摘要：通过介绍电液复合动力系统的工作原理，对电液复合动力系统相关的关键技术进行探讨，以期使发动机进一步达到降低油耗、减少排放污染、延长发动机和刹车系统寿命，并对电液复合动力汽车的应用前景进行展望。

Abstract: This article gives a brief introduction to the working principle of electric-hydraulic hybrid dynamical system. The key technologies of electric-hydraulic hybrid dynamical system are studied, so as to make the engine reduce the consumption of fuel and diminish the emissions pollution, prolong service life of engine and braking system, and its future finally is foreseen.

关键词：复合动力；制动能量；液压蓄能器；节能

Key words: hybrid power；braking energy；hydraulic accumulator；energy saving

中图分类号：U46 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2011）28-0038-02

0 引言

随着世界石油资源的日益枯竭以及各国环境保护力度进一步加大，全球汽车工业进而转向寻求更加节能和环保的新型汽车动力系统。电动混合汽车（HEV）是将传统的内燃机驱动与纯电动驱动方式相结合，在满足汽车动力性能要求的前提下，充分利用电池系统和电机系统的配合来进一步优化内燃机的效率，促使整车经济性和排放性能较传统汽车有很大提高，因此正逐步被推广。而液压混合动力汽车凭借液压蓄能器功率密度大、充放能量速度快、能量回收效率高和二次元件可以工况互逆等优点，构建了以液压蓄能器和二次元件为核心的全新能量再生系统，也正在逐步被广泛采用。

通过深入研究电动混合汽车和液压混合动力汽车可以发现，电动混合汽车电池的能量密度大，运行经济性好，但存在功率密度小、制动能量回收效率较低等缺点，同时电池的价格及寿命制约了电动混合汽车的发展；液压混合动力汽车虽然能量密度较小，但功率密度大，存在由于具有较高的功率密度所以可在短时间内完成车辆制动时能量转换和储存要求的优势。因此结合两种混合动力系统，提出一种新型混合动力系统——电液复合动力系统，是进一步达到降低油耗，减少排放污染，延长发动机和刹车系统寿命的预期目标。

1 电液复合动力系统

电液复合动力系统是将电动混合动力系统与液压混合动力系统共同作用到驱动桥上，现采取并联的方式通过耦合装置共同左右在驱动桥上，如图1所示。

2 电动混合动力系统关键技术

根据混合动力系统的双动力源和组合方式不同，电动混合动力汽车可分为串联式、并联式和混联式三种不同的动力传动方式。由于电动混合动力汽是汽车、电力拖动、化学电源、自动控制等工程技术中最新成果的集成产物，因此目前需要解决的关键技术有如电池及电池管理系统、电机及电机控制系统、驱动系统控制等。

2.1 电池及电池管理系统 混合动力汽车上的电池性能要求不同于一般的纯电动汽车，由于混合动力汽车的电池在工作中处于非周期性的充放电循环中，电池充放电速率和效率较高，这就要求混合动力汽车所用电池在满足高能量密度的同时，更重要的是要满足高的功率密度，以便在加速和爬坡时能提供较大的峰值功率。同时由于电池的性能和寿命与电池的充放电历史、电池工作温度等因素密切相关，过充电和过放电等情况的存在都会严重影响电池性能甚至造成电池损坏，所以通过电池管理系统对电池工作过程和工作环境形成监控，进而提供准确的电池剩余电量预测，对充分利用电池能效，延长电池使用寿命具有非常重要的意义。由此可见，研究与开发高性能、低成本、长寿命的电池及其管理系统，仍然是影响混合动力汽车发展的关键问题之一[1]。

2.2 电机及电机控制系统 电机是电动混合动力汽车的驱动元件之一，其选用原则为性能稳定、重量轻、尺寸小、转速范围宽、效率高、电磁辐射尽量小、成本低等；此外电机的峰值功率要具有启动发动机能力、电驱动能力、整车加速能力、最大再生制动能力等。目前混合动力汽车上使用的电机主要有直流永磁电机、永磁无刷同步电机、交流异步电机、开关磁阻电机等。当车辆下坡行驶或制动减速时，应当确保电机工作于发电机状态，顺利将制动时的机械能转化成电能，并存储到蓄电池中，因此电机控制系统要达到能对电机的工作模式进行控制，使其满足汽车行驶的动力性要求。

2.3 驱动系统控制 串联混合动力汽车上，唯一的驱动模式是电力驱动。串联混合动力汽车控制系统比较简单，发电机运行的控制只需根据蓄电池充放电状态决定发电或停止[2]。并联混合动力汽车驱动系统中有发动机和电机两个动力源，两个动力源存在多种配合工作模式，如纯电动、发动机驱动、发动机驱动+电机辅助、发动机驱动+发电机充电等。根据汽车行驶的需要，动力系统在这些工作模式间相互切换，形成许多对单个动力源来说的不连续瞬态过程，加上发动机的转矩响应时间常数与电机有较大的差异，要维持混合动力系统总的动力输出平稳和连续，就必须对这些瞬态过程中两个动力源的动力输出进行协调控制。因此需要解决的控制问题主要有：①发动机的快速平稳起动；②发动机进入驱动前的转速和离合器接合过程控制；③状态切换造成的对发动机需求转矩产生突变时（如由电机功率辅助切换到发动机驱动并向电池充电），发动机与电机转矩的协调控制；④汽车总需求转矩产生较大波动时电机和发动机的转矩协调控制[3]。

因此驱动系统的控制策略要能通过实时分析汽车的行驶状况、发动机和电机的转矩特性以及电池SOC大小等信息，决定混合动力汽车的工作模式，确定发动机与电动机的合理工况点。即需要对并联混合动力汽车的驱动系统的起步、模式切换、换档等动态过程进行控制。目前，国内对这一方面的研究还不多。丰田混合动力系统则利用精心设计的动力分配机构，即行星齿轮机构很好地解决了动态协调控制问题，从而提高了整车的动力性和燃油经济性，这促使丰田Prius在全球范围内畅销。随着对混合动力系统控制策略研究的深入，诸如自适应控制、模糊逻辑控制、神经元网络控制等方法得到有效地运用，这些方法可以改善动态协调控制的性能，提高HEV对各种工况的适应能力。

3 液压混合动力系统关键技术

液压混合动力系统动力传动根据系统布置方式和传动方式不同可以分为串联式、并联式和混联式和轮边式四种。液压混合动力系统技术相对较成熟，需解决的关键技术主要是液压蓄能器的选用、液压泵/马达的选用及多动力源匹配技术的完善。

3.1 液压蓄能器 液压蓄能器是液压混合动力系统驱动单元中重要的组成部件，其选用对于液压辅助单元的正常工作十分重要，蓄能器的容量选择过大，会降低系统反应速度，且给系统在车辆上的布置带来困难，选择过小会造成对制动能量不能及时收回[4]。能量密度与功率密度是衡量蓄能器性能的两个重要指标。高的能量密度使汽车具有后备充足的能量，大的功率密度可使汽车迅速且充分地储存和释放车辆的制动能量[5]。因此，在不增加容积的前提下，利用先进的制作工艺以及合成材料研究能量密度高、功率密度大、能量回收率高、充放能量速度快的液压蓄能器是液压蓄能器技术发展的方向，以进一步提高能量的回收与重新利用率。

3.2 液压泵/马达 在液压混合动力车辆中，二次元件液压泵/马达是一个关键性元件，驱动工况时以液压马达的形式工作，给车辆提供辅助驱动力，制动工况时，以泵的形式工作，回收车辆的制动能量，将液压油存储到高压蓄能器中[6]。目前，二次元件的工作效率、可靠性以及成本因素是制约液压泵/马达技术发展的瓶颈。提高液压泵/马达的工作效率，增加可靠性和降低成本成为推动液压混合动力技术发展的关键所在。

3.3 多动力源匹配技术（油路分配控制模块） 同电动混合动力系统类似，液压混合动力系统包括液压源驱动和发动机驱动两套驱动系统，两套动力源间需要采用动力复合装置实现2种动力的高效匹配，而匹配技术的好坏直接影响到液压混合动力车辆的动力性、经济性以及排放性能。因此，匹配时要权衡系统关键元件的性能、工作效率以及参与工作的时间，通过对车辆的实际工程约束条件、整车性能设计指标及其与动力系统部件的相互影响进行分析，优化关键元件的匹配关系来提高车辆的整体性能[7]。

4 小结

在世界石油资源日益减少、汽车快速发展的今天，混合动力汽车作为提高车辆经济性的重要手段，正在被各国政府和汽车生产厂商所重视。而电液复合动力系统既能够保证发动机起步、低速等工况下在高效率区工作，又能实现汽车制动能量的再生利用。减小了汽车发动机的额定储备功率，减少发动机的运行消耗。此系统可以应用在城市公交车上，新旧车都能适用，该系统经优化推广后，必将带来更大的社会效益和经济效益。

参考文献：

[1]C. C. Chen. The State of the Art of Electric and Hybrid Vehicles[J]. Proceedings of the IEEE, Vol.90 No.2, 2002.

[2]李启迪.ISG轻度混合动力电动汽车控制策略的研究[D].大连：大连理工大学，2006.

[3]杜常清.车用并联混合动力系统瞬态过程控制技术研究[D].武汉：武汉理工大学图书馆，2009.

[4]李世刚，液压混合动力车驱动系统的研究[D].北京：中国农业大学，2007.

[5]吴光强.车辆静液驱动与智能控制系统[D].上海：上海科学技术文献出版社.1998.

[6]胡小东.并联式液压混合动力重型车的分析与仿真[D].吉林：吉林大学，2009.

[7]刘涛，姜继海，孙辉吗，等.静液传动混合动力汽车的研究与进展[J].汽车工程，2009,31（7）：586-591.