【正文】 :每加侖汽油行駛 80 英里。 1997 年由美國宇航局 (NASA) Lewis 中心、俄亥俄州政府和工業(yè)界、大學(xué)等沈陽航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 9 個單位合作 , 開發(fā)出串聯(lián)式電動 噴氣渦輪混合動力大客車 , 預(yù)計 2021 年投放市場。增壓器 ,高壓燃料噴射系統(tǒng)已經(jīng)將柴油機(jī)改進(jìn)得和汽油機(jī)一樣好 ,加上清潔低硫的柴油燃料，柴油機(jī)轎車已經(jīng)具有更高的燃料經(jīng)濟(jì)性，同時柴油機(jī)比汽油電動混合動力更加簡單、高效、制造費(fèi)用較低 ,也能使制造者獲得合理的利潤。所以歐洲汽車公司的主要精力放在發(fā)展現(xiàn)代增壓直噴柴油機(jī)轎車上。法國雷諾公司研制的 VERT 和 HYMME 兩款混合動力電動汽車已在法國接受了 10000km 的運(yùn)行試驗(yàn)。這種電動汽油兩用車前部裝有一臺汽油發(fā)動機(jī) 。當(dāng)時速在 40km 以下時 , 由電動機(jī)驅(qū)動 。 若再加速 , 此時電瓶會提供輔助動力 , 最高時速可達(dá) 169km。德國已有幾十輛混合動力大客車在斯圖加特和威塞爾市運(yùn)行。最近 , 德國汽車工業(yè)準(zhǔn)備實(shí)施新的排放標(biāo)準(zhǔn)和節(jié)能要求 , 將不允許百公里油耗超過 5 升的轎車上路 , 這也促使人們更多地把希望寄托在混合動力汽車上。不久后，著名高檔車品牌保時捷也將推出混合動力車型，從而為混合動力家族增添一款貴族新丁，這就是頂級豪華 SUV 卡宴Cayenne 的混合動力版?；旌蟿恿ζ嚱Y(jié)構(gòu)特性研究 20 他們計劃在 2021 年左右生產(chǎn)以 S U V （多功能運(yùn)動車） “Cayenne” 為原型的油電混合動力車。 混合動力款 Cayenne 裝有一個傳統(tǒng)的汽油發(fā)動機(jī)和一個新的電動機(jī)系統(tǒng)，它們可以單獨(dú)或協(xié)同地為汽車提供動力。整個動力系統(tǒng)完全采用電子控制，可以時刻檢測發(fā)動機(jī)節(jié)流閥的位置，它決定了位于車輛尾部的電池的蓄電情況。這套混合動力系統(tǒng)在城市路況行駛時的優(yōu)勢最為明顯。而且在制動時，由于行駛慣性而產(chǎn)生的能量也將被儲存到電池中，而不是像以前那樣白白浪費(fèi)，這樣就為電動機(jī)提供了額外的動力。大眾集團(tuán)的奧迪公司剛剛發(fā)布的，以 SUV（多功能運(yùn)動車） “Q7” 為原型的混合動力車，也將采用這套系統(tǒng)。而長此以往 , 中國汽車產(chǎn)業(yè)將陷入 “ 引進(jìn) — 落后 — 再引進(jìn) ” 的惡性循環(huán) , 中國將名副其實(shí)地成為世界汽車的裝配中心。 挑戰(zhàn) 行業(yè)競爭 沈陽航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 日本汽車公司如豐田、本田等混合動力技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟 , 北美市場對混合動力技術(shù)日益高漲的需求 , 使得德國整車企業(yè)對此趨之若鶩。 奧迪、大眾和保時捷共同開發(fā)混合動力SUV。豐田混合動力技術(shù)在全球高唱凱歌的現(xiàn)實(shí) ,推動各大企業(yè)發(fā)展混合動力和推出各自的混合動力計劃。行業(yè)競爭使得混合動力發(fā)展勢在必行。混合動力要在中國汽車市場大規(guī)模地應(yīng)用 , 必須解決電池的技術(shù)問題 ,重復(fù)充電、續(xù)駛里程技術(shù)。 國內(nèi)發(fā)展混合動力汽車產(chǎn)業(yè)的相關(guān)建議 成本降低才有機(jī)會贏得市場 我國目前剛進(jìn)入轎車社會 , 很多消費(fèi)者購車時考慮的主要因素還是價格 , 如果混合動力車定價過高 , 購者則會較少。因此 , 混合動力車目前還是針對小部分人群。例如混合動力車的蓄電池對性能要求很高 , 價格自然不菲。 混合動力汽車結(jié)構(gòu)特性研究 22 政府應(yīng)支持混合動力車的使用 基于能源安全和環(huán)境保護(hù)等國家長遠(yuǎn)戰(zhàn)略利益考慮很多發(fā)達(dá)國家如美國、日本等對發(fā)展混臺動力車提供了較大力度的政策支持這些政策可以概括為 “ 推拉結(jié)臺 ” 。目前我國除了要把混合動力車的內(nèi)容歸入 “ 十一五 ” 規(guī)劃以外 , 還應(yīng)該制定相關(guān) “ 拉推結(jié)合 ” 的配套政策 , 其中包括制定國家層面上的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。 國內(nèi)汽車企業(yè)自主創(chuàng)新 混合動力車的研發(fā)作為我國汽車產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新、培育自主品牌的一次巨大機(jī)遇。還需充分借鑒國外技術(shù)和經(jīng)驗(yàn) , 縮短我國在這方面的發(fā)展進(jìn)程。還應(yīng)相互合作研發(fā) , 提高研發(fā)速度 , 進(jìn)一步縮短與國外差距。通過在混合動力汽車上使用電機(jī)，使得動力系統(tǒng)可以按照整車的實(shí)際運(yùn)行工況要求靈活調(diào)控，而發(fā)動機(jī)保持在綜合性能最佳的區(qū)域內(nèi)工作，從而降低油耗與排放。串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)一般 由內(nèi)燃機(jī)直接帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，產(chǎn)生的電能通過控制單元傳到電池，再由電池傳輸給電機(jī)轉(zhuǎn)化為動能，最后通過變速機(jī)構(gòu)來驅(qū)動汽車。電池對在發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的能量和電動機(jī)需要的能量之間進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而保證車輛正常工作。 結(jié)構(gòu)模型： SHEV 是由發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)和驅(qū)動電動機(jī)三大動力總成組成，發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)和驅(qū)動電動機(jī)采用“串聯(lián)”的方式組成 SHEV 的驅(qū)動系統(tǒng)。 SHEV 用發(fā)動機(jī)－發(fā)電機(jī)組均衡地發(fā)電，電能供應(yīng)驅(qū)動電動機(jī)或動力電池組，使SHEV 的行駛里程得到延長；實(shí)際上 SHEV 的發(fā)動機(jī)－發(fā)電機(jī)組只能看作一種電能供應(yīng)系統(tǒng)，發(fā)動機(jī)并不直接參與 SHEV 的驅(qū)動。發(fā)動機(jī)是發(fā)電機(jī)組動力源，發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速控制在一定范圍內(nèi)，不受 SHEV 運(yùn)行工況的影響，經(jīng)常保持在低能耗、高效率和低污染的狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)。 SHEV 必須裝置一個大功率的發(fā)動機(jī)－發(fā)電機(jī)組，再用驅(qū)動電動機(jī)來驅(qū)動車輛。三大動力總成的體積較大，質(zhì)量也較重，還有龐大的動力電池組，使得在中小型汽車上布置有一定的困難，一般適合大型客車采用 并聯(lián)混合動力汽車 并聯(lián)混合動力的汽車結(jié)構(gòu) PHEV 是由發(fā)動機(jī)、電動 /發(fā)電機(jī)或驅(qū)動電動機(jī)兩大動力總成組成，發(fā)動機(jī)、電動 /發(fā)電機(jī)或驅(qū)動電動機(jī)采用“并聯(lián)”的方式組成 PHEV 的驅(qū)動系統(tǒng)。電動機(jī)的動力要與發(fā)動機(jī)動力相組合，可以：①在發(fā)動機(jī)輸出軸處進(jìn)行組合；②在變速器（包括驅(qū)動橋）處進(jìn)行組合；③在驅(qū)動輪處進(jìn)行組合。 沈陽航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 并聯(lián)混合動力 汽車驅(qū)動形式 驅(qū)動模式： （ 1）以發(fā)動機(jī)驅(qū)動為基本驅(qū)動模式 （ 2）電動 /發(fā)電機(jī)為輔助動力 （ 3）電動 /發(fā)電機(jī)只在發(fā)動機(jī)發(fā)動機(jī)啟動，車輛加速、爬坡時起輔助作用，與發(fā)動機(jī)組成混合動力模式。 圖 混合動力汽車結(jié)構(gòu)特性研究 28 圖 圖 2）動力組合器動力組合式 PHEV 結(jié)構(gòu)模型：動力組合器動力組合式 PHEV 只有發(fā)動機(jī)和驅(qū)動電動機(jī)兩大動力設(shè)備，發(fā)動機(jī)和驅(qū)動電動機(jī)的動力在動力組合器上進(jìn)行組合，然后通過差速器和半軸帶動車輪行駛。 驅(qū)動模式： 沈陽航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 （ 1）以發(fā)動機(jī)驅(qū)動為基本驅(qū)動模式 （ 2）驅(qū)動電機(jī)為輔助驅(qū)動模式，可以獨(dú)立驅(qū)動 PHEV。 圖 3）驅(qū)動輪動力組合式 PHEV 結(jié)構(gòu)模型：動力組合器動力組合式 PHEV 只有發(fā)動機(jī)和驅(qū)動電動機(jī)兩大動力設(shè)備，驅(qū)動輪動力組合式 PHEV 的發(fā)動機(jī)通過離合器、變速器和驅(qū)動橋獨(dú)立驅(qū)動 PHEV的后驅(qū)動輪（前輪），驅(qū)動電動機(jī)通過減速器獨(dú)立地驅(qū)動 PHEV 前驅(qū)動輪（后輪）。驅(qū)動模式： （ 1）以發(fā)動機(jī)驅(qū)動為基本驅(qū)動模式，獨(dú)立驅(qū)動后輪或前輪。 （ 3）在混合驅(qū)動模式時發(fā)動機(jī)與驅(qū)動電動機(jī)共同組 成 4輪驅(qū)動模式驅(qū)動 PHEV 的前驅(qū)動輪和后驅(qū)動輪。發(fā)動機(jī)控制在低油耗、高效率和低污染的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)穩(wěn)定地運(yùn)轉(zhuǎn)。 PHEV 的發(fā)動機(jī)和驅(qū)動電動機(jī)兩大動力總成都是驅(qū)動動力裝置，在 PHEV 上可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)驅(qū)動模式，驅(qū)動電動機(jī)驅(qū)動模式和發(fā)動機(jī)－驅(qū)動電動機(jī)混合驅(qū)動模式、制動能量回收模式等 四種驅(qū)動模式。由于是以發(fā)動機(jī)驅(qū)動模式為主要驅(qū)動模式，其特點(diǎn)是動力特性更加趨近于內(nèi)燃機(jī)汽車。由于電動 /發(fā)電機(jī)必然是裝在發(fā)動機(jī)的輸出軸上，才能起發(fā)動機(jī)飛輪和起動機(jī)的作用，也才能保持發(fā)動機(jī)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)并進(jìn)行發(fā)電。 沈陽航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 圖 圖 混合動力汽車結(jié)構(gòu)特性研究 32 因此， PSHEV 的驅(qū)動力組合有以下不同的組合模式： 1）動力組合器動力組合式 PSHEV 結(jié)構(gòu)模型：動力組合器動力組合式 PSHEV 有發(fā)動機(jī)、電動 /發(fā)電機(jī)和驅(qū)動電動機(jī)三大動力總成，在發(fā)動機(jī)的輸出軸上，裝有一個電動 /發(fā)電機(jī)，電動 /發(fā)電機(jī)一般只用于快速起動發(fā)動機(jī)和發(fā)電。由于發(fā)動機(jī)和驅(qū)動電動機(jī)的動力在動力組合器上進(jìn)行組合，稱為動力組合器組合式 PSHEV。 （ 2）驅(qū)動電機(jī)能夠以電動機(jī)驅(qū)動模式，通過驅(qū)動動力組合器驅(qū)動車輛行駛。 豐田 Prius 所采用的混合驅(qū)動方式，它將發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)和電動機(jī)通過一個行星齒輪裝置連接起來。此時車輛介于串聯(lián)和并聯(lián)之間，充分利用兩種驅(qū)動方式的優(yōu)點(diǎn)。與并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)相比，混聯(lián)式動力系統(tǒng)可以更加靈活地根據(jù)工況來調(diào)節(jié)內(nèi)燃機(jī)的功率輸出和電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。 2）驅(qū)動輪動力組合式 PSHEV 結(jié)構(gòu)模型：驅(qū)動輪動力組合式 PSHEV 有發(fā)動機(jī)、電動 /發(fā)電機(jī)和驅(qū)動電動機(jī)三大動力總成，在發(fā)動機(jī)的輸出軸上，裝有一個電動 /發(fā)電機(jī)，電動 /發(fā)電機(jī)一般只用于快速起動發(fā)動機(jī)和發(fā)電。 驅(qū)動模式： 沈陽航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 33 （ 1）以發(fā)動機(jī)驅(qū)動為基本驅(qū)動模式，帶動電動 /發(fā)電機(jī)，并獨(dú)立驅(qū)動后輪（前輪）。 （ 3）在混合驅(qū)動模式 時發(fā)動機(jī)與驅(qū)動電動機(jī)共同組成 4輪驅(qū)動模式，驅(qū)動 PHEV的前驅(qū)動輪和后驅(qū)動輪。 傳動系統(tǒng)選型和工作形式 并聯(lián)式混合動力電動汽車具有兩套相對獨(dú)立的動力系統(tǒng)，是傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)動力系統(tǒng)和電動機(jī)動力系統(tǒng)的集成，從概念上講，它是電力輔助型的燃油車，目的是為了降低排放和燃油消耗；從尺寸上講，它比串聯(lián)式?。粡慕Y(jié)構(gòu)上講，它比混聯(lián)式汽車簡單；從整車效率、動力性能、續(xù)駛里程及價格等方面綜合考慮，它適合于城市運(yùn)行工況，可以被消費(fèi)者接受，因此，有望在將來的主流汽車產(chǎn)品中占有大量的份額。主要考慮因素如下：此種動力傳動系的結(jié)構(gòu)較為簡單，通過對轉(zhuǎn)速合成裝置機(jī)械傳動 比的合理選取以及變速箱的合理布置就可獲得內(nèi)燃機(jī)和動力電機(jī)工作特性的較好匹配；采用此種形式的動力傳動系統(tǒng)，動力元件均可選用現(xiàn)有的成熟產(chǎn)品，無需經(jīng)過專門的技術(shù)開發(fā)和全新產(chǎn)品研制，從而極大地減少了研發(fā)投入、縮短研發(fā)周期以及降低研發(fā)風(fēng)險。 混合動力汽車結(jié)構(gòu)特性研究 34 3 整車參數(shù)及動力裝置的選型 整車參數(shù) 本文是以上 凱美瑞 汽車為原型車，將其驅(qū)動系改造為 單軸 式并聯(lián)混合傳動系統(tǒng)。一般來說，在混合動力汽車中使用較低功率的發(fā)動機(jī)（相對傳統(tǒng)汽車發(fā)動機(jī)而言）。在大多數(shù)的混合動力汽車設(shè)計中，發(fā)動機(jī)的額定功 率將由最大經(jīng)濟(jì)運(yùn)行速度或者爬坡能力所決定。具體來講，在并聯(lián)式混合動力汽車中，幾乎在全部行程中都要使用發(fā)動機(jī)，為了優(yōu)化發(fā)動機(jī)的工作區(qū)域滿足低排放的要求，相比于傳統(tǒng)的汽車發(fā)動機(jī)來說，此時它需要更加頻繁地開關(guān)。 考慮到上述因素并總結(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：燃?xì)廨啓C(jī)、二沖程發(fā)動機(jī)、斯特林發(fā)動機(jī)、四沖程汽、柴油機(jī)以及轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)等。大多數(shù)的水冷二沖程摩托車發(fā)動機(jī)均可用于串聯(lián)混合動力汽車，它們并不存在封裝問題，但高負(fù)荷工況的氮氧 化物排放是一個潛在的問題，而且通常所研究的小型摩托車發(fā)動機(jī)所滿足的排放、噪聲、冷卻及油耗參數(shù)與轎車發(fā)動機(jī)的要求有很大差別，因此要想充分發(fā)揮二沖程發(fā)動機(jī)的潛能還要做大量艱苦的研究工作。但由于斯特林發(fā)動機(jī)為外燃機(jī)，因此具有功率密度低以及需要大的散熱裝置等缺點(diǎn)，而且斯特林發(fā)動機(jī)還沒有在汽車工業(yè)應(yīng)用的先例。 3)四沖程汽油機(jī)和柴油機(jī)（ Four —— stroke Gasoline and Diesel Engine ) 一般認(rèn)為四沖程發(fā)動機(jī)的重量和尺寸要比先前討論的四種發(fā)動機(jī)要大，特別是那些渦輪增壓柴油機(jī)，但近些年來，隨著每缸三和四氣門技術(shù)的發(fā)展以及低密度材混合動力汽車結(jié)構(gòu)特性研究 36 料的使用，汽油機(jī)的比功率有了明顯的提高，如不采用傳統(tǒng)的較大尺寸的發(fā)動機(jī)，而是采用兩缸或者至多三缸汽油發(fā)動機(jī)就可以改善混合動力汽車發(fā)動機(jī)的性能。 4)轉(zhuǎn)子式發(fā)動機(jī)（ Rotary Engine) 轉(zhuǎn)子式發(fā)動機(jī)具有尺寸小、重量輕、暖機(jī)迅速和扭矩速度曲線平坦等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于混合動力汽車。另外其最小燃油消耗率也相對較高，達(dá)到 300 3609kw/h ，但是對于一些混合動力汽車設(shè)計來講還是可以滿足其性能要求的，比如在 XA — 100 混合動力汽車上就采用了此種發(fā)動機(jī)。另外，燃?xì)廨啓C(jī)是外燃機(jī)，其排放具有低水平，而且通過使用后處理器或者采用催化燃燒室還可達(dá)到準(zhǔn)零排放水平。總之，就目前技術(shù)現(xiàn)狀而言，對于特種發(fā)動機(jī)都還有大量的研究改進(jìn)工作要做，這將是一個長期而艱辛的歷程。本文選用四沖程汽油發(fā)動機(jī)。發(fā)動機(jī)功率偏大，車輛燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能就差；發(fā)動機(jī)功率偏小，后備功率就小，電動機(jī)只有提供更多的驅(qū)動功率，才能滿足一定的車輛行駛性能要求，這勢必引起電動機(jī)和電池組容量取值的增大和車輛成本的增加。 目前確定發(fā)動機(jī)功率的 方法有兩種： 1)根據(jù)汽車平均功率或額定勻速行駛車速來確定； 2)按汽車行駛的最高車速來計算。根據(jù)原型車的使用條件，并從最大限度地降低整車成本和重量的原則出發(fā)，本設(shè)計采用小功率電機(jī)、電池組配以中排量發(fā)動機(jī)的方案，基本的控制策略為：在啟動加速和爬陡坡時，采用混合動力驅(qū)動；在市郊行駛（含市區(qū)中高速行駛）時，采用純發(fā)動機(jī)驅(qū)動，避免了以純電動或混合驅(qū)動方式高速行駛時電池 的快速充放電損失，延長了電池的使用壽命；電動機(jī)用于市區(qū)低速行駛，并在混合驅(qū)動工況（急加速、大爬坡或高速爬坡）時輔助發(fā)動機(jī)驅(qū)動車輪。這些功率之和應(yīng)該是發(fā)動機(jī)工作在經(jīng)濟(jì)區(qū)能輸出的功率 最終選定最大功率為 11