論文(混合動(dòng)力汽車系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理).ppt

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1、,淺析混合動(dòng)力汽車系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理,09汽服郭永強(qiáng),,摘要 全球能源及環(huán)境問(wèn)題日益突出，一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的燃油發(fā)動(dòng)機(jī)車輛廢氣排放對(duì)空氣造成嚴(yán)重污染；另一方面石油資源作為不可再生能源日益緊缺，地球上的石油資源總有一天會(huì)枯竭，若沒(méi)有新能源或代替能源，到那時(shí)汽車將寸步難行，為此替代燃油發(fā)動(dòng)機(jī)汽車已經(jīng)成為現(xiàn)代汽車研發(fā)方向的重點(diǎn)，例如氫能源汽車、燃料電池汽車等。但以目前的條件和實(shí)用性來(lái)看，具備商業(yè)化運(yùn)作條件的只有混合動(dòng)力汽車（Hybrid Electric Vehicle，簡(jiǎn)稱HEV）?；旌蟿?dòng)力汽車（亦稱復(fù)合動(dòng)力汽車，英文為 Hybrid Power Automobile）是指車上裝有兩個(gè)以上動(dòng)力源：蓄電

2、池、燃料電池、太陽(yáng)能電池、內(nèi)燃機(jī)的發(fā)電機(jī)組，當(dāng)前復(fù)合動(dòng)力汽車一般是指內(nèi)燃機(jī)車發(fā)電機(jī)，再加上蓄電池的汽車?；旌蟿?dòng)力汽車的問(wèn)世給人類帶來(lái)了諸多好處，不僅石油消耗減少了，環(huán)境問(wèn)題也得以改善，由于混合動(dòng)力汽車在節(jié)能和降低排放污染方面的明顯優(yōu)勢(shì)，因而受到很大的重視，研制開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程相當(dāng)快。本文重點(diǎn)闡述了混合動(dòng)力汽車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理，并分析介紹了混合動(dòng)力汽車的控制策略、其優(yōu)缺點(diǎn)、技術(shù)難題。 關(guān)鍵詞：混合動(dòng)力汽車，結(jié)構(gòu)，原理，控制策略,,目錄 1 緒論 2 混合動(dòng)力汽車的簡(jiǎn)介與分類 2.1混合動(dòng)力汽車的簡(jiǎn)介 2.2混合動(dòng)力汽車系統(tǒng)的分類 3 混合動(dòng)力汽車的結(jié)構(gòu)與原理 3.1 混合動(dòng)力汽車的節(jié)能機(jī)理

3、 3.2 串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車（SHEV） 3.3 并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車（PHEV） 3.4 混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車（PSHE） 4 混合動(dòng)力汽車的策略 4.1 混合動(dòng)力系統(tǒng)的控制策略 4.2 混合動(dòng)力能量管理策略 5 混合動(dòng)力汽車優(yōu)缺點(diǎn)分析及技術(shù)難點(diǎn) 5.1 串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的優(yōu)缺點(diǎn)分析 5.2 并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的優(yōu)缺點(diǎn)分析 5.3 混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的優(yōu)缺點(diǎn)分析 5.4 混合動(dòng)力汽車的關(guān)鍵技術(shù) 結(jié)語(yǔ) 參考文獻(xiàn) ,研究背景 隨著全球能源短缺，環(huán)境問(wèn)題的日益突顯，開(kāi)發(fā)利用新能源無(wú)疑是長(zhǎng)久發(fā)展的出路之一。為此世界各國(guó)和各大汽車公司紛紛研究與開(kāi)發(fā)新型高效能汽車，例如氫能源汽車、電動(dòng)汽車、太陽(yáng)能汽車

4、等。這些新型汽車的開(kāi)發(fā)能有效減少有害氣體的排放，改善生活環(huán)境，還可以減少人類對(duì)石油資源的依賴。雖然這些新型汽車有很多優(yōu)勢(shì)，但還有許多不完善之處，例如：制造、運(yùn)輸?shù)缺容^困難、成本高、投資大。然而，混合動(dòng)力汽車作為節(jié)能化、環(huán)保化的新型動(dòng)力系統(tǒng)的現(xiàn)代化汽車，早已是現(xiàn)代汽車發(fā)展道路上的重要話題?；旌蟿?dòng)力汽車同時(shí)裝備兩種動(dòng)力來(lái)源熱動(dòng)力源（由傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生）與電動(dòng)力源（電池與電動(dòng)機(jī)）的汽車。通過(guò)在混合動(dòng)力汽車上加裝使用電動(dòng)機(jī)，使得動(dòng)力系統(tǒng)可以按照整車的實(shí)際運(yùn)行工況進(jìn)行靈活調(diào)控，而發(fā)動(dòng)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，減少有害氣體的排放。其優(yōu)點(diǎn)在于車輛啟動(dòng)、停止時(shí)只靠發(fā)電機(jī)帶動(dòng)，達(dá)不到一定速

5、度發(fā)動(dòng)機(jī)則不工作，因此便能使發(fā)動(dòng)機(jī)一直保持在最佳工作狀態(tài)，即動(dòng)力性好、排放低。比較而言，在這傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)與新型能源汽車的過(guò)渡期間，混合動(dòng)力汽車更適合社會(huì)發(fā)展和人類生活的需求。,一 、混合動(dòng)力汽車的簡(jiǎn)介與分類1.1 混合動(dòng)力汽車的簡(jiǎn)介 混合動(dòng)力汽車（Hybrid Electrical Vehecle，簡(jiǎn)稱HEV）是指由兩種或兩種以上不同類型的動(dòng)力源聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的車輛，車輛的行駛動(dòng)力依據(jù)車輛行駛狀態(tài)由單個(gè)動(dòng)力源單獨(dú)或多個(gè)動(dòng)力源共同提供，其中至少有一種能提供電能的汽車?；旌蟿?dòng)力汽車就是在純電動(dòng)汽車上加裝一套內(nèi)燃機(jī)，其目的是減少汽車的污染，提高純電動(dòng)汽車的行駛里程。,,1.2 混合動(dòng)力汽車的分類 混合動(dòng)

6、力系統(tǒng)有多種分類方式。依據(jù)混合方式的不同，混合動(dòng)力汽車系統(tǒng)可以分為串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)三種類型；依據(jù)混合程度不同，混合動(dòng)力系統(tǒng)還可以分為弱混合動(dòng)力、輕度混合動(dòng)力、中度混合動(dòng)力、重度混合動(dòng)力、插電混合動(dòng)力五類； 按混合方式分類 根據(jù)混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的混合方式，混合動(dòng)力汽車主要分為串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)三類。 1.串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車（Series Hybrid Electric Vehicle,SHEV） 串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電機(jī)控制器、電動(dòng)機(jī)和動(dòng)力電池組成。 圖 1-1 串聯(lián)型Plug-in HEV動(dòng)力系統(tǒng)簡(jiǎn)圖 如圖1-1所示，串聯(lián)型Plug-in HEV 的特點(diǎn)是：發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電

7、，電能通過(guò)電機(jī)控制器直接輸送給電動(dòng)機(jī)，由電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生電磁力矩驅(qū)動(dòng)汽車。在發(fā)動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)橋之間通過(guò)電能實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞。,2.并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)（Parallel Hybrid Electric Vehicle,PHEV） 并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、電機(jī)、電機(jī)控制器和動(dòng)力電池組成，其中電機(jī)可作為電動(dòng)機(jī)使用，也可作為發(fā)電機(jī)使用。采用并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)的汽車有兩個(gè)獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，即傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。車輛驅(qū)動(dòng)力由發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)同時(shí)或單獨(dú)供給，也就是說(shuō)，兩個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)既可以同時(shí)協(xié)調(diào)工作，也可以各自單獨(dú)工作來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車。兩個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)同時(shí)工作時(shí)，以機(jī)械方式實(shí)現(xiàn)動(dòng)力耦合，動(dòng)力的流動(dòng)方向?yàn)椴⒙?lián)，

8、所以稱為并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)。,圖 1-2 并聯(lián)型Plug-in HEV動(dòng)力系統(tǒng)簡(jiǎn)圖,3.混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)（Series/Parallel Hybrid Electric Vehicle） 混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)、動(dòng)力分配機(jī)構(gòu)、發(fā)電機(jī)、電機(jī)控制器、電動(dòng)機(jī)和動(dòng)力電池組成。發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力經(jīng)過(guò)動(dòng)力分配器后分成兩部分，一部分直接驅(qū)動(dòng)車輛，形成機(jī)械傳輸通道；另一部分帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，所產(chǎn)生的電能通過(guò)電機(jī)控制器提供給電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛，形成電力傳輸通道。通過(guò)調(diào)整發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，可以控制機(jī)械傳輸通道和電力傳輸通道的動(dòng)力分配比例。這個(gè)系統(tǒng)具有雙重特征，一是電力傳輸通道和動(dòng)力電池之間以電方式實(shí)現(xiàn)動(dòng)力耦合，動(dòng)力的流向?yàn)?/p>

9、串聯(lián)；二是機(jī)械傳輸通道和電動(dòng)機(jī)之間以機(jī)械方式實(shí)現(xiàn)動(dòng)力耦合，動(dòng)力的流向?yàn)椴⒙?lián)，所以稱為混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)。,圖 1-3 混聯(lián)型Plug-in HEV動(dòng)力系統(tǒng)簡(jiǎn)圖,1.2.2 按混合程度分類 在混合動(dòng)力系統(tǒng)中，根據(jù)電動(dòng)機(jī)的輸出功率在整個(gè)系統(tǒng)輸出功率中所占比例，可以分以下五類：弱混合動(dòng)力（也稱微混合動(dòng)力）、輕度混合動(dòng)力、中度混合動(dòng)力、重度混合動(dòng)力（也稱全混合動(dòng)力，強(qiáng)混合動(dòng)力）、插電式混合動(dòng)力。其混合度不同，功能要求也有差別。 （1）弱混合動(dòng)力系統(tǒng) 這種混合動(dòng)力系統(tǒng)對(duì)傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)機(jī)進(jìn)行了改造，形成了由帶傳動(dòng)的發(fā)電起動(dòng)一體式電機(jī)（BSG）。該電機(jī)用來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)快速起停，因此可以取消發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速過(guò)

10、程，降低了油耗和排放。 （2）輕度混合動(dòng)力系統(tǒng) 該混合動(dòng)力系統(tǒng)采用了集成起動(dòng)電機(jī)（ISG）。輕混合動(dòng)力系統(tǒng)除了能夠?qū)崿F(xiàn)用電機(jī)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的起停外，還能夠在車輛制動(dòng)和下坡工況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)部分能量進(jìn)行回收。 （3）中度混合動(dòng)力系統(tǒng) 該混合動(dòng)力系統(tǒng)同樣采用了ISG系統(tǒng)。中混合動(dòng)力系統(tǒng)采用的是高壓電機(jī)，在汽車加速或者大負(fù)荷工況時(shí)，電動(dòng)機(jī)能夠輔助發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛，補(bǔ)充發(fā)動(dòng)機(jī)本身動(dòng)力輸出的不足，提高整車性能。 （4）重度混合動(dòng)力系統(tǒng) 重度混合動(dòng)力系統(tǒng)采用了272-650V的高壓電機(jī)，混合度可以達(dá)到50%以上，在城市循環(huán)工況下節(jié)油率可以達(dá)到30%-50%。 （5）插電式混合動(dòng)力系統(tǒng) 插電式混合動(dòng)力汽車（P

11、lug-in Hybrid Electric Vehicle,PHEV）是可以利用電網(wǎng)對(duì)動(dòng)力電池充電的混合動(dòng)力汽車，可以使用純電動(dòng)模式驅(qū)動(dòng)車輛行駛，且純電動(dòng)行駛里程較長(zhǎng)；電能不足時(shí)，車輛仍可以重度混合模式行駛。,二 混合動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理 2.1 混合動(dòng)力汽車的節(jié)能機(jī)理 1.混合動(dòng)力汽車的節(jié)能途徑 1）混合動(dòng)力汽車可以從以下四個(gè)方面達(dá)到節(jié)能目的: 2）選擇較小的發(fā)動(dòng)機(jī)，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷率。 3）改善控制策略使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在高效率區(qū)，以改善整車的燃油消耗。 4）發(fā)動(dòng)機(jī)具有取消怠速和高速斷油的功能，以節(jié)省燃油消耗。 具有再生制動(dòng)能量回收功能。,2.2 串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車（SHEV）

12、串聯(lián)式混合動(dòng)力模式由發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)三大動(dòng)力組成，發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用“串聯(lián)”的方式組成SHEV的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 （一）串聯(lián)式混合動(dòng)力的結(jié)構(gòu) 串聯(lián)式混合動(dòng)力的結(jié)構(gòu)如下圖所示。它由發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)三大動(dòng)力總成組成，它們采用“串聯(lián)”的方式組成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。,圖2-1 串聯(lián)式簡(jiǎn)圖,（二）串聯(lián)式混合動(dòng)力的工作原理 在車輛行駛之初，蓄電池組處于電量飽和狀態(tài)，其能量輸出可以滿足車輛要求，輔助動(dòng)力系統(tǒng)不需要工作，蓄電池輸出的直流電經(jīng)控制器變?yōu)榻涣麟姾蠊┤腧?qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩經(jīng)變速器、傳動(dòng)軸及驅(qū)動(dòng)橋驅(qū)動(dòng)車輪。蓄電池組電量低于60%時(shí)，輔助動(dòng)力系統(tǒng)起動(dòng)，為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供能量的

13、同時(shí)，還給蓄電池組進(jìn)行充電。當(dāng)車輛能量需求較大時(shí)，輔助動(dòng)力系統(tǒng)與蓄電池組同時(shí)為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供能量，發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的交流電經(jīng)整流器變?yōu)橹绷麟姾碗姵剌敵龅闹绷麟娊?jīng)控制器變?yōu)榻涣麟姾蠊┤腧?qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。 由于蓄電池組的存在，使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的工況，使其排放得到改善。 （三）串聯(lián)式混合動(dòng)力的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1）發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)組成的輔助動(dòng)力單元一起工作產(chǎn)生所需的電能。發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)之間的機(jī)械連接裝置中不需要離合器。 2）發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能首先通過(guò)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能，轉(zhuǎn)化后的電能一部分用來(lái)給蓄電池充電，另一部分經(jīng)由電動(dòng)機(jī)和機(jī)械傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)車輪。 3）單條驅(qū)動(dòng)線路，兩個(gè)電機(jī)，只有牽引電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車

14、行駛，而發(fā)動(dòng)機(jī)僅用于帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，與驅(qū)動(dòng)輪無(wú)機(jī)械連接，不直接驅(qū)動(dòng)車輛。在兩個(gè)電機(jī)種，一個(gè)電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)和能量回饋，另一個(gè)電機(jī)專門用于發(fā)電。 4）屬于內(nèi)燃機(jī)輔助型的電動(dòng)汽車，用于增加電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程。,2.3 并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車（PHEV） 并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車由發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)/發(fā)電機(jī)或驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)兩大動(dòng)力總成組成。發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)/發(fā)電機(jī)或驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)采用“并聯(lián)”的方式組成PHEV的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 （一）并聯(lián)式混合動(dòng)力的結(jié)構(gòu) 并聯(lián)式混合動(dòng)力是由發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)或驅(qū)動(dòng)電機(jī)兩大動(dòng)力總成組成。如圖2-2所示，它們采用“并聯(lián)”的方式組成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力要與車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相結(jié)合： （1）在發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸

15、處進(jìn)行組合； （2）在變速器（包括驅(qū)動(dòng)橋）處進(jìn)行組合； （3）在驅(qū)動(dòng)橋處進(jìn)行組合；,圖2-2 并聯(lián)式簡(jiǎn)圖,（二）并聯(lián)式混合動(dòng)力的工作原理 圖2-2所示，是一種電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力在驅(qū)動(dòng)輪處進(jìn)行組合的驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力組合式PHEV，其驅(qū)動(dòng)模式為： （1）以發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)為基本驅(qū)動(dòng)模式，獨(dú)立驅(qū)動(dòng)后驅(qū)動(dòng)輪； （2）驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)為輔助驅(qū)動(dòng)模式，能獨(dú)立驅(qū)動(dòng)前驅(qū)動(dòng)輪； 在混合驅(qū)動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的后輪動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的前輪動(dòng)力進(jìn)行組合，成為混合四驅(qū)動(dòng)模式。 （三）并聯(lián)式混合動(dòng)力的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 兩條驅(qū)動(dòng)線路：內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)都可以通過(guò)各自的驅(qū)動(dòng)線路驅(qū)動(dòng)車輪。 2）三種基本驅(qū)動(dòng)模式：發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)、電動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)混合

16、驅(qū)動(dòng)。 3）屬于電力輔助型的燃油汽車，可以降低排放和燃油消耗。 4）當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)提供的功率大于驅(qū)動(dòng)車輛所需的功率或者再生制動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)工作在發(fā)電機(jī)狀態(tài)，將多余的能量充入蓄電池。,2.4 混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車（PSHEV） 混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車綜合了SHEV和PHEV的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，由發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)-發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)三大動(dòng)力總成組成。 （一）混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的結(jié)構(gòu) PSHEV是綜合SHEV和PHEV結(jié)構(gòu)特點(diǎn)組成的，由發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)三大動(dòng)力總成組成。電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力要與車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相適應(yīng)，可以在變速器（包括驅(qū)動(dòng)橋）處進(jìn)行組合，也可以在驅(qū)動(dòng)輪處進(jìn)行組合。如圖2-3所示。,圖2-3 混聯(lián)式簡(jiǎn)圖,（

17、二）混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的工作原理 圖2-3所示的是一種發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力在驅(qū)動(dòng)輪處進(jìn)行組合的方式，其驅(qū)動(dòng)模式為： （1）以發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)為基本驅(qū)動(dòng)模式，帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)，并獨(dú)立驅(qū)動(dòng)后驅(qū)動(dòng)輪； （2）以驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)為輔助驅(qū)動(dòng)模式，能獨(dú)立驅(qū)動(dòng)前驅(qū)動(dòng)輪。 在混合驅(qū)動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的后輪動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的前輪動(dòng)力進(jìn)行組合，成為混合四輪驅(qū)動(dòng)模式。 （三）混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 與串聯(lián)式和并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車比較，混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的機(jī)構(gòu)特點(diǎn)如下： 1）將串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車和并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車相結(jié)合，具有兩者的優(yōu)點(diǎn)。 2）與串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車相比，增加了機(jī)械動(dòng)力的傳遞路線。

18、 3）與并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車相比，增加了電能的傳輸路線。 混聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式和控制方式充分發(fā)揮了串聯(lián)式和并聯(lián)式的優(yōu)點(diǎn)，能夠使發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)等部件進(jìn)行更多的優(yōu)化匹配，從而在結(jié)構(gòu)上保證了在更復(fù)雜的工況下使系統(tǒng)工作在最優(yōu)狀態(tài)，因此更容易實(shí)現(xiàn)排放和油耗的控制目標(biāo)。,三 混合系統(tǒng)的策略 3.1 混合系統(tǒng)的控制策略 由于各種混合動(dòng)力汽車結(jié)構(gòu)上的差異，因而需要不同的控制策略來(lái)調(diào)節(jié)和控制功率流在不同元件間的流動(dòng)，其目的是為了實(shí)現(xiàn)最佳的燃油經(jīng)濟(jì)性、最低的排放和較好的驅(qū)動(dòng)性能等。混合動(dòng)力汽車控制策略的設(shè)計(jì)主要考慮以下幾點(diǎn)： 1）優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)：基于最佳燃油經(jīng)濟(jì)性，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速特性曲線確

19、定最佳工作點(diǎn)。 2）優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)的工作曲線：如果發(fā)動(dòng)機(jī)需要發(fā)出不同的功率，相應(yīng)的最優(yōu)工作點(diǎn)就構(gòu)成了發(fā)動(dòng)機(jī)的最優(yōu)工作曲線。 3）優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)的工作區(qū)：在轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速特性曲線上，發(fā)動(dòng)機(jī)有一個(gè)首選的工作區(qū)，在此工作區(qū)內(nèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)的效率較高。 4）最小的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)波動(dòng)：緩慢調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速以減小發(fā)動(dòng)機(jī)波動(dòng)，避免由于發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)波動(dòng)帶來(lái)的燃油經(jīng)濟(jì)惡化。 5）限值發(fā)動(dòng)機(jī)最低轉(zhuǎn)速：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)低速運(yùn)行時(shí)，燃油效率很低，因而當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于設(shè)定的限值時(shí)，應(yīng)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)。 6）適當(dāng)減少發(fā)動(dòng)機(jī)的起停次數(shù)：過(guò)于頻繁地起停發(fā)動(dòng)機(jī)，會(huì)引起油耗和排放惡化。,7）合適的動(dòng)力電池荷電狀態(tài)：動(dòng)力電池的容量須保持在適當(dāng)?shù)乃?，以?/p>

20、在汽車加速時(shí)提供足夠的功率，在汽車制動(dòng)或下坡時(shí)能回收能量。若動(dòng)力電池的容量過(guò)高，應(yīng)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)或怠速運(yùn)轉(zhuǎn)。 8）安全的動(dòng)力電池電壓：在放電、發(fā)電機(jī)充電和制動(dòng)回收充電時(shí)，動(dòng)力電池的電壓會(huì)發(fā)生很大的變化，應(yīng)避免動(dòng)力電池電壓過(guò)低或過(guò)高，否則動(dòng)力電池會(huì)產(chǎn)生永久性破損。 9）分工適當(dāng)：在驅(qū)動(dòng)循環(huán)中，發(fā)動(dòng)機(jī)和動(dòng)力電池應(yīng)合理分擔(dān)汽車所需功率。 10）合理確定純電動(dòng)模式運(yùn)行條件：依據(jù)車速、電池荷電狀態(tài)、汽車加速踏板開(kāi)度等信息確定合理的發(fā)動(dòng)機(jī)起停條件。 11）最大限度地回饋汽車制動(dòng)能量：依據(jù)車速、汽車加速踏板和制動(dòng)踏板等信息確定能量回饋的功率。 12）附件系統(tǒng)的控制：依據(jù)實(shí)時(shí)溫度，控制發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)及電池

21、冷卻風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。 13）工作模式平穩(wěn)轉(zhuǎn)換：在純電動(dòng)模式驅(qū)動(dòng)、混合動(dòng)力模式和汽車減速制動(dòng)等工作模式轉(zhuǎn)換時(shí)，應(yīng)保證過(guò)渡平穩(wěn)。,3.2 混合動(dòng)力的能量管理策略 混合動(dòng)力汽車具有兩個(gè)以上的動(dòng)力源，因此為了解決混合動(dòng)力汽車多動(dòng)力源所引起的模式切換和動(dòng)力分配，需要引入一個(gè)能量管理系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)的能量流動(dòng)進(jìn)行合理的分配。 （一）電動(dòng)機(jī)輔助控制策略 電動(dòng)機(jī)輔助控制策略（Electric Assisted Control Strategy）。電動(dòng)機(jī)輔助的能力控制策略采用發(fā)動(dòng)機(jī)作為主動(dòng)力源，電動(dòng)機(jī)和蓄電池協(xié)助提供峰值功率。這種控制策略容易對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工況進(jìn)行優(yōu)化。與發(fā)動(dòng)機(jī)相比，電動(dòng)機(jī)相應(yīng)快、控制靈敏，容易實(shí)現(xiàn)不

22、同的控制方法。這種控制策略在大多數(shù)并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)中采用。 （二）優(yōu)化ICE曲線控制策略 優(yōu)化ICE曲線控制策略（Optimum ICE Curve Control Strategy）。優(yōu)化ICE 曲線控制策略從靜態(tài)條件下的發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性出發(fā)，將一定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和一定負(fù)荷下發(fā)動(dòng)機(jī)的最低燃油消耗點(diǎn)連成一條線，也就是靜態(tài)條件下發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳工作曲線。在這種模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)在需求功率或轉(zhuǎn)矩高于某個(gè)限值時(shí)才會(huì)工作。同時(shí)，只有在極限情況下（如當(dāng)需求功率超過(guò)了蓄電池的最大功率調(diào)節(jié)能力時(shí)），才會(huì)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)。這種控制策略借鑒了傳統(tǒng)汽車的控制經(jīng)驗(yàn)，側(cè)重于發(fā)動(dòng)機(jī)局部最優(yōu)。,四 混合動(dòng)力汽車的優(yōu)缺點(diǎn)分析及技

23、術(shù)難點(diǎn) 4.1 串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的優(yōu)缺點(diǎn)分析 1.串聯(lián)式混合汽車的優(yōu)點(diǎn) 1）以動(dòng)力電池組為基本能源，可實(shí)現(xiàn)“零污染”狀態(tài)行駛。發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組所發(fā)出的電能向動(dòng)力電池組充電，用于補(bǔ)充動(dòng)力電池組的電能，或直接供給驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，以延長(zhǎng)續(xù)駛里程。 2）發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組中的發(fā)動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)輪之間沒(méi)有機(jī)械上的連接，因此能夠保證在穩(wěn)定、高效、低污染的狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)，將有害氣體排放控制在最低范圍。此外，還可采用燃?xì)廨啓C(jī)、轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)等其他類型的發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)一步降低燃料消耗和有害氣體的排放。 3）趨近于純電動(dòng)汽車，只有電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)具有較為理想的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性，所以驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不需要多擋傳動(dòng)裝置，從

24、而使結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，進(jìn)而降低成本。 4）發(fā)動(dòng)機(jī)與車輪之間在機(jī)械上完全解耦，總體結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，易于控制。發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組和電動(dòng)機(jī)之間沒(méi)有機(jī)械聯(lián)系，在車上布置時(shí)有較大的自由度。,2.串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的缺點(diǎn) 1）電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)功率必須能夠克服車輛在行駛過(guò)程中的最大阻力，故要求電動(dòng)機(jī)功率較大，外形尺寸較大，質(zhì)量較大。由于電動(dòng)機(jī)不經(jīng)常在滿負(fù)荷狀態(tài)下工作，因此效率較低。要求動(dòng)力電池組容量較大，同時(shí)還需要較大功率的發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組，加上龐大的動(dòng)力電池組，整車外形尺寸較大，質(zhì)量較大，在中小型車上布置有困難，較適合應(yīng)運(yùn)于大型客車。 2）發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)在機(jī)械能-電能-機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中，能量損失

25、較大；在動(dòng)力電池組的充、放電過(guò)程中存在能量損耗，車輛也不是經(jīng)常在滿負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，能量轉(zhuǎn)換的綜合效率比內(nèi)燃機(jī)汽車低。 3）發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組與電池組之間的匹配要求較嚴(yán)格，應(yīng)能根據(jù)動(dòng)力電池組SOC的變化，自動(dòng)起動(dòng)或關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，以避免動(dòng)力電池組過(guò)放電和過(guò)充電，因此需要更大容量的電池。,,4.2 并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的優(yōu)缺點(diǎn) 1.并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的優(yōu)點(diǎn) 1）只有發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)兩個(gè)動(dòng)力總成，兩者的功率可以等于車輛驅(qū)動(dòng)功率的50%-100%，比串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車三個(gè)動(dòng)力總成的功率、質(zhì)量和體積小很多。 2）發(fā)動(dòng)機(jī)可直接驅(qū)動(dòng)車輛，沒(méi)有串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能-電能-機(jī)械能的轉(zhuǎn)換過(guò)程，能量轉(zhuǎn)換

26、的綜合效率比串聯(lián)式的高。當(dāng)車輛需要最大輸出功率時(shí)，電動(dòng)機(jī)可以提供額外的輔助動(dòng)力，因此發(fā)動(dòng)機(jī)的功率可選擇得較小，燃油經(jīng)濟(jì)性比串聯(lián)式好。 3）與電動(dòng)機(jī)配套的動(dòng)力電池組容量較小，使整車質(zhì)量減小。 4）當(dāng)輕度混合時(shí)，電動(dòng)機(jī)可帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)，調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率，使發(fā)動(dòng)機(jī)基本穩(wěn)定在高效率、低污染狀態(tài)下工作。發(fā)動(dòng)機(jī)也可帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)發(fā)電向電池組充電，以延長(zhǎng)續(xù)駛里程。,2.并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的缺點(diǎn) 1） 需要配備與內(nèi)燃機(jī)汽車相同的傳動(dòng)系統(tǒng)，總布置基本與內(nèi)燃機(jī)汽車相同，動(dòng)力性能接近內(nèi)燃機(jī)汽車。發(fā)動(dòng)機(jī)工況會(huì)受到車輛行駛工況的影響，有害氣體排放高于串聯(lián)式汽車。 2）需要裝置離合器、變速器、傳動(dòng)軸和驅(qū)動(dòng)橋等總成

27、，還有電動(dòng)機(jī)、動(dòng)力電池組和動(dòng)力耦合器等裝置，因此動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，布置和控制更困難。,4.3混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的優(yōu)缺點(diǎn) 1.混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的優(yōu)點(diǎn) 1）三個(gè)動(dòng)力總成比串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車三個(gè)動(dòng)力總成的功率、質(zhì)量和體積小。 2）有多種工作模式，節(jié)能最佳，有害氣體排放達(dá)到“超低污染”。 3）發(fā)動(dòng)機(jī)可直接驅(qū)動(dòng)車輛，沒(méi)有機(jī)械能-電能-機(jī)械能的轉(zhuǎn)換過(guò)程，能量轉(zhuǎn)換的綜合效率比內(nèi)燃機(jī)汽車高。 4）電動(dòng)機(jī)可獨(dú)立驅(qū)動(dòng)車輛行駛。電動(dòng)機(jī)利用低速大轉(zhuǎn)矩特性，帶動(dòng)車輛起步，可在城市中實(shí)現(xiàn)“零污染”行駛。當(dāng)車輛需要最大輸出功率時(shí) ，電動(dòng)機(jī)可給發(fā)動(dòng)機(jī)提供輔助動(dòng)力，因此發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)率可選擇較小，燃料經(jīng)濟(jì)性比串聯(lián)式混合動(dòng)

28、力汽車好。,2.混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的缺點(diǎn) 1）發(fā)動(dòng)機(jī)是基本驅(qū)動(dòng)模式，電動(dòng)機(jī)是輔助驅(qū)動(dòng)模式，動(dòng)力性更接近內(nèi)燃機(jī)汽車。發(fā)動(dòng)機(jī)工況受行駛工況的影響，有害氣體排放高于串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車。 2）需要配備兩套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)需要裝置離合器、變速器、傳動(dòng)軸和驅(qū)動(dòng)橋等傳動(dòng)總成，另外，電動(dòng)機(jī)、減震器、動(dòng)力電池組以及多能源動(dòng)力組合或協(xié)調(diào)專用裝置。因此，多能源動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，總布置困難。 3）多能源動(dòng)力系統(tǒng)的工作模式有多種形式，只有依靠復(fù)雜的多能源動(dòng)力總成控制系統(tǒng)，才能達(dá)到高經(jīng)濟(jì)性和“超低污染”。,4.4混合動(dòng)力汽車的關(guān)鍵技術(shù) 1.動(dòng)力耦合系統(tǒng) 2.動(dòng)力總成控制系統(tǒng) 3.電機(jī)及控制系統(tǒng) 4.動(dòng)力電池

29、及其管理系統(tǒng) 5.混合動(dòng)力系統(tǒng)專用發(fā)動(dòng)機(jī) 6.仿真分析技術(shù),結(jié)語(yǔ) 本文闡述了混合動(dòng)力汽車系統(tǒng)的相關(guān)理論知識(shí)，重點(diǎn)介紹了混合動(dòng)力汽車系統(tǒng)的種類、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理、控制策略、其優(yōu)缺點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)。混合動(dòng)力汽車一方面充分地利用傳統(tǒng)汽車的技術(shù)成果和工業(yè)基礎(chǔ)，另一方面可以有效減少排放、降低油耗，是傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車向零排放電動(dòng)汽車過(guò)渡的實(shí)用方案之一，已成為人們研究的熱點(diǎn)?；旌蟿?dòng)力汽車有串聯(lián)、并聯(lián)等多種結(jié)構(gòu)形式，以適應(yīng)不同的地點(diǎn)、用途，也就是說(shuō)可以在各種工況下運(yùn)行，而且混合動(dòng)力與傳統(tǒng)的燃油汽車相比，在正常行駛時(shí)油耗低、排放少、對(duì)能量的利用率高，有著良好的使用性能。目前從全球范圍來(lái)看，混合動(dòng)力汽車已處于大規(guī)

30、模產(chǎn)業(yè)化的前夕，國(guó)際、國(guó)內(nèi)的汽車企業(yè)在競(jìng)爭(zhēng)研發(fā)混合動(dòng)力汽車，但要真正實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力汽車的普及，還有諸多障礙需要克服，包括技術(shù)上的一些關(guān)鍵難題。,致謝 非常感謝老師在我大學(xué)的最后學(xué)習(xí)階段畢業(yè)論文設(shè)計(jì)階段，給予我的指導(dǎo)。同時(shí)，向所有任課的老師在這四年來(lái)給予我的指導(dǎo)和幫助表達(dá)我由衷的謝意！是你們教會(huì)了我專業(yè)知識(shí)，教會(huì)了我如何學(xué)習(xí)，教會(huì)了我在今后的社會(huì)當(dāng)中怎樣去自力更生。在大學(xué)階段，我在學(xué)習(xí)上和思想上都受益匪淺，讓我擁有了自強(qiáng)不息，艱苦創(chuàng)業(yè)的信心，這與各位老師、同學(xué)的支持和鼓勵(lì)是密不可分的。 通過(guò)這一階段的努力，我的畢業(yè)論文混合動(dòng)力汽車系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理終于完成，這意味著大學(xué)生活即將結(jié)束。在論文寫作當(dāng)中，我 的導(dǎo)師逯玉林老師傾注了大量的心血，在此我再次表示衷心感謝。 在大學(xué)四年里，我所收獲的不僅僅是愈加豐厚的知識(shí)，更重要在實(shí)踐中所培養(yǎng)的思維方式、表達(dá)能力和廣闊的視野。很慶幸我遇到了很多的恩師益友，無(wú)論在學(xué)習(xí)、生活還是工作上都給予我無(wú)私的幫助和熱心的照顧，讓我在諸多方面都有所成長(zhǎng)。感恩之情難以用語(yǔ)言量度，謹(jǐn)以最樸實(shí)的話語(yǔ)致以最崇高的敬意。 最后，感謝學(xué)校給我這樣一次機(jī)會(huì)，能夠獨(dú)立完成一個(gè)課題，并在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中給予各種方便，使我在即將離校的最后一段時(shí)間里，能夠更多學(xué)習(xí)一些實(shí)踐應(yīng)用知識(shí)，增強(qiáng)了我的實(shí)踐操作和動(dòng)手的能力，提高了我獨(dú)立思考的能力。在這對(duì)我的母校表示最真誠(chéng)的感謝。,,謝謝觀看,