混合動力汽車的發(fā)展及現(xiàn)狀

1、天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)畢業(yè)設(shè)計開題報告 題 目 混合動力汽車的現(xiàn)狀及發(fā)展 學(xué)生姓名 朱雷明 學(xué)號 所在院(系) 汽車與交通學(xué)院 專業(yè)班級 汽修0911班 指導(dǎo)教師 王銀山 題 目混合動力汽車的現(xiàn)狀及發(fā)展一、研究課題的目的及意義 當(dāng)前普遍使用的燃油發(fā)動機汽車存在種種弊病,統(tǒng)計表明在占80%以上的道路條件下,一輛普通轎車僅利用了其動力潛能的40%,在市區(qū)還會跌至25%,更嚴(yán)重的是排放廢氣污染環(huán)境。20世紀(jì)90年代以來,隨著全球汽車工業(yè)的發(fā)展,汽車的產(chǎn)量、銷售量和保有量在逐年增加,因此對石油資源的需求,對生態(tài)環(huán)境的影響也越來越大。世界各國對改善環(huán)保的呼聲日益高漲,各國制定了一系列十分嚴(yán)格的排放法規(guī),要

2、求生產(chǎn)廠家設(shè)法減少汽車排放,開發(fā)無污染和超低污染汽車,各種各樣的電動汽車也脫穎而出。雖然人們普遍認(rèn)為未來是電動汽車的天下,但是目前的技術(shù)問題阻礙了電動汽車的應(yīng)用。由于電池的能量密度與汽油相比差上百倍,遠(yuǎn)未達(dá)到人們所要求的數(shù)值。專家估計在未來一段時間內(nèi)電動汽車還無法取代燃油發(fā)動機汽車。為此想出了一個兩全其美的辦法,開發(fā)了一種混合動力汽車裝置HEV(Hybrid-electricVehicle)。所謂混合動力裝置就是將電動機與輔助動力單元組合在一輛汽車上做驅(qū)動力,輔助動力單元實際上是一臺小型燃料發(fā)動機或動力發(fā)電機組。這樣既利用了發(fā)動機持續(xù)工作時間長,動力性好的優(yōu)點,又可以發(fā)揮電動機無污染、低噪聲的

3、好處。二、研究主要內(nèi)容 隨著汽車保有量的不斷加大，汽車尾氣污染已經(jīng)成為城市空氣污染的最主要來源，哥本哈根氣候大會明確指出要求降低汽車尾氣排放。目前國外汽車巨頭紛紛投入巨資，研究“低碳排放”“節(jié)能減排”的核心技術(shù)，各國規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)也在一步步提高。環(huán)保、節(jié)能、新能源將關(guān)乎一個汽車品牌的未來和命運。如果不對這些進(jìn)行開發(fā)研究，必將會窮途末路，被淘汰。然而新能源的道路漫長且坎坷，低碳生活，節(jié)能減排，也不是一夕之間的事情。所以我們需要多方面去研究開發(fā)環(huán)保節(jié)能技術(shù)，提高自主品牌競爭力。低碳生活已是全球汽車行業(yè)發(fā)展趨勢，它將對汽車行業(yè)發(fā)展產(chǎn)生極其深遠(yuǎn)的影響。采用新技術(shù)、新材料、新能源甚至新工藝，生產(chǎn)清潔環(huán)保

4、型汽車將成為汽車行業(yè)發(fā)展的趨勢，尤其在能源日益緊張的今天，開發(fā)新能源，采用新技術(shù)也必將成為未來汽車行業(yè)的重中之重。因此，節(jié)能環(huán)保的低碳生活已是全球汽車行業(yè)發(fā)展趨勢，它將對汽車行業(yè)發(fā)展產(chǎn)生極其深遠(yuǎn)的影響。采用新技術(shù)、新材料、新能源甚至新工藝，生產(chǎn)清潔環(huán)保型汽車將成為汽車行業(yè)發(fā)展的趨勢，尤其在能源日益緊張的今天，開發(fā)新能源，采用新技術(shù)也必將成為未來汽車行業(yè)的重中之重。因此，節(jié)能環(huán)保的新型技術(shù)必將是未來汽車行業(yè)發(fā)展的方向?；旌蟿恿ζ嚲褪且环N新能源的電動車。國外混合動力汽車的發(fā)展,自1995年起，世界各大汽車生產(chǎn)廠商已將研究的重點轉(zhuǎn)向了混合動力汽車的研究開發(fā)。日本豐田汽車公司開發(fā)了混合動力轎車。美國

5、三大汽車公司均開發(fā)了包括轎車、面包車、貨車在內(nèi)的混合動力汽車。目前，混合動力汽車技術(shù)及市場均被看好。日本國內(nèi)擁有的混合動力電動汽車已超過7萬輛，預(yù)汁在2010年將達(dá)到210萬輛。美國通用公司將在5年內(nèi)銷售100萬輛混合動力汽車。目前本豐田汽車公司是走在混合動力汽車研發(fā)展前沿的汽車公司，開發(fā)的混合動力汽車已達(dá)到實用化水平。1997年，豐田推出了世界上第一款批量生產(chǎn)的混合動力汽車，其后又在2001年相繼推出了混合動力面包車和皇冠轎車。到2002年底，豐田汽車公司生產(chǎn)的混合動力汽車在日本國內(nèi)和海外的累計銷量均突破了10萬輛，現(xiàn)在已經(jīng)在全世界20多個國家上市銷售。據(jù)統(tǒng)計，美國市場上售出混合動力汽車接近

6、7萬輛，2002年美國的混合動力汽車市場規(guī)模達(dá)到35000輛。美國已有近20個城市在試用混合動力公共汽車。歐洲各大汽車廠商也紛紛推出了混合動力汽車。法國BE集團先后推出了貝靈格型和薩拉型混合動力汽車。國內(nèi)混合動力汽車開發(fā)情況,國內(nèi)90年代末期開始了混合動力汽車的研發(fā)工作。1999年，清華大學(xué)與廈門金龍聯(lián)合汽車工業(yè)有限公司合作研制成功國內(nèi)第一輛混合動力輕型客車。2001年底，國家863電動汽車科技攻關(guān)項目正式啟動，第一批項目中主要是混合動力車，目前正在進(jìn)行當(dāng)中。一汽和東風(fēng)汽車集團聯(lián)合所在地的高校和研究所，在各自客車底盤上，研發(fā)混合驅(qū)動公共汽車和大型客車。此外，東風(fēng)電動汽車公司還承擔(dān)了混合動力轎車

7、的研究開發(fā)。針對混合動力汽車在應(yīng)用存在的問題和采取的對策,提出自己的觀點和見解。混合動力汽車（Hybrid Electric Vehicle，HEV）是指車輛驅(qū)動系由兩個或多個能同時運轉(zhuǎn)的單個驅(qū)動系聯(lián)合組成的車輛，車輛的行駛功率依據(jù)實際的車輛行駛狀態(tài)由單個驅(qū)動系單獨或共同提供。因各個組成部件、布置方式和控制策略的不同，形成了多種分類形式。根據(jù)混合動力汽車的驅(qū)動方式，混合動力系統(tǒng)主要分為以下三類；一是串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)（Series Hybrid)。串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)一般由內(nèi)燃機直接帶動發(fā)電機發(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轉(zhuǎn)化為動能，最后通過變速機構(gòu)來驅(qū)動汽車。在這種聯(lián)

8、結(jié)方式下，電池就象一個水庫，只是調(diào)節(jié)的對象不是水量，而是電能。電池對在發(fā)電機產(chǎn)生的能量和電動機需要的能量之間進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而保證車輛正常工作。這種動力系統(tǒng)在城市公交上的應(yīng)用比較多，轎車上很少使用。二是并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)(Parallel Hybrid)。并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)有兩套驅(qū)動系統(tǒng)：傳統(tǒng)的內(nèi)燃機系統(tǒng)和電機驅(qū)動系統(tǒng)。兩個系統(tǒng)既可以同時協(xié)調(diào)工作，也可以各自單獨工作驅(qū)動汽車。這種系統(tǒng)適用于多種不同的行駛工況，尤其適用于復(fù)雜的路況。該聯(lián)結(jié)方式結(jié)構(gòu)簡單，成本低。本田的Accord和Civic采用的是并聯(lián)式聯(lián)結(jié)方式。三是混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)。混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的特點在于內(nèi)燃機系統(tǒng)和電機驅(qū)動系統(tǒng)各有一套機械

9、變速機構(gòu)，兩套機構(gòu)或通過齒輪系，或采用行星輪式結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起，從而綜合調(diào)節(jié)內(nèi)燃機與電動機之間的轉(zhuǎn)速關(guān)系。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)燃機的輸出功率和電機的運轉(zhuǎn)。此聯(lián)結(jié)方式系統(tǒng)復(fù)雜，成本高。Prius采用的是混聯(lián)式聯(lián)結(jié)方式。根據(jù)在混合動力系統(tǒng)中，電機的輸出功率在整個系統(tǒng)輸出功率中占的比重，也就是常說的混合度的不同，混合動力系統(tǒng)還可以分為以下四類：一是微混合動力系統(tǒng)。代表的車型是PSA的混合動力版C3和豐田的混合動力版Vitz。這種混合動力系統(tǒng)在傳統(tǒng)內(nèi)燃機上的啟動電機（一般為12V）上加裝了皮帶驅(qū)動啟動電機（也就是常說的Belt-alternator St

10、arter Generator, 簡稱BSG系統(tǒng)）。該電機為發(fā)電啟動(Stop-Start)一體式電動機，用來控制發(fā)動機的啟動和停止，從而取消了發(fā)動機的怠速，降低了油耗和排放。從嚴(yán)格意義上來講，這種微混合動力系統(tǒng)的汽車不屬于真正的混合動力汽車，因為它的電機并沒有為汽車行駛提供持續(xù)的動力。在微混合動力系統(tǒng)里，電機的電壓通常有兩種：12v 和24v。其中24v主要用于柴油混合動力系統(tǒng)。二是輕混合動力系統(tǒng)。代表車型是通用的混合動力皮卡車。該混合動力系統(tǒng)采用了集成啟動電機（也就是常說的Integrated Starter Generator，簡稱ISG系統(tǒng)）。與微混合動力系統(tǒng)相比，輕混合動力系統(tǒng)除了能

11、夠?qū)崿F(xiàn)用發(fā)電機控制發(fā)動機的啟動和停止，還能夠?qū)崿F(xiàn)：（1）在減速和制動工況下，對部分能量進(jìn)行吸收；（2）在行駛過程中，發(fā)動機等速運轉(zhuǎn)，發(fā)動機產(chǎn)生的能量可以在車輪的驅(qū)動需求和發(fā)電機的充電需求之間進(jìn)行調(diào)節(jié)。輕混合動力系統(tǒng)的混合度一般在20%以下。三是中混合動力系統(tǒng)。本田旗下混合動力的Insight, Accord 和Civic都屬于這種系統(tǒng)。該混合動力系統(tǒng)同樣采用了ISG系統(tǒng)。與輕度混合動力系統(tǒng)不同，中混合動力系統(tǒng)采用的是高壓電機。另外，中混合動力系統(tǒng)還增加了一個功能：在汽車處于加速或者大負(fù)荷工況時，電動機能夠輔助驅(qū)動車輪，從而補充發(fā)動機本身動力輸出的不足，從而更好的提高整車的性能。這種系統(tǒng)的混合程

12、度較高，可以達(dá)到30%左右，技術(shù)已經(jīng)成熟，應(yīng)用廣泛。四是完全混合動力系統(tǒng)。豐田的Prius 和未來的Estima屬于完全混合動力系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用了272-650v的高壓啟動電機，混合程度更高。與中混合動力系統(tǒng)相比，完全混合動力系統(tǒng)的混合度可以達(dá)到甚至超過50%。技術(shù)的發(fā)展將使得完全混合動力系統(tǒng)逐漸成為混合動力技術(shù)的主要發(fā)展方向。普瑞斯結(jié)構(gòu)原理和各種使用性能等為例來說明混合動力汽車的應(yīng)用中的問題。豐田普銳斯采用為應(yīng)用混合動力系統(tǒng)而研發(fā)的1NZ-FXE發(fā)動機控制系統(tǒng)。此發(fā)動機使用高膨脹比循環(huán)、VVT-i（智能可變氣門正）系統(tǒng)和ETCS-i（智能電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)）實現(xiàn)其高性能、靜謐性、燃油經(jīng)濟性和

13、排放清潔性。在此發(fā)動機上中，通過減少活塞各部分的摩擦來提高燃油效率，以實現(xiàn)對燃油經(jīng)濟性和低排放行的進(jìn)一步提高。普瑞斯混合動力系統(tǒng)組成如下所示：1. HV變速器驅(qū)動橋?；旌蟿恿囕v變速驅(qū)動橋由發(fā)動機（MG1）、電動機（MG2）和行星齒輪組組成。2. HV蓄電池。在起步、加速和上坡時，將制動或制動踏板未踩俠士再次沖入的電能提供給電動/發(fā)電機。3. 變頻器總成。此設(shè)備用于將高壓DC（HV蓄電池）轉(zhuǎn)換為AC供給發(fā)電機（MG1）和電動機（MG2），反之亦然，即將AC轉(zhuǎn)為DC。它包括增壓轉(zhuǎn)換器、DC/DC轉(zhuǎn)換器和空調(diào)變頻器。4. HV ECU。接受每個傳感器及ECU的信息，根據(jù)此信息計算所需的轉(zhuǎn)矩和輸出功

14、率。HV ECU將計算結(jié)果發(fā)送給發(fā)動機ECU、變頻器總成、蓄電池ECU和制動防滑控制ECU。5. 發(fā)動機ECU。根據(jù)接受來自HV ECU的目標(biāo)發(fā)動機轉(zhuǎn)速和所需的發(fā)動機動力，進(jìn)而起動ETCS-i（智能電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)）進(jìn)行調(diào)整。6. 蓄電池ECU.監(jiān)控HV蓄電池的充電狀態(tài)。7. 制動防滑控制ECU?？刂齐妱?發(fā)電機產(chǎn)生的再生制動以及控制液壓制動，使制動力等于僅配備液壓制動的傳統(tǒng)車輛的制動力。同樣，制動防滑控制ECU照常進(jìn)行控制系統(tǒng)控制（帶EBD的ABS、制動輔助和VSC+）。8. 加速踏板位置傳感器。將加速踏板角度轉(zhuǎn)換為電信號并輸出到HV ECU。9. 擋位傳感器。將擋位轉(zhuǎn)換為電信號并輸出到H

15、V ECU。10. SMR（系統(tǒng)主繼電器）。用來自HV ECU的信號連接或斷開蓄電池和變頻器總成間的高壓電壓。11. 互鎖開關(guān)（用于變頻器蓋和檢修塞）。確認(rèn)變頻器蓋和檢修塞均已安裝完畢。12. 斷路傳感器。如果檢測到車輛發(fā)生碰撞，則切斷高壓電路。13. 檢修塞。在檢查貨維修車輛時，要拆下此塞，關(guān)閉HV蓄電池高壓電路。介紹主要部件結(jié)構(gòu)和和部件控制原理以及使用性能。混合動力汽車的發(fā)展前景混合動力電動汽車具備了良好的動力性能、良好的燃油經(jīng)濟性、清潔環(huán)保、經(jīng)濟實用。為達(dá)到提高車輛的動力性、經(jīng)濟性和環(huán)保性,需要采用當(dāng)代最先進(jìn)的內(nèi)燃機技術(shù)深入分析低油耗特性；選擇比功率、比能量和效率最高、扭矩密度最大的電機

16、,研究它的低速大轉(zhuǎn)矩、效率和再生制動能量回饋性能；經(jīng)過周密分析和試驗研究特性,最佳選擇各自高性能區(qū)段的組合與疊加。因為混合動力汽車除了以往的動力裝置外，至少還必須安裝電池，其成本不可能降至普通汽車的水準(zhǔn)。因此混合動力汽車技術(shù)發(fā)展的首要難題是降低成本，這也是今后有待解決的最大課題，特別是必須降低動力電池、電機驅(qū)動系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng)等的成本。提高汽車行駛過程中的能量再生利用效率，從汽車制造階段著手，設(shè)計改進(jìn)汽車動力系統(tǒng)，滿足汽車再生制動回收要求，加強混合動力電動汽車的可靠性，解決動力電池的使用壽命和可靠性問題，是混合動力電動汽車推廣應(yīng)用的前提。國際能源緊缺，混合動力可以很好的節(jié)省汽車行進(jìn)過程中減速

17、、下坡過程的能量消耗，同時其排量低、污染小，也是未來汽車發(fā)展的必然趨勢?；旌蟿恿夹g(shù)的先進(jìn)性和實現(xiàn)的現(xiàn)實性，節(jié)能、環(huán)保效果明顯，采用混合動力汽車是現(xiàn)階段解決環(huán)保和能源問題最為切實可行的方案。但是，由于混合動力汽車是在犧牲了部分環(huán)保利益的基礎(chǔ)上，可以滿足目前人們對汽車環(huán)保的基本要求，在結(jié)構(gòu)上兩套系統(tǒng)電池/電機和內(nèi)燃機同時安裝于本來只裝一套系統(tǒng)的汽車上，不僅加大了汽車本身的重量，也提高了對整體工藝及控制等方面的要求。除了和純電動汽車（BEV）一樣受目前蓄電池技術(shù)的限制之外，混合動力的能量來源仍然是石油，這決定了混合動力不是電動汽車發(fā)展的最終形式。美國PNGV計劃的廢止和FreedomCAR計劃的重

18、點是發(fā)展燃料電池汽車正說明了這一點。但是，目前日本的幾大公司的混合動力汽車的熱銷說明，混合動力汽車是傳統(tǒng)汽車時代向氫燃料電池汽車時代的過渡車型技術(shù)，雖然不是長遠(yuǎn)之計，但據(jù)估計，仍有20年以上的較長市場周期?？梢猿浞掷矛F(xiàn)有內(nèi)燃汽車生產(chǎn)能力，推動傳統(tǒng)汽車工業(yè)的改造發(fā)展。開發(fā)新一代車用能源動力系統(tǒng)，發(fā)展新能源汽車。重點發(fā)展各種液體代用燃料發(fā)動機及其混合動力汽車，逐步過渡到采用生物燃料的混合動力和可充電的混合動力；進(jìn)一步發(fā)展以天然氣為主體的氣體燃料基礎(chǔ)設(shè)施，分步建設(shè)長期可持續(xù)利用的氣體燃料供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)；以天然氣發(fā)動機為基礎(chǔ)，發(fā)展各種燃?xì)鈩恿Γ绕涫翘烊粴?氫氣內(nèi)燃機及其混合動力；發(fā)展新一代燃料電池發(fā)動機及其混合動力，到2020年，達(dá)到規(guī)模商業(yè)化水平；大力推進(jìn)動力電池的技術(shù)進(jìn)步，發(fā)展適合中國國情的純電動車尤其是微型純電動車。以城市公交車輛為重點，以點帶面，穩(wěn)步推進(jìn)新能源汽車的示范與商業(yè)化?？傊?，混合動力汽車介于傳統(tǒng)汽車和純電動汽車、燃料電池汽車之間，是一種承前啟后的，在技術(shù)和經(jīng)濟方面都趨于成熟的電動汽車產(chǎn)品。最后提出自己的看法和建議。三主要參考文獻(xiàn)1麻友良，陳全世.混合動力汽車的