混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)匹配與優(yōu)化

1、-. z.摘要汽車(chē)開(kāi)展的100年,是人類(lèi)文明和經(jīng)濟(jì)開(kāi)展迅猛的100年。如今,全世界汽車(chē)的保有量到達(dá)了6.7億輛左右,汽車(chē)己與人們的日常生活和生產(chǎn)密不可分。然而,如此之多的燃油汽車(chē)排放所造成空氣質(zhì)量的日益惡化和石油資源的漸趨匾乏,使開(kāi)發(fā)低排放、低油耗的新型汽車(chē)成為當(dāng)今汽車(chē)工業(yè)界的緊迫任務(wù),電動(dòng)汽車(chē)(ElectricVehjcle簡(jiǎn)稱(chēng)EV)成為人們最主要的選擇之一。使用電動(dòng)汽車(chē)可實(shí)現(xiàn)無(wú)污染,并可利用煤炭、水利等其他非石油資源,但由于目前的技術(shù)和本錢(qián)的限制,使其很難商品化,在這種條件下,同時(shí)具有電動(dòng)汽車(chē)和燃機(jī)汽車(chē)優(yōu)點(diǎn)的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)(HybridElectric Vehicle簡(jiǎn)稱(chēng)HEV)異軍突起

2、,成為當(dāng)前解決節(jié)能、環(huán)保等問(wèn)題最具有現(xiàn)實(shí)意義的途徑之一。近年來(lái),雖然許多國(guó)家都投入大量資金人力研究電動(dòng)汽車(chē),但目前為止動(dòng)力電池和其它一些關(guān)鍵性技術(shù)還沒(méi)有取得有效地突破,動(dòng)力電池的續(xù)駛里程和充電時(shí)間大大制約了電動(dòng)汽車(chē)的開(kāi)展和普及。因此,在電池問(wèn)題解決之前,如何合理地選擇這些部件及有關(guān)參數(shù),使匹配到達(dá)最優(yōu),在一樣蓄電池條件下,更好地滿(mǎn)足動(dòng)力性要求和最增加續(xù)駛里程,一直是研究者們追求的目標(biāo),也是本論文研究的主要目的。在本論文中，首先通過(guò)對(duì)混合動(dòng)力系統(tǒng)工作原理的分析，選擇了并聯(lián)式構(gòu)造作為混合動(dòng)力汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)方式。并對(duì)所研究的混合動(dòng)力汽車(chē)的總體方案進(jìn)展了設(shè)計(jì)，據(jù)此對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)、傳動(dòng)系和電池的參數(shù)進(jìn)展了匹

3、配，初步確定了各部件的參數(shù)。動(dòng)力系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化是提高混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵。本文在MATLAB環(huán)境中，基于ADVISOR2002-Auto-Size對(duì)并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)展了參數(shù)優(yōu)化，并與ADVISOR傳統(tǒng)的仿真結(jié)果進(jìn)展了比擬，結(jié)果說(shuō)明ADVISOR2002-Auto-Size應(yīng)用于并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)性能優(yōu)化是合理的，并具有很強(qiáng)的實(shí)用性。該方法可以最大限度地模擬實(shí)際車(chē)輛在各種工況下的運(yùn)行狀態(tài)及整車(chē)的實(shí)際工程約束條件,在實(shí)驗(yàn)室條件下,實(shí)現(xiàn)并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)的性能優(yōu)化。關(guān)鍵詞：并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)，參數(shù)匹配，ADVISOR，動(dòng)力系統(tǒng)優(yōu)化AbstractThe d

4、evelopment of automobiles represents for thedevelopment of the humancivilizationandeconomyforonehundredyear.Nowautomobileshavebeenclosely1inkedwithpeoples life,anditsquantityhasbeenreachedabout 67 millions.However,somuch e*haust inducesdeteriorationoftheairqualityandtheresourceofthe oil get pinchine

5、reasingly. It is an urgent tasktotheautomobileindustryto develop new types ofautomobilewithlowe*haustandlow oil wear.Naturally,ElectricVehicle(EV) bee primaryamong peoples choice.Recently,althoughtherearelotsof countrieswhichhavelaunchedintolargefundandmanytalentstostudy electric vehicle, dynamic ba

6、tteryandcertainkeytechniqueshavenotbroughtthrougheffectivelyuntilnow.Therangeandchargingtimeofbatterylimited popularizationand development of electric vehicle.Therefore howto selectthesepartsandrelationalParametersreasonablymakesthe electric vehiclemeettherequestof dynamic performanceandrange which

7、is thegoal peoplestudied,then which is the important contentofthe papers.In the papers,We first work on the principle of hybrid systems analysis, selection applied tourban vehicle parallel hybrid system for the study. And the study of hybrid vehicle designthe overall program, according to the engine

8、, motor, drive system andsuper-capacitor matching parameters, initially set the parameters of eachponent.Power system parameter optimization is to improve the power of hybrid vehicle,fuel economy the key. This article in the MATLAB environment, based on ADVISOR2002-Auto-Size parallel hybrid vehicle

9、powertrain parameters were optimized, and with thetraditional optimization ADVISOR simulation results are pared, results showedthat ADVISOR2002-Auto-Size for parallel hybrid vehicle powertrain performanceoptimization is reasonable, and has good practicability. The method can simulatethe vehicle to m

10、a*imize the operational status of various operating conditions andthe actual vehicle engineering constraints, under laboratory conditions, to achieveparallel hybrid vehicle powertrain performance optimization.KEY WORDS：parallel hybrid electric vehicle,parameter matching, ADVISOR，power system optimiz

11、ationTOC o 1-3 h z uHYPERLINK l _Toc358384402第一章緒論 PAGEREF _Toc358384402 h 5HYPERLINK l _Toc3583844031.1課題的研究背景及意義 PAGEREF _Toc358384403 h 5HYPERLINK l _Toc3583844041.2國(guó)外研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc358384404 h 8HYPERLINK l _Toc358384405國(guó)外HEV研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc358384405 h 8HYPERLINK l _Toc358384406國(guó)HEV研究現(xiàn)狀 PAGERE

12、F _Toc358384406 h 9HYPERLINK l _Toc3583844071.3 HEV 關(guān)鍵技術(shù)的研究 PAGEREF _Toc358384407 h 9HYPERLINK l _Toc3583844081.3.1 車(chē)身與構(gòu)造設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc358384408 h 9HYPERLINK l _Toc3583844091.3.2 發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)概述 PAGEREF _Toc358384409 h 10HYPERLINK l _Toc3583844101.3.3 電機(jī)及其控制技術(shù) PAGEREF _Toc358384410 h 10HYPERLINK l _Toc3583

13、844111.3.4 儲(chǔ)能元件 PAGEREF _Toc358384411 h 10HYPERLINK l _Toc3583844121.3.5 動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配 PAGEREF _Toc358384412 h 10HYPERLINK l _Toc3583844131.3.6 多能源控制策略 PAGEREF _Toc358384413 h 10HYPERLINK l _Toc3583844141.3.7 HEV 的仿真技術(shù) PAGEREF _Toc358384414 h 11HYPERLINK l _Toc358384415第二章混合動(dòng)力汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方案研究 PAGEREF _Toc35838

14、4415 h 12HYPERLINK l _Toc3583844162.1混合動(dòng)力汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)模式 PAGEREF _Toc358384416 h 12HYPERLINK l _Toc358384417串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē) PAGEREF _Toc358384417 h 12HYPERLINK l _Toc358384418并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē) PAGEREF _Toc358384418 h 14HYPERLINK l _Toc358384419混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē) PAGEREF _Toc358384419 h 16HYPERLINK l _Toc3583844202.2動(dòng)力系統(tǒng)選型 PAGEREF

15、 _Toc358384420 h 18HYPERLINK l _Toc358384421選型策略 PAGEREF _Toc358384421 h 18HYPERLINK l _Toc358384422動(dòng)力系統(tǒng)選型結(jié)果 PAGEREF _Toc358384422 h 19HYPERLINK l _Toc358384423第三章并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)初步匹配 PAGEREF _Toc358384423 h 20HYPERLINK l _Toc3583844243.1 混合動(dòng)力客車(chē)根本參數(shù)和性能指標(biāo) PAGEREF _Toc358384424 h 20HYPERLINK l _Toc3583

16、844253.11 整車(chē)根本參數(shù) PAGEREF _Toc358384425 h 20HYPERLINK l _Toc3583844263.12技術(shù)要求 PAGEREF _Toc358384426 h 20HYPERLINK l _Toc3583844273.2 發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)模式下發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)匹配 PAGEREF _Toc358384427 h 21HYPERLINK l _Toc3583844283.2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率和相應(yīng)的轉(zhuǎn)速 PAGEREF _Toc358384428 h 21HYPERLINK l _Toc3583844293.2.2 滿(mǎn)足最大爬坡度的功率需求 PAGEREF _

17、Toc358384429 h 21HYPERLINK l _Toc3583844303.2.3 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩及相應(yīng)轉(zhuǎn)速 PAGEREF _Toc358384430 h 22HYPERLINK l _Toc3583844313.3 傳動(dòng)系參數(shù)匹配 PAGEREF _Toc358384431 h 23HYPERLINK l _Toc3583844323.3.1 主減速器速比確實(shí)定 PAGEREF _Toc358384432 h 23HYPERLINK l _Toc3583844333.3.2 最小傳動(dòng)比確實(shí)定PAGEREF _Toc358384433 h 23HYPERLINK l _Toc35

18、83844343.3.3 最大傳動(dòng)比確實(shí)定 PAGEREF _Toc358384434 h 24HYPERLINK l _Toc3583844353.3.4 變速器檔位數(shù)以及各檔傳動(dòng)比確實(shí)定 PAGEREF _Toc358384435 h 25HYPERLINK l _Toc3583844363.4 電機(jī)參數(shù)匹配 PAGEREF _Toc358384436 h 25HYPERLINK l _Toc3583844373.5 超級(jí)電容的參數(shù)匹配 PAGEREF _Toc358384437 h 26HYPERLINK l _Toc3583844383.5.1 功率確實(shí)定 PAGEREF _Toc35

19、8384438 h 26HYPERLINK l _Toc3583844393.5.2 容量確實(shí)定 PAGEREF _Toc358384439 h 26HYPERLINK l _Toc3583844403.6 本章小結(jié) PAGEREF _Toc358384440 h 27HYPERLINK l _Toc358384441第四章并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)的仿真分析 PAGEREF _Toc358384441 h 28HYPERLINK l _Toc3583844424.1汽車(chē)仿真軟件ADVISOR的介紹 PAGEREF _Toc358384442 h 28HYPERLINK l _Toc35838

20、44434.2汽車(chē)參數(shù)的變量定義 PAGEREF _Toc358384443 h 30HYPERLINK l _Toc3583844444.2.1 車(chē)輛模塊參數(shù) PAGEREF _Toc358384444 h 30HYPERLINK l _Toc3583844454.2.2 車(chē)輪模塊參數(shù) PAGEREF _Toc358384445 h 31HYPERLINK l _Toc358384446變速器模塊參數(shù) PAGEREF _Toc358384446 h 31HYPERLINK l _Toc3583844474.2.4 電動(dòng)機(jī)模塊參數(shù) PAGEREF _Toc358384447 h 31HYPER

21、LINK l _Toc3583844484.2.5 電池模塊參數(shù) PAGEREF _Toc358384448 h 31HYPERLINK l _Toc358384449發(fā)動(dòng)機(jī)模塊參數(shù) PAGEREF _Toc358384449 h 32HYPERLINK l _Toc3583844504.3 性能仿真 PAGEREF _Toc358384450 h 32HYPERLINK l _Toc358384451循環(huán)路況 PAGEREF _Toc358384451 h 32HYPERLINK l _Toc358384452仿真容 PAGEREF _Toc358384452 h 33HYPERLINK l

22、 _Toc358384453仿真結(jié)果分析 PAGEREF _Toc358384453 h 37HYPERLINK l _Toc3583844544.4 本章小結(jié) PAGEREF _Toc358384454 h 38HYPERLINK l _Toc358384455第五章混合動(dòng)力汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化 PAGEREF _Toc358384455 h 39HYPERLINK l _Toc3583844565.1參數(shù)優(yōu)化概論 PAGEREF _Toc358384456 h 39HYPERLINK l _Toc3583844575.2 ADVISOR參數(shù)優(yōu)化 PAGEREF _Toc358384457

23、h 39HYPERLINK l _Toc3583844585.2.1 ADVISOR優(yōu)化方法介紹 PAGEREF _Toc358384458 h 39HYPERLINK l _Toc3583844595.2.2 傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化 PAGEREF _Toc358384459 h 42HYPERLINK l _Toc3583844605.2.3 優(yōu)化結(jié)果仿真分析 PAGEREF _Toc358384460 h 43HYPERLINK l _Toc3583844615.3本章小結(jié) PAGEREF _Toc358384461 h 46HYPERLINK l _Toc358384462第七章全文總結(jié)

24、PAGEREF _Toc358384462 h 47HYPERLINK l _Toc358384463致 PAGEREF _Toc358384463 h 48HYPERLINK l _Toc358384464參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc358384464 h 49第一章緒論1.1課題的研究背景及意義從汽車(chē)創(chuàng)造到現(xiàn)在,不過(guò)短短的100年時(shí)間,回憶這100年的歷史,可以看到汽車(chē)扮演了促進(jìn)經(jīng)濟(jì)開(kāi)展和社會(huì)進(jìn)步的重要媒介,汽車(chē)工業(yè)己成為世界和各國(guó)經(jīng)濟(jì)開(kāi)展的支柱產(chǎn)業(yè)。汽車(chē)工業(yè)的開(kāi)展涉及許多產(chǎn)業(yè)部門(mén)的開(kāi)展,帶動(dòng)了石油化工、鋼鐵冶金、機(jī)械制造、有色金屬工業(yè)、橡膠工業(yè)、紡織工業(yè)、電子工業(yè)等的開(kāi)展并促進(jìn)了城

25、市的市政建立,以及與汽車(chē)相關(guān)的效勞業(yè)的開(kāi)展。汽車(chē)是現(xiàn)代文明的重要組成局部,一百年來(lái)的科學(xué)技術(shù)與文化的成果,都融進(jìn)到汽車(chē)技術(shù)之中,從而使汽車(chē)成為人類(lèi)智慧的結(jié)晶。隨著汽車(chē)保有量的增加,汽車(chē)速度的不斷提高,高速公路網(wǎng)絡(luò)的日益興旺,小汽車(chē)進(jìn)入家庭的圍不斷拓展,極大的改善了人們的生活,擴(kuò)大了人們的活動(dòng)半徑,適應(yīng)了現(xiàn)代化工業(yè)的需要,同時(shí),也緩解了由于工業(yè)化和城市化帶來(lái)的弊端。然而,人們?cè)谙硎芷?chē)文明的同時(shí),也必須面對(duì)汽車(chē)帶來(lái)的負(fù)面影響:環(huán)境污染問(wèn)題和石油能源危機(jī)問(wèn)題。在本世紀(jì)的最后幾十年,節(jié)能、環(huán)保、新能源等字眼越來(lái)越嚴(yán)密的與汽車(chē)聯(lián)系在一起,為解決環(huán)境污染問(wèn)題和石油資源危機(jī)問(wèn)題,研制更節(jié)能、更環(huán)保、使用替

26、代能源的新一代交通工具,成為當(dāng)今各國(guó)汽車(chē)工業(yè)界的當(dāng)務(wù)之急。純電動(dòng)汽車(chē)或零排放燃料汽車(chē)無(wú)疑是我們的最終目標(biāo),但目前的電池技術(shù)阻礙了電動(dòng)汽車(chē)的開(kāi)展和應(yīng)用,專(zhuān)家們估計(jì)短時(shí)間燃料電池技術(shù)難有重大突破,電動(dòng)汽車(chē)暫時(shí)還無(wú)法取代燃油發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)。在這種情況下,一種兩全其美的方案應(yīng)運(yùn)而生,即開(kāi)發(fā)所謂的混合動(dòng)力裝置的汽車(chē)。這種汽車(chē)就是將電動(dòng)能與輔助動(dòng)力單元(API)組合在一輛汽車(chē)上做驅(qū)動(dòng)力,這種混合動(dòng)力裝置發(fā)揮了燃料發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)、動(dòng)力好的特點(diǎn),又可以發(fā)揮電動(dòng)機(jī)無(wú)污染、低噪聲的優(yōu)點(diǎn),二者并肩戰(zhàn)斗,取長(zhǎng)補(bǔ)短,汽車(chē)的熱效率可提高10%,廢氣排放可降低30%。汽車(chē)行業(yè)的專(zhuān)家們一致認(rèn)為,混合動(dòng)力車(chē)將是世界汽車(chē)行業(yè)今

27、后較長(zhǎng)時(shí)間主要開(kāi)展方向。目前,作為曾經(jīng)推動(dòng)人類(lèi)文明向前躍進(jìn)開(kāi)展的傳統(tǒng)汽車(chē)工業(yè)正面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),擺在世界汽車(chē)工亞可持續(xù)開(kāi)展面前有兩大難題,即石油資源的日益匾乏和環(huán)境污染加重,這兩大難題在我國(guó)表現(xiàn)得更為突出。傳統(tǒng)的汽車(chē)消耗的能源幾乎完全依賴(lài)石油制品,汽車(chē)保有量逐年上升使能源問(wèn)題逐漸成為汽車(chē)可持續(xù)開(kāi)展的一個(gè)重要因素。隨著汽車(chē)工業(yè)的快速開(kāi)展,汽車(chē)的保有量和年產(chǎn)量迅速增加,1990年全球汽車(chē)產(chǎn)量為1000萬(wàn)輛,汽車(chē)保有量為6900萬(wàn)輛,到1988年年產(chǎn)量猛增到4800萬(wàn)輛,保有量到達(dá)5.3億輛。這些汽車(chē)要消耗數(shù)億噸的石油制品,相當(dāng)于全球石油產(chǎn)量的一半,特別是隨著汽車(chē)在諸如亞洲、拉美等一些新興的汽車(chē)市場(chǎng)

28、的普及,將進(jìn)一步加劇石油的消耗量,但石油作為不可再生的能源,在地球上的蘊(yùn)藏量是有限的。據(jù)有關(guān)專(zhuān)家估計(jì),地球上己探明的石油儲(chǔ)藏量將在40一50年消耗殆盡。而對(duì)我國(guó)形勢(shì)則更為嚴(yán)峻。根據(jù)1995年的統(tǒng)計(jì)數(shù)字,我國(guó)石油資源可開(kāi)采量?jī)H為3.288*109噸,占世界總儲(chǔ)量的3%,僅供我國(guó)開(kāi)采20年左右,目前,我國(guó)的汽車(chē)保有量為1400多萬(wàn)輛,隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速開(kāi)展和人均收入的逐漸提高,汽車(chē)保有量將迅速增加。據(jù)統(tǒng)計(jì),1990年我國(guó)在用汽車(chē)汽油消耗量為1962萬(wàn)噸,柴油消耗量489萬(wàn)噸,2000年在用汽車(chē)汽油油耗銷(xiāo)量為5526萬(wàn)噸,年增長(zhǎng)率為20%,柴油消耗量為1705萬(wàn)噸,年增長(zhǎng)率為42.7%,估計(jì)到201

29、0年,我國(guó)的汽車(chē)油耗將達(dá)8000萬(wàn)噸左右,原油需求達(dá)3.6億噸左右,近一半的原油需要進(jìn)口。因此,在21世紀(jì),能源問(wèn)題,特別是具有戰(zhàn)略地位的石油資源問(wèn)題,己經(jīng)成為世界圍迫切要求政府和科學(xué)工作者認(rèn)真對(duì)待和優(yōu)先解決的問(wèn)題。另一方面,汽車(chē)對(duì)社會(huì)環(huán)境的污染也相當(dāng)嚴(yán)重。燃機(jī)汽車(chē)排放的廢氣是一種分散的流動(dòng)污染源,工礦企業(yè)的排放是集中的固定污染源,后者易于控制與治理,前者往往在居民集中區(qū)排放污染物。現(xiàn)代城市高層建筑鱗次櫛比,使汽車(chē)的排放污染物不易擴(kuò)散,造成局部地區(qū)的排放物濃度過(guò)高,同時(shí)汽車(chē)排放物的高度恰好在地面附近,處于人們呼吸的空間區(qū)域,因此,它對(duì)人體的安康威脅最大。汽車(chē)尾氣排放的主要污染物主要有:一氧化碳

30、(CO)、氮氧化合物(NO*)、碳?xì)浠衔?HC)、二氧化硫(SO2)等氣體以及微粒。據(jù)估計(jì),大氣污染的60%來(lái)自于燃機(jī)汽車(chē)。在美國(guó)排放到大氣中的污染物中66%的CO、43%的No*、37%的鉛、31%的碳?xì)浠衔铩?0%的微粒來(lái)在燃油汽車(chē)。在英國(guó),交通車(chē)輛排放的NO*占50%,CO占80%以上。其他國(guó)家燃機(jī)汽車(chē)所引起的大氣污染同樣嚴(yán)重。據(jù)環(huán)保部門(mén)測(cè)定,市區(qū)大氣污一染在夏季的67%,冬季的3%由汽車(chē)造成。1995年6月在外灘,過(guò)高的汽車(chē)尾氣排放污染己導(dǎo)致了光化學(xué)煙霧事件,城市居民中患呼吸道疾病的人數(shù)逐年上升,交通民警執(zhí)勤人員的人均壽命降低,交警己成為危險(xiǎn)的職業(yè)之一。燃機(jī)汽車(chē)尾氣排放污染己成為危

31、害人類(lèi)安康的一大公害。為此各國(guó)的汽車(chē)尾氣排放法規(guī)制定的日趨嚴(yán)格,我國(guó)也規(guī)定在2010年實(shí)現(xiàn)與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)同步。面對(duì)環(huán)境污染和石油資源危機(jī)問(wèn)題,全世界各國(guó)不得不積極開(kāi)發(fā)和推廣電動(dòng)汽車(chē)、代用燃料汽車(chē)為主要容的新型交通工具,即所謂的綠色汽車(chē)近十年來(lái),美日等汽車(chē)興旺國(guó)家和、跨過(guò)公司己在綠色汽車(chē)領(lǐng)域投入了超過(guò)100億美元的資金,并且以每年不少于10億美元的力度繼續(xù)開(kāi)發(fā)。從美國(guó)政府對(duì)新一代汽車(chē)伙伴方案(PNGV)的建立和執(zhí)行的情況來(lái)看,綠色汽車(chē)己成為跨國(guó)汽車(chē)公司和先進(jìn)工業(yè)國(guó)家戰(zhàn)略開(kāi)展的重要容,也對(duì)我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)構(gòu)造調(diào)整提供了有益的借鑒。經(jīng)過(guò)對(duì)各種新能源、新燃料、新動(dòng)力的探索,電動(dòng)汽車(chē)成為最主要的選擇之一。電動(dòng)汽

32、車(chē)主要包含純電動(dòng)汽車(chē)(即EV)、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)(即HEV)和燃料電池汽車(chē)(FuelCellVehiele簡(jiǎn)稱(chēng)FCV)。純電動(dòng)汽車(chē)是當(dāng)前能滿(mǎn)足零排放要求的首選方案,電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)行中沒(méi)有污染,如果發(fā)電廠以核能、水利、風(fēng)能、太陽(yáng)能或天然氣為能源發(fā)電,對(duì)大氣的污染會(huì)很小,而遠(yuǎn)離城市的火力發(fā)電廠對(duì)人們生存環(huán)境的影響也可以控制。在市區(qū)行駛,電動(dòng)汽車(chē)的能量效率比普通燃油汽車(chē)高40%左右；電動(dòng)汽車(chē)也可以利用用電低谷時(shí)的電網(wǎng)富裕電能,這可以平衡電網(wǎng)的負(fù)載,提高電網(wǎng)能量的利用率。除此之外,電動(dòng)汽車(chē)還具有低噪聲、低熱輻射、易操縱和易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。因此,人們對(duì)電動(dòng)汽車(chē)寄予了厚望。然而,由于電動(dòng)汽車(chē)的關(guān)鍵技術(shù)一電池技術(shù)的

33、制約,電動(dòng)汽車(chē)的性能價(jià)格比遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能到達(dá)推廣應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。其主要障礙是:電池的能量密度極低,因此電池組的質(zhì)量較大,導(dǎo)致電動(dòng)汽車(chē)一次充電的續(xù)駛里程和動(dòng)力性能無(wú)法到達(dá)目前燃機(jī)汽車(chē)的水平；此外,電動(dòng)汽車(chē)空調(diào)和暖風(fēng)的使用必須充分考慮其能量消耗對(duì)電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)駛里程的影響,乘員的舒適性受到限制;充電站的投資巨大,電池組價(jià)格昂貴,循環(huán)壽命有限,頻繁更換電池的本錢(qián)是難以承受的。這些問(wèn)題在短期難以解決,嚴(yán)重的限制了汽車(chē)的實(shí)用化和商業(yè)化,產(chǎn)業(yè)化前景并不看好。燃料電池汽車(chē)具有極高的效率,低排放、低噪音的特點(diǎn),其甲醇燃料具有廣泛的來(lái)源,并具有可再生的巨大優(yōu)勢(shì),已成為世界各大汽車(chē)集團(tuán)新世紀(jì)劇烈競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn),被譽(yù)為21世紀(jì)改變?nèi)?/p>

34、類(lèi)生活的十大高科技之首,但產(chǎn)業(yè)化道路仍需要較長(zhǎng)的時(shí)間。與電動(dòng)汽車(chē)和燃料電池汽車(chē)相比,混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)一次性能源仍然是燃油,只是在電動(dòng)機(jī)的輔佐下以更有效的方式將燃油的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能而已,因而具有續(xù)駛里程長(zhǎng)。機(jī)動(dòng)性強(qiáng)等傳統(tǒng)燃油汽車(chē)的特點(diǎn)；在*些對(duì)汽車(chē)排放嚴(yán)格限制的地區(qū)(如環(huán)保示區(qū)、旅游區(qū)等)可以關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī),采用純電動(dòng)方式行駛成為零排放的汽車(chē)；故混合電動(dòng)汽車(chē)對(duì)電池的依賴(lài)程度低,可大幅度降低蓄電池組的體積和重量,串聯(lián)式混合電動(dòng)汽車(chē)的電池重量?jī)H為電動(dòng)汽車(chē)電池的1/3,并聯(lián)式還可比串聯(lián)式再減少重量的1/3；由于混合動(dòng)力汽車(chē)可以不從外部電源充電,因此可以節(jié)約大量的充電根底設(shè)施投資,所以混合動(dòng)力汽車(chē)的性?xún)r(jià)比

35、明顯優(yōu)于電動(dòng)汽車(chē)。據(jù)豐田公司介紹,該公司生產(chǎn)的RVA4EV電動(dòng)汽車(chē)售價(jià)為495萬(wàn)日元/輛,所裝載的鎳金屬氫電池總質(zhì)量達(dá)480Kg,而該公司安裝鎳一金屬氫電池的混合動(dòng)力汽車(chē)售價(jià)僅為215萬(wàn)日元/輛,其裝載的電池總質(zhì)量?jī)H為80Kg。根據(jù)國(guó)際機(jī)電委員會(huì)下屬的電力機(jī)動(dòng)車(chē)技術(shù)委員會(huì)的建議,混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)是指由兩種能源或轉(zhuǎn)換器等作驅(qū)動(dòng)能源,其中至少有一種能提供電能的車(chē)輛稱(chēng)為混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)。根據(jù)這個(gè)定兩種以上的儲(chǔ)能義,混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)有很多種形式,有燃機(jī)和蓄電池混合,蓄電池和燃料電池混合,蓄電池和超大容量電容器混合,蓄電池和飛輪混合等。為了防止混淆,專(zhuān)家們采用燃機(jī)和蓄電池混合的動(dòng)力來(lái)代表混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)

36、。近年來(lái),雖然許多國(guó)家都投入大量資金人力研究電動(dòng)汽車(chē),但目前為止動(dòng)力電池和其它一些關(guān)鍵性技術(shù)還沒(méi)有取得有效地突破,動(dòng)力電池的續(xù)駛里程和充電時(shí)間大大制約了電動(dòng)汽車(chē)的開(kāi)展和普及。因此,在電池問(wèn)題解決之前,如何合理地選擇這些部件及有關(guān)參數(shù),使匹配到達(dá)最優(yōu),在一樣蓄電池條件下,更好地滿(mǎn)足動(dòng)力性要求和最增加續(xù)駛里程,一直是研究者們追求的目標(biāo)。1.2國(guó)外研究現(xiàn)狀混合動(dòng)力汽車(chē)通過(guò)燃機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的有機(jī)結(jié)合,具備了燃機(jī)汽車(chē)加油方便、續(xù)駛里程長(zhǎng)和純電動(dòng)汽車(chē)污染少、效率高的特點(diǎn),成為當(dāng)今世界汽車(chē)界競(jìng)相開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。豐田的prius、本田的Insight、福特的Prodigy、克萊斯勒的ES*3、通用的Preeept、日

37、產(chǎn)的Tino等都是具有代表性的車(chē)型,其中prius和Insight已是成熟的產(chǎn)品,并將繼續(xù)擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模,其它車(chē)型也將在23年推向市場(chǎng)。我國(guó)也非常重視混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的研制與開(kāi)發(fā),一些單位已進(jìn)展了一些初步的工作,并取得了一定的成績(jī),國(guó)家科技部已將其作為十五863重大專(zhuān)項(xiàng)容。國(guó)外HEV研究現(xiàn)狀第一輛HEV是在20世紀(jì)初期由設(shè)計(jì)者將電動(dòng)機(jī)和汽油發(fā)動(dòng)機(jī)組合在一起而制成的。從那以后,混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)不斷的開(kāi)展己取得了相當(dāng)大的進(jìn)展。隨著科學(xué)技術(shù)開(kāi)展,HEV已開(kāi)展成為汽車(chē)電力驅(qū)動(dòng)、化學(xué)電源、智能控制、計(jì)算機(jī)、新能源、新材料等工程技術(shù)中最新技術(shù)集成和綜合的產(chǎn)物。在國(guó)外,汽車(chē)興旺國(guó)家由于受到石油資源和環(huán)境污染的

38、巨大壓力,率先對(duì)電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)展了研究,目前其混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)已到達(dá)了商品化程度。90年代以來(lái),日本、美國(guó)、歐洲各大汽車(chē)公司紛紛開(kāi)場(chǎng)研制混合動(dòng)力型汽車(chē)。日本豐田汽車(chē)公司率先于1997年12月將混合動(dòng)力型Prius轎車(chē)投放本國(guó)市場(chǎng),2000年初又開(kāi)場(chǎng)投放北美市場(chǎng),并將月產(chǎn)由1000輛調(diào)升到月產(chǎn)2000輛,三年銷(xiāo)售了4.5萬(wàn)輛,產(chǎn)品出現(xiàn)了供不應(yīng)求局面,初戰(zhàn)告捷,不僅震動(dòng)了全球汽車(chē)廠商,而且也大大鼓舞了豐田汽車(chē)公司的全體員工,豐田公司方案到2008年時(shí),混合動(dòng)力汽車(chē)到達(dá)年產(chǎn)80萬(wàn)輛,據(jù)國(guó)外專(zhuān)家預(yù)測(cè)在未來(lái)的十年,可能有40%的汽車(chē)均將采用混合動(dòng)力技術(shù)。除了豐田公司以外,本田公司也已投產(chǎn)Insight混合動(dòng)

39、力汽車(chē)。在美國(guó)環(huán)?？偸鹪u(píng)為2003年美國(guó)十大節(jié)能汽車(chē)中本田公司的Insight混合動(dòng)力汽車(chē)第一名,第二名則為豐田汽車(chē)公司的Prius混合動(dòng)力汽車(chē)。在美國(guó),由政府發(fā)動(dòng)全美所有有關(guān)的科研機(jī)構(gòu)(包括軍工、航天部門(mén))來(lái)進(jìn)展電動(dòng)汽車(chē)的研究,目標(biāo)是新的節(jié)能車(chē)必須保持現(xiàn)有汽車(chē)的價(jià)格和性能,并且電動(dòng)汽車(chē)包括混合動(dòng)力電動(dòng)車(chē)的購(gòu)置者享有政府提供的各項(xiàng)稅費(fèi)減免優(yōu)惠。在此情形下,美國(guó)能源部與三大汽車(chē)公司鑒訂了混合動(dòng)力汽車(chē)開(kāi)發(fā)合同(PNGV工程),其用和福特汽車(chē)公司各投入1.48億美元,克來(lái)斯勒投入8480萬(wàn)美元,進(jìn)展為期5年的研制開(kāi)發(fā)工作,三大公司于1998年在北美國(guó)際汽車(chē)展上分別展出了混合動(dòng)力汽車(chē)樣車(chē),迄今己開(kāi)發(fā)出

40、多種形式的混合電動(dòng)動(dòng)力汽車(chē),例如克萊斯勒的ES*3、福特的PZOOO、通用的Gent等。PNGV工程在HEV性能仿真、汽車(chē)集成動(dòng)力模塊等技術(shù)領(lǐng)域取得了顯著成就。在歐洲,各大汽車(chē)廠商爭(zhēng)先恐后的推出了本公司研制的混合動(dòng)力汽車(chē)。其HEV的突出代表是法國(guó)的Berlinge,在性?xún)r(jià)比上能與一般汽車(chē)相抗衡,代表了國(guó)際實(shí)用先進(jìn)水平。法國(guó)雷諾公司研制的VERT和HYMNIE兩款混合動(dòng)力汽車(chē)已進(jìn)展了10,000公里的運(yùn)行試驗(yàn)。德國(guó)西門(mén)子和波許(BOSCH)等著名零部件公司也積極參與大汽車(chē)公司聯(lián)手開(kāi)發(fā)混合動(dòng)力汽車(chē)技術(shù)。國(guó)HEV研究現(xiàn)狀我國(guó)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的研究起步并不晚,但在規(guī)模上與投入力度上不能與興旺國(guó)家相提并論。九

41、十年代中期在有關(guān)專(zhuān)家的呼吁下,開(kāi)場(chǎng)對(duì)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)表示出了極大的關(guān)注,并積極著手研制開(kāi)發(fā)樣車(chē),例如金龍汽車(chē)公司與清華大學(xué)合作,研制了串聯(lián)式混合動(dòng)力中巴。現(xiàn)在投入混合動(dòng)力電動(dòng)汽茱研制工作的產(chǎn)、學(xué)、研單位已不下十余家,但大都規(guī)模較小,經(jīng)費(fèi)短缺,技術(shù)較低,技術(shù)方案大多雷同,甚至重復(fù)。2000年以來(lái),在國(guó)家科技部部署下,成立了國(guó)家863電動(dòng)汽車(chē)重大專(zhuān)項(xiàng)小組,以東風(fēng)汽車(chē)公司,中科院所屬的相關(guān)科研院所以及清華大學(xué)、華中科技大學(xué)等高校為主要成員單位對(duì)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)展開(kāi)了研制,目前已完成階段性的成果,并有局部樣車(chē)投入試運(yùn)行。力爭(zhēng)在近年完成提高核心竟?fàn)幠芰?建立公共技術(shù)平臺(tái)、推進(jìn)商品化示運(yùn)營(yíng)等一系列產(chǎn)業(yè)

42、化工作。近些年來(lái)國(guó)汽車(chē)公司也著手研發(fā)HEV。十五電動(dòng)汽車(chē)重大專(zhuān)項(xiàng)己經(jīng)開(kāi)花結(jié)果,己經(jīng)開(kāi)發(fā)了紅旗牌混合動(dòng)力轎車(chē)FIG1一2Hongqi。2002年,長(zhǎng)安公司著手研發(fā)混合動(dòng)力汽車(chē),經(jīng)過(guò)4年的努力,長(zhǎng)安公司己掌握了混合動(dòng)力汽車(chē)的核心技術(shù),建立起了19項(xiàng)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn),形成了自己的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程和工程管理模式,并推出我國(guó)首款具有實(shí)用價(jià)值的混合動(dòng)力汽車(chē)長(zhǎng)安CV9。比亞迪公司也于2007年推出他們的首款混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)F3DM。這些HEV開(kāi)發(fā)的成功,使我國(guó)HEV技術(shù)躍上了一個(gè)新臺(tái)階,標(biāo)志著我國(guó)的HEV技術(shù)到達(dá)了新的水平。1.3 HEV 關(guān)鍵技術(shù)的研究HEV的關(guān)鍵技術(shù)包括車(chē)身構(gòu)造設(shè)計(jì)、發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)、電機(jī)及其控制技術(shù)、

43、儲(chǔ)能元件、動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配、多能源控制策略以及HEV的仿真技術(shù)。只有將這些關(guān)鍵技術(shù)合理運(yùn)用到一起才是HEV能夠推廣的關(guān)鍵所在。 車(chē)身與構(gòu)造設(shè)計(jì)HEV車(chē)身的設(shè)計(jì)有兩種根本方法，一種是改造現(xiàn)有車(chē)輛，二是針對(duì)不同技術(shù)要求進(jìn)展專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)。根據(jù)原有車(chē)輛進(jìn)展改裝，就是要在原有燃油汽車(chē)的構(gòu)造根底上，增加一套儲(chǔ)能元件-電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。由于可以采用原有的汽車(chē)底盤(pán)，對(duì)于小批量的生產(chǎn)和試驗(yàn)而言，這種方法確實(shí)比擬經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，但對(duì)于絕大局部改裝汽車(chē)而言，自重過(guò)大、質(zhì)量分配不均等缺點(diǎn)是其難敵克制的，而且會(huì)對(duì)汽車(chē)的動(dòng)力性能產(chǎn)生負(fù)面影響。HEV大局部有特定的設(shè)計(jì)目的，這種特定設(shè)計(jì)的車(chē)型使得HEV與改裝車(chē)相比有很大的優(yōu)勢(shì)，它使得設(shè)

44、計(jì)者可以靈活地布置和整合各子系統(tǒng)，使之能夠高效地運(yùn)行。與傳統(tǒng)燃油汽車(chē)相比，HEV由于有發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)兩套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，所以在構(gòu)造設(shè)計(jì)方面相對(duì)靈活。 發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)概述發(fā)動(dòng)機(jī)是HEV的主要?jiǎng)恿υ?，要求其燃油?jīng)濟(jì)性好、排放低。經(jīng)過(guò)一個(gè)多世紀(jì)的開(kāi)展，車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)在動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性以及排放方面有了很大的改良，特別是近年來(lái)增壓中冷、電控燃油噴射、排氣再循環(huán)、高壓共軌、可變進(jìn)氣渦輪、和催化后處理等技術(shù)的研制，使得發(fā)動(dòng)機(jī)的性能較之以前有很大提升。作為一種非常成熟的動(dòng)力元件，發(fā)動(dòng)機(jī)在HEV上的應(yīng)用難度不大。 電機(jī)及其控制技術(shù)純電動(dòng)車(chē)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的要求與串聯(lián)式系統(tǒng)相似，電機(jī)要求體積小、效率高、有較好的控制性能。在并聯(lián)和混聯(lián)式構(gòu)

45、造系統(tǒng)中要求電機(jī)能夠適應(yīng)頻繁的起停和電動(dòng)/發(fā)電狀態(tài)的切換。在并聯(lián)系統(tǒng)輕度復(fù)合的構(gòu)造中，對(duì)電機(jī)功率要求不高，可采用與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸同軸的布置構(gòu)造，進(jìn)一步減小了電機(jī)的體積和重量。 儲(chǔ)能元件為了提高HEV動(dòng)力系統(tǒng)的能量利用率和整車(chē)的動(dòng)力性能，在選擇適宜的輔助動(dòng)力元件的根底上，還需要裝備比能量密度較大、而且能夠瞬時(shí)提供較大功率的儲(chǔ)能元件。目前應(yīng)用較多的主要有鉛酸電池、鎳氫電池、鏗離子電池和超級(jí)電容等?，F(xiàn)在的超級(jí)電容表現(xiàn)出的儲(chǔ)能密度為每千克5至6瓦時(shí)。超級(jí)電容器的面積是基于多孔炭材料，該材料的多孔結(jié)夠允許其面積到達(dá)2000m2/g，通過(guò)一些措施可實(shí)現(xiàn)更大的比外表積。超級(jí)電容器電荷別離開(kāi)的距離是由被吸引到帶電

46、電極的電解質(zhì)離子尺寸決定的。該距離比傳統(tǒng)電容器薄膜材料所能實(shí)現(xiàn)的距離更小。這種龐大的外表積再加上非常小的電荷別離距離使得超級(jí)電容器較傳統(tǒng)電容器而言有驚人大的靜電容量，這也是其超級(jí)所在。 動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配1根據(jù)性能指標(biāo)和整車(chē)參數(shù)的設(shè)計(jì)要求，合理運(yùn)用汽車(chē)?yán)碚摰南嚓P(guān)原理、公式計(jì)算各動(dòng)力系統(tǒng)主要部件的參數(shù)。2在工況分析的根底上對(duì)電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)展設(shè)計(jì)是一種比擬成熟的方法，工況分析的主要工程包括：典型工況、特殊工況和工況適應(yīng)性分析。工況分析的目的是獲取車(chē)輛能量和動(dòng)力的需求，根據(jù)車(chē)輛的能量和動(dòng)力需求分析可以得出動(dòng)力系統(tǒng)的系統(tǒng)能量和動(dòng)力性能的最低需求，并對(duì)其各主要部件提出合理的參數(shù)要求，設(shè)計(jì)出符合使用條件的車(chē)輛。

47、3常見(jiàn)的是以仿真軟件ADVISOR為平臺(tái)，針對(duì)混合動(dòng)力系統(tǒng)的各主要元件，建立相應(yīng)的模塊，通過(guò)仿真確定各動(dòng)力元件的參數(shù)，并判斷其對(duì)整車(chē)性能的影響。 多能源控制策略HEV與傳統(tǒng)汽車(chē)相比最大的改良就是動(dòng)力源的增加，這就導(dǎo)致了在HEV中能量流動(dòng)方向的多樣性。多能源控制策略的目標(biāo)是解決HEV行駛過(guò)程中所需的功率和能量何時(shí)或用何種方法由車(chē)上何種形式的動(dòng)力源來(lái)提供能量的管理策略問(wèn)題?？刂撇呗允?HEV 的根基，因?yàn)槠渲苯涌刂浦芰吭谲?chē)輛部的流動(dòng)方式，從而對(duì)車(chē)輛的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性以及排放指標(biāo)產(chǎn)生影響。 HEV 的仿真技術(shù)在研究和開(kāi)發(fā)HEV的部件以及選擇最正確系統(tǒng)構(gòu)型時(shí)，要求設(shè)計(jì)者能夠盡可能的縮小研究圍，縮短研發(fā)

48、周期和減少本錢(qián)的投入，找到技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)。在選擇技術(shù)方案時(shí)，采用計(jì)算機(jī)對(duì)混和動(dòng)力系統(tǒng)和各部件進(jìn)展建模和仿真，通過(guò)其性能分析進(jìn)一步對(duì)系統(tǒng)進(jìn)展評(píng)估。仿真技術(shù)的應(yīng)用，大大降低了產(chǎn)品的研發(fā)本錢(qián)，縮短了研發(fā)周期，是HEV技術(shù)開(kāi)展的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。第二章混合動(dòng)力汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方案研究混合動(dòng)力車(chē)輛的定義為:在特定的工作條件下,可以從兩種或兩種以上的能量存儲(chǔ)器、能量源或能量轉(zhuǎn)化器中獲取驅(qū)動(dòng)能量的汽車(chē)。其中至少一種存儲(chǔ)器或轉(zhuǎn)化器要安裝在汽車(chē)上?；旌蟿?dòng)力電動(dòng)汽車(chē)至少有一種能量存儲(chǔ)器、能量源或能量轉(zhuǎn)化器可以傳遞電能?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是指汽車(chē)上所有的用于存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)化和傳遞能量并使汽車(chē)獲得運(yùn)動(dòng)能力的部件的總稱(chēng)。主要包括車(chē)載

49、能源、原動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)三個(gè)局部。車(chē)載能源是在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中用于能源存儲(chǔ)或用于能源存儲(chǔ)并進(jìn)展能源的初始轉(zhuǎn)化以向原動(dòng)機(jī)直接供能的所有部件的總稱(chēng),由能源存儲(chǔ)系統(tǒng)或能源存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)化調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成,例如油箱。原動(dòng)機(jī)是指驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中用于把其他行駛的能量轉(zhuǎn)化為可以直接驅(qū)動(dòng)車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能的裝置,比方普通車(chē)輛上的發(fā)動(dòng)機(jī),純電動(dòng)汽車(chē)上的電動(dòng)機(jī)等。傳動(dòng)系統(tǒng)是用于傳遞和調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)輸出機(jī)械能,并輸送給車(chē)輛驅(qū)動(dòng)車(chē)輪,實(shí)現(xiàn)車(chē)輛正常行駛的所有部件的總稱(chēng)。主要包括離合器、減速/變速器、傳動(dòng)軸、主減速器、差速器、半軸以及驅(qū)動(dòng)車(chē)輪等。目前混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)根據(jù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)配置和組合方式不同,主要分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式。本章接下來(lái)將系統(tǒng)介紹三

50、種驅(qū)動(dòng)形式。2.1混合動(dòng)力汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)模式串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)串聯(lián)式(SeriesHybrid Electric vehicle,簡(jiǎn)稱(chēng)SHEV):串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)由發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電池組、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和控制器等主要部件組成。發(fā)動(dòng)機(jī)僅僅用于發(fā)電,發(fā)電機(jī)所發(fā)出的電能供應(yīng)電動(dòng)機(jī),電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車(chē)行駛。發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)組成一個(gè)系統(tǒng),當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率超過(guò)汽車(chē)行駛所需要的功率時(shí),發(fā)電機(jī)發(fā)出的局部電能向電池充電,來(lái)延長(zhǎng)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的行駛里程。另外,電池還可以單獨(dú)向電動(dòng)機(jī)提供電能來(lái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē),使混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)在零污染狀態(tài)下行駛。在串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)上,由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的電能和電池輸出的電能,

51、共同輸出到電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車(chē)行駛,電動(dòng)機(jī)的電力驅(qū)動(dòng)是唯一的驅(qū)動(dòng)模式。雖然串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)各部件的功率較大、體積和質(zhì)量也較大,安裝布置有很大難度,而且由于固定的連接方式,造成能量從熱能到電能再到機(jī)械能的轉(zhuǎn)化過(guò)程中損失較大。但發(fā)動(dòng)機(jī)本身的燃油經(jīng)濟(jì)性高,在電池SOC較高時(shí)還可以關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī),只利用電池進(jìn)展功率輸出,使發(fā)動(dòng)機(jī)防止了低速運(yùn)行工況,提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。同時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)和車(chē)軸之間沒(méi)有直接的機(jī)械連接,發(fā)動(dòng)機(jī)可以始終工作在期望的工作點(diǎn)上,其本身的燃油經(jīng)濟(jì)性高,可以保持在穩(wěn)定、高效和低污染的運(yùn)行狀態(tài)。串聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)造圖如圖2.1所示。圖2.1串聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)造串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的具體工作

52、模式如下:(l)在車(chē)輛起步、正常行駛或加速過(guò)程中,發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)發(fā)電機(jī)單獨(dú)(或與電池兩者一起)發(fā)出電能并傳遞給功率轉(zhuǎn)換器,然后驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī),再通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪,其具體過(guò)程如圖2.2所示。(2)在輕載運(yùn)行時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率大于驅(qū)動(dòng)車(chē)輪所要求的功率,發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的多余電能被用來(lái)向電池充電,直到電池的容量到達(dá)預(yù)定的水平,其具體過(guò)程如圖2.2所示。(3)在制動(dòng)或減速的過(guò)程中,電動(dòng)機(jī)起發(fā)電機(jī)的作用,將車(chē)輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成電能,并通過(guò)功率轉(zhuǎn)換器向電池充電,以實(shí)現(xiàn)能量的回收利用,從而節(jié)約能源,其具體過(guò)程如圖2.2所示。(4)在車(chē)輛停車(chē)時(shí),司機(jī)可以根據(jù)電池的儲(chǔ)能情況,啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)發(fā)電機(jī)和功率轉(zhuǎn)換器給電池充電,以便

53、到達(dá)車(chē)輛系統(tǒng)要求,供車(chē)輛運(yùn)行時(shí)使用,其具體過(guò)程如圖2.2所示。圖2.2串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)工作模式并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)并聯(lián)式(ParallelHybrid Electric Vehicle,簡(jiǎn)稱(chēng)PHEV):并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)/發(fā)電機(jī)、電池組、電機(jī)控制器等部件組成,與串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)不同的是,發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)/發(fā)電機(jī)以機(jī)械能疊加的方式來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車(chē),可以組合成不同的動(dòng)力學(xué)模式。發(fā)動(dòng)機(jī)功率和電動(dòng)/發(fā)電機(jī)功率約為電動(dòng)汽車(chē)所需最大驅(qū)動(dòng)功率的50%100%(最大),其能量利用率高。并聯(lián)式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)造中,發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)通過(guò)*種動(dòng)力禍合裝置同時(shí)與驅(qū)動(dòng)橋直接相連接,從而使其有發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)

54、和電力驅(qū)動(dòng)兩套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),兩者既可以單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛,也可以共同驅(qū)動(dòng)車(chē)輛。因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)車(chē)輪之間直接相連,發(fā)動(dòng)機(jī)既可以通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪,又可以帶動(dòng)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)發(fā)電,給電池組充電,但發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)受到驅(qū)開(kāi)工況的影響較大。電動(dòng)機(jī)既可以作電動(dòng)機(jī)又可以作發(fā)電機(jī)使用,被稱(chēng)為電動(dòng)/發(fā)電機(jī)組,它可以用來(lái)平衡發(fā)動(dòng)機(jī)所受的載荷,使其能在高效率區(qū)域工作。電動(dòng)/發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)主要用于中、低速的城市路況行駛,在加速和爬坡時(shí)配合發(fā)動(dòng)機(jī)共同驅(qū)動(dòng)車(chē)輛,大大提高了汽車(chē)的加速性能和爬坡性能。并聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)造如圖2.3所示。圖2.3并聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)造并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的具體工作模式:(1)在車(chē)輛起步過(guò)程中,發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)兩

55、者可以單獨(dú)工作,也可以同時(shí)工作驅(qū)動(dòng)汽車(chē)運(yùn)行；在節(jié)氣門(mén)全開(kāi)的加速行駛過(guò)程中,發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和電力驅(qū)動(dòng)兩套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)共同驅(qū)動(dòng)車(chē)輛,其具體過(guò)程如圖2.4所示。(2)在車(chē)輛正常行駛過(guò)程中,根據(jù)車(chē)輛系統(tǒng)的需要,可僅僅由發(fā)動(dòng)機(jī)提供必需的功率以驅(qū)動(dòng)車(chē)輛運(yùn)行,而電動(dòng)/發(fā)電機(jī)系統(tǒng)保持脫離工作的狀態(tài),以到達(dá)節(jié)省能源的目的,其具體過(guò)程如圖2.4所示。(3)在車(chē)輛減速/制動(dòng)過(guò)程中,電動(dòng)/發(fā)電機(jī)系統(tǒng)起到發(fā)電機(jī)的作用,并通過(guò)功率轉(zhuǎn)換器向電池組充電,以實(shí)現(xiàn)能量的回收利用,從而節(jié)約能源,降低了本錢(qián),其具體過(guò)程如圖2.4所示。(4)在車(chē)輛輕載運(yùn)行過(guò)程中,發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率大于驅(qū)動(dòng)車(chē)輪所要求的功率,發(fā)動(dòng)機(jī)一方面驅(qū)動(dòng)車(chē)輛正常行駛,另一方面

56、向電動(dòng)/發(fā)電機(jī)組提供一局部功率,通過(guò)功率轉(zhuǎn)換器向電池組充電,直到電池的容量到達(dá)預(yù)定的水平；同時(shí),假設(shè)有必要在車(chē)輛停頓運(yùn)行時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)也可以運(yùn)轉(zhuǎn)向電池組充電,完成儲(chǔ)電準(zhǔn)備。其具體過(guò)程如圖2.4所示。圖2.4并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)工作?；炻?lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)混聯(lián)式(Series Parallel Hybrid Electric Vehicle簡(jiǎn)稱(chēng):SPHEV):混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng),在構(gòu)造上綜合了串聯(lián)式和并聯(lián)式的特點(diǎn)。與串聯(lián)式相比,它增加了機(jī)械動(dòng)力的傳遞路線(xiàn)；與并聯(lián)式相比,它增加了電能的傳輸路線(xiàn)。因此,它具有更多的工作模式?；炻?lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)綜合了串聯(lián)式和并聯(lián)式兩種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn),具有最正確

57、的綜合性能。其最大特點(diǎn)是在汽車(chē)起步和低速行駛時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)可以完全關(guān)閉,僅僅依靠電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),并且在汽車(chē)停頓時(shí),電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)停頓工作,以盡量減少能量的損耗。為了實(shí)現(xiàn)混聯(lián)式的混合駕駛模式,發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)之間及電動(dòng)機(jī)與變速器之間必須進(jìn)展機(jī)械連接,目前,行星齒輪是該機(jī)械連接最好的裝置之一。其中,太陽(yáng)輪與發(fā)電機(jī)相連,齒圈與傳動(dòng)裝置相連,行星架與發(fā)動(dòng)機(jī)相連。動(dòng)力從發(fā)動(dòng)機(jī)輸出到與其相連的行星架,行星架將一局部動(dòng)力傳給太陽(yáng)輪經(jīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能,另一局部傳送到電動(dòng)機(jī)并輸出到驅(qū)動(dòng)軸。目前,世界很多汽車(chē)公司都在試圖生產(chǎn)混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)?，F(xiàn)在將豐田混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)Prius的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)造表示如圖2.5所

58、示。圖2.5豐田混聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)造混聯(lián)式雖然集中了串聯(lián)式和并聯(lián)式的眾多優(yōu)點(diǎn),但該系統(tǒng)構(gòu)造復(fù)雜,布置方式將會(huì)比單純的串聯(lián)式或并聯(lián)式增加更多的零部件,組成構(gòu)造大,布置相當(dāng)困難。這種模式的系統(tǒng)構(gòu)造有待進(jìn)一步優(yōu)化、控制策略有待進(jìn)一步開(kāi)展。混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的具體工作模式:(l)在車(chē)輛起步/輕載運(yùn)行時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉,蓄電池單獨(dú)工作提供車(chē)輛行駛所需的動(dòng)力,其具體過(guò)程如圖2.6所示。(2)在節(jié)氣門(mén)全開(kāi)車(chē)輛加速行駛時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)、蓄電池和發(fā)電機(jī)同時(shí)工作,共同分擔(dān)車(chē)輛行駛所需的動(dòng)力,其具體過(guò)程如圖2.6所示。(3)在車(chē)輛正常行駛時(shí),蓄電池關(guān)閉,發(fā)動(dòng)機(jī)工作,提供車(chē)輛所需動(dòng)力,其具體過(guò)程如圖2.6所示。(4)在車(chē)

59、輛制動(dòng)或減速行駛時(shí),電動(dòng)機(jī)工作于發(fā)電機(jī)模式,通過(guò)功率轉(zhuǎn)換器給蓄電池組充電,以實(shí)現(xiàn)能量的回收利用,從而節(jié)約能源,降低了使用本錢(qián)。其具體過(guò)程如圖2.6所示。(5)在車(chē)輛行駛時(shí),根據(jù)車(chē)輛系統(tǒng)的需要,如果蓄電池需要充電,發(fā)動(dòng)機(jī)一局部動(dòng)力用于驅(qū)動(dòng)車(chē)輛,另一局部動(dòng)力由發(fā)電機(jī)經(jīng)功率轉(zhuǎn)換器給蓄電池充電,直到電池的容量到達(dá)預(yù)定的水平,其具體過(guò)程如圖2.6所示。(6)在車(chē)輛停頓時(shí),司機(jī)可以根據(jù)電池的儲(chǔ)能情況,啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)發(fā)電機(jī)和功率轉(zhuǎn)換器給電池充電,以便到達(dá)車(chē)輛系統(tǒng)要求,供車(chē)輛運(yùn)行時(shí)使用,其具體過(guò)程如圖2.6所示。圖2.6混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)工作模式2.2動(dòng)力系統(tǒng)選型選型策略基于上述對(duì)不同動(dòng)力系統(tǒng)特點(diǎn)的分析,在選

60、型策略基于上述對(duì)不同動(dòng)力系統(tǒng)特點(diǎn)的分析,在動(dòng)力系統(tǒng)選型中動(dòng)力系統(tǒng)選型中應(yīng)著重考慮以下的幾個(gè)因素:(1)使用條件:HEV的動(dòng)力系統(tǒng)一般基于特定的工況設(shè)計(jì),這是因?yàn)槎鄶?shù)動(dòng)力系統(tǒng)對(duì)工況比擬敏感,工況不同性能差異很大,只有在特定的工況下才能充分發(fā)揮低油耗、低排放的特點(diǎn)。(2)性能要求:不同類(lèi)型的HEV之間差異十清楚顯,在選型時(shí)必須對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)造引發(fā)的性能差異給與充分的關(guān)注。如果對(duì)經(jīng)濟(jì)性要求苛刻,就必須選擇配有峰值功率調(diào)節(jié)器的構(gòu)造型式,串聯(lián)式則難以成為適宜的選擇。(3)技術(shù)條件:所謂技術(shù)條件,除研究開(kāi)發(fā)的條件和力量外,還包括工業(yè)根底。強(qiáng)調(diào)工業(yè)根底是因?yàn)閷?duì)一些常見(jiàn)的動(dòng)力系統(tǒng)的部件,我國(guó)產(chǎn)品的水平還不能滿(mǎn)足