填空題車載能量源、動力裝置、傳動系和其他輔助系統(tǒng)串聯(lián)汽車動力或傳動系環(huán)節(jié)功率分流式和開關(guān)式發(fā)動機、動力耦合裝置、輔助功率單元以及整車綜合控制器選擇題A2.B3.D4.D判斷題×2.√3.√4.×5.√簡答題串聯(lián)混合動力汽車具有如下特點：１）車載能量源環(huán)節(jié)的混合。２）單一的動力裝置。３）車載能量源由兩個以上的能量源聯(lián)合組成。與非插電式混合動力汽車相比，PHEV的電池容量更大，可以支持行駛的純電里程更長，可以根據(jù)客戶需求進行匹配，比如50km、100km、150km甚至更長續(xù)駛里程的版本。如果短途行駛較多，有較好的充電條件，則PHEV可以不用加油，可當(dāng)作純電動汽車使用，具有純電動汽車的優(yōu)點。動力耦合裝置是混合動力電動汽車實施兩條或多條獨立動力傳動系，聯(lián)合輸出動力的所有部件的統(tǒng)稱。在串聯(lián)混合動力電動汽車上，為電電耦合裝置；在并聯(lián)混合動力電動汽車上，為機電耦合裝置。關(guān)鍵技術(shù)包括以下幾點：發(fā)動機技術(shù)：在混合動力電動汽車上，發(fā)動機作為唯一的一個耗油部件，其性能和控制特性的好壞直接決定了整車的燃油經(jīng)濟性。混合動力電動汽車的發(fā)動機的工作過程和控制特性與常規(guī)汽車發(fā)動機存在明顯的區(qū)別，這也為混合動力電動汽車中發(fā)動機的優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。動力耦合裝置：動力耦合裝置是混合動力電動汽車實施兩條或多條獨立動力傳動系，聯(lián)合輸出動力的所有部件的統(tǒng)稱。它使車輛能夠?qū)崿F(xiàn)多種驅(qū)動模式，直接影響能量利用的效率、燃油經(jīng)濟性和駕駛性能。輔助功率單元：輔助功率單元是串聯(lián)混合動力電動汽車的一種車載能量源，通常選用發(fā)動機發(fā)電機組。輔助功率單元能夠優(yōu)化發(fā)動機工作特性。動力電池技術(shù)：混合動力汽車動力電池按電池實用性能分類可分為功率型電池和能量型電池。根據(jù)混合動力汽車的類型不同，通常要選擇不同類型的電池以滿足動力性需求。能量管理策略：能量管理策略決定了車輛在不同行駛條件下如何合理分配發(fā)動機與動力電池的能量，直接影響到車輛的經(jīng)濟性、動力性和排放性能。通過建立好的能量管理優(yōu)化策略，可以提高混合動力電動汽車的整體性能。思考題混合動力電動汽車能量管理系統(tǒng)的優(yōu)化方法主要有：基于規(guī)則的方法、基于優(yōu)化的方法和基于學(xué)習(xí)的方法?；谝?guī)則的方法：基于規(guī)則的方法通?；趩l(fā)化、經(jīng)驗化的數(shù)學(xué)模型，通過確定規(guī)則的能量分配比率，使發(fā)動機工作在高效區(qū)間，并通過再生制動系統(tǒng)實現(xiàn)制動能量回收?；谝?guī)則的方法可以分為確定性規(guī)則和模糊優(yōu)化規(guī)則。其中確定性規(guī)則主要包括恒溫器策略、功率跟隨策略和邏輯門限值策略等方法。優(yōu)點：基于規(guī)則的控制策略是在混合動力汽車中常見和應(yīng)用廣泛的方法，其結(jié)構(gòu)簡單，具有較好的魯棒性，計算效率很高，具有實時控制的功能，并且其控制成本較低，因此在汽車產(chǎn)業(yè)中占據(jù)主導(dǎo)地位缺點：該方法的扭矩分配和工作點調(diào)節(jié)高度依賴于工程師的經(jīng)驗來制定，因此其不能保證在全部行駛工況下均能實現(xiàn)較高的能量優(yōu)化率，并且不同的工程經(jīng)驗對能量管理效果可能較大影響。基于優(yōu)化的方法：基于優(yōu)化的方法通常以具有控制系統(tǒng)模型、控制目標、約束條件等基本元素的最優(yōu)化控制方法為基礎(chǔ)，采用優(yōu)化算法求解可行域內(nèi)的最優(yōu)或次優(yōu)決策解?；趦?yōu)化的方法可以分為全局優(yōu)化和實時優(yōu)化策略，其中，常見的全局優(yōu)化策略包括動態(tài)規(guī)劃和遺傳算法等，實時優(yōu)化策略主要包括龐特里亞金最小值原理、等效消耗最小策略和模型預(yù)測控制的實時能量管理策略。優(yōu)點：大大減少能量管理策略對工程經(jīng)驗的依賴程度，并且通過優(yōu)化方法可以實現(xiàn)行駛工況全局的總能耗達到最小或行駛工況的瞬時能耗最小以達到最好的燃油經(jīng)濟性。缺點：對于全局優(yōu)化算法而言，雖然可以計算得到全局最優(yōu)的能量管理方法，但是由于需要全局的駕駛循環(huán)或駕駛員作為輸入，計算難度較大，不適合在實時駕駛場景中運用；對于實時優(yōu)化而言，仍容易受限于未來工況部分可觀測或可預(yù)測這一前提，這使得算法復(fù)雜度高、實時計算負荷大，對車載控制器提出了嚴格的要求。基于學(xué)習(xí)的方法：基于學(xué)習(xí)的方法通常采用人工智能技術(shù)進行功率的智能分配?；旌蟿恿ζ嚤灰暈橐粋€智能體，通過試錯與探索機制從數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)最優(yōu)策略?；趯W(xué)習(xí)方法主要包括：強化學(xué)習(xí)策略、深度學(xué)習(xí)策略和模仿學(xué)習(xí)策略。優(yōu)點：具有較強的實時性，計算效率很高，能夠?qū)W習(xí)到燃油經(jīng)濟性很好的能量管理策略，并且對車輛的不同行駛工況數(shù)據(jù)具有較好的適應(yīng)能力。缺點：需要大量訓(xùn)練樣本，并且隨著求解問題的復(fù)雜程度提高以及駕駛場景的逐漸豐富，基于學(xué)習(xí)的方法的訓(xùn)練時間和所需求的訓(xùn)練樣本也會大大增加，因此相比于其他方法，訓(xùn)練成本較高。集成方式主要有氫發(fā)動機、氫燃料電池和動力電池混合動力系統(tǒng)、太陽能電池等。氫發(fā)動機：利用氫氣作為燃料的內(nèi)燃機。技術(shù)挑戰(zhàn)主要包括氫燃燒控制技術(shù)和控制氫損傷技術(shù)等。氫燃燒控制技術(shù)旨在解決氫燃料在發(fā)動機燃燒過程中所面臨的挑戰(zhàn)，確保燃燒過程穩(wěn)定、高效、安全，并降低對環(huán)境的不利影響。氫燃料控制系統(tǒng)分為液氫控制部分和氫氣控制部分。液氫控制部分負責(zé)控制液氫從機載罐到換熱器的壓力、溫度和流量，包括液氫泵、換熱器和穩(wěn)壓閥。液氫通過液氫泵增壓送入換熱器，在其中汽化增壓，需要設(shè)置穩(wěn)壓閥控制壓力。在發(fā)動機起動階段，可采用氫氣供應(yīng)方式或者電加熱器預(yù)熱液氫。氫氣控制部分位于換熱器與燃燒室之間，包括減壓閥、安全閥、調(diào)節(jié)閥、過濾器、溫度和壓力傳感器，用于精確控制氫氣管路壓力和溫度，以補償氫氣的壓縮性對流量的影響。氫燃料控制系統(tǒng)除了需要控制氫的溫度、壓力和流量，還需要控制燃燒室的火焰狀態(tài)。如果燃燒室在發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中發(fā)生熄火，氫燃料控制系統(tǒng)要馬上切斷液氫的供應(yīng)，防止氫氣傳播至高溫部件引發(fā)自燃、回火甚至爆燃。氫損傷是指由氫與材料相互作用引起的材料性能受損的現(xiàn)象，諸如氫致裂紋、氫鼓包、白點、高溫氫腐蝕、氫致滯后開裂、氫致塑性下降、氫致馬氏體相變脆化和形成氫化物等。應(yīng)對氫損傷的有效技術(shù)有：選擇穩(wěn)定性好的奧氏體合金作為主要材料，考慮其化學(xué)成分、冶金質(zhì)量對耐氫損傷能力的影響；采用特殊表面處理提高氫抗?jié)B性和抗腐蝕性；建立氫環(huán)境下的材料性能評估方法；對結(jié)構(gòu)進行設(shè)計和優(yōu)化以降低氫滲透風(fēng)險；建立監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，及時發(fā)現(xiàn)氫損傷跡象。氫燃料電池和動力電池混合動力系統(tǒng)：氫燃料電池通過氫氣與氧氣反應(yīng)產(chǎn)生電能，將氫燃料電池與電池電動系統(tǒng)結(jié)合組成電電混合動力系統(tǒng)。技術(shù)挑戰(zhàn)主要在于燃料電池高性能零部件技術(shù)。燃料電池高性能零部件技術(shù)是指通過研發(fā)和優(yōu)化燃料電池系統(tǒng)中的關(guān)鍵零部件，提升整體性能、效率和耐久性。燃料電池的關(guān)鍵零部件存在著廣泛的研究空間，技術(shù)亟待突破。質(zhì)子交換膜是氫燃料電池中的關(guān)鍵組件，對其性能要求非常高。目前，世界范圍內(nèi)的質(zhì)子交換膜大多采用全氟化聚合物制成，如Nafion膜。這類材料能夠提供優(yōu)良的質(zhì)子導(dǎo)電性、化學(xué)穩(wěn)定性和機械強度，滿足氫燃料電池的使用需求。然而，這些膜的高成本是氫燃料電池整體成本的重要組成部分，因此國內(nèi)外的研究者們正積極探索降低質(zhì)子交換膜制作成本的技術(shù)。雙極板功能較多，可以將氫燃料電池中的燃料與氧化劑分開，同時還可以阻止氣體的通過，還具備傳導(dǎo)電流的功能。氫燃料電池在工作時會釋放熱量，而雙極板還具備導(dǎo)熱功能，可以保持電池內(nèi)部溫度的恒定。雙極板的原材料價格較為便宜，目前的研究主要集中在控制其導(dǎo)電性、厚度等方面，主要目的是減輕氫燃料電池的整體重量，同時確保其導(dǎo)電性，避免因為雙極板太厚而影響電池功能。催化劑的存在可以加速氫燃料電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)，使得氫離子的生成速度加快，其轉(zhuǎn)移速度也會隨之增加，從而保障電池的電量供應(yīng)。到目前為止，氫燃料電池中，如果是質(zhì)子交換膜類型的，其催化劑均主要是鉑或者鉑碳顆粒。由于鉑是貴金屬，其原料的成本也較高，鉑催化劑的成本及質(zhì)子交換膜的成本，共同造成了當(dāng)前氫燃料電池制造成本居高不下的原因。關(guān)于催化劑的研究，主要將目光放在控制其添加量或者找到更為廉價的替代品方面。氣體擴散層作為燃料電池核心組件膜電極的重要組成部分，通常由導(dǎo)電性能較好的多孔材料組成，在結(jié)構(gòu)上具有各向異性的多孔微觀形貌，承擔(dān)電堆中氣體傳輸分配、電子傳導(dǎo)、支撐催化層、改善水管理等多種作用，是影響燃料電池電化學(xué)性能的關(guān)鍵部件之一。氣體擴散層主要采用碳纖維紙和碳纖維布，以及石墨紙等為基材層（GasDiffusionBarrier,GDB），并在其表面上涂覆微孔層（Micro-PorousLayer,MPL）后形成電化學(xué)復(fù)合材料體系。但是，國產(chǎn)碳纖維與進口高性能碳纖維原材之間還存在一定的差距，很難同時滿足電堆對于氣體擴散層低電阻率、高滲透性、超薄、機械強度大的要求。空壓機往往是氫燃料電池制作過程中的瓶頸所在，許多氫燃料電池的技術(shù)就是受到空壓機技術(shù)的限制。當(dāng)前，在燃料電池中所使用的空壓機包括三種類型，分別為離心式、羅茨式及雙螺桿式。離心式空壓機的做功方式是通過葉輪的旋轉(zhuǎn)，從而對其內(nèi)部的氣體做功。羅茨式空壓機工作時，其轉(zhuǎn)子間的容腔不會發(fā)生變化，它是通過外壓縮的方式，將該機器內(nèi)部的空氣擠壓到外部的小容腔內(nèi)，該容腔由于空氣的進入、擠壓，其內(nèi)部的空氣密度、壓力會不斷升高。雙螺桿式空壓機該類型的空壓機以內(nèi)壓縮的方式運轉(zhuǎn)，在其螺桿之間會形成壓縮腔，從而使得兩個螺桿之間的容腔逐漸減小，其內(nèi)部的氣體壓力就會逐漸升高。三種類型的空壓機都有著各自的特點，哪種空壓機更適合不同氫燃料電池的需求，需要通過大量的實驗進行測試，最終確定一個最合適的空壓機類型。太陽能電池：通過車頂太陽能電池板收集太陽能，直接為電動機供電或為電池充電。自太陽能汽車問世以后，各國針對其關(guān)鍵技術(shù)進行攻關(guān)的汽車實驗室屢見不鮮。但是，太陽能汽車距離大規(guī)模推廣還有很長一段距離，影響它進一步發(fā)展的因素主要有:第一，太陽能目前只能作為輔助能源來為車輛提供動力，它為整車提供的能量只能占到總驅(qū)動能量的30%左右。太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率尚未取得突破性進展，現(xiàn)有的轉(zhuǎn)化效率遠遠不能支持汽車長時間行駛。第二，太陽能汽車受陽光強弱、太陽高度角、氣候等因素的影響較大，這對太陽能汽車在現(xiàn)實中的應(yīng)用造成很大的局限性。雖然通過DC/DC控制器的最大功率點跟蹤控制技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)快速、準確跟蹤最優(yōu)工作點，最大程度地利用太陽能，但是就目前來看應(yīng)用現(xiàn)狀仍舊達不到期望要求。1）串聯(lián)：串聯(lián)混合動力汽車是混合動力汽車的一種基本結(jié)構(gòu)，其單個動力傳動系間的聯(lián)合是車載能量源環(huán)節(jié)的聯(lián)合，即非直接用于驅(qū)動汽車的能量的聯(lián)合，并同時向動力裝置供能。串聯(lián)混合動力汽車的傳動系組成如圖1所示。圖1串聯(lián)混合動力汽車的傳動系組成串聯(lián)混合動力汽車主要包含7種工作模式：純電池組驅(qū)動、再生制動充電、混合動力驅(qū)動、強制補充充電、混合補充充電、純發(fā)動機驅(qū)動和停車補充充電。優(yōu)點：串聯(lián)混合動力汽車實現(xiàn)了車載能量源的多樣化，可充分發(fā)揮各種能量源的優(yōu)勢，并通過適當(dāng)?shù)目刂茖崿F(xiàn)它們的最佳組合，滿足汽車行駛的各種特殊要求缺點：機械能到電能再到機械能的多重轉(zhuǎn)換過程中存在較大的能量損耗。此外，高速行駛時，內(nèi)燃機無法直接驅(qū)動車輪，電動機單獨工作時效率下降，限制了高速情況下的能效表現(xiàn)。2）并聯(lián)：并聯(lián)混合動力汽車是混合動力汽車的一種基本結(jié)構(gòu)，其單個動力傳動系間的聯(lián)合是汽車動力或傳動系環(huán)節(jié)的聯(lián)合，通過對不同動力裝置輸出的驅(qū)動動能的聯(lián)合或耦合，并經(jīng)過相應(yīng)的傳動系輸出到驅(qū)動輪，滿足汽車的行駛要求。并聯(lián)混合動力汽車的傳動系組成如圖2所示。圖2并聯(lián)混合動力汽車的傳動系組成并聯(lián)混合動力汽車主要包含6種工作模式：純電動機驅(qū)動、再生制動充電、混合動力驅(qū)動、強制補充充電、純發(fā)動機驅(qū)動和停車補充充電。優(yōu)點：發(fā)動機和電機可以共同驅(qū)動汽車，能量損耗小，而且動力性能好。缺點：由于內(nèi)燃機和電動機需要共同驅(qū)動車輛，控制系統(tǒng)復(fù)雜，特別是在兩者之間進行能量切換時，難以保持平穩(wěn)和高效的動力分配。3）混聯(lián)：為優(yōu)化動力傳動系的綜合效率，充分發(fā)揮汽車的節(jié)能、低排放潛力，在實際應(yīng)用中，混合動力電動汽車動力傳動系并非單純是簡單的串聯(lián)式結(jié)構(gòu)或并聯(lián)式結(jié)構(gòu)，而是由串聯(lián)式結(jié)構(gòu)和并聯(lián)式結(jié)構(gòu)復(fù)合組成的串并聯(lián)綜合式結(jié)構(gòu)，即所謂的混聯(lián)式結(jié)構(gòu)。在實際應(yīng)用中主要有兩種方案：開關(guān)式和功率分流式，分別如圖3和圖4所示。開關(guān)式混聯(lián)混合動力電動汽車引入了離合器，具有10種工作模式：純電動機驅(qū)動、再生制動充電、2種純發(fā)動機驅(qū)動、2種混合動力驅(qū)動、2種強制補充充電、混合補充充電和停車補充充電模式。功率分流式混合動力電動車引入了行星輪系，具有5種工作模式：純電動機驅(qū)動、再生制動充電、純發(fā)動機驅(qū)動、混合動力驅(qū)動和強制補充充