姜琳

摘 要：伴隨我國當(dāng)前社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，汽車已經(jīng)成為人們出行的最重要的一種交通工具。當(dāng)前我國民眾汽車家庭擁有量在不斷提升，但整體車輛數(shù)量大幅度提升的同時(shí)，國內(nèi)當(dāng)前有越來越多的環(huán)境及能源方面的問題出現(xiàn)，從而新能源汽車應(yīng)運(yùn)而生。在使用新能源汽車的過程中，可以有效降低環(huán)境污染?；诖?，文章概述新能源汽車機(jī)電耦合技術(shù)，分析新能源汽車機(jī)電耦合前沿技術(shù)發(fā)展，提出新能源汽車機(jī)電耦合前沿技術(shù)的發(fā)展與突破。

關(guān)鍵詞：新能源汽車 機(jī)電耦合技術(shù) 發(fā)展

近些年來，隨著當(dāng)前我國能源危機(jī)的發(fā)展，以及日益嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，從而國家在戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)中，將新能源汽車產(chǎn)業(yè)作為其中重要的組成部分，出臺(tái)多種政策、投入極大力度積極推進(jìn)我國汽車工業(yè)轉(zhuǎn)型升級，而新能源汽車機(jī)電耦合系統(tǒng)的高檔生產(chǎn)裝備、生產(chǎn)線的國產(chǎn)化、自動(dòng)化有著非常重要的影響和作用。

1 新能源汽車機(jī)電耦合技術(shù)概述

當(dāng)今時(shí)代，新能源汽車已經(jīng)成為當(dāng)前社會(huì)主推的汽車消費(fèi)主體之一，通過使用新能源汽車，不僅可以滿足出行、交通的基本需求，在保護(hù)環(huán)境的同時(shí)，還可以有效節(jié)約能源。當(dāng)前新能源汽車其中有很多都是采用混合式動(dòng)力，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)的混合驅(qū)動(dòng)，如此必然會(huì)需要應(yīng)用機(jī)電耦合技術(shù)，并且我國在新能源汽車市場方面，還沒有完全發(fā)展成熟，很多消費(fèi)者依然抱有懷疑的態(tài)度。因此，如若想要實(shí)現(xiàn)新能源汽車的長效可持續(xù)發(fā)展，必然需要突破機(jī)電耦合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)突破的同時(shí)，為新能源汽車更充足的動(dòng)力支持提供技術(shù)支撐。在當(dāng)今的新能源汽車市場生產(chǎn)中，新能源汽車很多都是混合動(dòng)力的車型，在動(dòng)力系統(tǒng)方面，主要是由電動(dòng)機(jī)和內(nèi)燃機(jī)構(gòu)成，通過混合動(dòng)力為汽車提供行駛的動(dòng)力，而混合動(dòng)力系統(tǒng)的兩種動(dòng)力之間，需要通過交互和轉(zhuǎn)換為汽車提供動(dòng)力，其中主要是通過機(jī)電耦合技術(shù)實(shí)現(xiàn)。新能源汽車機(jī)電耦合動(dòng)力系統(tǒng)，可以將混合動(dòng)力即HEV的不同動(dòng)力進(jìn)行合理化的組合，從而在整體動(dòng)力系統(tǒng)中，不同動(dòng)力之間才可以實(shí)現(xiàn)良好的動(dòng)力分配，從而將相應(yīng)的動(dòng)力輸送給汽車，而在渠道橋接收到相應(yīng)的動(dòng)力之后，再對汽車的其他驅(qū)動(dòng)設(shè)備進(jìn)行傳輸?？梢哉f機(jī)電耦合系統(tǒng)是整體混合動(dòng)力的核心所在，通過機(jī)電耦合技術(shù)的有效應(yīng)用，對于HEV的整車動(dòng)力性能將產(chǎn)生非常明顯的影響。

當(dāng)前我國社會(huì)發(fā)展的過程中，新能源汽車已經(jīng)在我國有較高的普及程度，并且也得到了廣大用戶的一致好評，不僅可以滿足民眾在日常的出行方面的需求，并且在車輛行駛的過程中，因?yàn)樾履茉礇]有污染，從而可以有效起到環(huán)保的效果。在新能源汽車實(shí)際運(yùn)行的過程中，基本上多以混合動(dòng)力的方式進(jìn)行形式，從而就可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)、電動(dòng)機(jī)形成混合的使用方式。因此，如若想要實(shí)現(xiàn)這樣的效果，就需要合理化地應(yīng)用機(jī)電耦合技術(shù)。并且在當(dāng)今我國新能源汽車市場之中，始終沒有成熟的市場環(huán)境，從而在未來的發(fā)展過程中，需要深入研究機(jī)電耦合技術(shù)，從而有效推動(dòng)新能源汽車發(fā)展。

機(jī)電耦合技術(shù)的深入研究和有效應(yīng)用，是順應(yīng)今我國新能源市場的發(fā)展情況的一種先進(jìn)技術(shù)，同時(shí)對于當(dāng)前我國混合動(dòng)力型的車輛來說，機(jī)電耦合技術(shù)符合其實(shí)際需求。在具體運(yùn)行的過程中，將電動(dòng)機(jī)與內(nèi)燃機(jī)形成有效的混合，從而可以為汽車的行駛提供混合式的有效動(dòng)力，基于混合動(dòng)力系統(tǒng)的研究，其中會(huì)產(chǎn)生兩種動(dòng)力之間的不斷交互和切換，如此就形成了良好的機(jī)電耦合技術(shù)。

在當(dāng)今時(shí)代的我國新能源汽車市場發(fā)展的過程中，機(jī)電耦合技術(shù)得到了良好的應(yīng)用，主要是將混合動(dòng)力與不同的動(dòng)力之間進(jìn)行合理化的組合。并且需要在動(dòng)力系統(tǒng)中讓不同的動(dòng)力可以進(jìn)行動(dòng)力的合理分配，如此才可以將不同的動(dòng)力進(jìn)行傳輸。與此同時(shí)，在渠道橋接收到動(dòng)力之后，從而就可以將動(dòng)力傳送給其他的驅(qū)動(dòng)設(shè)備。而在機(jī)電耦合系統(tǒng)中，一般都是混合動(dòng)力為核心，通過該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，可以對混合動(dòng)力新能源汽車產(chǎn)生較大的影響。

2 新能源汽車機(jī)電耦合前沿技術(shù)相關(guān)研究

2.1 國外研究發(fā)展

在當(dāng)今世界的范圍內(nèi)，HEV在技術(shù)發(fā)展覆蓋面來說，可以說混合動(dòng)力技術(shù)方面，日本的豐田公司相關(guān)技術(shù)最為先進(jìn)。日本在20世紀(jì)90年代末就推出了混合動(dòng)力的汽車。豐田公司在2005年研發(fā)的第三代機(jī)電混合動(dòng)力汽車，命名為PRIUS在2005年橫空出世，PRIUS采用的為THS混聯(lián)式結(jié)構(gòu)，并且其中還采用了非常精密的行星排，從而就可以發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的重新分配功能，繼而就可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷形成良好的平衡狀態(tài)。該車型的整體混合動(dòng)力系統(tǒng)中，主要是以行星齒輪機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)核心，促使汽車整體的行星架與動(dòng)力分離裝置之中的發(fā)動(dòng)機(jī)形成有效連接，從而在該車型的電動(dòng)機(jī)MG1與該車的太陽輪形成有效連接，而另外齒圈則與電動(dòng)機(jī)MG2相連接，在整體動(dòng)力分離裝置之中，對于發(fā)動(dòng)機(jī)需要采取合理化、科學(xué)化的控制策略來分配相應(yīng)的動(dòng)力，在此之后，動(dòng)力分配給有所需要的電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)MG2和中間齒輪、傳動(dòng)鏈、主減速器齒輪減速后驅(qū)動(dòng)車輪。

在此之后，日本本田公司生產(chǎn)的INSIGHT車型，也是一款混合動(dòng)力汽車，其中所應(yīng)用的混合動(dòng)力系統(tǒng)較比之前的車型又融入了新興技術(shù)進(jìn)行改造，在這個(gè)混合動(dòng)力系統(tǒng)中，需要通過電動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)兩者進(jìn)行各自的扭矩進(jìn)行疊加，從而才可以實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力充足的目的。

在混合動(dòng)力系統(tǒng)中，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸需要經(jīng)過離合器，從而才可以在電動(dòng)機(jī)之間形成轉(zhuǎn)子軸的連接，從而在控制器的作用下，電池組與電動(dòng)機(jī)之間形成良好的動(dòng)力保持控制關(guān)系，同時(shí)將電池組、電動(dòng)機(jī)兩者的動(dòng)力進(jìn)行疊加，在此之后，通過輸出軸實(shí)現(xiàn)，在這里所采用的變速器主要是單軸輸入的模式。在INSIGHT這款混合動(dòng)力的車型中，在整體動(dòng)力系統(tǒng)之中，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力提供是首要重點(diǎn)工作，而電動(dòng)機(jī)則需要在形式的過程中發(fā)揮出自身的輔助性動(dòng)力的作用和功能，這種動(dòng)力系統(tǒng)的應(yīng)用，其本質(zhì)則為等速的公路疊加，從而該動(dòng)力系統(tǒng)，屬于并聯(lián)式的混合動(dòng)力中的單軸聯(lián)合式結(jié)構(gòu)。

在INSIGHT混合動(dòng)力汽車問世以后，其所使用的動(dòng)力系統(tǒng)與傳統(tǒng)的動(dòng)力系統(tǒng)有著很大的優(yōu)勢，這種動(dòng)力系統(tǒng)具有更為緊湊的結(jié)構(gòu)，同時(shí)布局也更為簡潔，如此就不僅可以提升整體動(dòng)力系統(tǒng)的動(dòng)力供給效率，但是在這種動(dòng)力系統(tǒng)中，如若想要實(shí)現(xiàn)良好的動(dòng)力效果，必然需要對相關(guān)元件、電機(jī)實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的有效優(yōu)化和轉(zhuǎn)換。在此款混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力系統(tǒng)中，采用的是IMA混合動(dòng)力模式，這種混合動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，需要通過對電動(dòng)、同曲軸進(jìn)行固定的情況下，在CVT無級變速箱之中，以及在汽車的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)兩者之間完成安裝工作，從而才可以對變速器自身的優(yōu)勢形成良好的利用，汽車在形式的過程中，系統(tǒng)可以根據(jù)油門所產(chǎn)生的變化，可以在第一時(shí)間進(jìn)行判斷，為汽車提供快速且有效地傳動(dòng)比，繼而就可以有效實(shí)現(xiàn)無級變速的實(shí)際操作需求。但是該車型的混合動(dòng)力系統(tǒng)在實(shí)際使用的過程中，必須要注意傳動(dòng)比在變化過程中的最大范圍，傳動(dòng)效率不高，對于扭矩較大的情況下，則無法有效實(shí)現(xiàn)傳遞的目的。

而如若想要在混合動(dòng)力系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)緊湊、高效、可靠的優(yōu)勢，同時(shí)還想大幅度降低整體混合動(dòng)力系統(tǒng)在技術(shù)方面的成本，當(dāng)前很多發(fā)達(dá)國家都已經(jīng)側(cè)重于機(jī)電一體化的新能源汽車機(jī)電耦合技術(shù)，并積極進(jìn)行深入研究，明確具體的研究防線?；诖?，在當(dāng)今世界范圍內(nèi)，很多國家的新能源汽車制造工作過程中，都已經(jīng)開始積極進(jìn)行機(jī)電耦合技術(shù)的相關(guān)研究，從而就可以有效利用機(jī)電耦合技術(shù)和結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，優(yōu)化和改革混合動(dòng)力系統(tǒng)。

2.2 國內(nèi)技術(shù)研究

較早時(shí)間我國廣汽集團(tuán)就在其傳祺車系列中，推出了GA3S新能源量產(chǎn)的汽車，這款汽車搭載的是G-MC機(jī)電耦合系統(tǒng)，這是在之前已經(jīng)有大眾高爾夫GTE所搭載的P2單電機(jī)耦合系統(tǒng)，以及在豐田凱美瑞混動(dòng)版汽車中搭載的THS-Ⅱ行星齒輪室機(jī)電耦合系統(tǒng)中，以及在本田雅閣混動(dòng)版汽車上搭載的i-MMD固定軸式機(jī)電耦合系統(tǒng)等等，在這些系統(tǒng)之后，廣汽傳祺推出的又一套具有較高效率和質(zhì)量的電機(jī)系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)，離合器集成于一體的動(dòng)力分配系統(tǒng)。

對該系統(tǒng)進(jìn)行分析，G-MC系統(tǒng)是廣汽機(jī)電耦合系統(tǒng)，具體來說，可以將該系統(tǒng)理解為混動(dòng)車型的動(dòng)力分配系統(tǒng)，所謂混合動(dòng)力車型，其主要是將電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)兩種系統(tǒng)的動(dòng)力進(jìn)行混合驅(qū)動(dòng)，而在G-MC幾點(diǎn)耦合系統(tǒng)之中，需要將“油”與“電”兩種動(dòng)力進(jìn)行混合的基礎(chǔ)上，還需要根據(jù)具體的工況，對相應(yīng)的動(dòng)力部件進(jìn)行分配，G-MC在混合動(dòng)力的汽車中，可以猶如人類脊椎一般的存在，沒有G-mc機(jī)電耦合系統(tǒng)的有效動(dòng)力分配，則混合動(dòng)力系統(tǒng)就必然會(huì)處于癱瘓的狀態(tài)無法運(yùn)行。

當(dāng)前我國自主創(chuàng)新的1.5 ATK+G-MC混合計(jì)數(shù)，也就是阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)+機(jī)電耦合系統(tǒng)的混合動(dòng)力技術(shù)，在動(dòng)力和油耗方面，整體實(shí)力有著非常明顯的優(yōu)勢，在其中應(yīng)用了當(dāng)今世界范圍內(nèi)，非常先進(jìn)的永磁同步電機(jī)，當(dāng)在運(yùn)行的過程中，整體最高功率可以超過130KW，最大扭矩也可以達(dá)到300Nm，不僅非常省油，同時(shí)具有提速快的特點(diǎn)，還具有較好的平順性，在實(shí)際運(yùn)行的過程中，從0加速到50km/h僅用時(shí)4.9秒，在行駛的過程中，通過純電續(xù)航的方式，總續(xù)航里程超過58km，單次總續(xù)航里程超過600km，并且該車在運(yùn)行中，百公里綜合油耗僅僅為1.8升，從而對于當(dāng)今我國汽車市場來說，完全可以滿足消費(fèi)者對于實(shí)際用車的需求。G-MC機(jī)電耦合系統(tǒng)之中，必然與電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)有著不可或缺的關(guān)系，而在混合動(dòng)力車型之中，主要是通過內(nèi)燃機(jī)、電動(dòng)機(jī)兩種動(dòng)力進(jìn)行混合以后，對汽車進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。廣汽集團(tuán)在選擇內(nèi)燃機(jī)的過程中，積極向本田學(xué)習(xí)，在該車型之中選用了阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，此款發(fā)動(dòng)機(jī)整體壓縮比已經(jīng)達(dá)到13：1的狀態(tài)。在廣汽傳祺生產(chǎn)的GA3S車型中，這款新能源汽車搭載的為1.5L自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)，并且其中并沒有將渦輪增壓器和直噴技術(shù)配置其中。但是因?yàn)镚A3S選擇使用的是阿特金森循環(huán)，從而在運(yùn)行的過程中，其進(jìn)氣門會(huì)更晚關(guān)閉，從而這款車型的燃油經(jīng)濟(jì)相較比于奧托循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)來說，就有更好的節(jié)油性能。

機(jī)電耦合系統(tǒng)具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，當(dāng)前整體在朝著系統(tǒng)效率最優(yōu)化和集成化的方向發(fā)展，其中G-MC的最大優(yōu)點(diǎn)則為系統(tǒng)效率最優(yōu)化和集成化，其具有非常簡單的結(jié)構(gòu)，同時(shí)整體結(jié)構(gòu)布局非常緊湊，從而在實(shí)際運(yùn)行的過程中，可以將雙電機(jī)系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)、離合器形成一體化，如此才可以實(shí)現(xiàn)在廣汽集團(tuán)的兩個(gè)平臺(tái)中進(jìn)行共同使用。與此同時(shí)，通過反復(fù)的實(shí)驗(yàn)對其進(jìn)行議案正，G-MC的整體綜合效率不會(huì)低于90%，并且其最高效率也普遍會(huì)超過96%，在該車輛起步的過程中，G-MC會(huì)進(jìn)行自動(dòng)切換，切換到純電模式，在此過程中，就可以充分發(fā)揮出電機(jī)扭矩達(dá)的優(yōu)勢，當(dāng)起步的過程中，峰值扭矩就可以達(dá)到300Nm，輪端最大的輸出扭矩也可以超過2321Nm，如此在汽車起步的時(shí)候，從0到50KM/H，整體的加速時(shí)間就會(huì)在4秒之內(nèi)。并且在汽車行駛的過程中如若需要在中高速超車的時(shí)候，電池組就會(huì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)為汽車超速提供額外的電能，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)就可以在一瞬間為汽車輸出最大功率，從而可以與高性能的燃油車有所匹敵。

3 麥格納eRAD同軸式機(jī)電耦合器

麥格納動(dòng)力總成的eRAD同軸式電驅(qū)動(dòng)后橋，包括其中的驅(qū)動(dòng)電機(jī)、行星齒輪變速器，其中所帶有的電機(jī)模塊、車橋斷開裝置，拘束于完全集成的狀態(tài)。在該系統(tǒng)中，還采用了自由旋轉(zhuǎn)怠速模式的高效結(jié)構(gòu)。通過變速器，或者是通過集成電機(jī)，都可以最大限度地限度地將軸承的支撐壓力減少，而通過后軸斷開裝置的有效應(yīng)用，可以最大限度地最大限度地減少旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的損失。如若是在100ms以下的接合/分離，集成ECU和電機(jī)執(zhí)行器。其中還包括雙穩(wěn)態(tài)的牙嵌式樣的離合器，可以將車橋連接進(jìn)行及時(shí)的斷開。而其中采用的變速器為兩級行星齒輪變速器，該變速器的具體速度比為9：16，另外采用了直徑為180mm的永磁同步電機(jī)，最高峰值功率經(jīng)測試達(dá)到了50kW，額定功率為37kW，峰值扭矩達(dá)到了200Nm，額定扭矩為75Nm。另外在液體冷卻方面，整體流量可以達(dá)到6L/分鐘，在流動(dòng)的過程中，進(jìn)口溫度為65攝氏度。在eRAD同軸電驅(qū)動(dòng)后橋的測量中，其總重量為52kg，其中驅(qū)動(dòng)電機(jī)重量為27kg。具體的麥格納eRAD同軸式機(jī)電耦合器如圖1所示。

4 結(jié)語

綜上所述，新能源汽車的機(jī)電耦合技術(shù)應(yīng)該是以車輛的動(dòng)力源的不同的布置方案，進(jìn)行測量的結(jié)構(gòu)假設(shè)的，根據(jù)當(dāng)前國內(nèi)外不同廠家混合式動(dòng)力系統(tǒng)的研究中可以發(fā)現(xiàn)，涉及機(jī)電耦合技術(shù)的使用，無論是并聯(lián)式的混合動(dòng)力，還是串聯(lián)式的混合動(dòng)力，兩者都擁有各自的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)，對兩者進(jìn)行比較可以發(fā)現(xiàn)，混聯(lián)的方式是當(dāng)前新能源汽車混合動(dòng)力系統(tǒng)中較為常見的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法。

傳統(tǒng)的混合動(dòng)力系統(tǒng)相對來說呈現(xiàn)出明顯的離散的狀態(tài)，這種情況會(huì)直接導(dǎo)致整體車身出現(xiàn)結(jié)構(gòu)不緊湊、性能不佳的問題，在實(shí)際車輛使用的過程中，會(huì)出現(xiàn)明顯的動(dòng)力不足的問題，還會(huì)存在控制困難等問題，而新興的混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)，就可以對這些不足形成良好的補(bǔ)足，可以將變速模塊、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)等多種項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)良好的鏈接，從而實(shí)現(xiàn)整體混合動(dòng)力系統(tǒng)朝著集成化的方向發(fā)展。而其中所采用的模塊化設(shè)計(jì)理念，針對當(dāng)前我國新能源汽車機(jī)電耦合系統(tǒng)來說，主要是進(jìn)行集成化的設(shè)計(jì)，以及提升整體綜合控制管理的質(zhì)量，從而對新能源汽車實(shí)現(xiàn)整車的優(yōu)化設(shè)計(jì)，這在新能源汽車未來發(fā)展過程中，是機(jī)電耦合技術(shù)的主要發(fā)展方向。

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