīng)用，才能充分發(fā)揮其正效應(yīng)。

33 混合動(dòng)力技術(shù)在串并聯(lián)車輛系統(tǒng)中的應(yīng)用

將混合動(dòng)力應(yīng)用于串聯(lián)和并聯(lián)的汽車系統(tǒng)時(shí)，二者在設(shè)計(jì)上有很大的不同，因而在使用方法上也有很大的不同，特別是在能量存儲(chǔ)器件的應(yīng)用、連接方式和連接順序上。在串聯(lián)汽車系統(tǒng)中，電聯(lián)接是最常用的一種形式。串聯(lián)汽車系統(tǒng)的主體是將發(fā)動(dòng)機(jī)和能量存儲(chǔ)裝置結(jié)合在一起，既可以提高工作效率，又可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而并聯(lián)系統(tǒng)則是將引擎與馬達(dá)連接起來(lái)，以達(dá)到節(jié)能環(huán)保的效果。

在汽車試驗(yàn)工作中，員工還應(yīng)注重與汽車試驗(yàn)相關(guān)的維修工作，并對(duì)有關(guān)工作進(jìn)行嚴(yán)格控制，以此來(lái)提高汽車的動(dòng)力效率。要想有效地進(jìn)行控制分布，就必須調(diào)整好剎車踏板間距和剎車距離。鑒于混聯(lián)式汽車系統(tǒng)各具特性，在應(yīng)用該技術(shù)時(shí)應(yīng)充分考慮該問(wèn)題，使其與整車系統(tǒng)更好地融合，切忌盲目選用，從而影響整車行駛的穩(wěn)定性。

34 混合動(dòng)力技術(shù)在動(dòng)力耦合裝置中的應(yīng)用

在混合動(dòng)力系統(tǒng)的實(shí)際開(kāi)發(fā)中，對(duì)其進(jìn)行研究是關(guān)鍵也是難點(diǎn)，其研究狀況將直接關(guān)系到整車綜合性能的總體表現(xiàn)[5]。就目前的混聯(lián)動(dòng)力系統(tǒng)在動(dòng)力耦合裝置中的應(yīng)用狀況來(lái)看，其主要可劃分為轉(zhuǎn)速組合型、驅(qū)動(dòng)力結(jié)合、扭矩組合型三類，如表1所示。將動(dòng)力混合技術(shù)用于動(dòng)力耦合設(shè)備時(shí)，要根據(jù)現(xiàn)實(shí)條件選擇動(dòng)力耦合設(shè)備的種類，既要從眼前的利益出發(fā)，又要積極地預(yù)測(cè)未來(lái)的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r，只有這樣，汽車才能在滿足用戶短期使用需要的前提下，主動(dòng)適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要，使汽車工程的價(jià)值最大化。

35 混合動(dòng)力技術(shù)在車床鈑金生產(chǎn)中的應(yīng)用

在實(shí)際的數(shù)控機(jī)床成型過(guò)程中，板材的劃分是一個(gè)很重要的步驟，因此，這也是每一位汽車工程師都要認(rèn)真對(duì)待的工作。由于汽車工程用鈑金件，制造結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，在實(shí)際加工中很難一次成型。將混合動(dòng)力技術(shù)應(yīng)用于車板板料生產(chǎn)，與傳統(tǒng)的制造法相比，其總體品質(zhì)更高，可以很好地解決過(guò)去生產(chǎn)過(guò)程中存在的不合格品和有缺陷品的高幾率問(wèn)題，不但可以夠節(jié)省大量的人力、物力，而且還可以極大地提高生產(chǎn)效率，對(duì)保障制造公司的利潤(rùn)具有非常積極的作用。

4 結(jié)語(yǔ)

就目前而言，盡管該技術(shù)的使用范圍仍然很小，但它將會(huì)在將來(lái)的汽車工程中占據(jù)重要的地位。在提高汽車行駛穩(wěn)定性的同時(shí)，也符合當(dāng)前國(guó)家所提倡的可持續(xù)發(fā)展的要求。將混合動(dòng)力系統(tǒng)應(yīng)用到汽車工程中，可以有效地解決諸如噪聲和空氣污染等環(huán)境問(wèn)題，提高能量的利用效率，減少能量、能量等的損失，同時(shí)也能改善人的乘坐舒適性，保證汽車的安全性和穩(wěn)定性，推動(dòng)我國(guó)汽車工程學(xué)科向科學(xué)化、規(guī)范化和可持續(xù)發(fā)展的方向發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：

趙向明，男，1983年生，工程師，研究方向?yàn)槠嚈z測(cè)與維修。

基金項(xiàng)目：2019年度校級(jí)教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（2019JG017）