畢業(yè)論文--混合動(dòng)力汽車結(jié)構(gòu)，原理及發(fā)展前景研究

1、<p>　　混合動(dòng)力汽車結(jié)構(gòu)，原理及發(fā)展前景研究</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在最近的一個(gè)時(shí)期,汽油和柴油仍是汽車的主要能量來(lái)源,新能源汽車近期需要解決的方案是傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)新技術(shù)和替代燃燒汽車,中期方案是混合動(dòng)力汽車降低油耗和排放,遠(yuǎn)期方案是純電動(dòng)汽車和燃料電池汽車.雖然新能源汽車提供了使用燃料和燃料汽車,混合動(dòng)力汽車,以

2、及利用車載氫燃料電池發(fā)電和電動(dòng)系統(tǒng)的燃料電池汽車等多元化選擇,但是由于現(xiàn)在的技術(shù)發(fā)展水平,因此尋找多元化的替代燃料,開發(fā)更接近市場(chǎng)的混合動(dòng)力技術(shù),是目前開發(fā)可替代能源的最切實(shí)可行的一步.而純電動(dòng)車和氫燃料電池由于其技術(shù)仍難取得革命性突破,難以成為汽車行業(yè)的近期發(fā)展目標(biāo).且當(dāng)今社會(huì)形勢(shì),混合動(dòng)力可以比較好的解決燃油消耗問(wèn)題和污染問(wèn)題,所以會(huì)主要介紹混合動(dòng)力的優(yōu)勢(shì)性和可行性.</p><p>　　關(guān)鍵詞:新能源 多元

3、化 低排放 低燃油消耗</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　前言 ………………………………………………………………3</p><p>　　一 概述………………………………………………………… 4</p><p>　　1.1 國(guó)內(nèi)外混合動(dòng)力汽車…………………………………………5</p&

4、gt;<p>　　1.2 混合動(dòng)力汽車的主要組成……………………………………6</p><p>　　1.3 混合動(dòng)力汽車的分類…………………………………………7</p><p>　　1.3.1串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車………………………………………8</p><p>　　1.3.2并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車………………………………………9</p><

5、;p>　　1.3.3混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車………………………………………10</p><p>　　結(jié)論……………………………………………………………10</p><p>　　參考文獻(xiàn)………………………………………………………11</p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　混合動(dòng)力汽車將內(nèi)燃機(jī),電

6、動(dòng)機(jī)與蓄電池通過(guò)控制系統(tǒng)相組合,電動(dòng)機(jī)可補(bǔ)充提供車輛起步,加速時(shí)所需轉(zhuǎn)矩,又可以吸收并儲(chǔ)存內(nèi)燃機(jī)富余的功率和車輛制動(dòng)能量,從而可大幅度降低油耗,減少污染排放.混合動(dòng)力汽車雖然沒(méi)有實(shí)現(xiàn)零排放,但其動(dòng)力性,經(jīng)濟(jì)性和排放等綜合指標(biāo)均能夠滿足當(dāng)前各國(guó)苛刻的法規(guī)要求,可緩解汽車需要與環(huán)境污染及石油短缺的矛盾.</p><p>　　混合動(dòng)力汽車與傳統(tǒng)的汽油機(jī)或超有及汽車有很大不同,如豐田普銳斯(Prius)的動(dòng)力系統(tǒng)采用50

7、0V的高壓電路，無(wú)常規(guī)變速器或自動(dòng)變速器，沒(méi)有怠速運(yùn)轉(zhuǎn)工況，采用電驅(qū)動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)，電動(dòng)水泵等。這些新技術(shù)，新結(jié)構(gòu)給用戶帶來(lái)全新的感覺(jué)，也給維修和銷售等相關(guān)從業(yè)人員帶來(lái)新的挑戰(zhàn)。另外，混合動(dòng)力汽車進(jìn)入我國(guó)市場(chǎng)僅有一兩年，保有量很少，許多人對(duì)混合動(dòng)力汽車不甚了解。圖書市場(chǎng)上介紹混合動(dòng)力汽車方面的書籍很少，幾乎沒(méi)有混合動(dòng)力汽車的結(jié)構(gòu)，原理與維修方面的書籍。</p><p>　　為了讓更多的人，特別是使用和維修混合動(dòng)力汽

8、車的人員，對(duì)混合動(dòng)力汽車有所了解，以通俗的語(yǔ)言和詳細(xì)的圖表說(shuō)明混合動(dòng)力汽車的結(jié)構(gòu)，原理與維修。</p><p><b>　　概 述</b></p><p>　　汽車已與人們的日常生活和生產(chǎn)密不可分。然而，眾多燃油汽車排放所造成空氣質(zhì)量的日益惡化和石油資源的日漸匱乏，使開發(fā)低排放，低油耗的新型汽車成為當(dāng)今汽車工業(yè)界的緊迫任務(wù)。人民越來(lái)越關(guān)注其他燃料的汽車和電動(dòng)汽車的開發(fā)

9、，電動(dòng)汽車成為最主要的選擇之一。電動(dòng)汽車（Electric Vehicle ,EV)包括純電動(dòng)汽車（EV），混合動(dòng)力汽車（Hybrid Electric Vehicle,HEV或EV）和燃料電池汽車三種形式。圖（1）所示</p><p>　　圖（1）混合動(dòng)力汽車動(dòng)力源</p><p>　　使用電動(dòng)汽車可實(shí)現(xiàn)無(wú)污染，并可利用煤炭，水利等其他非石油資源，它是理想的零排放或低排放車輛，因此，使用

10、電動(dòng)汽車無(wú)疑是解決問(wèn)題的最有效途徑。但是，由于作為純電動(dòng)汽車的關(guān)鍵零部件之一的電池在能量密度，壽命，價(jià)格等方面的問(wèn)題，是的純電動(dòng)汽車的性價(jià)比無(wú)法與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車相抗衡。盡管目前具有世界先進(jìn)水平的純電動(dòng)汽車的性能與內(nèi)燃機(jī)汽車已不相上下，但過(guò)高的成本其難以商品化。燃料電池汽車具有極高的效率，低排放，低噪聲，氣甲醇燃料有廣泛的來(lái)源，并可再生等重大優(yōu)勢(shì)，已成為世界各大汽車集團(tuán)新世紀(jì)激烈競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)，被喻為21世紀(jì)改變?nèi)祟惿畹氖蟾呖萍柬?xiàng)目之首

11、，但產(chǎn)業(yè)化仍需較長(zhǎng)時(shí)間。在這種環(huán)境下，融合內(nèi)燃機(jī)汽車和電動(dòng)汽車優(yōu)點(diǎn)的混合動(dòng)力汽車異軍突起，在世界范圍內(nèi)成為新型開發(fā)的熱點(diǎn)。</p><p>　　1.1國(guó)內(nèi)外混合動(dòng)力汽車的發(fā)展</p><p>　　日本混合動(dòng)力/電動(dòng)汽車發(fā)展概況</p><p>　　日本汽車保有量占全球第二位，由于人口密集，國(guó)土狹小，石油100％依賴進(jìn)口。因此，日本對(duì)EV\HEV的研發(fā)十分重視。日本從

12、1965年開始電動(dòng)車的研制、通產(chǎn)省正式把電動(dòng)車列入國(guó)家項(xiàng)目，1967年成立了日本電動(dòng)車協(xié)會(huì)，促進(jìn)了電動(dòng)車事業(yè)的發(fā)展，1971年日本通產(chǎn)省就制定了電動(dòng)汽車的開發(fā)計(jì)劃，1991年日本通產(chǎn)省又制定了“第三屆電動(dòng)汽車普及計(jì)劃”，提出到2000年日本電動(dòng)汽車的年產(chǎn)量達(dá)到10萬(wàn)輛，保有量達(dá)到20萬(wàn)輛。2001年7月，日本開展了“低公害車開發(fā)普及行動(dòng)”，將EV\HEV列為重點(diǎn)開發(fā)的低公害汽車之列，并制定了專門的政策，以促進(jìn)EV\HEV的普及應(yīng)用；20

13、02年提出從2005年開始大幅度限制尾氣排放，制定了《新長(zhǎng)期排放限制》的標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)備用于2005年以后銷售新車的一項(xiàng)排放法規(guī)；2002年2月26日，日本中央環(huán)境審議會(huì)大氣環(huán)境領(lǐng)域的一個(gè)專門委員會(huì)（環(huán)境大臣的咨詢機(jī)構(gòu)）提出了一份將要納入這項(xiàng)法規(guī)的尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)的咨詢提案。這項(xiàng)提案的內(nèi)容包括將顆粒狀物質(zhì)（PM）含量比現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的要求最大削減85%，將氮氧化物（NOx）削減50%等一些內(nèi)容，該法規(guī)的實(shí)施將進(jìn)一步推動(dòng)EV\HEV的發(fā)展。按照目前的發(fā)展

14、</p><p>　　圖2 世界混合動(dòng)力汽車保有量</p><p>　　美國(guó)混合動(dòng)力/電動(dòng)汽車發(fā)展概況</p><p>　　汽車工業(yè)是美國(guó)的支柱產(chǎn)業(yè)，給美國(guó)帶來(lái)了繁榮昌盛，但同時(shí)也帶來(lái)了能源危機(jī)、環(huán)節(jié)污染以及資源的浪費(fèi)。美國(guó)近年來(lái)幾乎要從國(guó)外進(jìn)口全國(guó)消耗量一半以上的石油。為了避免受到石油危機(jī)的沖擊，美國(guó)十分重視對(duì)混合動(dòng)力汽車的研究和開發(fā)。1976年卡特總統(tǒng)簽署EV/

15、HEV研究開發(fā)和示范法案，授權(quán)美國(guó)能源部執(zhí)行和管理EV/HEV研究計(jì)劃，但是直到九十年代初電動(dòng)車的研究在美國(guó)才真正開始。1990年10月布什總統(tǒng)簽署清潔空氣法嚴(yán)格規(guī)定了汽車排放的標(biāo)準(zhǔn)，同月加州政府也有了新的規(guī)定，即要求汽車制造商在加州銷售的車輛中百分之二必須是零排放車輛，而當(dāng)時(shí)只有純電動(dòng)汽車才可能達(dá)到零排放車輛的要求。</p><p>　　歐洲混合動(dòng)力/電動(dòng)汽車發(fā)展概況</p><p>　

16、　德國(guó)政府十分重視環(huán)節(jié)保護(hù)，投入了大量的資金用于EV的研發(fā)，1971年成立了城市電動(dòng)車交通公司(GES)，積極組織EV的研究與開發(fā)。1991年在拜爾州投入了300輛EV進(jìn)行運(yùn)行。拜爾州還撥400萬(wàn)馬克，用于資助用戶車價(jià)的30%購(gòu)買電動(dòng)汽車。另外，漢堡市也采取資助用戶車價(jià)的25%來(lái)鼓勵(lì)用戶購(gòu)買電動(dòng)汽車。德國(guó)政府指定奔馳汽車公司和大眾合資建立的德國(guó)汽車工業(yè)有限公司的科技開發(fā)機(jī)構(gòu)，1992年德國(guó)政府撥款2200萬(wàn)馬克，在呂根(Rugen)島建

17、立歐洲EV試驗(yàn)基地，組織了四大公司62輛各類電動(dòng)車在呂根半島城運(yùn)行試驗(yàn)，對(duì)64輛電動(dòng)汽車和電動(dòng)汽車的系統(tǒng)工程進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)4年的大規(guī)模試驗(yàn)，并有很多國(guó)家和城市都派有EV參加呂根島的實(shí)驗(yàn)。1994年展示出了19種轎車，13種面包車，4種大客車，都進(jìn)入了實(shí)用階段。</p><p>　　我國(guó)混合動(dòng)力/電動(dòng)汽車發(fā)展概況</p><p>　　談到汽車新能源的發(fā)展，在中國(guó)還往往停留在電動(dòng)汽車的探索上。在新世

18、紀(jì)，汽車發(fā)展的技術(shù)路線趨于理智而統(tǒng)一：近期從油電混合動(dòng)力下手大幅度降低油耗和排放；長(zhǎng)遠(yuǎn)靠資源極為豐富，且完全沒(méi)有污染的氫動(dòng)力燃料電池重新定義汽車。氫動(dòng)力燃料電池車，是一項(xiàng)必須關(guān)注的前沿技術(shù)，但僅僅是“關(guān)注”即可。而混合動(dòng)力車的研發(fā)倒應(yīng)是混</p><p>　　合動(dòng)力車并非什么遠(yuǎn)在天邊的高科技，又有成熟的商品化車型可借鑒。二是混合動(dòng)力車特別適合中國(guó)大城市交通普遍擁堵，汽車頻繁制動(dòng)的國(guó)情，節(jié)能治污的效果可以發(fā)揮到極致

19、。</p><p>　　1.2混合動(dòng)力汽車的主要組成</p><p><b>　　發(fā)動(dòng)機(jī)</b></p><p>　　混合動(dòng)力汽車可以廣泛地采用四沖程內(nèi)燃機(jī)(包括汽油機(jī)和柴油機(jī)),二沖程內(nèi)燃機(jī)(包括汽油機(jī)和柴油機(jī)),轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī),燃?xì)廨啓C(jī)和斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)等.一般轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒效率比較高,排放也比較潔凈,采用不同發(fā)動(dòng)機(jī)就可以組成不同的混合

20、動(dòng)力汽車.</p><p><b>　　電動(dòng)機(jī)</b></p><p>　　混合動(dòng)力汽車可以采用直流電動(dòng)機(jī),交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī),永磁電動(dòng)機(jī)和開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)等.隨著混合動(dòng)力汽車的發(fā)展,直流電動(dòng)機(jī)已經(jīng)很少采用,多數(shù)采用了感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和永磁電動(dòng)機(jī),開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)應(yīng)用也得到重視,還可以采用特種電動(dòng)機(jī)為混合動(dòng)力汽車的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī),采用不同的電動(dòng)機(jī)就可以組成不同的混合動(dòng)力汽車.</

21、p><p><b>　　電池</b></p><p>　　混合動(dòng)力汽車可以采用各種不同的蓄電池,燃料電池,儲(chǔ)能器和超級(jí)電容器作為"電池",一般電池是作為混合動(dòng)力汽車的輔助能源,只有在混合動(dòng)力汽車用電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)輔助驅(qū)動(dòng)時(shí)才使用.</p><p>　　1.3混合動(dòng)力汽車的分類</p><p>　　

22、（1）按動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)布置分類</p><p>　　目前世界各國(guó)研究發(fā)現(xiàn)的混合動(dòng)力汽車有不同形式的結(jié)構(gòu)，根據(jù)其動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的配置和組合方式不同，分為串聯(lián)式，并聯(lián)式和婚戀史3種組合方式，各自的結(jié)構(gòu)形式和特點(diǎn)如下。</p><p>　　1.3.1串聯(lián)式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)</p><p>　　串聯(lián)式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)（SHEV）系統(tǒng)的示意如圖1-1所示。輔助動(dòng)力單元(APU）由原動(dòng)

23、機(jī)和發(fā)電機(jī)組成，通常將這兩個(gè)部件集成為一體。原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，起點(diǎn)能通過(guò)控制器直接輸送到電動(dòng)機(jī)，由電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力矩驅(qū)動(dòng)汽車。電池實(shí)際上其平衡原動(dòng)機(jī)輸出功率和電動(dòng)機(jī)輸入功率的作用：當(dāng)發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率大于電動(dòng)機(jī)所需的功率時(shí)（如汽車減速滑行，低速行駛或短時(shí)停車等工況），控制器控制發(fā)電機(jī)向電池充電，當(dāng)發(fā)電機(jī)法處的功率低于電動(dòng)機(jī)所需的功率時(shí)（如汽車起步，加速，高速行駛，爬坡等工況），電池則向電動(dòng)機(jī)提供額外的電能。</p>&l

24、t;p>　　圖1-1 串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車</p><p>　　串聯(lián)式結(jié)構(gòu)可使發(fā)動(dòng)機(jī)不受汽車行駛工況的影響，始終在其最佳的工作區(qū)穩(wěn)定運(yùn)行，因此，可使汽車的油耗和排污降低，串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車特別適用于在市內(nèi)低速運(yùn)行的工況。在繁華的市區(qū)，汽車在起步和低速時(shí)還可以關(guān)閉原動(dòng)機(jī)，只利用電池進(jìn)行功率輸出，是汽車達(dá)到零排放的要求。串聯(lián)式結(jié)構(gòu)的不足是：發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出需要全部轉(zhuǎn)化為電能再便成為驅(qū)動(dòng)汽車的機(jī)械能，由于機(jī)電能量轉(zhuǎn)化和

25、電池充放電的效率較低，使得燃油能量的利用率比較低。</p><p>　　1.3.2并聯(lián)式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)</p><p>　　并聯(lián)式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（PHEV）結(jié)構(gòu)示意圖1-2所示，汽車可由發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)共同驅(qū)動(dòng)或各自單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)只是作為輔助驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，功率可以比較小。與串聯(lián)式結(jié)構(gòu)相比，發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)直接驅(qū)動(dòng)汽車，其能量的利用率相對(duì)比較高，這使得并聯(lián)式燃油經(jīng)濟(jì)型比串聯(lián)式高。并

26、聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)只適合于汽車在城市間公路和高速公路上穩(wěn)定行駛的工況，由于并聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)工況要受汽車行駛工況的影響，因此不適用于汽車行駛變化較多，較大的路況；相比串聯(lián)結(jié)構(gòu)形式，需要變速裝置和動(dòng)力復(fù)合裝置，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。</p><p>　　圖1-2并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車</p><p>　　1.3.3混聯(lián)式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)</p><p>　　混聯(lián)式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系

27、統(tǒng)（PSHEV）是串聯(lián)式與并聯(lián)式的綜</p><p>　　合，其結(jié)構(gòu)示意如圖1-3所示，發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率一部分通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)輸送給驅(qū)動(dòng)橋，另一部分則驅(qū)動(dòng)法電機(jī)發(fā)電。發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能輸送給電動(dòng)機(jī)發(fā)電。發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能輸送給電動(dòng)機(jī)或電池，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩通過(guò)動(dòng)力復(fù)合裝置傳送給驅(qū)動(dòng)橋?；炻?lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制策略是：在汽車低速行駛時(shí)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要以串聯(lián)方式工作；當(dāng)汽車高速穩(wěn)定行駛時(shí)，則以并聯(lián)工作方式為主。</p&g

28、t;<p>　　1-3混聯(lián)式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)示意圖</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　一般所說(shuō)的混合動(dòng)力汽車是有電動(dòng)馬達(dá)作為發(fā)動(dòng)機(jī)的輔助動(dòng)力驅(qū)動(dòng)汽車?；旌蟿?dòng)力汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性能高，而且行駛性能優(yōu)越，混合動(dòng)力汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)要使用燃油，而且在起步、加速時(shí)，由于有電動(dòng)馬達(dá)的輔助，所以可以降低油耗，簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是與同樣大小的汽車相比，燃

29、油費(fèi)用更低。而且，輔助發(fā)動(dòng)機(jī)的電動(dòng)馬達(dá)可以在啟動(dòng)的瞬間產(chǎn)生強(qiáng)大的動(dòng)力，因此，車主可以享受更強(qiáng)勁的起步、加速。同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)較高水平的燃油經(jīng)濟(jì)性混合動(dòng)力汽車的種類目前主要有3種。一種是以發(fā)動(dòng)機(jī)為主動(dòng)力，電動(dòng)馬達(dá)作為輔助動(dòng)力的“并聯(lián)方式”。這種方式主要以發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)行駛，利用電動(dòng)馬達(dá)所具有的再啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)大動(dòng)力的特征，在汽車起步、加速等發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗較大時(shí)，用電動(dòng)馬達(dá)輔助驅(qū)動(dòng)的方式來(lái)降低發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗。這種方式的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，只需要在汽車上

30、增加電動(dòng)馬達(dá)和電瓶。另外一種是，在低速時(shí)只靠電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)行駛，速度提高時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)馬達(dá)相配合驅(qū)動(dòng)的“串聯(lián)、并聯(lián)方式”。啟動(dòng)和低速時(shí)是只靠電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)行駛，當(dāng)速度提高時(shí)，由發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)馬達(dá)共同高效地分擔(dān)動(dòng)力，這種方式需要?jiǎng)恿Ψ謸?dān)裝置和發(fā)電機(jī)等，因此結(jié)構(gòu)復(fù)雜。還有一種是只用電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)行駛的電動(dòng)汽車“串聯(lián)方式”，發(fā)動(dòng)</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p>&