【正文】 60mm 風(fēng)阻系數(shù) 迎風(fēng)面積 表 動力性 最高車速 (km／ h) 160 加速性能 ≤(0～ 100km/h) 最大爬坡度 ≥30％ 經(jīng)濟(jì)性 等速行駛油耗 (L／ 100km) ≤(90 km／ h等速油耗 ) 多工況油耗 (L／ 100km) ≤， (市區(qū) +市郊工況 ) 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 排放 國 Ⅲ 標(biāo)準(zhǔn) 發(fā)動機(jī)功率設(shè)計 HEV的發(fā)動機(jī)要求有一定的驅(qū)動功率，有足夠的動力性能和機(jī)動性能，能夠滿足 HEV的基本動力性能要求，并且能夠與驅(qū)動電動機(jī)一起提供 HEV所需的最大功率，使 HEV達(dá)到或接近燃油汽車的動力性能水平。 電池參數(shù)設(shè)計計算 （一 ） 電壓等級 蓄電池的電動勢是蓄電池在理論上輸出能量大小的度量 之一，數(shù)值上等于熱力學(xué)的兩極平衡電極電位之差。 實際容量是指在一定的放電條件下蓄電池實際放出的電量，等于放電電流與放電時間的乘積。圖 為電池的內(nèi)阻與 SOC的關(guān)系曲線。一有以下關(guān)系： () 另外，一般中、大型客車 Domax取 ～ ，中級轎車 Domax取 ～ 。具體的方案是：變速驅(qū)動橋的總體布置；傳動裝置各軸的運(yùn)動和動力參數(shù)的確定；齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計與強(qiáng)度校核；軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計與強(qiáng)度校核；軸承的選擇與強(qiáng)度校核。最后，以整車尾氣排放、動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性為主要目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計，得到混合動力電 動汽車動力總成各部件參數(shù)設(shè)計結(jié)果，為混合動力電動汽車系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計與模擬仿真提供可靠依據(jù)。近年來為了提高燃油經(jīng)性，出現(xiàn)了減小最小傳動比的趨勢。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 一般對于并聯(lián)混合動力汽車應(yīng)在長時間的穩(wěn)定運(yùn)行前后電池的 SOC基本保持不 變，所以︱ SOC︱ 。常用安培小時數(shù) (Ah)表示。 車輛由起步加速到速度 V的加速時間為： () 對于混合動力電動汽車在 CYC EDDS循環(huán)工況下進(jìn)行仿真，可以得到電機(jī)峰值功率、整車啟動時間和車速關(guān)系的仿真結(jié)果如表 。 并聯(lián)式混合動力汽車動力系統(tǒng)的參數(shù)匹配與性能指標(biāo) 整車參數(shù)與性能指標(biāo) 本文所研究的混合動力汽車選用目前市場上 Pruis轎車作為基礎(chǔ)車型，其 基本參數(shù)如表 。 表 性能 直流電機(jī) 永磁電機(jī) 異步電機(jī) 開關(guān)磁阻電機(jī) 最大效率 (%) 85 95～ 97 94～ 95 ≤90 最高轉(zhuǎn)速 (r/min) 4000～ 6000 4000～ 10000 9000～ 15000 15000 電機(jī)費(fèi)用 10 10～ 15 8～ 12 6～ 10 控制器成本 l 2． 5 3． 5 4． 5 堅固性 良 良 優(yōu) 良 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 可靠性 普通 良 優(yōu) 良 注：電機(jī)費(fèi)用和控制成奉的數(shù)值代表的是比例關(guān)系 在此本設(shè)計 中 選擇 異步 電機(jī)。但其主要不足是永磁材料昂貴，制造工藝復(fù)雜，性能受溫度影響較大 (易退磁 )，大功率輸出困難。但向量控制對電動車驅(qū)動系統(tǒng)來說也存在一定的問題，如在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速范圍內(nèi)，電機(jī)的勵磁電流分量保持恒定這會導(dǎo)致電機(jī)在輕載時鐵耗增加，使整個驅(qū)動系統(tǒng)的效率下降。圖 HEV驅(qū)動電機(jī)的分類，包括直流電機(jī)、永磁無刷電機(jī)、感應(yīng)電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)等應(yīng)用較多的幾種電機(jī) 圖 HEV驅(qū)動電機(jī)的分類 (1) 直流電動機(jī) 直流電動機(jī)的優(yōu)點是機(jī)械特性好，調(diào)速方便而且性能好。 另外，對電動機(jī)的選型還應(yīng)綜合考慮其控制系統(tǒng)的特點，要求能實現(xiàn)雙向控制，對制動再生能量可以回收。 缺點：響應(yīng)時間較長 串聯(lián) 斯特林 發(fā)動機(jī) 優(yōu)點：具有高的熱效率、低排放和低噪盧性能?；旌蟿恿Φ陌l(fā)動機(jī)并不是單獨(dú)提供加速或爬坡的峰值功率，而是和電機(jī)共同驅(qū)動，發(fā)動機(jī)額定功率通常由最常用或最經(jīng)濟(jì)車速對應(yīng)的需求驅(qū)動功率確定，因而混合動力汽車的發(fā)動機(jī)功率比燃油車小。具體工作包括： (1) 重點介紹串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式混合動力汽車驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及工作原理，并對上述三種混合動力汽車各自的優(yōu)缺點進(jìn)行詳細(xì)分析與說明； (2) 因為每種混合動力汽車的驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都有各自的特點，而且行駛工況是隨時變化的。但是這種布置方式將會比單純的串聯(lián)式或并聯(lián)式增加更多的零部件，導(dǎo)致整車的尺寸增大和復(fù)雜程度增加。通常 “ 動力組合器 ”就是一個行星齒輪機(jī)構(gòu)，這種裝置可以使發(fā)動機(jī)或電動機(jī)之間的轉(zhuǎn)速可以靈活的分配，但它們組合在特定的 “ 動力組合器 ” 中，因為 “ 動力組合器 ” 使它們的轉(zhuǎn)矩固定在電動汽車行駛時的轉(zhuǎn)矩上，要用調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)節(jié)氣門的開度來與電動機(jī)的轉(zhuǎn)速相互配合，才能獲得最佳傳動效果，從而使得控制裝備變得十分復(fù)雜。 并聯(lián)式混合動力汽車通常有以下四種組合驅(qū)動方式： (a) 驅(qū)動力結(jié)合式 驅(qū)動力結(jié)合式（見圖 ）電動汽車采用一個小功率的發(fā)動機(jī)，單獨(dú)地驅(qū)動汽車的前輪。 所以，串聯(lián)式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)較適合在大型客車上使用，該布置形式更適合于道路復(fù)雜的城市工況和山區(qū)公路運(yùn)行。其結(jié)構(gòu)特點是 圖 串聯(lián)式 HEV 驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 串聯(lián)式混合動力電動汽車由發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)、電池組、驅(qū)動電機(jī)和控制器主要部件組成。在車輛加速、爬坡等工況下，電機(jī)可向內(nèi)燃機(jī)提供輔助的啟動力矩，但不能單獨(dú)驅(qū)動車輛行駛。這種混合電動車在進(jìn)入車輛和人口密集的城市中心時，可以關(guān)閉其發(fā)動機(jī)以純電動方式工作，達(dá)到零排放，到了郊區(qū)時可重新啟動發(fā)動機(jī)。簡而言之，混合動力汽車就是將傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)、電力驅(qū)動裝置和儲能裝置 結(jié)合在一起，它們之間的良好匹配和優(yōu)化控制，可充分發(fā)揮內(nèi)燃機(jī)汽車和電動汽車的優(yōu)點，避免各自的不足，是當(dāng)今最具實際開發(fā)意義的低排放和低油耗汽車。一旦汽車尾氣排放的研究取得突破，必將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益。但是，歐洲 5號排放標(biāo)準(zhǔn)對汽車尾氣排放的限制更加嚴(yán)格表現(xiàn)在多方面。福特公司開發(fā)的 “ 優(yōu)異 2022” 概念車試驗平臺的性能已達(dá)到 PNCV計劃的部分目標(biāo)：每加侖 汽油行駛 80英里。 但是由于我國混合動力汽車的研究工作起步比較晚，所以和國外的先進(jìn)技術(shù)水平相比還有很大差距。 我國也在近期 出臺國 III標(biāo)準(zhǔn)，未達(dá)到國 III標(biāo)準(zhǔn)的新車均不能在市場上銷售，也就是說有部分車型 正 面臨著退出汽車市場?；旌蟿恿ζ嚥捎昧税l(fā)動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)和電機(jī)系統(tǒng)通過機(jī)械傳動裝置耦合在一起來驅(qū)動車輛行駛，使得車輛降低燃料消耗量，同時通過整車控制策略控制發(fā)動機(jī)、電池和電機(jī)在不同工況條件下，處于不同的工作模 式，從而盡可能多的工作在各自的高效率區(qū)域，甚至還可以控制發(fā)動機(jī)的起停來取消發(fā)動機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到明顯節(jié)能的目的?；旌蟿恿ζ噷煞N或更多能量轉(zhuǎn)換技術(shù)和一種或更多的能量存儲技術(shù)集合為一體，使得混合動力汽車能夠明顯減少汽車排放和降低油耗，難能可貴的是可以達(dá)到與傳統(tǒng)汽車同樣的行駛里程，另外混合動力汽車燃料補(bǔ)充便利，節(jié)能、環(huán)保也是混合動力汽車的主要特點，表 1． 1是四種車型的比較。 目前，世界各國都在開發(fā)新型節(jié)能無污染汽車，包括純電動汽車 EV(electric vehicle)、混合動力電動汽車 HEV(hybrid electric vehicle)和燃料電池汽車 FCV(fuel cell vehicle)。 determining the need to determine on the basis of a mixture containing electric vehicle powertrain of match, at the same time meet the emission standards for determining glutamateis power performance and fuel economy, and preliminary validation of parameters match parameters reasonability。從整車效率、動力性能、續(xù)駛里程和城市運(yùn)行工況等多方面綜合考慮，混聯(lián)式混合動力電動汽車為首選方案。 pletion of the hybrid system, through the operation mode of analysis, and reference series hybrid system and a parallel hybrid system control strategy, design its control system. Key Word: hybrid cars。 氫燃料電池動力汽車 (Fuel Cell Electric Vehicle，簡稱 FCEV)，燃料電池是一種將氫和氧的化學(xué)能通過電極反應(yīng)直接轉(zhuǎn)換電能的 裝置，其最大特點是反應(yīng)過程不涉及燃燒和熱機(jī)做功。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 混合動力汽車的研究始于上世界 90年代。 另一方面，混合動力汽車在降低汽車有害排放方面的貢獻(xiàn)是顯而易見的，然而隨著人們對環(huán)境保護(hù)力度的加大，更嚴(yán) 格的汽車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)運(yùn)而生。為應(yīng)對能源緊缺問題問題，實現(xiàn)社會可持續(xù)性發(fā)展，我國政府很早就開始重視清潔高效汽車技術(shù)的開發(fā)。國 III標(biāo)準(zhǔn)實施后，上述車型將暫時推出市場，但是其中只有小部分車型會停產(chǎn)，大部分車型還是會經(jīng)過廠家對發(fā)動機(jī)的升級后重新回到市場。 歐洲，最具代表的 HEV是法國的 Berlinge，在性價比上能與一般汽車相抗衡，代表了國際實用先進(jìn)水平。也就是說， 8年之后，歐盟行駛的各類汽車，氮氧化物排放量將比現(xiàn)在減少三分之二以上。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 第 2 章 混合電動車的概述 混合動力汽車概念 汽車已與人們的日常生活和生產(chǎn)密不可分。 (2) 通過控制能使發(fā)動機(jī)工作點盡量靠近或在發(fā)動機(jī)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)區(qū)域，提高發(fā)動機(jī)工作效率，不足動力由電機(jī)補(bǔ)充。 混合動力車還可以在停車、滑行、低負(fù)荷、制動或蓄電池 SOC 到最大值時關(guān)掉發(fā)動機(jī)，取消發(fā)動機(jī)怠速，而當(dāng)需要發(fā)動機(jī)輸出力矩時重新啟動，這樣可以取消怠速時的排放，降低整車排放污染。電機(jī)功率為內(nèi)燃機(jī)最 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 大功率的 40%左右，其節(jié)油效果達(dá) 30%~50%，但實際節(jié)油效果隨車輛結(jié)構(gòu)設(shè)計、行駛工況、開車操作細(xì)節(jié)而變化。另外電池還可以單獨(dú)向電動機(jī)提供電能來驅(qū)動電動汽車，使混合動力電動汽車在零污染狀態(tài)下行駛。電動機(jī)可以用來平衡發(fā)動機(jī)所受的載荷，使其能在高效率區(qū)域工作，因為通常發(fā)動機(jī)工作在滿負(fù)荷 (中等轉(zhuǎn)速 )下，燃油經(jīng)濟(jì)性最好。此種混合動力電動汽車具有四輪驅(qū)動的特性。 因此，并聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)最適合在城市間道路和高速公路上行駛，工況穩(wěn)定，發(fā)動機(jī)經(jīng)濟(jì)性和排放性都會有所改善 ,和混聯(lián)式混合動力電動汽車相比較而言結(jié)構(gòu)簡單，價格也容易被廣大消費(fèi)者接受，在電池技術(shù)問題沒有得到很好的解決的情況下，它將可能被廣泛應(yīng)用，但當(dāng)電池技術(shù)攻克，其優(yōu)越性較混聯(lián)混合動力系統(tǒng)落后。這種機(jī)構(gòu)有兩個自由度，可以自由的控制兩個不同的速度 (例如：發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速與差速器輸入的轉(zhuǎn)速 )。接下來，主要根據(jù)第二章所確定的混合 類型，以整車動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性為主要目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計，最終得到混合動力電動汽車參數(shù)設(shè)計結(jié)果。 此外，在選用混合動力汽車用發(fā)動機(jī)時還要考慮到整車總布置問題，這是因為在混合動力汽車上采用了多種動力部件，而汽車的可用空間又非常有限，所選用的發(fā)動機(jī)應(yīng)有利于動力傳動系的合理布置。 缺點：排放較差，噪聲和振動大，但采取技術(shù)后，上述缺點可以得到改善 。高轉(zhuǎn)速電機(jī)體積較小，質(zhì)量較輕，有利于降低整車的整備質(zhì)量； (c) 質(zhì)量輕。 圖 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 動系統(tǒng)的效率特性圖。 (3) 交流異步電機(jī) 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 交流異步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)主要選用三相鼠籠型異步電動機(jī)，該電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、成本低廉、轉(zhuǎn)速極限極高，采用矢量控制技術(shù)，其動態(tài)性能可與直流電機(jī)調(diào)速相媲美。與相同功率的其它類型的電動機(jī)相比，永 磁電動機(jī)的體積更小，質(zhì)量更輕，更加適合作為電動汽車的驅(qū)動電動機(jī)。 (5) 為降低整車的價格，應(yīng)盡可能降 低儲能元件的成本?；旌蟿恿ζ嚢l(fā)動機(jī)最大輸出功率 Pmax的取值一般要依據(jù)車輛勻速行駛時的功率要求，即滿足下式： () 式中， η—為傳動效率 (km／ h)； m—為汽車質(zhì)量 (kg)； g—為重力加速度 (m/s 2)； f—為滾動阻力系數(shù)； C—為風(fēng)阻系數(shù)； A—為迎風(fēng)面積 (m)； v—為最高車速 (m/s)。電動勢的大小由電池中所進(jìn)行的電化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì)和反應(yīng)條件決定，與電池的形狀、尺寸無關(guān)。實際容量的計算方法為： 恒定電流放電時： C=I 圖 SOC關(guān)系曲線 傳動比的選擇 車輛傳動比的選擇包括最小傳動比的選擇、最大傳動比的選擇和傳動系 檔數(shù)與各檔傳動比的選擇，傳動比選擇的是否合適對車輛的動力性和經(jīng)濟(jì)性有很大的影響。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 (2) 最大傳動比的選擇確定最大傳動比時，要考慮最大驅(qū)動力或附著力、最大爬坡度和汽車最低穩(wěn)定車速三個方