【文章內(nèi)容簡介】 課題在國內(nèi)外的研究狀況及發(fā)展趨勢 國外研究現(xiàn)狀 幾乎在出 現(xiàn) 汽 車 的 時 候就有了混合 動 力汽 車這 個概念 ， 只不 過 當(dāng) 時 的目的并不是 降低燃油消耗 ， 只想得到 更好的 動 力性。近十年來才 飛 速 發(fā) 展。目前 ， 由于排放法 規(guī) 的制 約 和 純電動銷 路不好的情況下 ， 汽 車 公司加大力度生 產(chǎn) 混合 動 力汽 車 。很早的 時 候 ， 有 許 多有 遠(yuǎn)見 的汽 車 工程 師 就 認(rèn)為 ， 在未來世界上生 產(chǎn) 的汽 車 中至少有將近一半 是混合 動 力汽 車 。日本豐田公司已 經(jīng) 生 產(chǎn) 混合 動 力汽 車 超 過 百萬 輛 。混合 動 力汽 車 的 2 車輛 工程 畢業(yè)設(shè)計 （ 論文 ） 研 發(fā) 不 僅 是汽 車 工 業(yè) 上得一次 簡單 的技 術(shù) 革新 ， 而且是一次新的汽 車 工 業(yè) 革命。 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 我國 雖 然有 計 劃的開展了 電動 汽 車 的關(guān) 鍵 技 術(shù) 攻關(guān)和整 車 研制 ， 但是 還處 于探索 階 段與國外比 還 有差距。隨著石油 資 源的枯竭、 環(huán) 保意 識 的提高 ， 混合 動 力汽 車 成 為 汽 車發(fā) 展的主流。我國政府已 經(jīng) 在國家高技 術(shù) 研究 發(fā) 展 計 劃中 專門 列有 電動 汽 車 重大 專項 ， 總經(jīng)費 億 。我國的幾大汽 車 集 團(tuán) 近幾年都開展了混合 動 力汽 車 的研究開 發(fā) 工 作。例如一汽和二汽 02 年就啟 動 了混合 動 力汽 車 的研究 ， 還 和國外汽 車 公司合作 ， 旨 在學(xué) 習(xí) 先 進(jìn) 技 術(shù) ， 加快我國混合 動 力技 術(shù) 的成 長 ； 東風(fēng) 汽 車 公司已將 擁 有自主知 識產(chǎn) 權(quán) 的 東風(fēng) 混合 動 力城市公交和混合 動 力 轎車實現(xiàn)產(chǎn)業(yè) 化 ； 上汽集 團(tuán) 也早已使上汽自主 品牌混合 動 力 轎車 等新能源汽 車實 現(xiàn)規(guī) 模批量生 產(chǎn) ； 長 安集 團(tuán) 的混合 動 力技 術(shù) 的研 發(fā) 也已通 過 國家科技部第二 階 段的 認(rèn)證 準(zhǔn) 備進(jìn) 入量 產(chǎn)階 段。 3 SC7130AMT 重度混合 動 力汽 車 參數(shù)匹配 設(shè)計 0 2 章 并聯(lián)式混合動力傳動系統(tǒng)簡介 混合動力傳動系統(tǒng)的概念 本 質(zhì) 上 ， 仸何 車輛 的 動 力系都要求 ： 生足 夠 的 動 力以 滿 足 車輛 性能的需要 ； 2. 配置充分的 車載 能量以保 證車輛 行 駛給 定的路程 ； 顯 示 ； 環(huán) 境 污 染的 排 放。一般來 說 ， 一 輛車 可以有多個能量及其能量 轉(zhuǎn)換 器 ， 例如 ， 汽油或柴油 熱 機(jī)系 統(tǒng) ； 氫 燃料 電 池 電動 機(jī)系 統(tǒng) ； 化學(xué)蓄 電 池 電動 機(jī)系 統(tǒng) 等。配置有兩個或更多個能源 及其能量 變換 器的 車輛 被稱作混合 動 力 車 ， 當(dāng)其攜 帶 有 電 氣的 動 力系即能源及能量 變 換 器 時 ， 進(jìn) 而被稱 為 混合 動 力汽 車 。 混合 動 力 電動 汽 車 的 驅(qū)動 系通常由不多于兩個的 驅(qū)動 系 組 成 ， 多于兩個 動 力系的 結(jié)構(gòu)將使系 統(tǒng) 復(fù) 雜 化。 為 回收在 傳統(tǒng) ICE 車輛 中意 熱 形式消耗的部分制 動 能量的目的 ， 通常的混合 動 力 電驅(qū)動 系含有一個雙向的能源及能量 變換 器 ， 而另一 類 ， 則 不是雙向 的、就是 單 向的能源及其能量 變換 器。 圖 21 展示了混合 動 力 電驅(qū)動 系 統(tǒng) 的概念 ， 以 及可能的各種 動 力流的通路。 圖 混合 動 力系 統(tǒng) 概念示意 圖 4 車輛 工程 畢業(yè)設(shè)計 （ 論 文 ） 混合 動 力系 統(tǒng) 可通 過 不同的工作模式來向汽 車 提供 驅(qū)動 力。 該 混合 動 力系 統(tǒng) 主要 有以下幾種工作模式 ： 力系 統(tǒng) 1 單 獨 驅(qū)動 力系 統(tǒng) 2 單 獨 驅(qū)動 力系 統(tǒng) 1 和 動 力系 統(tǒng) 2 同 時驅(qū)動 力系 統(tǒng) 2 回收能量 （ 再生制 動 ） 力系 統(tǒng) 2 仍 動 力系 統(tǒng) 得到能量 力系 統(tǒng) 2 仍 動 力系 統(tǒng) 1 得到能量同 時 回收制 動 能量 力系 統(tǒng) 1 單 獨 驅(qū)動 并 為動 力系 統(tǒng) 2 提供能量 力系 統(tǒng) 1 為動 力系 統(tǒng) 2 提供能量 ， 動 力系 統(tǒng) 2 單 獨 驅(qū)動 力系 統(tǒng) 1 驅(qū)動 ， 動 力系 統(tǒng) 2 回收能量 在混合 動 力汽 車 中 ， 各種 電驅(qū)動 系的運(yùn)行模式形成了 優(yōu) 于 單動 力系 車輛 的更多的 靈活性。由特有的 結(jié) 構(gòu)和控制 ， 采用 對 每一特定運(yùn)行工況的 專 用模式予以 實 施 應(yīng) 取決 于 許 多因素。例如 驅(qū)動 系的 實際結(jié) 構(gòu)、 動 力系的效率特性、 負(fù)載 特性等。 對 于 車輛 的 總 效率來 說 ， 必不可少 的前提是仸一個 動 力系都運(yùn)行于最佳的效率內(nèi)。 內(nèi)燃機(jī)的 轉(zhuǎn) 速一般隨著 節(jié) 氣 門 全開 ， 有其最佳 經(jīng)濟(jì) 區(qū)域。 遠(yuǎn) 離 該 區(qū) 間 將 導(dǎo) 致 損 失大量 的效率。同 時 ， 當(dāng)與 遠(yuǎn) 離最佳效率運(yùn)行去的內(nèi)燃機(jī)相比 時電動 機(jī)所 經(jīng)歷 的效率 變化不 像內(nèi)燃機(jī)那 樣 的不利。 車輛 的 頻 繁加速、減速、上坡和下坡 ， 其 負(fù)載 功率在 實際 運(yùn)行中是隨機(jī) 變 化的。 事 實 上 ， 負(fù)載 功率由兩部分 組 成 ： 一是 穩(wěn) 定的平均的功率 ， 為 恒定 值 ； 二是 為 具有零 平均 值 得 動態(tài) 功率。在混合 動 力汽 車 中 ， 設(shè)計 用內(nèi)燃機(jī)、油箱來供 給 平均功率 ， 用 電 動 機(jī)來供 給動態(tài) 功率。在整個行 駛 循 環(huán) 中 ， 來自于 動態(tài)動 力系的 總 能量 輸 出將 為 零。 這 表示 動態(tài)動 力系的能源在行 駛 循 環(huán)終結(jié)時 ， 不失去能量的容量 ， 其功能 僅 作 為 功率 得 調(diào)節(jié) 器。 在混合 動 力汽 車 中 ， 穩(wěn) 定的平均的功率由斯特林 發(fā)動 機(jī)、內(nèi)燃機(jī)和燃料 電 池等提 供。因 為動態(tài) 功率取自于 動態(tài) 功率源 ， 故所采用的內(nèi)燃機(jī)或燃料 電 池比 單動 力系 設(shè)計 中的內(nèi)燃機(jī)或燃料 電 池要小得多 ， 所以才能使其 穩(wěn) 定的運(yùn)行在最佳效率去 ， 動態(tài) 功率 可由配置 飛輪組 （ 機(jī)械蓄 電 池 組 ） 、 電 池 組 和超 級電 容器 組 的 電動 機(jī)提供 ， 或可由它們 組 合配置的 電動 機(jī)提供。 5 SC7130AMT 重度混合 動 力汽 車 參數(shù)匹配 設(shè)計 并聯(lián)式混合動力傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 0 并 聯(lián) 式混合 動 力 傳動 系 統(tǒng) 示意 圖 0 所示 給 出了 簡單 的混合 動 力汽 車 的 結(jié) 構(gòu)布置型式 ， 各元件之 間 用 線 條 連 接表 示能量流的路徑和控制路 線 。 圖 所示的油箱 內(nèi)燃機(jī)和 電 池 電 機(jī)就可以作 為 主要 動 力和 輔 助 動 力的例子。內(nèi)燃機(jī)也可以由其他的 動 力源來代替 ， 比如燃料 電 池。蓄 電 池 也可由超 級電 容或 飛輪 或是復(fù)合 電 源來替代。 對 于并 聯(lián) 混合 動 力 驅(qū)動 系 統(tǒng) ， 發(fā)動 機(jī)向 驅(qū)動輪 提供 動 力的方式和 傳統(tǒng) ICE 汽 車類 似。而 電 機(jī) 則 通 過 機(jī)械 耦合裝置提供 輔 助 動 力 ， 如下 圖 所示。 圖 并 聯(lián) 式混合 動 力系 統(tǒng) 的 結(jié) 構(gòu)型式 6 車輛 工程 畢業(yè)設(shè)計 （ 論文 ） 混合動力驅(qū)動系統(tǒng)的元件選型 混合 動 力系 統(tǒng) 的主要 動 力元件 為 ： 發(fā)動 機(jī)、 電 機(jī)、 儲 能元件及 傳動 機(jī)構(gòu)等。主要 根據(jù)混合 動 力汽 車 工作特性的要求來 選擇 合適的 類 型。 發(fā)動機(jī)選型 考 慮 了混合 動 力汽 車 工作特性因素并 總結(jié) 了目前各國在混合 動 力汽 車 研究中 選 用 的 發(fā)動 機(jī)方案 ， 可 應(yīng) 用于混合 動 力汽 車 的 發(fā)動 機(jī)主要有 ： 轉(zhuǎn) 子 發(fā)動 機(jī)、燃?xì)?輪 機(jī)、二 沖程 發(fā)動 機(jī)、斯特靈 發(fā)動 機(jī)以及四沖程汽、柴油機(jī)等。就目前混合 動 力汽 車 而言 ， 沿 用技 術(shù) 成熟的先 進(jìn) 的四沖程 發(fā)動 機(jī)并做適當(dāng)?shù)母?進(jìn) 不失 為實際 而 簡 捷的方案。 電機(jī)選型 在混合 動 力汽 車 上 ， 電 機(jī)的 選 用原 則為 高性能、低自重、小尺寸、 電 磁 輻 射小、 成本低和 維護(hù) 方便?；旌?動 力汽 車 用交流 電 機(jī) 驅(qū)動 系 統(tǒng) 主要采用異步 電 機(jī) 驅(qū)動 系 統(tǒng) 。 例如三相鼠 籠 異步 電 機(jī) ， 結(jié) 構(gòu) 簡單 、 堅 固耐用、成本低廉、 轉(zhuǎn) 速極限極高。 儲能元件選型 當(dāng)前在中度及其以上的混合 動 力汽 車 中使用 較 多、技 術(shù)較為 成熟的是 電 化學(xué) 電 池 即蓄 電 池。 鎳氫電 池作 為電 化學(xué) 電 池 ， 具有很好的耐 過 充 電 特性 ， 良好的使用安全性 和充放 電 效率 ， 更重要的是 該電 池的反 應(yīng) 物中無溶解析出物 ， 所以很適用于混合 動 力 汽 車 。本 論 文所采用的 電 池就是 鎳氫電 池。 變速機(jī)構(gòu)選型 本 論 文采用 電 控機(jī)械式自 動變 速器 （ AMT） .它是將 電 子控制技 術(shù) 引入 傳統(tǒng) 的 機(jī)械手 動變 速器中 ， 使其具有自 動變 速功能的同 時 ， 又能充分 發(fā)揮齒輪 式機(jī)械 變 速器 傳動 效率高、易于制 動 的 優(yōu) 點。 駕駛員 通 過 加速踏板向 電 控系 統(tǒng) 表達(dá)意 圖 ， 電 控系 統(tǒng) 根據(jù) 設(shè) 定的檔位模式 對發(fā)動 機(jī)、 變 速器和離合器三者 實 施 綜 合控制 ， 是汽 車 具有良好 的行 駛 性能。 7 SC7130AMT 重度混合 動 力汽 車 參數(shù)匹配 設(shè)計 第 3 章 并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計 本章主要 討論 并 聯(lián) 式混合 動 力系 統(tǒng) 機(jī)構(gòu)參數(shù)的 設(shè)計 ， 其目的是 滿 足整 車 的 動 力性 能指 標(biāo) 要求的前提下 ， 為 提高整 車 的 經(jīng)濟(jì) 性和排放性 ， 確定合適的各 總 成部件參數(shù)。 設(shè)計發(fā)動 機(jī)功率及最高 轉(zhuǎn) 速 ， 電 機(jī)功率、最高 轉(zhuǎn) 速及基速比 ， 電 池功率及容量 ， 傳動 機(jī)構(gòu)檔位數(shù)及速比等參數(shù) ， 在合適的系 統(tǒng) 控制策略下 ， 使其在 滿 足汽 車動 力性要 求的前提下提 高系 統(tǒng) 整體效率 ， 仍而達(dá)到 節(jié) 油和降低排放的目的。 SC7130 主要技術(shù)參數(shù)及動力性要求 在 設(shè)計 并 聯(lián) 混合 動 力系 統(tǒng) 部件參數(shù)前 ， 首先通 過資 料得到 SC7130 轎車 的主要技 術(shù) 參數(shù) ， 如表 所示 ， 這 些參數(shù)是下文 設(shè)計 所必需的。 表 SC7130 轎車 主要技 術(shù) 參數(shù) 技 術(shù) 參數(shù) 數(shù) 值 整 備質(zhì) 量 （ kg） 865177。20 滿載質(zhì) 量 （ kg） 1190 車輪 半徑 （ m） 整 車 滾動 阻力系數(shù) 迎 風(fēng) 面 積 （ ㎡ ） 空氣阻力系數(shù) 額 定功率 （ kw） 63/6000rpm 發(fā)動 機(jī) 最大扭矩 （ Nm） 110/35004500rpm 最高 轉(zhuǎn) 速 （ rpm） 6300 主減速器速比 I 檔 II 檔 傳動 機(jī)構(gòu) 變 速器速比 III 檔 IV 檔 V 檔 8 車輛 工程 畢業(yè)設(shè)計 （ 論文 ） 參考 SC7130 轎車 的 動 力性能 ， 提出本文混合 動 力汽 車 的 動 力性要求如下 ： （ 1） 最高 車 速 179。 160 km / h ； （ 2） 加速 時間 163。 14s （ 0～ 100 km / h ）； （ 3） 最大爬坡度在 發(fā)動 機(jī) 單 獨 驅(qū)動 模式下不小于 30%。 并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計 混合 動 力系 統(tǒng)設(shè)計 得重點是確定 發(fā)動 機(jī)和 電 機(jī)的功率大小 ， 以及怎 樣 通 過 控制策 略 實現(xiàn) 汽 車 在行 駛過 程中所需功率在 這 兩者只