【文章內(nèi)容簡介】 和擬解決的主要問題 論文主要研究內(nèi)容 （ 1）客觀分析混合動 力微型客車采用各種驅(qū)動型式時(shí)的優(yōu)劣， 確定動力總成的結(jié)構(gòu)方案； （ 2）系統(tǒng)研究 混 聯(lián) 式 混合動力總成及其應(yīng)用； （ 3） 根據(jù) 混 聯(lián) 式 混合動力驅(qū)動方式 ， 對動力系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，完成 混 聯(lián)式混合動力系統(tǒng)部件選型 及其匹配 ； （ 4）制定適合微型客車的 混合 動力汽車控制策略 。 擬解決的主要問題 （ 1）進(jìn)行動力分配裝置 的研究。 （ 2） 選取 具備高比能量和高比功率 ， 經(jīng)濟(jì)實(shí)用的電池。 （ 3）混合動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，維修比較困難，售價(jià)相對較高。 5 第 2 章 汽車 總 體設(shè)計(jì) 課題 設(shè)計(jì)的任務(wù) 本課題是進(jìn)行一種油電混合動力微型客車的總體設(shè)計(jì)，主要是面向小批量生產(chǎn)，選取 RL6460 為研究對象 ,本課題的選擇充分考慮了研究課題對學(xué)習(xí)和工作的指導(dǎo)作用，對本課題的研究爭取能夠了解汽車設(shè)計(jì)方法，通過對本課題的研究，完成理論課程的實(shí)踐總結(jié)，獲得一 定 的工程設(shè)計(jì)工作方法。 汽車形式的選擇 軸數(shù) 選擇 汽車可以有兩軸、三軸、四軸甚至更多的軸數(shù)。影響選取軸數(shù)的因素主要有汽車的總質(zhì)量、道路法規(guī)對軸載質(zhì)量的限制和輪胎的負(fù)荷能力以及汽車的構(gòu)造等。 包括乘用車以及汽車總質(zhì)量小于 19t 的公路運(yùn)輸車輛和 軸荷不受道路、橋梁限制的不在公路上行駛的車輛，均采用結(jié)構(gòu)簡單。制造成本低廉的兩軸方案。 本次設(shè)計(jì)選擇兩軸式。 驅(qū)動形式 汽車驅(qū)動形式主要有 4 4 6 6 6 8 88 等，其中前一位數(shù)字表示汽車車輪總數(shù)，后一位數(shù)字表示驅(qū)動輪數(shù)。汽車的用途、總質(zhì)量和對車輛通過性的要求等 ，是影響選取驅(qū)動形式的主要因素。增加驅(qū)動輪數(shù)能夠提高汽車的通過能力，驅(qū)動輪數(shù)越多，汽車的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，整備質(zhì)量和制造成本也隨之增加，同時(shí)也使汽車的總體布置工作變得困難。乘用車和總質(zhì)量小一些的商用車，多采用結(jié)構(gòu)簡單 、制造成本低的 42 形式。 6 本課題研究的設(shè)想是將原車的 42 改裝成 44 的驅(qū)動形式，增驅(qū)動輪數(shù)可以提高汽車的通過能力越強(qiáng)， 后 輪改為驅(qū)動輪，其還有制動能量回收的功效，可以達(dá)到節(jié)能能耗的目的。 布置形式 根據(jù)發(fā)動機(jī)的位置不同，其布置形式有三種：發(fā)動機(jī)前置后橋驅(qū)動，發(fā)動機(jī)中置后橋驅(qū)動，發(fā)動機(jī)后置后橋驅(qū)動。 通過調(diào)研 分析，發(fā)現(xiàn)采取發(fā)動機(jī)前置， 軸荷分配合理，因而有利于提高輪胎的使用壽命， 其動力總成操縱機(jī)構(gòu)簡單，發(fā)動機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)駕駛員容易發(fā)現(xiàn)，這種底盤通用性強(qiáng)，有利于配件的供應(yīng)和維修工作，但其前側(cè)重量較大，容 量發(fā)生危險(xiǎn)，穩(wěn)定性不高，將電池布置在車的后部，可以平衡車重，增加汽車的穩(wěn)定性，提高安全性。 本車型所采用的布置形式為前置 前 驅(qū) 。 汽車 主要參數(shù)的選擇 汽車主要尺寸的確定 汽車 外廓尺寸 汽車的長、寬、高被 稱為外廓尺寸。在公路和市內(nèi)行駛的汽車最大外廓尺寸受有關(guān)法規(guī)限制不能隨意確定，影響確定汽車外廓尺寸的因素除法規(guī)和汽車的用途以外，還有載客量或裝載質(zhì)量及涵洞和橋梁等道路尺寸條件。汽車長度尺寸小些不僅可以減少行駛期間需要占用的道路長度，同時(shí)還可以增加車流密度，在停車時(shí)占用的停車場面積也小。除些之外， 汽車的整備質(zhì)量相應(yīng)減少，這對提高比功率、比轉(zhuǎn)矩和燃油經(jīng)濟(jì)性有利。 根據(jù) GB1589－ 1989 汽車外廓尺寸限界規(guī)定如下：貨車、整體式客車總長不應(yīng)超過 12m；不包括后視鏡，汽車寬不超過 ，空載、項(xiàng)窗關(guān)閉狀態(tài)下，汽車高不超過4m；后視鏡等單側(cè)外伸量不得超過最大寬度處 250mm，頂窗、換氣裝置開啟時(shí)不得超出車高 300mm。 乘用車總長 La 是軸距是前懸 LF 和后懸 LR 之和，其值在 ～ 之間，發(fā)動機(jī)前置前輪驅(qū)動汽車的 C 值為 ～ 之間，發(fā)動機(jī)后置后輪驅(qū)動汽車的 C 值約為～ 。 汽車 軸距 L 軸距 L 對整備質(zhì)量、汽車總長、汽車最小轉(zhuǎn)彎直徑、傳動軸長度、縱向通過半徑等有影響。當(dāng)軸距短時(shí)，上述各指標(biāo)減小。此外，軸距還對軸荷分配、傳動軸夾角有影響。軸距過短會使車廂長度不足或后懸過長；汽車上坡、制動或加速時(shí)軸荷轉(zhuǎn)移過大，使汽車制動性或操縱穩(wěn)定性變壞；車身縱向振動增大、對平順性不利；萬向節(jié)傳動軸過長軸的夾角增大。 7 原則上對發(fā)動機(jī)排量大的乘用車、載質(zhì)量或載客量多的貨車或客車，軸距取得長。對機(jī)動性要求高的汽車，軸距宜取短些。為滿足市場需要，工廠在標(biāo)準(zhǔn)軸距貨車的基礎(chǔ)上，生產(chǎn)出短軸距和長軸距的變型車。 對于不同變型車的軸距變化，推薦在 ～ 的范圍內(nèi)來確定為宜。 商用車的軸距參考為汽車總質(zhì)量，當(dāng)汽車總質(zhì)量 tma ? 時(shí)，軸距為 1700～ 2900之間，輪距在 1150～ 1350 之間選取。 前懸和后懸 前懸尺寸對汽車通過性、硬撞安全性、駕駛員視野、前鋼板彈簧長度 、上車和下車的方便性以及汽車造型等均有影響。增加前懸尺寸，減小了汽車的接近角，使通過性降低，并使駕駛員視野變壞。因在前懸這段尺寸內(nèi)要布置發(fā)動機(jī)、轉(zhuǎn)向器等部件，故前懸不能縮短。對載客量少的平頭車，考慮到正面碰撞 有足夠多的結(jié)構(gòu)件吸收碰撞能量，保護(hù)前排乘員的安全，這又要求前懸有一定的尺寸。 后懸尺寸對汽車通過性、汽車追尾時(shí)的安全性、貨箱長度或行李箱長度、汽車造型等有影響，并取決于軸距和軸荷分配的要求。后懸長，則汽車離去角減小，使通過性降低；而后懸 過 短的乘用車行李箱尺寸不夠大?？蛙嚭髴议L度不得超過軸距的 65％，絕對值不大于 3500mm。 汽車質(zhì)量參數(shù)的確定 汽車 整車整備質(zhì)量 整車整備質(zhì)量是指車上帶有全部裝備，加滿燃料、水，但沒有裝貨和載人時(shí)的整車質(zhì)量。 整車整備質(zhì)量對汽車的制造成本和燃油經(jīng)濟(jì)性有影響。目前 ，盡可能減少整車整備質(zhì)量的目的是：通過減輕整備質(zhì)量增載質(zhì)量或載客量，抵消因滿足安全標(biāo)準(zhǔn)、排氣凈化標(biāo)準(zhǔn)和噪聲標(biāo)準(zhǔn)所帶來的整備質(zhì)量的增加，節(jié)約燃料。減少整車整備質(zhì)量的措施主要有：采用強(qiáng)度足夠的輕質(zhì)材料，如塑料、鋁合金等等。目前得到比較廣泛的應(yīng)用。今后，塑料在汽車上會進(jìn)一步得到應(yīng)用。減少整車整備質(zhì)量，是從事汽車設(shè)計(jì)工作必須遵守的一項(xiàng)重要原則。 汽車的裝載質(zhì)量（簡稱載質(zhì)量） 商用貨車的載質(zhì)量 me 的確定，首先應(yīng)與企業(yè)商品規(guī)劃符合，其次要考慮汽車的用途和使用條件。原則上，對貨源變化頻繁、運(yùn)距短的市內(nèi)運(yùn)輸車，宜采用中 、小噸位的貨車比較經(jīng)濟(jì)。 汽車的軸荷分配 汽車的軸荷分配是指汽車在空載或滿載靜止?fàn)顟B(tài)下，各車軸對支承平面的垂直負(fù) 8 荷，也可以用占空載或滿載總質(zhì)量的百分比來表示。 軸荷分配對輪胎壽命和汽車的許多使用性能有影響。從各輪胎磨損均勻和壽命相近考慮，各車輛的負(fù)荷應(yīng)相差不大；為了保證汽車有良好的動力性和通過性，驅(qū)動橋應(yīng)有足夠大的負(fù)荷，而從動軸上的負(fù)荷可以適當(dāng)減小，以利于減小從動輪滾動阻力和提高在環(huán)路面上的通過性；為了保證汽車有良好的操縱穩(wěn)定性，又要求轉(zhuǎn)向軸的負(fù)荷不應(yīng)過小。因此，可以得出作為很重要的軸荷分配參數(shù)，各使用 性能對其要求是相互矛盾的，這就要求設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)對整車的性能要求、使用條件等，合理地選取軸荷分配。 汽車的驅(qū)動形式與發(fā)動機(jī)位置、汽車結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、車頭形式和使用條件等均對軸荷分配有顯著影響。如發(fā)動機(jī)前置驅(qū)動乘用車和平頭式商用貨車前軸負(fù)荷較大。 汽車的總體布置 汽車 整車布置的基準(zhǔn)線 在初步確定汽車的載客量（載質(zhì)量）、驅(qū)動形式、車身形式、發(fā)動機(jī)形式等以后，要深入具體的工作，包括繪制總布置藍(lán)圖產(chǎn)，并校核初步選定的各部件結(jié)構(gòu)和尺寸是否符合整車尺寸和參數(shù)的要求，以尋求合理的總布置方案。繪圖前要確定畫圖的基 準(zhǔn)線（面）。 根據(jù)車架上平面線、前輪中心線、汽車中心線、地面線、前輪垂直線可以確定總布置草圖的基準(zhǔn)線。 汽車各 部件的布置 汽車 發(fā)動機(jī)的布置 發(fā)動機(jī)的上下位置對離地間隙和駕駛員視野有影響，通常將發(fā)動機(jī)布置在前軸上方，考慮到懸架緩沖塊脫落以后，前軸的最大向上跳動量能達(dá)到 70～ 100mm，這就要求發(fā)動機(jī)有足夠高的位置，以防止前軸碰壞發(fā)動機(jī)油底殼，這樣發(fā)動機(jī)的高度位置可以得到確定。 發(fā)動機(jī)的前后位置會影響汽車的軸荷分配、本車型所采用的是在前置后驅(qū)的基礎(chǔ)上，改裝成全輪驅(qū)動，前縱梁之間的距離必須考慮吊裝在 發(fā)動機(jī)上的所有總成以及從下面將發(fā)動機(jī)安裝到汽車上的可能性；還應(yīng)保證在修理和技術(shù)維護(hù)情況下，從上面安裝發(fā)動機(jī)的可能性。 汽車 傳動系的布置 由于發(fā)動機(jī)、離合器、變速器裝成一體，所以在發(fā)動機(jī)位置確定以后，包括發(fā)動機(jī)、離合器、變速器在內(nèi)的動力總成位置也隨之而定。驅(qū)動橋的位置取決于驅(qū)動輪的位置，同時(shí)為使左、右半軸通用，差速器殼體中心線應(yīng)與汽車中心線生命。為滿足萬 9 向節(jié)傳動軸兩端夾角相等、滿載靜止時(shí)不大于 4176。且最大不大于 7176。的要求，常將后橋主減速器的軸線向上翹起。 而在乘用車布置中，在側(cè)視圖上常將傳動軸布置成 U 形方案，這樣做可以降低傳動軸軸線的離地高度。在繪出傳動軸最高輪廓線后，根據(jù)凸包與中間傳動軸之間的最小間隙一般在 10~15mm來確定地板凸包位置。 汽車 轉(zhuǎn)向裝置的布置 轉(zhuǎn)向盤位于駕駛員座椅前方，為保證駕駛員能舒適地進(jìn)行轉(zhuǎn)向操作，應(yīng)該注意轉(zhuǎn)向盤平面與水平面之前的夾角，并以取得轉(zhuǎn)向盤前部盲區(qū)距離最不為佳，同時(shí)轉(zhuǎn)向盤又不應(yīng)影響駕駛員觀察儀表，還要照顧到轉(zhuǎn)向盤周圍有足夠的空間。 前懸架采用鋼板彈簧時(shí)，為了避免懸架運(yùn)動與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動出現(xiàn)不協(xié)調(diào)現(xiàn)象，應(yīng)該轉(zhuǎn)向器布置在前鋼板彈簧跳動中心附近，即前鋼板彈簧前支架偏后不多的位置處。 因轉(zhuǎn)向器固定在車架上，其軸線常與轉(zhuǎn)向盤中心線不在一條直線上，為此用萬向節(jié)和轉(zhuǎn)向傳動軸將它們連接起來。此時(shí)，因萬向節(jié)連接的軸不在一個平面內(nèi)，所以在正面撞車時(shí)又對防止盤后移動及駕駛員有利。 如果轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向器之間通過一根剛性軸直接連接時(shí)，轉(zhuǎn)向盤相對駕駛員在縱向平面內(nèi)偏斜一個角度，這既導(dǎo)致操作不便，又會因轉(zhuǎn)向軸在俯視圖上向前斜插而影響踏板的布置和駕駛員腿部的操縱動作。為些要求轉(zhuǎn)向軸在水平面內(nèi)與汽車中心線之間的夾角不得大于 5176。 轉(zhuǎn)向搖臂與縱拉桿和轉(zhuǎn)向節(jié)臂與縱拉桿之間的夾角，在中間位置時(shí)應(yīng)盡可能布置成接近直角，以保 證有較高的傳動效率。 汽車 懸架的布置 貨車的前、后懸架和一些乘用車的前、后懸架，多采用縱置半橢圓形鋼板彈簧。為了滿足轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)所需要的這空間，常將前鋼板彈簧布置在縱梁下面。這樣布置有利于緩和來自路面的沖擊。同時(shí)，為了滿足主銷后傾的要求，貨車的前鋼板彈簧應(yīng)布置成高后低狀 ，后剛板彈簧布置在車架與車輪之間，應(yīng)該注意鋼板彈簧上的 U 形螺栓和固定彈簧的螺栓與車架之間應(yīng)當(dāng)有足夠的間隙 。 通過對以上的分析，綜合考慮各層次的因素，選取汽車整體設(shè)計(jì)的相關(guān)參數(shù)，詳見表 所示： 表 整車參數(shù)定義 外形尺寸 (mm) 4610? 1693? 1855 滿載質(zhì)量 (kg) 1950 裝備質(zhì)量 (kg) 1300 軸距 (mm) 2700 10 輪距 (前 /后 )(mm) 1456/1446 發(fā)動機(jī)型號 CACSQR480 傳動效率 驅(qū)動橋速比 最小轉(zhuǎn)彎直徑 (m) 最 大爬坡度 (%) 30 車輪滾動半徑 (m)182/70R14 由表 提出本課題動力系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)為： （ 1） 最高車速大于等 于 141km/h； （ 2） 最大爬坡度大于等于 30%； （ 3） 0～ 50km/h 加速時(shí)間小行于等 20s。 本章小結(jié) 本章介紹研究課題所需要選用的汽車車型，汽車整體設(shè)計(jì)的相關(guān)理論知識和汽車設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。闡述了汽車總體設(shè)計(jì)中主要總成部件的選取規(guī)范、以及有關(guān)汽車節(jié)能技術(shù)的簡要知識點(diǎn)，其中詳細(xì)描述了汽車的主要參數(shù)以及在總體布置時(shí)應(yīng)重點(diǎn)注意的事項(xiàng)，為后續(xù)進(jìn)行混合動力驅(qū)動系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。 11 第 3 章 混合動力系統(tǒng)控 制策略 控制目標(biāo) 混合動力 控制策略是實(shí)現(xiàn)電機(jī)、發(fā)動機(jī)、電池和其他相關(guān)部件協(xié)調(diào)共同高效工作的關(guān)鍵。其目標(biāo)是使混合動力轎車有效地滿足不同驅(qū)動功率的要求，實(shí)現(xiàn)功率在電機(jī)、發(fā)動機(jī)間的合理高效地分配；在沒有超過電池極限的范圍下使整車系統(tǒng)運(yùn)行在高性能區(qū)；確保駕駛平穩(wěn)性；確保動力電池工作在合理的區(qū)域 。 混合動力轎車設(shè)計(jì)所期望達(dá)到的具體目標(biāo)有以下幾個： (1)最佳燃油經(jīng)濟(jì)性 (2)最小排放 (3)最低驅(qū)動系統(tǒng)成本 (4)可接受的性能 (加速、爬坡、噪聲、制動、續(xù)駛里程等 基于以上思路，具體的控制方法有很多，邏輯門限值控制、動態(tài)自適應(yīng)控制、邏輯模糊 控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制四種。由于邏輯門限值控制方法快速簡單、實(shí)用性較強(qiáng)，因此國外的樣車和產(chǎn)品車型大部分都采用這種控制方法。其他三種復(fù)雜的控制方法需要采集和運(yùn)算的數(shù)據(jù)量非常大，特別是要實(shí)時(shí)采集大量的發(fā)動機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)計(jì)算發(fā)動機(jī)的最佳油耗點(diǎn)和最佳排放點(diǎn)，并在運(yùn)行中實(shí)時(shí)跟蹤兩點(diǎn)數(shù)值的變化，使控制系統(tǒng)的軟件和硬件都過于復(fù)雜。另外，三種復(fù)雜控制方法對目標(biāo)的改善效果在很大程度上依賴