基于混合动力汽车动力性与经济性研究

丁卫臣1 王强2 杜建辉3 张清官4

长城汽车股份有限公司河北保定071000

摘要 随着汽车工业的发展，能源问题和环境污染问题的出现，人们环保意识的增强，使得汽车生产商越来越重视新型汽车的开发。目前世界各国都加大了对节能低排高效能汽车的研发力度，新能源汽车主要包括纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车，其中混合动力汽车同时具有传统内燃机动力的良好动力和电动汽车经济性新高的优点。本文将从动力性和经济性来对混合动力汽车进行研究。

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关键词 混合动力汽车；动力性；经济性

作为汽车生产商而言优化自身产品是生存和发展所必需的，怎样使用户的汽车更加经济节能同时不失强劲的动力是汽车研发人员的主要目标。而混合动力汽车便是其中研究方向之一。现在我们针对混合动力汽车在动力性和经济性上进行探讨。

1 关于国内外混合动力汽车

2011 年丰田公司最早开发了Prius 插电式混合动力汽车。在德国，宝马公司在i 系列汽车运用了混合动力，使得宝马汽车迈向新能源的大门。宝马i8 由1.5 升的三缸涡轮增压汽油发动机和电动机组成器动力系统。其发动机最大输出功率为70kW,最大输出扭矩力为320N·m,而电动机最大输出功率为96kW,最大扭矩我250N·m,两者同时运行时最大可产生266kW 的输出功率和570N·m 的最大输出扭矩。且百公里耗油仅2.5 升。在纯电力驱动模式下，宝马i8 续航里程为35km,最高时速可达120km/h。我国政府也十分重视混合动力汽车在中国的发展，很多自主品牌也研发了混合动力汽车。例如上海一汽生产的荣威500、大众自主开发的混合动力车型XL1 等等。

2 混合动力汽车的动力性研究

汽车的最高车速、加速时间和最大爬坡度是评定一辆传统动力汽车的动力性能的标准。而混合动力汽车同时具备大功率电动机和大容量储能装置，在超车、拖载或爬坡时，发动机和电动机联合驱动，同时输出峰值功率以获得足够大的加速度，满足车辆在特定工况下的动力需求。

混合动力汽车在动力匹配上，通过将发动机/电动机动力参数、传动速比及主减速比进行合理匹配，并对两套动力源运行模式进行设定，以达到最优的整车性能,在满足动力需求的前提下提高整车的经济性。混合动力汽车的动力性能评价指标与传统汽车相同：最高车速、加速时间和最大爬坡度。

根据汽车理论车辆驱动力，其中f 为滚动阻力系数；a 为坡度角；Cd 为空气阻力系数；A 为迎风面积；v 为车速；m 为车质量；啄为汽车旋转质量换算系数。表2-1 为某品牌混动系列产品的整车参数，为下述动力性演算提供参考数据:

结合上表参数，采用汽车理论功率平衡公式计算如下：

式中，Pt为车辆驱动轮处的驱动率，等同行驶过程中各阻功率大小之和。考虑整车传动系统效率，计算发动机与电动机需要提供的总功率P为：

通过上述公式对混合动力汽车进行分析，得到整车动力性曲线图如下：

由上可知合理的设定整车动力性参数，并通过理论计算分析来合理的选型混合动力汽车的动力源及传动系统，是混动车型动力性预研分析的有效方法。

在汽车市场已经投产的混合动力车型，拥有十分良好的动力性能：最高车速可达180 公里/小时，百公里加速时间在10 秒左右，最大爬坡度在30%左右。

3 混合动力汽车的经济性研究

混合动力汽车产生的目的是较少能源消耗，传统汽车有动力性好、使用方便的优点。可传统汽车存在热效率不高和环境污染等问题，尤其是在保证高动力性的条件下传统汽车会设置较大的车辆单位质量功率，但在一般情况下汽车使用的都是中、低负荷工况，不仅热效率不高并且存在严重的污染问题。下面我们就混合动力汽车在节能经济方面进行初步的研究。

传统的内燃机汽车行驶时，汽车的启动在消耗相当大能量的同时也会产生较高的排放，在汽车被迫停车时发动机不会立即熄火，发动机会喷少量的油来维持发动机的低速运转，在城市道路中多次的停车制动过程中会消耗大量的能量。混合动力汽车就很好的解决了这一问题，它将能量和功率分开管理，在减速停车时，可将制动能量回收，同时怠速状态的发动机释放的能量转化为电能储藏起来，在必要时作为驱动汽车的动力。

混合动力汽车在动力分配上也有其独特的优势，通过控制汽车动力来源达到提高能源的利用率。在交通拥挤、时走时停的情况下，仅使用电力驱动，延长发动机的关闭时间，可实现完全意义上的节油，在电机不能满足动力需求的情况下可切换为发动机进行驱动。混合动力汽车控制动力来源的工作策略可以使经济性提高5%—10%。

目前电动机的效率大概在90%—95%，驱动效率在80%—85%，蓄电池的能量效率为55%—75%。混合动力车型通过储能装置能量的释放增加车辆的续航里程，以降低单位里程的燃油消耗。同时通过双模切换，将制动能量、怠速能量及时回收存储，避开不适合发动机运行的工况，综合多方面考虑，降低车辆使用过程中的能量浪费。在仿真实验结果下，实验得到混合动力样车百公里耗油为5L，相比较传统汽车燃油经济性提高了37%，因此混合动力汽车具有较好的经济性能。

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参考文献

[1]刘乐.串联混合动力汽车建模与能源管理系统控制策略研究[D].吉林大学,2011：56-62.

[2]尚明利.混合动力汽车再生制动与稳定性集成控制算法研究[D].吉林大学,2011：23-25.

[3]彭志远.单电机ISG 型AMT 重度混合动力汽车能量管理策略研究[D].重庆大学,2012：33-36. 作者简介院丁卫臣，1982.04.02，毕业学校：太原科技大学。