關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展趨勢

    在國家財稅政策的鼓勵下，混合動力客車發(fā)展勢頭迅猛，許多城市都忙著上馬混合動力客車；但由于混合動力客車技術(shù)現(xiàn)在還沒有完全成熟，零部件的可靠性還有待提高，因此各地在制訂發(fā)展規(guī)劃時，還需要根據(jù)混合動力客車技術(shù)的成熟度和可靠性進(jìn)行綜合評估。許多地方都是先進(jìn)行幾家混合動力客車同時上線，然后根據(jù)一段時間的運行結(jié)果進(jìn)行比較、權(quán)衡，最后確定混合動力客車的廠家和數(shù)量，這是一種比較謹(jǐn)慎、可行的方法。

    然而，由于電池等關(guān)鍵零部件當(dāng)前仍不成熟，可靠性、耐久性還有待進(jìn)一步提供，長時間運營中會暴露出許多問題，還需要廠家對這些關(guān)鍵零部件進(jìn)行深度開發(fā)，因此大面積推廣還有許多問題；但任何事物的發(fā)展都要經(jīng)歷一個過程，混合動力客車技術(shù)也不例外，混合動力客車技術(shù)必將隨著當(dāng)前的示范運行而逐步成熟。

    1.能量儲存

    鎳氫電池由于技術(shù)成熟，目前在混合動力客車上使用較多。隨著鋰電池技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在越來越多的企業(yè)開始使用鋰電池作為儲能裝置，目前錳酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池得到越來越多的應(yīng)用。由于混合動力客車對電池容量的要求不是很高，但對充放電次數(shù)、充放電電流、效率有較高的要求，而超級電容由于具有充放電電流大、效率高、循環(huán)壽命長的特點，因此是一種比較適宜在混合動力車上使用的儲能裝置。蘇州金龍、廈門金旅、南車時代、青年汽車等企業(yè)都在嘗試超級電容在客車上的應(yīng)用。

    2.電機(jī)驅(qū)動

    驅(qū)動電機(jī)以交流異步電機(jī)和永磁同步電機(jī)使用最多。交流異步電機(jī)由于技術(shù)成熟、價格低廉， 可靠性、穩(wěn)定性好，不少企業(yè)都選擇交流異步電機(jī)作為驅(qū)動裝置。永磁同步電機(jī)效率高，功率因數(shù)高，轉(zhuǎn)矩慣量比大，也有許多企業(yè)都選擇永磁同步電機(jī)作為驅(qū)動電機(jī)。開關(guān)磁阻電機(jī)是一種新型的電機(jī)，它結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、效率高，成為交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)、直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)和無刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的強(qiáng)有力的競爭者，東風(fēng)客車一直在進(jìn)行該種電機(jī)在混合動力客車上的試驗應(yīng)用。

    3.變速器

    目前比較成熟的變速器是國外的伊頓、艾里遜、奔馳、ZF公司等。北汽福田使用的AMT就是伊頓生產(chǎn)的。國內(nèi)自動變速器在理論研究上已經(jīng)比較充分，但在產(chǎn)業(yè)化上與國外企業(yè)還有差距。目前許多產(chǎn)品都具有產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)條件，部分產(chǎn)品已經(jīng)在進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化。在產(chǎn)業(yè)化的道路上，國內(nèi)企業(yè)還有許多工作要做。

    4.多能源控制

    混合動力汽車與傳統(tǒng)車輛相比最大的不同就是動力源的增加，這就導(dǎo)致了在混合動力汽車中能量流動方向的多樣性。多能源控制策略就是解決汽車行駛時所需要的能量和功率何時和如何由車上各種不同的動力總成來提供能量管理問題，也就是如何根據(jù)使用要求有效的利用不同類型的動力源，以達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的?？刂撇呗允腔旌蟿恿ζ嚨撵`魂所在，因為其直接影響著能量在車輛內(nèi)部的流動，從而影響車輛的動力性、經(jīng)濟(jì)性以及排放指標(biāo)。

    由于并聯(lián)驅(qū)動模式是當(dāng)前混合動力客車的主流路線，下面著重就并聯(lián)式混合動力電動汽車控制策略發(fā)展趨勢作一綜述。

    (1)以車速為主要參數(shù)的控制策略：在滿足需求功率的前提下，根據(jù)車速大小對電機(jī)和發(fā)動機(jī)功率進(jìn)行簡單的分配。一般設(shè)定一個車速門限值(如12km/h)，當(dāng)車速低于該門限值時，由電機(jī)驅(qū)動；當(dāng)車速高于該門限值時，主要由發(fā)動機(jī)驅(qū)動，如果需求的功率大于發(fā)動機(jī)的最大輸出功率時，電機(jī)助力。制動時采用回饋發(fā)電回收制動能量，由于沒有消除發(fā)動機(jī)的怠速和低負(fù)荷率運行的問題，排放和油耗都沒有太大的降低。如果低速純電動運行消耗的電量大于制動回饋電量，電池SOC會下降很快，需要通過外部充電設(shè)備對電池進(jìn)行充電，因此需要選用大容量的電池，增加了整車成本和重量。該控制策略主要解決了低速行駛和制動回饋能量回收的問題，沒有對能量分配等進(jìn)行優(yōu)化。

    (2)以功率為主要參數(shù)的控制策略：設(shè)定一個功率門限值，當(dāng)車輪需求驅(qū)動功率低于該門限值時，由電機(jī)單獨驅(qū)動；當(dāng)車輪需求功率高于該門限值時，由發(fā)動機(jī)單獨驅(qū)動，當(dāng)需求功率繼續(xù)增加到發(fā)動機(jī)最大輸出功率以上時，電機(jī)助力，以滿足行駛功率需求。當(dāng)電池電量低時，如果驅(qū)動需求功率不高于發(fā)動機(jī)最大輸出功率，電機(jī)發(fā)電，增加發(fā)動機(jī)負(fù)荷，從而調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)工作點在負(fù)荷率比較高的區(qū)域運行，電機(jī)發(fā)電功率根據(jù)行駛需求功率和發(fā)動機(jī)最大輸出功率之間的差值按比例調(diào)節(jié)，比例系數(shù)與電池SOC 有關(guān)。這種方式能使發(fā)動機(jī)一直工作在比較高的負(fù)荷率，但是低速時的低效率和能量分配的優(yōu)化仍然沒有解決，沒有充分發(fā)揮混合動力系統(tǒng)節(jié)油的潛力。

    (3)以燃油經(jīng)濟(jì)性為優(yōu)化目標(biāo)的控制策略：將整車的燃油消耗由發(fā)動機(jī)燃油消耗和電池電量的等效燃油消耗兩部分組成，其中電池電量的等效油耗通過發(fā)動機(jī)燃油消耗率以及電池的充電效率來計算。采用模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或者自適應(yīng)等優(yōu)化算法，考慮電池SOC，合理分配發(fā)動機(jī)和電機(jī)的功率，從而達(dá)到最小的整車瞬時燃油消耗率，獲得最優(yōu)的燃油經(jīng)濟(jì)性。

    (4)以燃油經(jīng)濟(jì)性和排放為優(yōu)化目標(biāo)的控制策略：根據(jù)發(fā)動機(jī)可調(diào)節(jié)范圍，將瞬時可能的燃油消耗和四種主要的尾氣排放物質(zhì)(HC、CO、NOx、PM)的排放量根據(jù)不同的參考值調(diào)節(jié)到[0，1]之間，對于電機(jī)的能量消耗還需要根據(jù)電池SOC大小按一定的比例系數(shù)進(jìn)行修正，根據(jù)用戶定義的權(quán)重對各個變量進(jìn)行加權(quán)平均，在可選擇的區(qū)域內(nèi)選擇結(jié)果最小的點，并根據(jù)該點對應(yīng)的發(fā)動機(jī)功率和行駛需求功率合理分配電機(jī)和發(fā)動機(jī)的功率，從而獲得滿意的燃油消耗和排放。通過調(diào)節(jié)各個變量的權(quán)重可以實現(xiàn)不同的設(shè)計目標(biāo)和要求，是一種自適應(yīng)的控制算法。

    在國內(nèi)，混合動力控制策略仍然處于研究階段，在理論研究方面有了很大進(jìn)步，從而產(chǎn)生了一些比較成熟的想法，并在 ADVISOR軟件基礎(chǔ)上，通過修改控制策略部分進(jìn)行了仿真，但在算法實現(xiàn)以及實物驗證方面還有待完善。