筆者曾經(jīng)撰文稱：只要汽車采用內(nèi)燃機，混合動力汽車就會成為必然。簡而言之，混合動力與內(nèi)燃機共生存。如今，發(fā)展外充電混合動力(包括增程式)汽車，大有成為新能源汽車主流產(chǎn)品的趨勢。但是，串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)三種混合動力，哪種技術(shù)路線更節(jié)油?這一直是人們爭論的焦點。另外，由于汽車的用途、運行環(huán)境、設計水平和技術(shù)路線的不同，對混合動力汽車油耗的影響很大，因此一直沒有一個比較科學的答案。

　　眾說紛紜之中，日本自動車研究所(JARI)進行的對比實驗，不僅給出了較為明確的答案，而且對技術(shù)方案及關(guān)鍵零部件對油耗的影響因素，也作了詳細對比與技術(shù)分析……這些信息，對選擇新能源汽車的技術(shù)路線和進行相應的技術(shù)開發(fā)，都具有十分重要的參考價值。

　　一、試驗車型

　　被稱為ACE(AutoCAD　Electrical)的技術(shù)研究，其能耗對比實驗選用了兩款車型。一款是整備質(zhì)量為2500kg、額定載荷2000kg的小型載貨汽車;另一款是整備質(zhì)量為10000kg、額定載客人數(shù)為65人的大型城市客車。

　　1.車型設計依據(jù)

　　車型設計所依據(jù)基本原則與技術(shù)要求是：

　　(1)以節(jié)能技術(shù)指標先進為第一選項，而對于車輛空間布置和成本不做考慮;

　　(2)與混合動力相關(guān)的總成及零件，均以滿足車輛基本性能為條件;

　　(3)能夠滿足城市道路工況的動力要求，而對其它使用條件下的動力性要求不作考慮;

　　(4)汽車性能應滿足日本M15模式且坡道平均比例為4%;

　　(5)采用電機應滿足日本M15試驗模式下全過程的能量回收;

　　(6)蓄電池能夠滿足電機的全負荷的正常運轉(zhuǎn)(并聯(lián)混合動力汽車包括內(nèi)燃機帶發(fā)電機的能量輸出);

　　(7)滿足最高車速運行的傳動比;

　　(8)能夠維持車輛以最高車速運行的發(fā)動機動力或發(fā)電機電力;

　　(9)考慮到小型載貨汽車不僅能夠在市內(nèi)運行，也需滿足城市間道路的行駛要求，所以將最高車速設定為100km/h;

　　(10)大型城市客車在城區(qū)道路行駛的最高車速限定在60km/h，同時兼顧公交汽車的使用特點，充分滿足起步、加速所需的大轉(zhuǎn)矩、高轉(zhuǎn)速要求。

　　2.日本M15和JE05試驗模式

　　試驗采用日本標準，M15和JE05工況模式如圖1所示。

圖1 日本M15和JE05工況模式

　　3.車輛技術(shù)參數(shù)

　　以2款車型為基礎(chǔ)改裝成的6種混合動力汽車、共8種車的主要技術(shù)參數(shù)如表1和表2所示。其中：

　　(1)混合動力汽車采用與基準柴油汽車相同的空氣阻力系數(shù);

　　(2)運轉(zhuǎn)部分的等值慣性質(zhì)量，一律確定為整備質(zhì)量的7%;

　　(3)考慮到不同動力類型會引起零件質(zhì)量變化，對車輛進行等質(zhì)量載荷配置時，允許配載誤差范圍為：小型載貨汽車為6%、大型客車為3%;

　　(4)大型客車采用的柴油機，優(yōu)選最大轉(zhuǎn)矩和最高效率方案;

　　(5)串聯(lián)式混合動力汽車的電機為高轉(zhuǎn)速型，并聯(lián)式混合動力汽車為低轉(zhuǎn)速型電機，轉(zhuǎn)速與發(fā)動機轉(zhuǎn)速相當;電機轉(zhuǎn)矩與效率參數(shù)采用ACE技術(shù)研究成果;

　　(6)串聯(lián)式混合動力汽車的發(fā)電機為高轉(zhuǎn)速型，發(fā)電機的轉(zhuǎn)矩與效率參數(shù)采用ACE技術(shù)成果;

　　(7)混合動力汽車的能量儲藏裝置，一律采用市售的鎳氫電池，其充放電效率符合日本JARI標準。

　　用于測試的8種車型的主要技術(shù)參數(shù)如表1和表2所示。其中，SHEV為串聯(lián)式混合動力，PHEV為并聯(lián)式混合動力，SPHEV為混聯(lián)式混合動力。

　　表1 四款小型載貨汽車的主要技術(shù)參數(shù)

　　表2 四款大型城市客車的主要技術(shù)參數(shù)

　　二、混合動力類型對油耗的影響

　　1.滾動阻力對油耗影響

　　滾動阻力變化對油耗影響不言而喻?；旌蟿恿ζ嚌L動阻力增加，不僅受驅(qū)動方式的影響，受減速時能量回收的影響更加明顯。

　　小型載貨汽車和大型城市客車的滾動阻力及其對油耗的影響的試驗，均采用日本M15工況模式。其結(jié)果分別如圖2和圖3所示。縱軸為滾動阻力系數(shù)增加1%時，兩種基準柴油車與其他各種混合動力汽車每公里油耗(L/km)變化及對比情況。

　　對于小型載貨汽車，混合動力汽車因滾動阻力增加的油耗(每公里耗油量)，相當于基準柴油車的1.7～2.2倍。而對于大型城市客車而言，混合動力汽車因滾動阻力增加的油耗，則大致相當于基準柴油車的2倍。

圖2 小型貨車滾動阻力變化對油耗的影響

圖3 大型城市客車滾動阻力變化對油耗的影響

　　2.工作效率對油耗的影響

　　各主要總成包括：電池、驅(qū)動電機、能量回收、發(fā)電機、發(fā)動機、減速器、傳動系的工作效率，都會對油耗產(chǎn)生不同的影響。縱軸表示不同混合動力汽車所構(gòu)成的工作效率變化對油耗(每公里耗油量)的影響。

　　與基準柴油車相比，小型載貨混合動力汽車發(fā)動機、減速傳動系統(tǒng)的工作效率，對油耗所帶來的影響較大。其中，串聯(lián)混合動力(SHEV)各項要素所帶來的油耗影響平均可以達到2%;并聯(lián)混合動力(PHEV)中，與電機、電池相比，發(fā)動機與減速、傳動系統(tǒng)所帶來的影響也較大;而混聯(lián)混合動力(SPHEV)中，電機、電池、發(fā)動機、減速和傳動系統(tǒng)所帶來的影響則基本相同(圖4)。

　　對于大型城市客車，各總成的工作效率所帶來的影響與前述基本一致。不過，蓄電池效率所帶來的影響要高于小型載貨汽車(圖5)。

圖4 小型貨車各總成工作效率對油耗的影響

圖5 大型城市客車各總成工作效率對油耗的影響

　　3.ACE開發(fā)技術(shù)對油耗的影響

　　采用ACE(AutoCAD　Electrical)技術(shù)開發(fā)，對改善混合動力客車油耗的效果十分明顯。這里ACE開發(fā)要素對油耗的影響的評價，主要針對超級電容、鋰離子電池、輪轂電機、低滾動阻力輪胎而進行。各種車型的經(jīng)濟性及其評價結(jié)果如圖6和圖7所示。

　　小型載貨汽車的試驗，分別采用M15和JE05兩種運行模式;大型城市客車的試驗采用M15運行模式。

　　縱軸為各主要總成每公里油耗的影響。其中，輪轂電機驅(qū)動主要用于串聯(lián)或混聯(lián)方式，并采用的是2級減速。如果將其變更成為1級減速，傳動效率會有所提高并減少后橋的質(zhì)量。此外，低滾動阻力輪胎使?jié)L動阻力降低了25%。

　　對于小型載貨汽車，怠速熄火裝置的節(jié)油效果比較突出，尤其是停車時間較長時， M15試驗模式下的節(jié)油率可以達到20%。

　　混合動力采用低滾動阻力輪胎的效果，可相當于基準柴油車的兩倍，節(jié)油率可以達到10%。此外，對電力依賴性高的串聯(lián)/混聯(lián)混合動力，能量儲存裝置、車輪電機驅(qū)動方式，也可以分得到10%的節(jié)油率。至于M15和JE05兩種試驗模式的比較，JE05試驗模式所取得的節(jié)油效果并不十分明顯，而對于其他方面的試驗效果，兩種模式基本相當(圖6)。

圖6 小型貨車采用ACE技術(shù)帶來的燃油經(jīng)濟性效果

　　對于大型城市客車，采用低滾動阻力輪胎的效果，基準柴油車勉強接近5%，而混合動力方式可以達到10%。

　　此外，混合動力儲能裝置的改善，可使節(jié)油效果提高4%～9%。串聯(lián)式混合動力如果采用輪轂電機驅(qū)動，節(jié)油效果可提高11%。方式

　　混合動力的能量儲存裝置，可以收到4%～9%的節(jié)油效果。其中，串聯(lián)方式SHEV中的車輪驅(qū)動電機，節(jié)油效果可達11%(圖7)。

圖7 小型貨車采用ACE技術(shù)帶來的燃油經(jīng)濟性效果

　　小型載貨汽車和大型城市客車，盡管用途和使用條件不同，采用ACE技術(shù)同樣能夠收到不同的節(jié)油效果。尤其是采用超級電容或鋰離子電池，串聯(lián)、混聯(lián)方式采用輪轂電機驅(qū)動，均可提高節(jié)油效果10%左右。

　　三、各種動力形式節(jié)油效果評價

　　各種動力型式的節(jié)油效果分別如圖8、圖9、圖10所示。縱軸表示基準柴油車每公里油耗為100%，各種混合動力油耗與基準柴油車進行比較所取得的相對值。

　　1.小型貨車M15試驗模式(圖8)

　　(1)采用鋰離子電池組、輪轂電機驅(qū)動、低滾動阻力輪胎的串聯(lián)混合動力，可分別降低油耗6.8%、7.5%、4.8%，每公里油耗(L/km)相當于基準柴油貨車的47.6%。

　　(2)對于并聯(lián)式混合動力，采用鋰離子電池和低滾動阻力輪胎，可分別降低油耗0.8%和3.7%，每公里油耗(L/km)與串聯(lián)混合動力相等，亦相當于基準柴油貨車的47.6%。

　　(3)對于混聯(lián)式混合動力，采用鋰離子電池組、輪轂電機驅(qū)動、低滾動阻力輪胎，可分別降低油耗6.6%、4.6%和3.9%，每公里油耗(L/km)相當于基準柴油貨車的42.7%。

圖8 小型貨車M15試驗模式的節(jié)油效果

　　2.小型貨車JE05試驗模式

　　裝有怠速熄火裝置的柴油車節(jié)油效果明顯。如果采用ACE開發(fā)技術(shù)，則燃油經(jīng)濟性改善效果更加明顯。

　　(1)對于串聯(lián)式混合動力，采用鋰離子電池、輪轂電機驅(qū)動、低滾動阻力輪胎，可分別降低油耗8.2%、7.3%和6.7%，每公里油耗(L/km)相當于基準柴油貨車的74.4%。

　　(2)對于并聯(lián)式混合動力，采用鋰離子電池和低滾動阻力輪胎，可分別降低油耗2.7%和6.5%，每公里油耗(L/km)相當于基準柴油貨車的71.0%。

　　(3)對于混聯(lián)式混合動力，采用鋰離子電池、輪轂電機驅(qū)動、低滾動阻力輪胎，可分別降低油耗6.3%、4.2%和4.4%，每公里油耗(L/km)相當于基準柴油貨車的67.5%。

圖9 小型貨車JE05試驗模式的節(jié)油效果

　　3.大型客車M15試驗模式

　　(1)對于串聯(lián)式混合動力，采用鋰離子電池組、輪轂電機驅(qū)動、低滾動阻力輪胎的串聯(lián)混合動力，可分別降低油耗5.4%、7.9%和5.4%，每公里油耗(L/km)相當于基準柴油客車的50.1%。

　　(2)對于并聯(lián)式混合動力，采用鋰離子電池和低滾動阻力輪胎，可分別降低油耗4.9%和6.1%，每公里油耗(L/km)相當于基準柴油客車的45.60%。

　　(3)對于混聯(lián)式混合動力，采用鋰離子電池、輪轂電機驅(qū)動、低滾動阻力輪胎，可分別降低油耗5.6%、2.7%和5.8%，每公里油耗(L/km)相當于基準柴油客車的44.8%。

圖10 大型城市客車M15試驗模式的節(jié)油效果

　　該項試驗表明，由于JE05試驗模式平均車速較高，所以混合動力的節(jié)油效果要相對小些。如果采用日本M15試驗模式，混合動力汽車的油耗可以比基準柴油車節(jié)約30%以上;如果進一步采用ACE技術(shù)優(yōu)化設計，則每公里油耗可比基準型柴油車下降1/2以上。

　　結(jié)論

　　通過對小型載貨汽車和大型城市客車混合動力的模擬實驗，串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)三種混合動力形式的油耗的評價結(jié)論是：

　　(1)三種混合動力方式對整車質(zhì)量、滾動阻力系數(shù)、工作效率以及能量回收等因素比較敏感，這些技術(shù)因素對燃油經(jīng)濟性的影響比較明顯。

　　(2)根據(jù)串聯(lián)、混聯(lián)、并聯(lián)對電力依賴程度的不同，通過電池、電機的能量及其工作效率也成為影響油耗的主要因素。

　　(3)測試車輛采用的是基準混合動力汽車常用的鎳氫電池和普通電機。若采用專門開發(fā)的鋰離子電池和輪轂驅(qū)動電機，則僅此一項就可以使每公里油耗減少10%~20%，從而使油耗降低到傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車油耗的1/2左右。

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　　( 編輯/李艷嬌 )

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