關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

    在國(guó)家財(cái)稅政策的鼓勵(lì)下，混合動(dòng)力客車發(fā)展勢(shì)頭迅猛，許多城市都忙著上馬混合動(dòng)力客車；但由于混合動(dòng)力客車技術(shù)現(xiàn)在還沒(méi)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(shí)，還需要根據(jù)混合動(dòng)力客車技術(shù)的成熟度和可靠性進(jìn)行綜合評(píng)估。許多地方都是先進(jìn)行幾家混合動(dòng)力客車同時(shí)上線，然后根據(jù)一段時(shí)間的運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行比較、權(quán)衡，最后確定混合動(dòng)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(zhǎng)時(shí)間運(yùn)營(yíng)中會(huì)暴露出許多問(wèn)題，還需要廠家對(duì)這些關(guān)鍵零部件進(jìn)行深度開(kāi)發(fā)，因此大面積推廣還有許多問(wèn)題；但任何事物的發(fā)展都要經(jīng)歷一個(gè)過(guò)程，混合動(dòng)力客車技術(shù)也不例外，混合動(dòng)力客車技術(shù)必將隨著當(dāng)前的示范運(yùn)行而逐步成熟。

    1.能量?jī)?chǔ)存

    鎳氫電池由于技術(shù)成熟，目前在混合動(dòng)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(lái)越多的企業(yè)開(kāi)始使用鋰電池作為儲(chǔ)能裝置，目前錳酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池得到越來(lái)越多的應(yīng)用。由于混合動(dòng)力客車對(duì)電池容量的要求不是很高，但對(duì)充放電次數(shù)、充放電電流、效率有較高的要求，而超級(jí)電容由于具有充放電電流大、效率高、循環(huán)壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，因此是一種比較適宜在混合動(dòng)力車上使用的儲(chǔ)能裝置。蘇州金龍、廈門金旅、南車時(shí)代、青年汽車等企業(yè)都在嘗試超級(jí)電容在客車上的應(yīng)用。

    2.電機(jī)驅(qū)動(dòng)

    驅(qū)動(dòng)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(jià)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(dòng)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(dòng)電機(jī)。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)是一種新型的電機(jī)，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)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(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)者，東風(fēng)客車一直在進(jìn)行該種電機(jī)在混合動(dòng)力客車上的試驗(yàn)應(yīng)用。

    3.變速器

    目前比較成熟的變速器是國(guó)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(guó)內(nèi)自動(dòng)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(guó)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(guó)內(nèi)企業(yè)還有許多工作要做。

    4.多能源控制

    混合動(dòng)力汽車與傳統(tǒng)車輛相比最大的不同就是動(dòng)力源的增加，這就導(dǎo)致了在混合動(dòng)力汽車中能量流動(dòng)方向的多樣性。多能源控制策略就是解決汽車行駛時(shí)所需要的能量和功率何時(shí)和如何由車上各種不同的動(dòng)力總成來(lái)提供能量管理問(wèn)題，也就是如何根據(jù)使用要求有效的利用不同類型的動(dòng)力源，以達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的?？刂撇呗允腔旌蟿?dòng)力汽車的靈魂所在，因?yàn)槠渲苯佑绊懼芰吭谲囕v內(nèi)部的流動(dòng)，從而影響車輛的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性以及排放指標(biāo)。

    由于并聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式是當(dāng)前混合動(dòng)力客車的主流路線，下面著重就并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車控制策略發(fā)展趨勢(shì)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(duì)電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)功率進(jìn)行簡(jiǎn)單的分配。一般設(shè)定一個(gè)車速門限值(如12km/h)，當(dāng)車速低于該門限值時(shí)，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)；當(dāng)車速高于該門限值時(shí)，主要由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，如果需求的功率大于發(fā)動(dòng)機(jī)的最大輸出功率時(shí)，電機(jī)助力。制動(dòng)時(shí)采用回饋發(fā)電回收制動(dòng)能量，由于沒(méi)有消除發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速和低負(fù)荷率運(yùn)行的問(wèn)題，排放和油耗都沒(méi)有太大的降低。如果低速純電動(dòng)運(yùn)行消耗的電量大于制動(dòng)回饋電量，電池SOC會(huì)下降很快，需要通過(guò)外部充電設(shè)備對(duì)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(dòng)回饋能量回收的問(wèn)題，沒(méi)有對(duì)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(gè)功率門限值，當(dāng)車輪需求驅(qū)動(dòng)功率低于該門限值時(shí)，由電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)；當(dāng)車輪需求功率高于該門限值時(shí)，由發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，當(dāng)需求功率繼續(xù)增加到發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出功率以上時(shí)，電機(jī)助力，以滿足行駛功率需求。當(dāng)電池電量低時(shí)，如果驅(qū)動(dòng)需求功率不高于發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出功率，電機(jī)發(fā)電，增加發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷，從而調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)在負(fù)荷率比較高的區(qū)域運(yùn)行，電機(jī)發(fā)電功率根據(jù)行駛需求功率和發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)一直工作在比較高的負(fù)荷率，但是低速時(shí)的低效率和能量分配的優(yōu)化仍然沒(méi)有解決，沒(méi)有充分發(fā)揮混合動(dòng)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(dòng)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(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗率以及電池的充電效率來(lái)計(jì)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(dòng)機(jī)和電機(jī)的功率，從而達(dá)到最小的整車瞬時(shí)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(dòng)機(jī)可調(diào)節(jié)范圍，將瞬時(shí)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(duì)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(duì)各個(gè)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(diǎn)，并根據(jù)該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)功率和行駛需求功率合理分配電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，從而獲得滿意的燃油消耗和排放。通過(guò)調(diào)節(jié)各個(gè)變量的權(quán)重可以實(shí)現(xiàn)不同的設(shè)計(jì)目標(biāo)和要求，是一種自適應(yīng)的控制算法。

    在國(guó)內(nèi)，混合動(dòng)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(guò)修改控制策略部分進(jìn)行了仿真，但在算法實(shí)現(xiàn)以及實(shí)物驗(yàn)證方面還有待完善。