混合动力汽车的发展与探索.docx

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1、设计论文题目：混合动力汽车的发展与探索系部：汽车系专业：汽车检测与维修班级：汽车检测与维修0903 学号： 设计者： 指导老师： 完成日期：2011、11、20 目录 目录1 中文摘要2 英文摘要3 引言4第一章 混合动力汽车的概述 51.1 混合动力汽车的定义1.2 发展混合动力汽车的优缺点1.3 混合动力系统1.3.1 混合动力的概念1.3.2 串联式1.3.3 并联式1.3.4 混联式第二章 混合动力汽车技术2.1 混合动力汽车技术研究的目的和意义2.2 混合动力技术研究内容2.3 混合动力汽车开发竞争加速第三章 混合动力汽车发展的现状3.1 日本混合动力汽车的发展现状3.2 美国混合动

2、力汽车的发展现状3.3 我国混合动力汽车的发展现状正文x章结论致谢参考文献 摘要：随着世界汽车工业的迅猛发展，能源和环境问题日益突出，成为21世纪全球汽车工业面临的首要问题。与此同时，世界各汽车生产国纷纷将视眼转移到新能源上，新能源的开发不仅取代了传统能源的弊端与不足，同时新能源在节能减排方面也去得了突破性的进展，新能源的开发利用不仅缓解了石油危机和环境污染，而且，新能源的开发为新型节能环保汽车开辟了市场，混合动力汽车顺应时代的步伐而诞生，将来混合动力汽车将成为市场的一大亮点 。 关键词：混合动力、技术、发展、市场、前景 Abstract: With the rapid development

3、 of automobile industry, energy and environmental issues become increasingly prominent, in twenty-first Century to become the most important issues facing the global auto industry. At the same time, the car produces a country will have eye moved to new energy sources, new energy development not only

4、 replaced the traditional energy defects and shortcomings, and new energy in the energy saving and emission reduction has also got a breakthrough, the development and utilization of new energy not only alleviate the oil crisis and the environmental pollution, moreover, new energy for the development

5、 of new energy saving and environmental protection automobile market has opened up, hybrid vehicles comply with the pace of the times and the birth of the future, hybrid cars will become a major bright spot market.Keywords: Hybrid, technology, development, market, future引言：随着全球汽车工业的迅猛发展，能源危机和环境污染日趋严

6、重，人们节能环保的意识不断增强，消费水平的不断升级，人们开始追求高质量的生活和低污染的环境。于是，引发汽车工业的一次革新，各汽车生产商开始寻求一种新型能源来替代旧能源，新能源具有节能减排的作用，对环境污染危害小，符合节能环保理念，具有广阔的市场。混合动力汽车以其低排放，低油耗的优势占领先机，成为目前汽车界的一大亮点。世界各国纷纷卷入了混合动力汽车的发展领域，混合动力技术的不断完善，混合动力汽车以其不同的形式亮相市场。但是，混合动力汽车的生产成本相对较高，导致目前消费价格与同类产品相比偏高，消费者的消费能力有限，使得混合动力汽车很难占领市场，但是，随着技术的不断革新和环保意识的不断深入人心，混合

7、动力汽车还是具有不可替代的价值。第一章 混合动力汽车的概述 1.1 混合动力汽车的定义 混合动力汽车是指车上装有两个以上动力源，包括有电机驱动，符合汽车道路交通、安全法规的汽车，车载动力源有多种：蓄电池、燃料电池、太阳能电池、内燃机车的发电机组，当前复合动力汽车一般是指内燃机车发电机，再加上蓄电池的汽车。其目的是减少汽车的污染，提高纯电动汽车的行驶里程。1.2 发展混合动力汽车的优缺点优点：1、采用混合动力后可按平均需用的功率来确定内燃机的最大功率，此时处于油耗低、污染少的最优工况下工作。需要大功率内燃机功率不足时，由电池来补充；负荷少时，富余的功率可发电给电池充电，由于内燃机可持续工作，电池

8、又可以不断得到充电，故其行程和普通汽车一样。2、因为有了电池， 可以十分方便地回收制动时、下坡时、怠速时的能量。3、在繁华市区，可关停内燃机，由电池单独驱动，实现零排放。4、有了内燃机可以十分方便地解决耗能大的空调、取暖、除霜等纯电动汽车遇到的难题。5、可以利用现有的加油站加油，不必再投资。6、可让电池保持在良好的工作状态，不发生过充、过放，延长其使用寿命，降低成本。混合动力汽车有三种基本的工作方式，即串联式、并联式和串并联（或称混联）式。缺点：有两套动力，再加上两套动力的管理控制系统，结构复杂，价格较高。现代汽车伙伴合作计划推动美国三大汽车公司对各种单元技术及其不同组织进行成百种方案的筛选、

9、比较，认为采用混合动力是实现中级轿车百公里3升油耗的可行方案因此而受到更大的关注。经过多年研究，混合动力电动汽车已开发出一些成功的例子。日本丰田汽车公司在1997年12月宣布将混合动力电动轿车Prius投入小批量商业化生产，该车自重1515kg，装用顶置凸轮轴四缸，1500cc排量汽油机，最大功率42.6kW/4600r/min，带永磁无刷发电机，驱动电机亦为永磁无刷的额定功率30kW，采用氢镍电池，实现串并联控制方式，百公里油耗为3.4L，比原汽油车减少了一半，CO2排量也相应减少了一半，C O、HC、NOX仅为现行法规允许值的10，售价每辆216万日元（约15000美元）。 美国克莱斯勒汽

10、车公司1998年2月在底特律展出第二代道奇无畏 ESX2型混合动力电动轿车，该车装用1500cc排量直喷柴油机带发电机，采用铅酸电池，交流感应电机驱动，铝车架，复合材料车身，自重1022kg，百公里油耗降至3.4L。2000年通用，福特，戴姆勒?克莱斯勒已开发出100公里油耗已达到3升汽油或接近3升汽车的样车，只是价格仍较贵。 1.3 发展混合动力汽车的必要性 当前普遍使用的燃油发动机汽车存在种种弊病，统计表明在占80以上的道路条件下，一辆普通轿车仅利用了动力潜能的40，在市区还会跌至25，更为严重的是排放废气污染环境。20世纪90年代以来，世界各国对改善环保的呼声日益高涨，各种各样的电动汽车

11、脱颖而出。虽然人们普遍认为未来是电动汽车的天下，但是目前的电池技术问题阻碍了电动汽车的应用。由于电池的能量密度与汽油相比差上百倍，远未达到人们所要求的数值，专家估计在10年以内电动汽车还无法取代燃油发动机汽车（除非燃料电池技术有重大突破）。现实迫使工程师们想出了一个两全其美的办法，开发了一种混合动力装置（Hybrid-ElectricVehicel，缩写HEV）的汽车。所谓混合动力装置就是将电动机与辅助动力单元组合在一辆汽车上做驱动力，辅助动力单元实际上是一台小型燃料发动机或动力发电机组。形象一点说，就是将传统发动机尽量做小，让一部分动力由电池-电动机系统承担。这种混合动力装置既发挥了发动机持

12、续工作时间长，动力性好的优点，又可以发挥电动机无污染、低噪声的好处，二者“并肩战斗”，取长补短。这样使汽车的热效率可提高10以上，废气排放可改善30以上。混合动力源电动车按照能量合成的的形式主要分为串联式(SHEV）和并联式（PHEV）两种。混合动力汽车在发达国家已经日益成熟，有些已经进入实用阶段。由于其构造复杂，成本较高，在电动汽车时代到来之前，混合动力型汽车只是一种过渡产品。1.3 混合动力系统1.3.1 混合动力的概念HEV（Hybrid-ElectricVehicel）混合动力装置。混合动力就是指汽车使用汽油驱动和电力驱动两种驱动方式，优点在于车辆启动停止时，只靠发电机带动，不达到一定

13、速度，发动机就不工作，因此，便能使发动机一直保持在最佳工况状态，动力性好，排放量很低，而且电能的来源都是发动机，只需燃油即可。混合动力汽车的关键是混合动力系统，它的性能直接关系到混合动力汽车整车性能。经过十多年的发展，混合动力系统总成已从原来发动机与电机离散结构向发动机电机和变速箱一体化结构发展，即集成化混合动力总成系统。混合动力总成以动力传输路线分类，可分为串联式、并联式和混联式等三种。1.3.2 串联式串联式动力：串联式动力由发动机、发电机和电动机三部分动力总成组成，它们之间用串联方式组成SHEV动力单元系统，发动机驱动发电机发电，电能通过控制器输送到电池或电动机，由电动机通过变速机构驱动

14、汽车。小负荷时由电池驱动电动机驱动车轮，大负荷时由发动机带动发电机发电驱动电动机。当车辆处于启动、加速、爬坡工况况时，发动机、电动机组和电池组共同向电动机提供电能；当电动车处于低速、滑行、怠速的工况时，则由电池组驱动电动机，当电池组缺电时则由发动机-发电机组向电池组充电例如福特“新能级2010”SHEV，其电池采用燃料电池，在城市市区行驶时全部由燃料电池驱动电动机，电动机通过减速器（变速器）和驱动桥驱动车轮，达到了“零排放”要求。当高速及爬坡时，则由发动机-电动机组和燃料电池组共同向电动机供电，驱动车轮。串联式结构适用于城市内频繁起步和低速运行工况，可以将发动机调整在最佳工况点附近稳定运转，通

15、过调整电池和电动机的输出来达到调整车速的目的。使发动机避免了怠速和低速运转的工况，从而提高了发动机的效率，减少了废气排放。但是它的缺点是能量几经转换，机械效率较低。1.3.3 并联式并联式动力：并联式装置的发动机和电动机共同驱动汽车，发动机与电动机分属两套系统，可以分别独立地向汽车传动系提供扭矩，在不同的路面上既可以共同驱动又可以单独驱动。当汽车加速爬坡时，电动机和发动机能够同时向传动机构提供动力，一旦汽车车速达到巡航速度汽车将仅仅依靠发动机维持该速度。电动机既可以作电动机又可以作发电机使用，又称为电动发电机组。由于没有单独的发电机，发动机可以直接通过传动机构驱动车轮，这种装置更接近传统的汽车

16、驱动系统，机械效率损耗与普通汽车差不多，因此得到比较广泛的应用。例如大众汽车公司的高尔夫PHEV，发动机通过离合器带动电动发电机，输出扭力再通过另一边离合器驱动车辆行驶。静止启动时，电池向电动发电机供电，此时电动发电机就是发动机的起动机。发动机启动后，发动机一方面作为车辆单独的动力源驱动车轮，另一方面又带动电动发电机发电向电池充电，此时与传统汽车一样。在市区行驶时，发动机关闭，离合器脱开，离合器接合，电池做为唯一能源向电动机供电，由电动机取代发动机驱动车轮。当电动车需要高速或高负荷时，发动机启动离合器闭合，发动机与电动发电机系统组成复合驱动形式，以最大功率驱动车辆。1.3.4 混联式混联式动力

17、：混联式装置包含了串联式和并联式的特点。动力系统包括发动机、发电机和电动机，根据助力装置不同，它又分为发动机为主和电机为主两种。以发动机为主的形式中，发动机作为主动力源，电机为辅助动力源；以电机为主的形式中，发动机作为辅助动力源，电机为主动力源。该结构的优点是控制方便，缺点是结构比较复杂。丰田的Prius属于以电机为主的形式。第二章 混合动力汽车技术2.1 混合动力汽车技术研究的目的和意义电动汽车己有三种驱动类型:以高效能蓄电池驱动的电动汽车(EV)、以燃料电池为动力源电动汽车(FEV)和以燃油发动机与电动机混合驱动的混合动力电动汽车(HEV )。电动汽车的研究是从单独依靠蓄电池供电的纯电动汽

18、车开始的，纯电动汽车或零排放新燃料汽车无疑是我们的最终目标，但目前纯电动汽车初始成本高，行驶里程较短。由于高效能蓄电池、燃料电池及其系统的发展相对滞后，混合动力汽车正是在纯电动汽车开发过程中为有利于市场化而产生的一种新的车型。它将现有内燃机与一定容量的储能器件(主要是高性能电池或超级电容器)通过先进控制系统相组合，可以大幅度降低油耗，减少污染物排放。国内外普遍认为它是投资少、选择余地大、易于满足未来排放标准和节能目标、市场接受度高的主流清洁车型，从而引起各大汽车公司的关注，得到商业市场的响应并迅速发展，这其中以丰田的Prius和本田的Insight为代表。电力辅助型混合动力汽车采用并联式结构，

19、电池组容量相对较小(2-6kW/h )，由发动机提供匀速行驶时的平均功率需求，当加速或爬坡需要较大功率时，由电池和电动机组成的电力辅助部分补充输出驱动功率.混合动力汽车动力性能、燃料经济性以及废气排放效果的好坏，在很大程度上取决于车辆驱动系统参数的合理匹配以及车辆行驶过程中对各部件的协调控制。传统燃油汽车的发动机使用情况多数是偏离其最佳工作区域，未能实现动力传动系统的最佳匹配。因此，通过合理匹配混合动力汽车的驱动系统，制定适合于车辆行驶工况的控制策略，对于提高汽车行驶效率，降低燃油消耗和尾气排放具有较大的潜力，是一个值得研究的课题。对于汽车的动力性能和燃料经济性水平，通常是在进行实车道路试验之

20、后给予最后评价。这样做不但周期长，成本高，而且在产品设计阶段对整车及各总成方案的确定、结构参数的选择、传动系参数与发动机的匹配等具有一定的盲目性，可能遗漏较优的方案，造成浪费。如果在设计阶段，根据有关设计参数和驱动系统控制策略，利用计算机仿真模拟对汽车动力性和燃料经济性进行预测，可以考察驱动系统参数是如何影响汽车动力性和燃油经济性，并对其进行优化设计。此外，按预定的程序模拟各种行驶工况，包括瞬变的非稳定工况，能全面地预测汽车齐多种工况下的动力性能和燃油经济性。2.2混合动力技术研究内容以电力辅助型并联式混合动力汽车为研究对象，主要针对以下问题进行研究讨论:(1) 混合动力汽车驱动系统设计和匹配

21、的理论研究，探讨特定用途的并联式混合动力汽车动力性能指标的确定方法，发动机、蓄电池、电机和变速箱等动力部件的合理选择，以及整个驱动系统的匹配；(2) 混合动力汽车驱动系统主要部件的特性分析与建模，建立整车的动力学模型，分析发动机、蓄电池、电机和变速箱等动力部件的特性，建立适合分计算的数学模型；(3) 混合动力汽车驱动系统控制策略优化，综合考虑车辆的行驶性能、燃油经济性和电池荷电状态，建立优化的实时控制策略；(4) 混合动力汽车性能仿真，在车辆的动力学模型的基础上，以Matlab6. 1为软件平台，开并联式混合动力汽车性能仿真程序，并利用该程序对所研究的原型车进行性能仿真。2.3 混合动力汽车开

22、发竞争加速20世纪90年代以来，能源和环境对人类生活和社会发展影响越来越大，要求尽快改善人类生存环境的呼声日益高涨，为此，各种电动汽车脱颖而出，但由于蓄电池的能量密度与汽油相差极大，远未达到所要求的数值，而燃料电池技术制氢和价格尚未得重大突破，在这种情况下混合动力汽车登上了历史舞台。混合动力汽车在发达国家已经日益成熟，混合动力汽车的研制和开发已经逐步进入实用化。自1997年12月田首次在世界上推出批量生产的Priu混合动力轿车，1999年11月本田也出了Insight混合动力轿车，欧、美也在紧追不舍。在最近各届国际汽车展上，混合动力汽车开发已经进入新技术新能源的前沿，成为各大汽车公司技术实力竞

23、争的焦点。但是，世界汽车市场是高度自由竞争市场，混合动力汽车与同类汽油机车或柴油机车相比，价格约为后者的2倍左右，有些已降到1213倍，据日本有关资料统计，日野汽车公司于l994年3月推出的混合动力“HIMR大客车、载货车和专用车”到2001年3月止共销售250辆左右。而1997年月开始投放市场的丰田prius混合动轿车到2001年8月底共销售5340左右。自1999年11月投放市场的本Ins谵ht混合动力轿车截止2001底总共销售约1800辆。日产汽车公司2000年4月限额销售的“Tino” 动力轿车共销售约100辆。接着，2000年6月和8月丰田又推出了装备先进技术的ESTIMA混合动力多用途车(8座装有称为“柔和混合动力系统”的皇冠混合动力轿车。月丰田汽车公司在3 5届东京汽车展上推出的“思域”(Ci c)混合动力轿车也于2001年12月进入市场。