关于混合动力卡车的应用研究

邓耀源

摘 要：随着汽车行业的迅猛发展，人们开始在针对无污染、可再生能源、新兴能源开发利用等方面的关注度在不断提升。从而也导致了汽车产业面临着将内燃机驱动转换为电力驱动的技术革命——混合动力汽车是混合动力汽车的中间产品，不仅环保、省油，而且具有与内燃机汽车同等的行驶距离和行驶速度。本文通过分析并研究了混合动力汽车的优缺点、介绍了关于混合东力卡车发展的相关背景等，针对性的提出了混合动力汽车实用化的方向。

关键词：混合动力;卡车;应用;研究

1 关于混合动力卡车的发展背景

随着金融危机后经济恢复，消费需求增加，物流运输量增加，卡车市场开始恢复。另一方面由于随着目前国际油价的不断上涨以及环境污染问题、政府对于节能标准的提高等方面，从而导致了目前世界传统卡车行业面临着巨大的挑战。

大型卡车公司的发展趋势——正在大力的针对性开发新能源技术。与其他新能源控制技术相比，混合动力技术是由柴油向纯电动转变的主要趋势，能够有效降低频繁启停的复杂路况下的油耗。因此在国外发达国家，城市配送行业、运输作业，以及其他特殊行业优先采用中、轻型卡车。

2 关于混合动力技术的分析——车辆工程领域中应用

2.1 串联式混合动力系统

辅助动力单元被看做为APU——其结构由发动机和发电机构成。电动机在工作中由发电机直接发电，通过控制器将电能传递给电动机。由马达产生的能量直接推动汽车前进。因此，发动机可以在狭窄的工作范围内长时间运转，并长时间保持稳定状态。当发电机的功率大于电动机的功率时，发电机给蓄电池充电。当发电机的功率小于电动机的功率时，电池会输出能量。由于发电机和电动机不直接连接，可以根据需要在车内配置零件，也可以不受实际行驶状况的影响而启动发动机，可以长期稳定运转。

2.2 并联式混合动力系统

并联混合动力驱动直接连接发动机和驱动列车的机械结构。发动机可以通过机械式变速箱推动汽车前进。从电池组供给的能量，会聚集到驱动系统的一部分，分离电动机和引擎的能量，汽车是通过分离发电机和引擎的能量来驱动的。并联混合动力系统与串联混合动力系统不同，由于内部构造复杂，车辆整体构造也很复杂。车速低的时候，车是靠引擎发动的。汽车行驶速度快的话，电动机和发电机一起传递能量，保证汽车的能量供给。

2.3 混联式驱动系统

混合动力驱动系统的结构由串联电源系统和并联电源系统构成。动力列车的输出部分被输送到机械式驱动列车，剩下的一部分被输送到电动机发电。通过调整发动机转速，达到高效率、低排气的工作范围。车辆的速度较低时从发电机能源可以得到汽车的高速度和并行工作车加速，或者需要更多的能源和电池盒通过电动机电力供应，提高汽车的力量。需要减速的时候，刹车所需要的能量会储存在马达里。混合驱动器的优势在于拥有并联列车车輛的动力系统以及并联车辆动力系统的功能，从而使得发动机和发电机等配件，更有效地动作，使复杂的驾驶环境中动力系统维持一个最佳的水平状态，同时也能使废气和能源消费量，可以进一步降低。混合动力驱动系统与串联驱动系统不同，电池包的必要性较低，能量转换也较少，有助于提高车辆的油耗。混合动力系统与并联动力系统不同，由于受实车行驶状态的影响较小，一般采用齿轮机构作为动力架构。现在，很多汽车制造商都在致力于混合动力系统的开发。

3 混合动力卡车的特征概述

3.1 混合动力汽车可以控制内燃机的最大功率

内燃机提供了使汽车前进的巨大能量支持，但是依然存在有排放量多污染也多的特征。由于采用了混合动力卡车，可以抑制汽油的消耗量，内燃机可以在污染少的低燃效环境下运行。当内燃机启动后电力不足时，你可以补充蓄电池，如果蓄电池的电力不足，你可以把多余的电力给蓄电池充电。内燃机和蓄电池发挥协同效应，保证车辆长期高效运行。

3.2 内燃机：通过选择性关停，只通过电池来实现驱动

这个优点对现在的环境保护起着决定性的影响。今天的大气污染和“雾霾”问题，很大程度上是汽车尾气排放过剩造成的。汽车尾气中含有很多有害物质和微尘，对人体健康危害很大。采用混合动力卡车可以减少汽车的尾气排放，保证周边环境的质量，减少大气污染，使人们生活在比较健康的环境中。最后，减少汽油的消耗量，节约资源。能源是我们这一代以及下一代的课题。随着科学技术的发展，能源的需求和消费越来越高。现代社会的主要能源化石燃料迟早会被大量消耗，因此人类必须减少现有能源的消费量，开发新的能源。混合动力卡车的出现减少了汽油的消耗，节约了世界能源，开始使用清洁的新能源。这是个好消息。它改变了当今世界的能源结构，使能源向新的方向发展。

3.3 混合动力卡车的不足

采用混合气体技术的卡车由于内部结构复杂，价格昂贵。在混合动力系统的内部，因为双动力系统是采用先进的控制技术，由于动力系统内部的结构相对复杂，从而对技术要求较高，最终也导致了混合动力驱动系统的成本相对较高。同时混合动力车也有能源消耗量的上限，因此无法实现真正意义上的尾气污染零排放，另一方面由于混合动力卡车同时支持利用化石燃料作为能源，并拥有储存能源的能源回收系统，因此混合驱动系统无法实现完全的零排放的目的。

3.4 经济分析

对于混合动力卡车的研究，其目的是为了降低卡车的油耗及其排放。传统内燃式发动机虽然经过长时间的发展、使用，相关技术已经非常成熟，然而依旧有着热传导效率低、排放高等不足。且为了保证卡车有足够的动力，一般都会选用高功率发动机。而混合动力卡车恰恰相反，选用低功率发动机。其原因是可以延长发动机的使用寿命，并且在低速行驶情况下，不需要发动机的高功率运转。一般车辆在低速行驶时，其动能由电机提供一般就足够了，而在卡车爬坡或是高速行驶的情况下，则需要发动机参与工作，发动机与电机共同参与卡车的供能。此时低功率发动机的油耗要比高功率低10%左右。并且混合动力卡车在刹车和下坡时，可以将车轮旋转的动能转化为电能储存在蓄电池中，以备电机使用。通过此方法储存的电能，可以再降低发动机15%左右的油耗。综上所述，混合动力对于长途卡车的运输而言，可以有效降低燃油消耗从而使运输成本降低不少。并且通过电机和发动机的协同工作，可以有效延长发动机的使用寿命，从经济角度考虑，相较于使用传统发动机的卡车混合动力卡车更加适合参与长途运输工作。

4 混合动力卡车控制策略

4.1 模糊优化控制策略

模糊控制是利用模糊数学的知识，模仿人脑的思维方式，对模糊现象进行识别和判断，给出精确的控制量来控制被控对象。该策略不需要建立复杂的数学模型，逻辑控制能力强，鲁棒性好。这是混合动力电动汽车战略的主要发展方向。

4.2 瞬时最优控制策略

在汽车应用中，一般采用最小瞬时当量油耗的控制策略。该策略首先得到与发动机通用特性图相似的电机能耗特性图，根据两者的特性图，增加控制策略的油耗，动态选择传动比，从民意最低油耗中分配扭矩等状态变量。控制策略的燃油经济性优于控制策略。它优于模糊控制策略，但受电池老化和发动机动态特性的影响，在实际应用中很难达到这一目的。

5 应用趋势发展分析

5.1 动力电池的发展将推动混合动力的发展

眼下，铅酸蓄电池仍然作为混合动力卡车的首选电池。不过，随着近几年的发展，锂电池也可以作为其动力源。然而这类蓄电池主要被应用于纯电动车的生产中。对于混合动力汽车都采用的是燃料电除，这类电池在车辆低负荷运行时可以完全由其功能，在车辆由发动机供能、刹车减速时，燃料电池可以在这一过程中储存能量。眼下，如何研究设计出更高效安全的燃料电池，是发展混合动力的主要目标。因此，混合动力领域的发展是由燃料电池的进步推动的。

5.2 如何应对成本上升

对于混合电动卡车而言，采用的是并联混合驱动体系。但这一设备构造比较复杂，所以成本也较高。如何在设计出安全高效的燃料电池的基础上降低成本，是未来混合动力卡车以及混合动力相关产业需要重点解决的问题。

5.3 不同部位采用不同的控制策略

对于混合动力而言，采用模糊控制的策略是最为妥当的。有关混合动力技术，在将来研究的重点就在于人工神经网络控制，以及自适应神经网络控制。并且，将整车的系统区分为功能不同的区域，并对其使用不同的控制策略已经是当前该领域发展的一种整体走向。

5.4 需要政策支持

混合动力的研究已经有了长足的进展，其在大型运输卡车上的应用在现实中与我們已经没有太遥远的距离。然而，混合动力装置目前仍然造价不菲，需要相关政策支持，大力推动其发展，这不仅可以有效缓解能源危机，并且对环境污染的问题也可以做到一定程度上的改善。

6 结束语

我国的经济水平已经得到了长时间的发展，社会经济水平提高之后对车辆的需求量也日益提高。我国作为人口大国，在车辆的保有量方面也居于世界前列，因此对自然资源的消耗量也十分巨大。环境污染以及能源紧缺的问题已经日益突出，为了减少对环境的污染以及能源的消耗，对混合动力卡车的研究必须排上日程。本文对相关领域进行了探究，研究了混合动力的发展背景、其在汽车领域的应用、混合动力汽车的特征以及其发展趋势。经过以上分析得出了相应的结论，并提出了切实可靠的建议。我们需要在研究发展燃料电池的同时，推动混合动力汽车的发展，最后考虑如何降低混合动力系统的生产成本以实现混合动力汽车的普及。

参考文献：

[1]张金柱.混合动力汽车结构、原理与维修[M].北京：化学工业出版社，2005：1-12.

[2]日本电气学会，电动汽车驱动系统调查专门委员会.电动汽车最新技术[M].北京：机械工业出版社，2008：1-20.

[3]吴基安，吴洋.新能源汽车知识读本[M].北京：人民邮电出版，2009：161-163.