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混合动力汽车技术现状与发展前景分析 摘要：社会对环境和节能的重视有力地促进了混合动力车辆的发展。本 文分析了国内外混合动力汽车的研究现状，介绍了混合动力汽车的主要结 构形式与工作特点，指出了混合动汽车目前需要解决的主要问题和采用的 关键技术，并对其发展前景进行了预测。 关键词：混合动力汽车内燃机电动机控制 0引言 随着全球汽车工业的迅猛发展，石油资源供应的日趋紧张，世 界各国积极寻求代用燃料或者减少燃油的消耗量，大力开发新型节 能环保汽车。在太阳能、电能等替代能源真正进入实用阶段之前，混 合动力汽车因其低油耗、低排放的优势越来越受到人们的关注。 1国内外HEV技术发展现状 国外HEV的发展概况21世纪后，各国加快了HEV的概 念产品化的进程，相继推出了不同形式的HEV产品。丰田的Prius, 本田的Insight,通用的Precept，福特的Prodigy,戴姆勒克莱斯勒的 ESx3,日产的Tino等都是具有代表性的车型，其中Prius和Insight 己是成熟的产品，截止2008年12月，丰田Prius全球销量已经超过 了100万辆。 我国HEV的研发现状我国也非常重视混合动力电动汽车 的研究与开发，有关工作开始于上个世纪90年代。在“十五”期间， 科技部组织北京理工大学、清华大学、东风汽车公司等国内多家企 业、高校和科研机构进行联合攻关，确定了以燃料电池汽车(FCEV)、 混合动力电动汽车(HEV)纯电动汽车(BEV)车型为“三纵”，多能源动 力总成控制系统、驱动电机及其控制系统、动力蓄电池及其管理系 统三种共性技术为“三横”的“三纵三横”的研发布局；之后，节能与 新能源汽车的研发又被列入“十一五”863计划重大项目。 2混合动力系统的构成及工作特点 混合动力驱动系统联合使用两种动力装置，一种是传统的内燃 发动机，另一种是电动机。整个系统由发动机、电动机、动力分配装 置、发电机、蓄电池和电流逆变器等部分构成。 通常，混合动力系统的动力传递方式有三种:串联式、并联式和 混联式。各自的结构形式和特点如下。 串联式混合动力系统如图1所示，在串联混合动力驱动 （SHEV）系统中，所有发动机机械能都转换为电能以驱动电动机。这 种系统使发动机在效率最高的转速范围内工作，因此能最大限度地 改善燃油经济性和减少排放。 并联式混合动力系统并联式(PHEV)结构有内燃机和电动 机两套驱动系统（见图2）。发动机与电动机并联，两者都可以驱动车 轮，电动机还可以作为发电机给电池充电，不再需要额外的发电机 在车辆行驶时，系统以发动机为主要动力源，在车辆起步或加速时则 使电动机工作，作为辅助驱动力。当发动机效率低的低负荷工况时 则电动机功能转变为发电机功能，向蓄电池充电。其次，在车辆制动 或下坡减速行驶时，则通过制动能量回收系统进行制动能量回收。 混联式混合动力系统混联式混合动力驱动系统（PSHEV） 是串联式与并联式的综合，其结构如图3所示。混联式驱动系统的 控制策略是：在汽车低速行驶时，驱动系统主要以串联方式工作；当 汽车高速稳定行驶时，则以并联工作方式为主。 3混合动力汽车需要解决的问题和关键技术 目前，混合动力汽车所需要解决的问题包括以下几个方面:其 一，进行动力分配装置和能量管理系统的研究。其二，开发具备高比 能量和高比功率经济实用的电池。其三，混合动力系统结构复杂，制 造成本高，维修比较困难，售价相对较高。其四，建立更先进的驱动 系统数学模型(包括静态和动态的)，进行计算机仿真分析。 具体来讲要进行下面几项关键技术的研究: 混合动力单元技术在混合动力汽车上，热力发动机又被称 为混合动力单元。为提高燃料经济性，对混合动力单元必然提出更 多的要求，例如要求混合动力单元能够快速起动和关闭等。目前对 混合动力单元的研究主要集中于:一是燃烧系统的优化；二是尾气处 理技术，主要研究高效的尾气催化系统；三是代用燃料的研究。 控制策略技术HEV产品开发中最关键的环节是根据不同 的混合动力驱动系统制定和优化其控制策略，国外通过系统建模仿 真对此进行了大量的匹配理论研究。控制系统的开发首先是根据采 集到的速度和负荷等数据，计算出对应的要求输出功率:计算出以最 高效率为基点的分配到内燃机与电动机上的功率值，即实现内燃机 与电动机的最优功率分配比；然后，根据功率分配比，求出驱动电动 机的功率值和其它有关数据，给出内燃机的控制参数和电动机的控 制参数。同时，驱动执行器完成这两个层次的工作控制。在执行器设 计中，功率分配装置的设计及其与变速器的一体化设计是关键的部 件设计工作。因为它要根据控制器的指令，正确地进行内燃机功率 向驱动车辆功率和驱动发电机功率的分解。 能量存储技术在电动汽车上，蓄电池的开发和充放电特性 的研究是关键。现在，镍氢电池和锂离子电池己可达到混合动力汽 车的使用要求，但仍有价格高或寿命不长等缺陷。从发展看，能量储 存装置的研究应该包括以下几个方面:一是研究电池内部的连接、检 测、监控。二是电池设计和制造方面的改进，降低制造成本，改善电 池的性能和提高寿命。适用于混合动力汽车的电池需要有较高的比 功率，要达到的目标是，功率与能量比值大于20W/wh；使用寿命达 到10年；至少循环使用12万次。三是电池的热能管理及剩余电量管理。此外，电池的剩余电量直接影响混合动力汽车的经济性和排 放，因此需要有效的测试方法和控制装置。 4发展前景分析 从目前的发展来看，以计算机技术和自动控制技术，各种智能控 制系统包括自适应控制技术、模糊控制技术（Fuzzy）、专家控制系统 （Expert System）、神经网络控制系统（Neural Networks）等在混合 动力汽车上的逐渐应用，将进一步促进混合动力汽车的发展。与传统 型汽车相比，混合动力汽车充分吸取了电力/热力系统中最大的优 势，在节能和排放上胜出一筹；与纯电动汽车相比，HEV的电压和功 率等级与电动车类似，但蓄电池容量大大减小，因而其造价成本低于 电动汽车。 当前HEV所面临的主要技术问题还很多。尽管从长远来看只是 一种过渡车型，但HEV在近20-30年内会很有发展前景，这一点是 毫无疑问的。汽车行业专家预言，不久的将来，新生产的汽车中HEV 将占40%以上。我国的汽车工业应顺应科技发展趋势，抓住HEV这 块市场，在国外产品涌入之前，集中科研力量攻关，迅速开发出自己 的产品。 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. 2008. [2]过学迅，张杰山，胡朝峰.日美混合动力汽车发展的比较研究[J].上海 汽车：7-10.

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浅谈汽车电控发动机起动故障的诊断与排除摘要：试就汽车电控发动机无法起动的故障进行分析，指出了故障诊断与排除的方法。 关键词：电控发动机；故障；诊断；排除 0 引言 随着电控燃油喷射技术的发展和维修认识水平的不断提高，现代轿车中在对装有电控燃油喷射发动机的汽车进行维修时，使用故障诊断仪对发动机电控单元（ECU）进行检测，并根据ECU存储的故障代码进行检修，大多数都能判明故障可能发生的原因和部位，会给维修人员的工作带来很大的方便。 运用数据流进行电控发动机故障的诊断，首先要打好理论基础，有了这些理论基础，在查找故障时就会找出问题的主要根源进行分析；然后要了解各传感器数据的表现形式。结合实际维修工作中的维修实例，谈谈运用“数据流”进行电控系统故障诊断的体会。 1 利用“静态数据流”分析故障 静态数据流是指接通点火开关，不起动发动机时，利用故障诊断仪读取的发动机电控系统的数据。例如进气压力传感器的静态数据应接近标准大气压力（100-102kPa）；冷却液温度传感器的静态数据凉车时应接近环境温度等。下面是利用“静态数据流”进行诊断的一个实例：故障现象：一辆捷达王轿车，在入冬后的一天早晨无法起动。检查与判断：首先进行问诊，车主反映：前几天早晨起动很困难，有时经很长时间也能起动起来，起动后再起动就一切正常。 一开始在别的修理厂修理过，发动机的燃油压力和气缸压力、喷油嘴、配气相位、点火正时以及火花塞的跳火情况都做了检查，也没有解决问题。通过对以上项目重新进行仔细检查，同样没发现问题，发动机有油、有火，就是不能起动，到底是什么原因呢? 后来发现，虽经多次起动，可火花塞却没有被“淹”的迹象，这说明故障原因是冷起动加浓不够。如果冷起动加浓不够，又是什么原因造成的呢？冷却液温度传感器是否正常呢？ 用故障诊断仪检测发动机ECU，无故障码输出。通过读取该车发动机静态数据流发现，发动机ECU输出的冷却液温度为105℃，而此时发动机的实际温度只有2-3℃，很明显，发动机ECU所收到的水温信号是错误的，说明冷却液温度传感器出现了问题。为进一步确认，用万用表测量冷却液温度传感器与电脑之间线束，既没有断路，也没有短路，电脑给冷却液温度传感器的5V参考电压也正常， 于是将冷却液温度传感器更换，再起动正常，故障排除。 这起故障案例实际并不复杂，对于有经验的维修人员，可能会直接从冷却液温度传感器着手，找到问题的症结。但它说明一个问题，那就是电控燃油喷射发动机系统的ECU对于某些故障是不进行记忆存储的，比如该车的冷却液温度传感器，既没有断路，也没有短路，只是信号失真，ECU的自诊断功能就不会认为是故障。再比如氧传感器反馈信号失真，空气流量计电压信号漂移造成空气流量计所检测到的进气量与实际进气量出现差异等，都不能被ECU认可为故障。在这种情况下，阅读控制单元数据成为解决问题的关键。 2 利用“动态数据流”分析故障 动态数据流是指接通点火开关，起动发动机时，利用诊断仪读取的发动机电控系统的数据。这些数据随发动机工况的变化而不断变化，如进气压力传感器的动态数据随节气门开度的变化而变化；氧传感器的信号应在之间不断变化等。通过阅读控制单元动态数据，能够了解各传感器输送到ECU的信号值，通过与真实值的比较，能快速找出确切的故障部位。 有故障码时的方法 可重点针对与故障码相关的传感器的数据进行，分析是什么导致数据的变化，以找出故障原因所在。 故障现象：一辆桑塔纳轿车（出租车），百公里油耗增加1L。检查与判断：车主反映：前几天换了火花塞，调整了点火正时，油耗还是高，通过与车主交流确认不是油品的问题。于是连接故障诊断仪，进入“发动机系统”，读取故障码为“氧传感器信号超差”，是氧传感器坏了吗？进入“读测数据块”，读取16通道“氧传感器”的数据，显示为不变。 氧传感器长时间显示低于的数值，说明两点：一是说明混合气稀，二是说明氧传感器自身信号错误。是混合气稀吗？通过发动机的动力表现来看，不应是混合气稀，那就重点检查氧传感器，方法是人为给混合气加浓（连加几脚油），同时观察氧传感器的数据变化情况。通过观察，在连加几脚油的情况下，氧传感器的数据由“”微变为“”，也就是说几乎不变，进一步检查氧传感器的加热线电压正常，说明氧传感器损坏。更换氧传感器，再用诊断仪读其数据显示变化正常，至此维修过程结束。第二天，车主反映油耗恢复正常，故障排除。这是一起典型的由氧传感器损坏引起的油耗高的故障。 无故障码时的方法 通过对基本传感器信号数据的关联分析和定量对应分析来确定故障部位。 故障现象：一汽佳宝微面，加速无力、加速回火，有时急加速熄火。检查与判断：初步判定是混合气过稀，为了证明这一点，我用两个方法进行了验证。 一个方法是拆下空气滤清器，向进气道喷射化油器清洗剂，与此同时进行加速试验，明显感到加速有力，也不回火，故障现象消失，这可以证明混合气过稀的判断；另一个方法是连接诊断仪，读取故障码，显示无故障码；读取数据流，观察氧传感器的数据，显示在左右徘徊，加几脚油门，氧传感器数据立即越过上升到，然后其数据又回到左右徘徊，这说明氧传感器是好的，因为它在人为对混合气加浓后，数据反应及时，变化正常，同时也证明混合气确实是过稀。是什么原因造成混合气过稀呢？通过分析，主要考虑进气压力传感器和燃油系统油压。首先判断进气压力传感器，进入“读测数据流”，读取进气压力传感器的数据，显示：静态数据1010mbar，为大气压力，正常；怠速时为380mbar，基本正常；急加速时数据可迅速升至950mbar以上，这些数据及其变化都表明，进气压力传感器基本正常。接下来开始检测油压，但由于油压表坏了，无法测量燃油系统油压，只好直接更换油泵。更换油泵后试车，故障现象消失，故障排除。最后的结果说明故障是因为油泵的供油能力不足导致混合气过稀而造成的。 3 结束语 运用“数据流”进行故障分析，便于维修人员了解汽车的综合运行参数，可以定量分析电控发动机的故障，有目的地去检测更换有关元件，在实际维修工作中可以少走很多弯路，减少诊断时间，极大地提高工作效率。 参考文献： [1]新雷.电控汽油喷射式发动机排放检测诊断故障的实用性研究代[D].西安：长安大学，2005.