混合動(dòng)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(jì)開題報(bào)告 題 目 混合動(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)汽車存在種種弊病,統(tǒng)計(jì)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(dòng)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(dòng)汽車也脫穎而出。雖然人們普遍認(rèn)為未來是電動(dòng)汽車的天下,但是目前的技術(shù)問題阻礙了電動(dòng)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(jì)在未來一段時(shí)間內(nèi)電動(dòng)汽車還無法取代燃油發(fā)動(dòng)機(jī)汽車。為此想出了一個(gè)兩全其美的辦法,開發(fā)了一種混合動(dòng)力汽車裝置HEV(Hybrid-electricVehicle)。所謂混合動(dòng)力裝置就是將電動(dòng)機(jī)與輔助動(dòng)力單元組合在一輛汽車上做驅(qū)動(dòng)力,輔助動(dòng)力單元實(shí)際上是一臺小型燃料發(fā)動(dòng)機(jī)或動(dòng)力發(fā)電機(jī)組。這樣既利用了發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)工作時(shí)間長,動(dòng)力性好的優(yōu)點(diǎn),又可以發(fā)揮電動(dòng)機(jī)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(gè)汽車品牌的未來和命運(yùn)。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?dòng)力汽車就是一種新能源的電動(dòng)車。國外混合動(dòng)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(diǎn)轉(zhuǎn)向了混合動(dòng)力汽車的研究開發(fā)。日本豐田汽車公司開發(fā)了混合動(dòng)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(dòng)力汽車。目前，混合動(dòng)力汽車技術(shù)及市場均被看好。日本國內(nèi)擁有的混合動(dòng)力電動(dòng)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(dòng)力汽車。目前本豐田汽車公司是走在混合動(dòng)力汽車研發(fā)展前沿的汽車公司，開發(fā)的混合動(dòng)力汽車已達(dá)到實(shí)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(dòng)力汽車，其后又在2001年相繼推出了混合動(dòng)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(dòng)力汽車在日本國內(nèi)和海外的累計(jì)銷量均突破了10萬輛，現(xiàn)在已經(jīng)在全世界20多個(gè)國家上市銷售。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國市場上售出混合動(dòng)力汽車接近

6、7萬輛，2002年美國的混合動(dòng)力汽車市場規(guī)模達(dá)到35000輛。美國已有近20個(gè)城市在試用混合動(dòng)力公共汽車。歐洲各大汽車廠商也紛紛推出了混合動(dòng)力汽車。法國BE集團(tuán)先后推出了貝靈格型和薩拉型混合動(dòng)力汽車。國內(nèi)混合動(dòng)力汽車開發(fā)情況,國內(nèi)90年代末期開始了混合動(dòng)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(dòng)力輕型客車。2001年底，國家863電動(dòng)汽車科技攻關(guān)項(xiàng)目正式啟動(dòng)，第一批項(xiàng)目中主要是混合動(dòng)力車，目前正在進(jìn)行當(dāng)中。一汽和東風(fēng)汽車集團(tuán)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(dòng)公共汽車和大型客車。此外，東風(fēng)電動(dòng)汽車公司還承擔(dān)了混合動(dòng)力轎車

7、的研究開發(fā)。針對混合動(dòng)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(diǎn)和見解。混合動(dòng)力汽車（Hybrid Electric Vehicle，HEV）是指車輛驅(qū)動(dòng)系由兩個(gè)或多個(gè)能同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的單個(gè)驅(qū)動(dòng)系聯(lián)合組成的車輛，車輛的行駛功率依據(jù)實(shí)際的車輛行駛狀態(tài)由單個(gè)驅(qū)動(dòng)系單獨(dú)或共同提供。因各個(gè)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(dòng)力汽車的驅(qū)動(dòng)方式，混合動(dòng)力系統(tǒng)主要分為以下三類；一是串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)（Series Hybrid)。串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)一般由內(nèi)燃機(jī)直接帶動(dòng)發(fā)電機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，最后通過變速機(jī)構(gòu)來驅(qū)動(dòng)汽車。在這種聯(lián)

8、結(jié)方式下，電池就象一個(gè)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(jī)產(chǎn)生的能量和電動(dòng)機(jī)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(dòng)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(dòng)力系統(tǒng)(Parallel Hybrid)。并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)有兩套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。兩個(gè)系統(tǒng)既可以同時(shí)協(xié)調(diào)工作，也可以各自單獨(dú)工作驅(qū)動(dòng)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(dòng)力系統(tǒng)?；炻?lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)的特點(diǎn)在于內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)各有一套機(jī)械

9、變速機(jī)構(gòu)，兩套機(jī)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(jī)與電動(dòng)機(jī)之間的轉(zhuǎn)速關(guān)系。與并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)相比，混聯(lián)式動(dòng)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(jī)的輸出功率和電機(jī)的運(yùn)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(dòng)力系統(tǒng)中，電機(jī)的輸出功率在整個(gè)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(dòng)力系統(tǒng)還可以分為以下四類：一是微混合動(dòng)力系統(tǒng)。代表的車型是PSA的混合動(dòng)力版C3和豐田的混合動(dòng)力版Vitz。這種混合動(dòng)力系統(tǒng)在傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)上的啟動(dòng)電機(jī)（一般為12V）上加裝了皮帶驅(qū)動(dòng)啟動(dòng)電機(jī)（也就是常說的Belt-alternator St

10、arter Generator, 簡稱BSG系統(tǒng)）。該電機(jī)為發(fā)電啟動(dòng)(Stop-Start)一體式電動(dòng)機(jī)，用來控制發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停止，從而取消了發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)力系統(tǒng)的汽車不屬于真正的混合動(dòng)力汽車，因?yàn)樗碾姍C(jī)并沒有為汽車行駛提供持續(xù)的動(dòng)力。在微混合動(dòng)力系統(tǒng)里，電機(jī)的電壓通常有兩種：12v 和24v。其中24v主要用于柴油混合動(dòng)力系統(tǒng)。二是輕混合動(dòng)力系統(tǒng)。代表車型是通用的混合動(dòng)力皮卡車。該混合動(dòng)力系統(tǒng)采用了集成啟動(dòng)電機(jī)（也就是常說的Integrated Starter Generator，簡稱ISG系統(tǒng)）。與微混合動(dòng)力系統(tǒng)相比，輕混合動(dòng)力系統(tǒng)除了能

11、夠?qū)崿F(xiàn)用發(fā)電機(jī)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停止，還能夠?qū)崿F(xiàn)：（1）在減速和制動(dòng)工況下，對部分能量進(jìn)行吸收；（2）在行駛過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)等速運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的能量可以在車輪的驅(qū)動(dòng)需求和發(fā)電機(jī)的充電需求之間進(jìn)行調(diào)節(jié)。輕混合動(dòng)力系統(tǒng)的混合度一般在20%以下。三是中混合動(dòng)力系統(tǒng)。本田旗下混合動(dòng)力的Insight, Accord 和Civic都屬于這種系統(tǒng)。該混合動(dòng)力系統(tǒng)同樣采用了ISG系統(tǒng)。與輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)不同，中混合動(dòng)力系統(tǒng)采用的是高壓電機(jī)。另外，中混合動(dòng)力系統(tǒng)還增加了一個(gè)功能：在汽車處于加速或者大負(fù)荷工況時(shí)，電動(dòng)機(jī)能夠輔助驅(qū)動(dòng)車輪，從而補(bǔ)充發(fā)動(dòng)機(jī)本身動(dòng)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(dòng)力系統(tǒng)。豐田的Prius 和未來的Estima屬于完全混合動(dòng)力系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用了272-650v的高壓啟動(dòng)電機(jī)，混合程度更高。與中混合動(dòng)力系統(tǒng)相比，完全混合動(dòng)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(dòng)力系統(tǒng)逐漸成為混合動(dòng)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(dòng)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(dòng)力系統(tǒng)而研發(fā)的1NZ-FXE發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。此發(fā)動(dòng)機(jī)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(shí)現(xiàn)其高性能、靜謐性、燃油經(jīng)濟(jì)性和

13、排放清潔性。在此發(fā)動(dòng)機(jī)上中，通過減少活塞各部分的摩擦來提高燃油效率，以實(shí)現(xiàn)對燃油經(jīng)濟(jì)性和低排放行的進(jìn)一步提高。普瑞斯混合動(dòng)力系統(tǒng)組成如下所示：1. HV變速器驅(qū)動(dòng)橋?；旌蟿?dòng)力車輛變速驅(qū)動(dòng)橋由發(fā)動(dòng)機(jī)（MG1）、電動(dòng)機(jī)（MG2）和行星齒輪組組成。2. HV蓄電池。在起步、加速和上坡時(shí)，將制動(dòng)或制動(dòng)踏板未踩俠士再次沖入的電能提供給電動(dòng)/發(fā)電機(jī)。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(jī)（MG1）和電動(dòng)機(jī)（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(gè)傳感器及ECU的信息，根據(jù)此信息計(jì)算所需的轉(zhuǎn)矩和輸出功

14、率。HV ECU將計(jì)算結(jié)果發(fā)送給發(fā)動(dòng)機(jī)ECU、變頻器總成、蓄電池ECU和制動(dòng)防滑控制ECU。5. 發(fā)動(dòng)機(jī)ECU。根據(jù)接受來自HV ECU的目標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和所需的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力，進(jìn)而起動(dòng)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(dòng)防滑控制ECU。控制電動(dòng)/發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的再生制動(dòng)以及控制液壓制動(dòng)，使制動(dòng)力等于僅配備液壓制動(dòng)的傳統(tǒng)車輛的制動(dòng)力。同樣，制動(dòng)防滑控制ECU照常進(jìn)行控制系統(tǒng)控制（帶EBD的ABS、制動(dòng)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(shí)，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?；旌蟿?dòng)力汽車的發(fā)展前景混合動(dòng)力電動(dòng)汽車具備了良好的動(dòng)力性能、良好的燃油經(jīng)濟(jì)性、清潔環(huán)保、經(jīng)濟(jì)實(shí)用。為達(dá)到提高車輛的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性,需要采用當(dāng)代最先進(jìn)的內(nèi)燃機(jī)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(jī)

16、,研究它的低速大轉(zhuǎn)矩、效率和再生制動(dòng)能量回饋性能；經(jīng)過周密分析和試驗(yàn)研究特性,最佳選擇各自高性能區(qū)段的組合與疊加。因?yàn)榛旌蟿?dòng)力汽車除了以往的動(dòng)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(dòng)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(dòng)力電池、電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jì)改進(jìn)汽車動(dòng)力系統(tǒng)，滿足汽車再生制動(dòng)回收要求，加強(qiáng)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的可靠性，解決動(dòng)力電池的使用壽命和可靠性問題，是混合動(dòng)力電動(dòng)汽車推廣應(yīng)用的前提。國際能源緊缺，混合動(dòng)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(shí)其排量低、污染小，也是未來汽車發(fā)展的必然趨勢?；旌蟿?dòng)力技術(shù)的先進(jìn)性和實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)實(shí)性，節(jié)能、環(huán)保效果明顯，采用混合動(dòng)力汽車是現(xiàn)階段解決環(huán)保和能源問題最為切實(shí)可行的方案。但是，由于混合動(dòng)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(jī)和內(nèi)燃機(jī)同時(shí)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(dòng)汽車（BEV）一樣受目前蓄電池技術(shù)的限制之外，混合動(dòng)力的能量來源仍然是石油，這決定了混合動(dòng)力不是電動(dòng)汽車發(fā)展的最終形式。美國PNGV計(jì)劃的廢止和FreedomCAR計(jì)劃的重

18、點(diǎn)是發(fā)展燃料電池汽車正說明了這一點(diǎn)。但是，目前日本的幾大公司的混合動(dòng)力汽車的熱銷說明，混合動(dòng)力汽車是傳統(tǒng)汽車時(shí)代向氫燃料電池汽車時(shí)代的過渡車型技術(shù)，雖然不是長遠(yuǎn)之計(jì)，但據(jù)估計(jì)，仍有20年以上的較長市場周期。可以充分利用現(xiàn)有內(nèi)燃汽車生產(chǎn)能力，推動(dòng)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(dòng)力系統(tǒng)，發(fā)展新能源汽車。重點(diǎn)發(fā)展各種液體代用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)及其混合動(dòng)力汽車，逐步過渡到采用生物燃料的混合動(dòng)力和可充電的混合動(dòng)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(dòng)機(jī)為基礎(chǔ)，發(fā)展各種燃?xì)鈩?dòng)力，尤其是天然氣/氫氣內(nèi)燃機(jī)及其混合動(dòng)力；發(fā)展新一代燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)及其混合動(dòng)力，到2020年，達(dá)到規(guī)模商業(yè)化水平；大力推進(jìn)動(dòng)力電池的技術(shù)進(jìn)步，發(fā)展適合中國國情的純電動(dòng)車尤其是微型純電動(dòng)車。以城市公交車輛為重點(diǎn)，以點(diǎn)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(dòng)力汽車介于傳統(tǒng)汽車和純電動(dòng)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(jì)方面都趨于成熟的電動(dòng)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(dòng)力汽車的