电气工程及自动化控制技术在混合动力汽车中的应用

引言：

混合动力汽车作为传统燃油汽车向纯电动汽车过渡的重要车型，融合了传统内燃机与电动驱动技术的优势，成为汽车行业发展的关键方向。在混合动力汽车的技术体系中，电气工程及自动化控制技术发挥着核心作用，其应用涵盖了车辆的动力系统、能量管理、驾驶辅助等多个关键领域，对提升混合动力汽车的性能、能效和安全性具有不可替代的重要意义。

一、混合动力汽车概述

1.1 混合动力汽车的定义与分类

混合动力汽车融合了传统燃油动力与电动力，以电动机和发动机协同作为动力装置，借由精密控制系统实现能量的合理调配，以此达成低能耗、低污染的目标。其分类方式多样，从动力传输路径来看，可分为串联式、并联式和混联式。串联式中，发动机带动发电机发电，电能供电动机驱动汽车；并联式下，发动机与电动机能够分别或共同驱动车辆；混联式则兼具串联与并联的特性。

1.2 混合动力汽车的发展现状与趋势

展望未来，混合动力汽车前景乐观。政策法规对节能减排要求趋严，为其发展营造良好环境。技术层面，混动系统将朝着更高集成度、智能化方向迈进，如动力系统的集成化、轻量化、小型化，混动专用发动机热效率提升，整车热管理深度变革等。

1.3 电气工程及自动化控制技术基础

电气工程技术以电路原理、电磁理论为基石，通过发电、变电、输电、配电等环节实现电能的高效传输与转换。在汽车领域，它负责构建车辆电力供应网络，保障发动机点火、照明、电子设备运行等用电需求。自动化控制技术则依托传感器、控制器和执行器，利用反馈控制、自适应控制等算法，实现对系统的精准调控。在汽车中，其能根据车辆行驶状态实时调整动力输出、制动强度等。

二、混合动力汽车的动力系统与电气工程技术

2.1 混合动力汽车动力系统结构

混合动力汽车动力系统主要由发动机、电机、动力电池、传动装置及控制系统构成。以混联式动力系统为例，发动机通过机械传动装置与驱动轮相连，同时带动发电机发电，电机可独立或与发动机协同驱动车辆。这种结构设计实现了机械能与电能的灵活转化，如在车辆起步或低速行驶时，电机单独驱动，减少发动机低效工况；高速巡航时，发动机直接驱动，电机按需辅助，大幅提升能源利用率。

2.2 电机驱动系统分析

电机驱动系统作为混合动力汽车的关键，主要包括电机本体、控制器及传感器。目前，永磁同步电机因高功率密度、高效率和高转矩响应等优势，在混动车型中广泛应用。电流、电压和位置传感器实时采集电机运行数据，为控制器提供反馈，确保电机高效稳定运行。

2.3 电力电子技术在动力系统中的应用

混合动力汽车动力系统控制中电力电子技术是实现车用动力装置内部交流、交直流间的电压转换、能量双向流动以及实现控制与智能操作的关键部分，如双向DC-DC 转换实现动力电池与直流母线间的电压转换能量双向流动，当车辆制动时电机是发电机，DC-DC 将制动能量高效回收到动力电池；当电池电压偏低时又能将高压直流电降压供给电机，逆变器则将动力电池的直流电转换成三相交流电驱动电机，其性能决定电机驱动效率控制精度；电力电子技术还被用来实现多动力源的协调控制，采用智能算法优化发动机、电机及动力电池工作状态，使动力系统在不同工况下都能够达到最理想的控制状态。

三、混合动力汽车的能量管理系统与自动化控制技术

3.1 能量管理系统的功能与目标

汽车能量管理主要功能就是对发动机、电机和动力电池等部件的工作模式进行合理配合，从而实现汽车动力系统在不同工况下能效最优。其需对动力电池 SOC、车辆运行需求、运行环境温度等相关参数进行检测，可实现能量回馈机制，即把在制动过程中产生的动能，转变为电能储存于动力蓄电池中。其可实现在燃油效率的提升与减少尾气排放的目标上，如在低速堵塞区域，汽车首先进行纯电驱动，以减少尾气的排放；而在巡航时，主要进入发动机高效运行区间进行带动，同时需要辅以电机加以驱动，提升动力能源的运用效率。

3.2 能量管理策略

目前主流的能量管理策略分为基于规则和优化算法两种。基于规则的能量管理策略以“恒温器”策略为代表，通过预定义的逻辑规则将能量分配：当电池电量大于阈值并车速较低时，则启动纯电模式；当电池电量少或车速高时，启动发动机。基于优化算法的能量管理策略，是运用智能算法，比如 DP、MPC 等，通过构建车辆动力学模型并结合当前路况与驾驶风格预测未来能耗，提前做好能量分配决策，油耗可下降 10%～15% 。

3.3 自动化控制技术在能量管理中的应用

电力电子技术赋予能量管理系统精确的执行能力。各类传感器随时监测汽车的运行数据，例如扭矩传感器如博世的扭矩传感器可以精确到 ±0.1% ，精确测量动力传递的误差值。车载信息传输的关键技术为控制器区域网络 CAN，每台设备之间传输数据的速度很快，其工作原理能够让各元件反应速度都在 10ms 以下。模糊逻辑控制算法能够模拟经验丰富的驾驶员工作原理，对能量输出做出自适应调整，例如仿人驾驶的模糊逻辑控制算法；神经网络算法的原理可以理解为通过对过去驾驶数据的学习，得出的优化分配方式。例如特斯拉 Autopilot 通过学习路线和驾驶人的开车习惯，实时对电机和发动机构成的动力输出模式做出最优的能源分配。

3.4 辅助系统中的应用

在混合动力汽车辅助系统中，电气工程及自动化控制技术发挥着重要作用。电控空调系统借助电气技术实现压缩机变频控制，依据车内温度、湿度及人员数量自动调节制冷制热功率，在保障舒适驾乘体验的同时降低能耗。主动安全与驾驶辅助系统通过传感器实时采集车辆周围环境数据，自动化控制技术对数据进行分析处理，当检测到潜在危险时，自动触发制动、转向干预或警示提醒，如自动紧急制动系统（AEB）、车道保持辅助系统（LKA）等，显著提升车辆行驶安全性，推动汽车向高度自动化驾驶迈进 。

结语

电气工程及自动化控制技术已深度融入混合动力汽车的核心系统，实现了动力协同优化、能量高效回收，大幅提升了车辆的安全性与智能化水平。但在技术快速迭代中，系统集成复杂度提升、研发成本高等挑战也随之而来。面向未来，随着人工智能、物联网与新能源技术的融合，该领域将朝着更高效、更智能的方向迈进。通过产学研多方协作，攻克技术瓶颈，电气工程及自动化控制技术必将为混合动力汽车的可持续发展注入强劲动力，推动汽车产业向绿色低碳目标加速转型。

参考文献

[1]刘祥辰,崔犇远,陈明,等.电气工程及自动化控制技术在混合动力汽车中的应用[J].汽车知识,2024,24(03):51-53.

[2]雷丹.电气工程及自动化控制技术在混合动力汽车中的应用[J].内燃机工程,2023,44(06):8.