李国红
广西玉柴机器股份有限公司 广西壮族自治区玉林市 537000
摘要：重型混合动力汽车不单单有着电动汽车能源节约及排放低的特点，还能有效弥补电动车辆续航里程不足的弊端。而且重型混合动力汽车的燃油指标相较于同类型的发动机传统汽车降低了30～40%，所以混合动力汽车是当前节能与清洁中非常有前景的车型。本文对重型混合动力商用车发展现状与趋势进行了论述。
关键词：重型混合动力；商用车；发展现状；关键技术
通常，商用车种类包括轻型商用车、重卡车、巴士/客运等三大类。重型商用车由于具有运输效率高、运输成本低的特点，逐渐成为运输宠儿。我国的重型商用车市场从进入新世纪以来，取得了突飞猛进的发展，其生产与开发成为国内载货汽车生产厂家竞争的焦点。
一、重型混合动力汽车的优势与不足
1、优势。重型混合动力汽车能使汽车在最适合发电机的工作环境下工作，避免发动机长时间处在工况变化较大的环境下工作，这能使发动机的尾气排放和油耗都大幅减少。在人口集中的区域可采用纯电动方式，实现汽车的零排放。混合动力汽车是通过电机提供辅助的动力系统，配备功率相对较小的发动机，当发动机在工作时，通过回收能量，减少能量的损耗。
2、不足。由于混合动气汽车的内部结构相对复杂，建造成本相对较高。混合动力汽车相当于增加了一套动力驱动，两套动力系统相互协调需采用先进的控制系统，所以系统的内部结构相对复杂，有着较高的技术含量，因而混合动力汽车系统的成本相对高一些。由于混合动气汽车节约能耗有着一定的上限，无法实现真正意义上的零排放，混合动力汽车也是通过化石燃料作为能源，辅助一套动力回收系统储存能量。混合动力系统无法实现零排放。传统发动机技术的成熟使混合动力系统汽车销售需要一个漫长的过程。
二、国外沃尔沃重型混合动力商用车发展现状
沃尔沃集团目前正广泛推广应用于公交车，卡车和建设设备的第四代混合动力解决方案。沃尔沃集团的第四代混合动力技术以适应性平台解决方案为基础，其中包含大量标准组件。适应性平台解决方案的好处在于它可用于各种不同产品，适应各种用途，这样能进一步提高产量，降低生产成本，为技术的推广创造了可能性。这项技术也在第一时间应用于沃尔沃的重型商用车。
在第62届汉诺威商用车展上，沃尔沃展出了世界上首辆重型混合动力垃圾卡车-Volvo FE Hybrid。该车于2008年首次亮相，是Renova和Ragnsells两家垃圾收集公司在瑞典测试的两辆混合动力垃圾车之一。与其他同类卡车相比，沃尔沃卡车应用了最新的沃尔沃第四代混合动力技术，节省燃料20％，并相应减少二氧化碳排放。此外，混合动力垃圾卡车使用电动机提供动力中完全不会产生尾气，而且噪音低。垃圾车通常是一大早就在密集城市中心穿梭，因此，这些特征对垃圾卡车而言至关重要。沃尔沃公司已于2009年开始批量生产混合动力车型。
Vo1vo FE Hybrid总重为26t，采用单轴并联结构，其驱动系统由柴油机、离合器、自动机械变速器、一体化启动机/交流电机(I-SAM)、电池、逆变器和动力管理单元(PMU)组成。其中，I-SAM为一个永磁电机，是该混合动力系统的一项重要设计，既可以作为电动机驱动车辆行驶，也可作为电机给电池充电。I-SAM与自动机械变速器协作工作，是一个实现制动产生的能量为传统柴油发动机电池充电的控制机构。PMU是整个驱动系统的关键部件，它控制着电动机和柴油机的功率输出，变速器换档策略和电池充放电过程。当卡车启动和车速≤20km/h时，整车完全由电机驱动，此时不会产生任何尾气，而且噪音极低。当车辆减速制动时，制动能量逆向存入蓄电池，不会造成能量的损失。
三、我国重型混合动力商用车发展现状
我国汽车企业大都以研究城市公交客车混合动力系统为主，对重型混合动力商用车的研究较少，目前，仅有东风商用车公司进行了相关的研究工作。在2009年的上海国际车展上，东风商用车公司隆重推出“天锦”油电混合动力中型卡车，这也是国内首款新能源中重卡产品。此卡车以2008年北京车展期间推出的东风天锦平台为基础，采用油电混合动力，装备东风自主研发的新型柴油发动机，它为四冲程、水冷、直列四缸、电控共轨燃油喷射柴油发动机，采用BOSCH高压共轨燃油喷射系统，满足国Ⅲ排放，并具有升级国Ⅳ、国V排放潜力。自主研发的发电机既可驱动又可发电，制动时能量可逆向存入蓄电池，使能量回收利用。陕汽则在此次上海国际车展推出了LNG、CNG替代燃料重卡，并宣布成立首家重卡新能源实验室，深入研发混合动力重卡及新能源商用车。
四、重型混合动力商用车驱动系统
目前，混合动力驱动系统主要有串联型、并联型和混联型。其中，串联型是由发动机运转产生电能，再传给电动机驱动车辆行驶，它适合城市中经常走走停停的车辆，如公交车等；混联型包括了串联和并联两种形式，设计较复杂，对丰田Prius这样大批量生产的轿车具有较好的成本，但重型商用车产量低，因此并不适用。因此，国内外的汽车厂家都无一例外的选择了并联驱动系统作为其开发的重型混合动力商用车的驱动形式。而且几乎都采用的是单轴并联式这种简单的结构。这一方面是因单轴并联式结构较为紧凑，有利于减轻整车质量，从而提高整车的动力性和经济性；另一方面则是因单轴并联式结构技术较为成熟，对整车的改动较小，有利于降低成本。但结构简单的同时也对控制系统提出了更高的要求。为了实现能量在发动机、电动机间的合理而有效的分配，使整车系统效率达到最高，获得整车最大的燃油经济性、最低的排放及平稳的驾驶性能，不得不建立更为复杂的控制系统和策略，这就要求今后在重型混合动力商用车的研发过程中，应加强控制策略方面的研究。
五、重型混合动力商用车关键技术
1、电池及其管理系统。由于重型商用车的质量较重，驱动重型商用车对电池的要求也比一般乘用车更加严格。另外，重型商用车的工作条件较恶劣，因而要求电池可靠性高。为此，重型混合动力商用车一般都使用电压、能量密度、功率密度都较高的锂离子电池，但与铅酸电池相比，其成本较高。所以沃尔沃研制出一种名为“Effpower”的新型蓄电池，它利用传统的铅酸(基)蓄电池来提供传统蓄电池加倍的电能，但制造成本更加低廉。这种陶瓷基蓄电池含铅量仅是迄今蓄电池的一半，它立足于双极性而非单极性电极技术，其价格约是锂离子蓄电池的1/7。此外，电池净能量变化和SOC状态对重型混合动力商用车的油耗和排放有着一定的影响，因此，建立一个符合电池实际使用环境的电池能量管理系统十分必要。
2、电动机。研究开发重量轻、体积小、工作可靠、价格便宜的电动机，对重型混合动力商用车的设计非常重要。目前，各国比较重视永磁无刷电动机和开关磁阻电动机及其控制系统的研究和开发。永磁无刷电动机已被广泛应用于各类混合动力商用车上，而开关磁阻电机由于控制成本高、性能不稳定还处于实验研究中。
3、控制系统。控制系统是整车行驶的核心单元，目的是使整车油耗和排污最低，并尽可能减少电池能量消耗，以满足汽车动力性、经济性、排放性等性能指标要求。为此，需设计与混合动力系统相对应的控制系统和策略。由于重型混合动力商用车大多采用并联结构，因此采用的控制策略主要包括并联电辅助驱动式控制策略和并联实时控制策略。
4、零部件制造技术。重型混合动力商用车驱动系统还包括离合器、变速器、电控单元等，其性能好坏对整车驱动系统的性能有着一定的影响，因此开发制造出适合于重型混合动力商用车驱动系统的离合器、变速器等部件，对重型混合动力商用车的发展将产生重要影响。
参考文献：
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[2]李锦.我国重型车满足欧Ⅳ、V标准的技术路线选择[J].城市车辆，2015(05).
[3]张佩.重型混合动力商用车的发展与研究[J].重型汽车，2016(01).