汽車節(jié)能技術

1、黃岡職業(yè)技術學院畢業(yè)設計(論文)開題報告 課題名稱: 汽車節(jié)能技術應用 系 別: 水利電力交通工程系 專 業(yè): 汽車檢測與維修技術 班 級: 08汽修（2）班 姓 名: 王 賢 學 號: 200807031240 指導教師: 衛(wèi) 登 科 畢業(yè)設計（論文）開題報告題目：汽車節(jié)能技術應用本課題的來源、選題依據(jù)：黃岡職業(yè)技術學院水利電力交通工程系教研部1 本課題的設計（研究）意義（相關技術的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢）：相關技術：于改進汽車能源消耗的技術。汽車節(jié)能措施涉及方方面面，就中國的現(xiàn)狀而言，有效措施包括以下幾個方面：公路與交通設施的合理配套，車型及油品按需生產配置，運營的合理等非技術問題。技術方面，保證

2、產品質量，按照規(guī)范使用和維護機器，改變汽油機燃燒方式以提高能量轉換效率。在現(xiàn)有的燃燒方式下，可以采取以下手段進行節(jié)能：改進供油系統(tǒng)，汽油機改氣缸燃油噴射，可提高汽油燃燒效率；改進點火系統(tǒng)，提高汽油機運轉穩(wěn)定性；減少發(fā)動機附件損失，合理使用配件，進行相應的改裝。 發(fā)展趨勢： 未來幾年，凜中國汽車的發(fā)展趨勢有6個方面。凬一是競爭加劇，凧汽車行業(yè)的整體利潤率降低，凨但總體上還是要高于其他一些行業(yè)；二是汽車企業(yè)的分化會逐步展開，判企業(yè)淘汰率增高，出中國汽車企業(yè)格局還遠沒到“大局已定”；三是零部件產業(yè)發(fā)展?jié)摿薮?；四是汽車產業(yè)的區(qū)域集中化趨勢將加強，創(chuàng)產業(yè)集群將成為汽車產業(yè)發(fā)展的重要形態(tài)；五是

3、汽車產業(yè)的自主研發(fā)能力將趨于增強；六是將逐步形成以中國市場為主的國際性大企業(yè)。進入21世紀后，凓從世界各大汽車博覽會推出的多款新概念車看，凌造型更是、更具個性化和特色。湊車身造型的未來發(fā)展趨勢綜合起來主要有以下1氣動最優(yōu)化一部汽車車身造型發(fā)展史，涼從某種意義上說就是一部不斷追求具有最佳氣 ， 動造型的歷史人們一直在努力研究能夠減小氣動阻力且氣動穩(wěn)定性好的車身造型，凾今后這將仍是未來車造型追求的目標之一，刏但更主要的工作是在研究氣動行駛穩(wěn)定性上。凕未來的氣動造型最優(yōu)應滿足以下幾點: (1)最佳氣動性能的車身外形只能通過計算機輔助設計和部分實驗得出; (2)車身所受的氣動縱傾力矩和氣動橫

4、擺力矩理論上為零; (3)車身所受的氣動升力理論上為略小于零; (4)減少氣功阻力雖然不再是主要目標，凡但氣動剛力系數(shù)不應大于0.2.2 本課題的基本內容、重點和難點，擬采用的實現(xiàn)手段（途徑）：1.混合動力單元技術混合動力汽車的動力可以同時來自熱力發(fā)動機和電動機。在混合動力汽車上,熱力發(fā)動機又被稱為混合動力單元, 與傳統(tǒng)汽車發(fā)動機相比,其作用發(fā)生了變化。在并聯(lián)混合動力汽車上, 混合動力單元通過傳動軸驅動車輪,同時電動機也承擔一部分驅動的功能,因而使得混合動力單元能夠采用尺寸更小、效率更高的熱力發(fā)動機; 在串聯(lián)混合動力汽車上, 混合動力單元驅動1 臺發(fā)電機產生電能, 由于汽車的行駛與發(fā)動機沒有直

5、接的聯(lián)系, 因此混合動力單元也能夠采用小型高效的發(fā)動機, 且其運行工況可以固定于較小的高功率區(qū)。當前, 混合動力單元研究的主要對象是熱力發(fā)動機和燃料電池。在燃料的使用方面出現(xiàn)了很大的變化, 除了汽油之外, 還有天然氣、液化氣和酒精等代用燃料。要提高混合動力單元的燃料經濟性,對混合動力單元必然提出更多的要求, 例如要求混合動力單元能夠快速起動和關閉, 并降低起動時的排放等?；旌蟿恿ζ嚨闹饕繕司褪墙档团欧? 所以, 控制混合動力單元的排放將是今后研究的重點。目前對混合動力單元的研究 主要集中于以下幾個方面: 1 ) 燃燒系統(tǒng)的優(yōu)化。通過觀察燃料與空氣混合物的點燃和燃燒的過程, 發(fā)現(xiàn)形

6、成NOx的機理, 從而改進燃燒系統(tǒng)。2 ) 尾氣處理技術。主要研究高效的尾氣催化系統(tǒng)。3 ) 代用燃料的研究。目前的研究表明, 壓燃直噴式柴油發(fā)動機將是首選的混合動力單元。2. 能量存儲技術  目前運用于混合動力汽車上的能量儲存裝置主要還是高能蓄電池, 雖然超級電容器、飛輪電池等新型能量儲存裝置也在研究開發(fā)范疇, 但是近期最有希望進入實用化的還是高能蓄電池?，F(xiàn)在, 鎳氫電池和鋰離子電池已可達到混合動力汽車的使用要求。鎳氫電池已廣泛地應用于電動汽車。鎳氫電池技術的關鍵是, 其能夠儲存氫的合金應該是一種能夠穩(wěn)定地經受無數(shù)次循環(huán), 反復使用的材料。鎳氫電池容量大, 可以循環(huán)使用, 主要缺陷

7、是成本高, 效率低, 同時還需要控制氫的損失。鋰離子電池電壓高, 能量密度大, 有更高的功率, 且充電時間短。目前鋰離子電池還處于實驗室階段, 正在進行其基本性能和壽命的試驗。從發(fā)展看, 能量儲存裝置的研究包括以下幾個方面: 1 ) 研究電池內部的連接、檢測、監(jiān)控以及便于將整個電池子系統(tǒng)安裝在汽車上的支撐機構。2 ) 電池設計和制造方面的改進。要降低制造成本, 改善電池的性能和提高壽命, 要達到的目標是: 使用壽命達到10 年,至少循環(huán)使用12 萬次。3 ) 電池的熱能管理及剩余電量管理。由于電池的工作溫度范圍不可能覆蓋汽車的工作溫度范圍, 為了保證電池系統(tǒng)的統(tǒng)一,減少各電池單元之間

8、的不平衡, 需要一個有效的熱能控制系統(tǒng)。此外, 電池的剩余電量直接影響混合動力汽車的經濟性和排放, 因此需要有效的測試方法和控制裝置。3.汽車集成電力電子模塊  隨著汽車技術的發(fā)展, 傳統(tǒng)汽車越來越依賴于復雜的電子技術, 例如: 防抱死制動系統(tǒng)、安全氣囊系統(tǒng)和發(fā)動機微機控制等先進控制系統(tǒng), 這種趨勢在混合動力汽車上將得到更加充分的體現(xiàn)?；旌蟿恿ζ囃耆呻娮涌刂破鱽矸峙涔β? 要能夠在適當?shù)臅r間控制各相應子系統(tǒng)輸入和輸出適當數(shù)量和類型的功率。為了滿足汽車高速開關控制的要求, 混合動力汽車還需要具有高功率密度、低損耗的開關、電容和電感等。同時, 混合動力汽車還要設有一些分立裝置, 例如

9、專用的集成電路、模擬和數(shù)字集成電路以及其它功率電子裝置?；旌蟿恿ζ噷χ悄芑囊髮е缕淇刂频膹碗s性, 因此要求控制裝置采用高速運行的半導體芯片, 功率密度高, 散熱性能好。在混合動力汽車進入實用化的過程中,一個關鍵性的部件是汽車集成電力電子模塊。它采用現(xiàn)代電子集成技術, 將復雜的電力電子系統(tǒng)集成在一個單一封裝內, 能夠給汽車提供大約100 kW的功率, 其功率范圍為10100 kW。該模塊能夠實現(xiàn)對整車的控制, 例如, 控制電機的輸入和輸出功率、發(fā)動機的輸出功率以及能量儲存系統(tǒng)的離合, 同時還能控制再生制動能量的回收與釋放, 確定電池的充電狀態(tài), 判斷是否應對電池充電以及優(yōu)化控制發(fā)動機的起動

10、, 以減少排放。在汽車集成電力電子模塊設計和制造過程中所面臨的問題有以下幾點:1 ) 散熱技術。發(fā)動機艙的溫度范圍為- 40225 , 對電力電子模塊來說, 工作條件相當惡劣。由于模塊封裝中芯片密度的增加, 熱量密度也會增加, 因此散熱技術和散熱材料的研究對模塊的正常工作以及電子元件的壽命都很重要。2 ) 減小封裝體積和質量。要實現(xiàn)這一目標, 需要研究采用新型材料和先進工藝制造的電容器, 并要進行傳熱效率高的封裝,改善金屬基體的結構組成, 并需要運用高溫焊接技術等。3 ) 降低制造成本, 提高系統(tǒng)的可靠性。4.電力驅動系統(tǒng)和汽車附件    要使混合動力汽車的動力性

11、、經濟性、舒適性、安全性和便利性達到廣大消費者所能接受的水平, 必須要有高效、經濟的電力驅動系統(tǒng)和汽車附件。然而, 這些系統(tǒng)中的有些部件在傳統(tǒng)汽車中沒有相應件, 所以需要重新開發(fā)設計。在開發(fā)的同時,要考慮到系統(tǒng)的綜合性能、成本和維修性能。1) 電機    在混合動力汽車上, 電機的作用是將由發(fā)電機或儲能裝置提供的電能轉換為用于驅動車輪的機械能。與傳統(tǒng)汽車不同的是,電機在低速時可以提供滿載轉矩, 而發(fā)動機則必須要等到“暴跳如雷”時才能夠輸出滿載扭矩。這樣就使混合動力汽車具有出色的起步加速性能。此外,用于混合動力汽車的電機還必須要具有良好的可控性和容錯能力, 以及低噪

12、聲、高效率,同時具有對電壓波動不敏感等性能。    用于混合動力汽車的電機類型有交流感應電機、永磁電機和開關磁阻電機。目前具有代表性的是交流感應電機, 但這種電機與生俱來就很難解決其功率和效率之間的矛盾。因此, 需要研究出能夠用于混合動力汽車的,具有更高效率和功率密度的永磁電機、開關磁阻電機等先進電機, 以替代目前使用的交流感應電機。同時對電機的控制方法和冷卻系統(tǒng)的研究也應繼續(xù)深入。2) 再生制動    這種混合動力汽車能夠回收制動時消耗的一部分能量。當混合動力汽車制動時,電機變成了發(fā)電機, 利用汽車的動能來產生電能,并能夠存儲在蓄電

13、池中以備后用。在混合動力汽車上, 有許多能量形式可以作為再生制動的儲能裝置, 例如高速飛輪、超大電容器、彈力裝置以及各種熱系統(tǒng)等。當然,傳統(tǒng)的摩擦制動還是必要的, 這樣就需要考慮如何將兩套制動裝置合理利用、合理控制的問題。制動時, 由電子控制的再生制動系統(tǒng)和摩擦制動系統(tǒng)同時作用,制動性能將明顯提高。3)汽車附件    任何款式的汽車要得到用戶的喜愛, 都必須考慮汽車的舒適性。雖然汽車空調等附件能提高汽車的舒適性, 但所消耗的能量很大,若不減少這些負載,它們將會對汽車的燃料經濟性產生巨大的影響。所以,能否在汽車舒適性得到提高的同時, 改善燃料經濟性是目前要創(chuàng)新研究的

14、課題。傳統(tǒng)汽車上的各個附件系統(tǒng)都是圍繞發(fā)動機設計的, 不適用于混合動力汽車的驅動系統(tǒng)。例如,傳統(tǒng)汽車的附件(如空調、動力轉向等) 由發(fā)動機驅動,但由于混合動力汽車的發(fā)動機并不一直工作, 就需要設計和生產能獨立提供動力的附件。再如,由于混合動力汽車發(fā)動機頻繁地起動和關閉, 使其對驅動系統(tǒng)和附件的電能管理變得復雜, 需要有更為先進的監(jiān)測和控制系統(tǒng)。適合混合動力汽車的附件的研究和發(fā)展主要有以下幾個方面:建立乘客舒適性模型, 能夠方便驅動和輔助系統(tǒng)的設計。研究新型車身蒙皮和風擋玻璃材料,更好地利用太陽能, 從而降低空調系統(tǒng)的能量消耗。設計新穎的汽車制熱、制冷控制策略,能夠既改善舒適性又提高燃料經濟性。

15、開發(fā)新型獨立式汽車空調, 以提高效率,減小體積并實現(xiàn)智能化控制。 5. 混合動力汽車仿真技術  在研究和開發(fā)混合動力汽車的部件和選擇最佳結構時, 需要設計和制造者能夠很快縮小研究范圍,找到技術突破口。技術方案選擇階段, 在系統(tǒng)選擇上, 可依靠高效的建模工具計算機,通過交替使用候選的子系統(tǒng)進行模擬仿真,從而找到最佳的方案。計算機模型為每個候選子系統(tǒng)提供了詳細規(guī)格和設計參數(shù), 從而方便了設計者的工作, 而且還有助于為設計和制造樣車制定工程目標和計劃。    目前, 國外用于混合動力汽車的仿真軟件很多,如SIMPLEV、CarSi、HVEC、CSM、

16、HEV和V- Elph 等, 各大汽車生產廠家也有自己的仿真軟件。在眾多的汽車仿真軟件中,AD2VISOR是專門為美國能源部(DOE) 混合動力電動汽車計劃(PNGV) 而開發(fā)的混合動力汽車仿真軟件。ADVISOR可通過簡單的物理模型和經過性能測試的各總成去建立實際的或想象中的汽車, 其主要功能在于能夠對還未制造的汽車進行性能預測, 即能夠提供制造一輛汽車需要確定的性能參數(shù), 包括加速性和爬坡性能、燃料經濟性以及排放性能等。目前, 國內還沒有較系統(tǒng)和成熟的混合動力汽車仿真軟件,因此,這也是我國汽車工業(yè)應該研究的一個方面。在仿真技術的研究與軟件開發(fā)中,應該遵循的目標是:1) 精確。即能夠使不同結

17、構的動力傳動系統(tǒng)間的比較具有意義。2) 快速。即能快速進行汽車分析和空間研究設計, 例如對多維變量參數(shù)的研究和優(yōu)化等。3) 靈活。即能對不同控制策略和結構組成的汽車進行評價。4)共享。即能夠與潛在的合作者共享,推動混合動力汽車的發(fā)展并促進公眾的了解。5)實用。即能針對各種車型建模,如傳統(tǒng)汽車、電動汽車、串聯(lián)式和并聯(lián)式混合動力汽車等。6) 使用方便。即使用者對汽車建模沒有經驗也能快速掌握。 6. 控制策略技術  HEV 產品開發(fā)中最關鍵的環(huán)節(jié)是根據(jù)不同的混合動力驅動系統(tǒng)制定和優(yōu)化其控制策略。HEV 根據(jù)開發(fā)目的、使用環(huán)境及價格水平的不同, 可選擇采用串聯(lián)或并聯(lián)型式, 其動力混

18、合的輕重程度也不同, 因而控制策略也就各具特色。國外通過系統(tǒng)建模仿真對此進行了大量的匹配理論研究?；旌蟿恿ο到y(tǒng)的精確運轉依賴于優(yōu)化控制的實現(xiàn), 控制系統(tǒng)的開發(fā)是混合動力系統(tǒng)的最關鍵的技術創(chuàng)新?？刂葡到y(tǒng)的功能首先是根據(jù)采集到的速度和負荷等數(shù)據(jù), 計算出對應的要求輸出功率; 計算出以最高效率為基點的分配到內燃機與電動機上的功率值, 即實現(xiàn)內燃機與電動機的最優(yōu)功率分配比; 然后, 根據(jù)功率分配比, 需有驅動電動機的功率值和其它有關數(shù)據(jù), 給出內燃機的控制參數(shù)和電動機的控制參數(shù)。同時, 驅動執(zhí)行器完成這兩個層次的工作控制。在執(zhí)行器設計中, 功率分配裝置的設計及其與變速器的一體化設計是關鍵的部件設計工作

19、。因為它要根據(jù)控制器的指令, 正確地進行內燃機功率向驅動車輛功率和驅動發(fā)電機功率的分解。因此, 混合動力系統(tǒng)的開發(fā)不僅在于電子技術、計算理論與算法和軟件技術, 而且在執(zhí)行部件的設計與制造等方面都是難度較大的工作。 7. 混合動力汽車標準和法規(guī)的制定  雖然混合動力汽車作為一種新型的汽車,目前還處于試驗和研究開發(fā)階段,但是,最近幾年國外汽車公司已經有一些實用的混合動力汽車推向了市場。例如: 戴勒姆克萊斯勒汽車公司的Citadel 和ESX3; 福特汽車公司的Escape 和Prodigy; 通用汽車公司的Precept ; 豐田汽車公司的Prius、Coaster 和HV-

20、M4 等。由于混合動力汽車與傳統(tǒng)汽車相比有著很多的不同點,尤其它包含了兩套驅動系統(tǒng), 因此, 為了迎接混合動力汽車時代的到來,將混合動力汽車全面推向市場,需要有一系列試驗標準和完善的檢測技術。為了推動中國混合動力汽車的市場化,制定出完善的混合動力汽車標準和法規(guī)是當務之急,其中包括與混合動力汽車相關的術語的定義,混合動力汽車的結構參數(shù)和評價指標, 混合動力單元、電動機/ 發(fā)電機、能量存儲裝置、電子設備以及整車的性能測試標準等。    目前, 國際上負責電動汽車和混合動力汽車標準和法規(guī)制定的組織有國際電工委員會( IEC) 、國際標準化組織( ISO) 、美國汽車工程

21、師協(xié)會(SAE) 等。對我國來說,由于混合動力汽車已處于實驗階段, 各項標準的制定工作也應該相應開始進行?？紤]到今后將出現(xiàn)多種動力驅動的汽車共存的情況, 汽車標準的制定也將需要考慮傳統(tǒng)汽車、混合動力汽車和純電動汽車之間的可比性和通用性。 發(fā)展前景展望  混合動力汽車在現(xiàn)有技術的基礎上達到了提高燃料經濟性和減少排放的目的, 因而極具發(fā)展前景。從目前的發(fā)展來看, 汽車的排放法規(guī)日趨嚴格化, 同時電子技術的迅猛發(fā)展都會進一步促進混合動力汽車的發(fā)展?；旌蟿恿ζ嚦浞治×穗娏? 熱力系統(tǒng)中最大的優(yōu)勢: 在遠途時使用熱力發(fā)動機, 在城市和過渡階段時使用電動機。如果調配合理的話, 電力

22、和熱力的配合使用, 將很大程度地降低汽車的耗油量和污染物的排放, 并同時提高駕駛樂趣, 改善車輛行為。與傳統(tǒng)型汽車相比, HEV 可以確保具有同等的性能和優(yōu)勢, 而在節(jié)能和排放上勝出一籌。HEV 的電壓和功率等級與電動車類似, 但蓄電池容量大大減小, 因而其造價成本低于電動汽車。就目前來說, HEV 的價格比傳統(tǒng)汽車高出20 %左右。降低成本是提高混合動力系統(tǒng)競爭能力的努力方向。相信隨著HEV 的推廣和普及, 生產批量上去后, 其價格將逐步接近傳統(tǒng)汽車。當前HEV 所面臨的主要技術問題還很多, 隨著各大汽車公司和研究機構的努力, 這些問題會很快得到解決。盡管從長遠來看只是一種過渡車型, 但HEV 在近2030 年內很有發(fā)展前景, 這一點是毫無疑問的。這個前景, 我們可以從兩方面來理解。一是混合動力作為一種技術, 在不遠的將來會成為燃料電池替換內燃機的重要過渡技術, 對燃料電池混合動力車(FCHV) 的開發(fā)將會起重要作用。從這