【正文】 .................................................... 29 校核軸承壽命 ................................................................................................................ 31 花鍵的校核 ................................................................................................................ 33 本章小結(jié) .................................................................................................................... 34 第 5 章 混聯(lián)混合動力 汽車控制策略設(shè)計 ...................................................................... 35 引言 ............................................................................................................................ 35 混合動力汽車控制策略概述 .................................................................................... 35 串聯(lián)式混合動力電動汽車控制方法 ....................................................................... 36 并聯(lián)式混合動力電動汽車控制方法 ....................................................................... 37 混聯(lián)式混合動力電動汽車控制方法 ....................................................................... 38 混聯(lián)式混合動力電動汽車的工 作模式及控制系統(tǒng) ................................................ 39 本章小結(jié) .................................................................................................................... 40 結(jié)論 .......... ............................................................................................................................ 41 致謝 .......... ............................................................................................................................ 42 參考文獻(xiàn) .. ............................................................................................................................ 43 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 第 1 章 緒論 本課題的研究意義 隨著全球經(jīng)濟(jì)以及汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車保有量也在逐年急劇增加，但汽車數(shù)量的增加卻是城市大氣污染的主要來源，因此世界各國紛紛制定一系列十分嚴(yán)格的排放法規(guī)，強(qiáng)制要求生產(chǎn)低油耗小排放的汽車。為此，全球的汽車制造商都尋找新的解決辦法，把主要精力放在研究開發(fā)新型節(jié)能無污染的綠色汽車。純電動汽車 (Electric Vehicle簡稱 EV)是一種節(jié)約石油能源、無污染的理想 “ 零排放 ” 汽車，因為它引 入了電驅(qū)動模式，所以這種汽車加大非石油資源的利用率，無疑是解決上述問題的有效途徑。 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。提取氫的方法非常方便，一是可通過石油、天然氣、甲醇、甲烷等進(jìn)行；二是可通過電解水制氫、生物制氫等方法獲取氫氣。 在這種情況下，混合動力汽車異軍突起，是目前新型清潔動力汽車中最具有產(chǎn)業(yè)化和市場化前景的車輛。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 表 四種車型的比較 類型 燃油消耗 續(xù)駛里程 排放 電池壽命 加油站改造 成本 傳統(tǒng)汽車 100 100 100 100 EV 0 30—50 0 100 300—400 FCV 5 5 HEV 40—60 100 40—60 300—1000 0 130—160 注：表中數(shù)據(jù)表示比例關(guān)系 從表 ， EV和 FCV都具有零排放的優(yōu)點，但是燃料電池的比能以及技術(shù)發(fā)展仍然是制約其市場化的一大瓶頸，所以不能滿足市場要求； HEV的燃油消耗和排放都比傳統(tǒng)汽車低，而且 HEV對電池的要求不高，并能滿足日益嚴(yán)格的汽車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)前， HEV已經(jīng)是汽車技術(shù)領(lǐng)域的一個重要的發(fā)展方向。 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。近幾年，隨著混合動力汽車 (HEV)技術(shù)發(fā)展，使得混合動力汽車有效地 克服了傳統(tǒng)汽車與純電動汽車 (EV)的缺點并兼顧了兩者的優(yōu)點，在世界范圍內(nèi)已成為新型車輛開發(fā)的熱點，并且在降低汽車有害排放和燃油消耗方面的潛力已經(jīng)得到廣泛認(rèn)可。其中，混合動力汽車就是最杰出的代表成果之一。據(jù)統(tǒng)計，在占 80％以上的道路條件下，一輛普通汽車僅利用了動力潛能的 40％，在走走停停的繁 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 華市區(qū)甚至還會降到 25％。 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)運而生。比如在歐洲，根據(jù)歐洲議會 2022年底表決通過的歐盟委員會的一項規(guī)定，從 2022年 9月 1日起，歐盟銷售和行駛的民用車輛包括以柴油為燃料的汽車，都要執(zhí)行歐洲 5號尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)。此外，從 2022至 2022年，歐洲汽車尾氣排放控制將逐漸過渡到更加嚴(yán)格的歐洲 6號標(biāo)準(zhǔn)。從目前的情況看，國外各大汽車生產(chǎn)廠商可能會從混合動力汽車發(fā)動機(jī)、排氣系統(tǒng)和控制策略等綜合因素進(jìn)行考慮，從而達(dá)到更加嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，最終實現(xiàn)汽車產(chǎn)業(yè)的升級；國內(nèi)汽車廠商由于技術(shù)和設(shè)備等原因，最可能會對原有車用發(fā)動機(jī)進(jìn)行改造，已讓整車滿足國 III標(biāo)準(zhǔn)，或者是更新?lián)Q代，推出下一代汽車。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)。我國自主開發(fā)的 HEV要求節(jié)油率達(dá)到 30％以上，已在幾個城市投入示范線路。研制的混 ISG型混合動力轎車SC7130(羚羊 )轎車的平臺上開發(fā)，最高時速可達(dá) 160Km／ h，加速性能與同檔次的傳統(tǒng)汽車相當(dāng)，續(xù)駛里程大于 500Km，最大爬坡度 25％，節(jié)油 30％。我國的混合動力汽車只是在原油汽車上簡單地加載發(fā)動機(jī)和發(fā)電機(jī)組，由于缺乏高度自動化的控制系統(tǒng)和能源管理系統(tǒng)，其結(jié)果造成兩種動力源只是簡單結(jié)合，缺乏統(tǒng)一協(xié)調(diào)。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。這種情況造成國內(nèi)大部分汽車廠商的尷尬局面，所以研究在 排放標(biāo)準(zhǔn)的前提下，對混合動力汽車進(jìn)行系統(tǒng)的研究使其具有良好的動力以及燃油經(jīng)濟(jì)性能已經(jīng)到了迫在眉睫的時候了。美國政府于 1997年與克萊斯勒公司、福特公司和通用汽車公司合作，實施新型汽車合作計劃 (PNGV)，該計劃制定的混合動力電動汽車開發(fā)的目標(biāo)是： 2022年進(jìn)行試驗性推廣， 2022年達(dá)到全面商業(yè)化生產(chǎn)。 在 1999年末，本田公司在日本、美國等國陸續(xù)開始銷售的小型混合動力轎車 Insight就被美國環(huán)?？偸鹪u為 2022年美國十大節(jié)能汽車的第一名，實現(xiàn)了35km／ L的低油耗和 80g／ km的低 CO2排放量。 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。德國公司生產(chǎn)的并聯(lián)式混合動力電動車 Duo已小批量生產(chǎn)，因為德國實施了新的汽車排放標(biāo) 準(zhǔn)，所以人們把目光更多的寄托在混合動力電動汽車身上。 雖然，國外混合動力汽車技術(shù)成熟、設(shè)備先進(jìn)。以柴油車為例，歐洲 4號標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，柴油小客車的氮氧化物排放量為每公里 250毫克以下，載重卡車為 390毫克以下，而歐洲 5號標(biāo)準(zhǔn)對此的限制分別為 180毫克和 280毫克。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。所以說，為了達(dá)到新的標(biāo)準(zhǔn)，各大汽車生產(chǎn)商必需對發(fā)動機(jī)、排氣系統(tǒng)和控制策略 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 等進(jìn)行改造，以及對燃料進(jìn)行深入的環(huán)保研究，最終實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級。當(dāng)前世界汽車產(chǎn)業(yè)已經(jīng) 進(jìn)入成熟發(fā)展期，隨著世界汽車保有量的越來越大，而減少汽車尾氣排放，不僅關(guān)系到氣候變化，同時也是未來汽車企業(yè)增加競爭力的重要手段，誰能占據(jù)主動，誰就可能成為行業(yè)的領(lǐng)跑者。 本論文的主要研究內(nèi)容 本研究從系統(tǒng)入手，對混合動力系統(tǒng)各部件參數(shù)進(jìn)行設(shè)計， 并 制訂系統(tǒng)的控制策略。 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。人們越來越關(guān)注其他燃料的汽車和電動汽車的開發(fā)，電動汽車成為最主要的選擇之一。將產(chǎn)生動力的部件與電能儲存元件與不同的方式結(jié)合起來，可以形成不同類型的混合動力汽車。 混合動力系統(tǒng)的節(jié)能潛力 傳統(tǒng)汽車相比混合動力汽車耗油的原因主要有以下幾種： (1) 發(fā)動機(jī)燃油消耗率特性和汽車實際行駛工況的需求不匹配； (2) 制動能量的消耗（特別是在城市市區(qū)行駛）； (3) 帶有液力變矩器的汽車在頻繁起停的時候傳動效率很低。 (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)補充。 (4) 在頻繁起停工況下：汽車停車時，若電池荷電狀態(tài)處于合理范圍，將發(fā)動機(jī)關(guān)閉，節(jié)省發(fā)動機(jī)怠速油耗；在汽車起動時，由電機(jī)單獨驅(qū)動，能避免帶有液力變矩器的汽車在起動時的傳動效率低的問題。 (1) 純電動模式運行 混合動力汽車一般設(shè)計成具有純電動運行模式。這種車輛還可以在晚上或停車時利用電網(wǎng)的電充電，類似與純電動汽車的情況。 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。 (1) 微混合系統(tǒng) 有時也叫 “ 啟 ?；旌?” ，依靠電池 電機(jī)的功率比例很小，車輛的驅(qū)動功率主要由內(nèi) 燃機(jī)提供。 (2) 輕混合系統(tǒng) 與微混合系統(tǒng)相比，驅(qū)動車輛的兩種動力源中依靠電池 電機(jī)功率的比例增大，內(nèi)燃機(jī)的功率的比例相對減小。一般電機(jī)功率不超過發(fā)動機(jī)最大功率的 10%，其節(jié)油可達(dá) 10%~15%。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。 從系統(tǒng)能量流和功率流的配置結(jié)構(gòu)關(guān)系看，可分為串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)。 串聯(lián)混合動力系統(tǒng) 串聯(lián)混合動力系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu)見圖 21。發(fā)動機(jī)僅僅用于發(fā)電，發(fā)電機(jī)所發(fā)出的電能供給電動機(jī)，電動機(jī)驅(qū)動汽車行駛。另外電池還可以單獨向電動機(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。幾個大部件總成在電動汽車上布置起來，將有較大的自由度。因此發(fā)動機(jī)輸出的能量利用率要比內(nèi)燃機(jī)汽車低。在環(huán)保要求高的市區(qū)，汽車在起步和低速行駛時，可以關(guān)閉發(fā)動機(jī)進(jìn)入純電動狀態(tài)，使汽車達(dá)到零排放的要求。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。由于并聯(lián)式混合動力電動汽車在穩(wěn)定的高速行駛下發(fā)動機(jī)具有比較高的效率和相對較小的質(zhì)量，所以它在高速公路上行駛具 有比較好的燃油經(jīng)濟(jì)性。這種設(shè)計方式可以使其以純電動汽車，或低排放汽車的狀態(tài)運行，但是此時不能提供全部的動力能源。另外一套電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)單獨地驅(qū)動汽車的后輪，可以在汽車啟動、爬坡或加速時增加混合動力汽車的驅(qū)動力。此種混合動力電動汽車具有四輪驅(qū)動的特性。蓄電池也可以向電動 /發(fā)電機(jī)提供電能，此時電動/發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換成電動機(jī)，可以用來啟動發(fā)動機(jī)或驅(qū)動汽車。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 可以利用普通內(nèi)燃機(jī)汽車的大