【混合動力汽車系統(tǒng)優(yōu)缺點及發(fā)展策略6600字（論文）】

II混合動力汽車系統(tǒng)優(yōu)缺點及發(fā)展策略目錄TOC\o"1-3"\h\u110511.緒論 178691.1課題背景及意義 142191.2混合動力汽車的研究現(xiàn)狀 216821.2.1國外研究現(xiàn)狀 2287431.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀 213912.混合動力汽車驅(qū)動系統(tǒng)方案設計 2277882.1串聯(lián)混合動力驅(qū)動系統(tǒng) 3110432.2并聯(lián)混合動力驅(qū)動系統(tǒng) 473012.3混聯(lián)混合動力驅(qū)動系統(tǒng) 5261373.混合動力汽車的優(yōu)缺點分析 71633.1混合動力汽車的優(yōu)點 766333.1.1極佳的燃油經(jīng)濟性能 7264583.1.2低排放 7305723.2混合動力汽車的缺點 8208515.2.1仍需汽油 826455.2.2成本高 865865.2.3在高速公路上表現(xiàn)不佳 8206344混合動力汽車發(fā)展過程中需要解決的問題和相應措施 88294.1關鍵技術(shù)問題 846674.1.1能量儲存裝置 9108804.1.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)技術(shù) 992524.1.3混合動力汽車制動 9310554.2發(fā)展措施 10223344.2.1降低成本 10312484.2.2國內(nèi)汽車企業(yè)自主創(chuàng)新 1074045.總結(jié) 103787參考文獻 11.緒論1.1課題背景及意義近年來，由于能源危機和環(huán)境保護，汽車行業(yè)面臨兩大挑戰(zhàn)。汽車因其無污染、環(huán)保節(jié)能、效率高的優(yōu)勢，尤其是混合動力汽車，逐漸登上歷史舞臺。由于其高能效、低排放的特點，對傳統(tǒng)汽車形成了巨大的挑戰(zhàn)。發(fā)展趨勢快，市場化進程也快?；旌蟿恿ζ嚨膭恿π?、燃油經(jīng)濟性和排放標準，與驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)的匹配以及車輛在行駛過程中的協(xié)調(diào)控制密切相關。所以，研究混合動力汽車的驅(qū)動系統(tǒng)對提高混合動力汽車的性能具有理論意義?；旌蟿恿ζ囀窃诩兤嚢l(fā)展過程中為結(jié)合我國汽車市場推廣的實際情況而創(chuàng)造和發(fā)展起來的一種新技術(shù)。它通過先進的儲能控制與處理系統(tǒng)的相互作用，將我車現(xiàn)有的大型內(nèi)燃機和具有一定負載能力的電儲能控制單元（主要采用高性能的鎳氫電池或超級儲能單元中的電容器）結(jié)合起來，它可以輕松實現(xiàn)大排量小排量，有效降低汽車的大量油耗，減少汽車環(huán)境中有害污染物的排放。國外學者普遍認為，它應該是我國第一款主流的清潔能源汽車，開發(fā)投資少，選擇推廣空間大，易于研究和實現(xiàn)，能夠滿足未來汽車排放控制標準、環(huán)保節(jié)能的發(fā)展目標，市場接受度高，各大型清潔汽車生產(chǎn)企業(yè)都在努力不斷加強對清潔混合能源汽車新技術(shù)應用研究的產(chǎn)業(yè)支持和開發(fā)投入。這一研究課題也可能是在這樣的歷史背景下首次提出的。本研究的主要目的是合理研究和設計各種類型混合動力系統(tǒng)的各種機構(gòu)控制參數(shù)和運動控制策略系統(tǒng)，尋找一種將電力系統(tǒng)參數(shù)設計與機構(gòu)控制相結(jié)合的研究方法。該系統(tǒng)的集成控制策略是在兩個混合動力系統(tǒng)之間均衡分配每輛車的平均驅(qū)動功率和總功率。其設計的正確性和可靠性將直接影響氣動系統(tǒng)的性能、耗油產(chǎn)生的巨大財政危機和各種各樣的污染物的排放。混合動力汽車的系統(tǒng)有三種分別是串聯(lián)，并聯(lián)和混聯(lián)系統(tǒng)。本文設計了一種基于SC7130的并聯(lián)式混合動力汽車。1.2混合動力汽車的研究現(xiàn)狀1.2.1國外研究現(xiàn)狀目前,許多國家都已經(jīng)制定了嚴格的汽車污染治理法規(guī)和環(huán)保節(jié)能的標準。在純汽車還沒有很快地實現(xiàn)市場化的條件下,世界上的各個汽車企業(yè)都對于混合動力汽車進行了更高的投資和支持力度,陸續(xù)研究生產(chǎn)和推廣了各類混合動力汽車的新技術(shù)。比如通用公司的preceptl.3混合空氣動力中型豪華轎車,福特公司的豐田prodigy中型混合空氣動力中型豪華轎車,戴母勒家族和克萊斯勒公司的presx3.1.5混合空氣動力中型豪華轎車,還有日本豐田公司于1997年9月推出的美國王牌豪華車型豐田混合動力中型豪華轎車,目前在中國全球汽車市場的累計銷量已經(jīng)達到接近年30萬輛。目前我國一些專家觀點認為,混合動力小型汽車的開發(fā),已經(jīng)不再僅僅是對汽車制造行業(yè)的一次簡單技術(shù)革新,而是對一次全球性的汽車制造行業(yè)革命。1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀目前為止我國在"八五"和"九五"期間均已經(jīng)有較大計劃地陸續(xù)推出了智能汽車的一些重要關鍵技術(shù)專項研究攻關及其關鍵整車設計生產(chǎn)與技術(shù)研制,[10]在此攻關基礎上還積極探索推出了一些新型插電混合能源動力純智能汽車及其相關技術(shù)產(chǎn)品與關鍵技術(shù)在各方面的創(chuàng)新研究與推廣應用。清華大學、華南理工大學、廣州電車公司等二十多家科研單位先后成功試制并推出了新型混合電氣動力柴油車型。但從技術(shù)水平上看,國內(nèi)現(xiàn)在任然是研究的初級階段,與國外的研究發(fā)展相比仍有很大差距。由于我國所蘊含的石油資源正在慢慢的減少，這使我國人民認識到環(huán)保和資源的重要性，這就使混合動力汽車正在慢慢崛起，有極大的可能發(fā)展成為中國汽車新能源汽車工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展，這也是近年來所有來華汽車界人士的共識。在今年的國家重點高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)研究項目發(fā)展計劃（863計劃）中，地方政府專門列出了汽車發(fā)展的三大項目（包括混合燃料電池汽車、混合燃料能源汽車和純氫汽車），總建設成本8.8億元，包括混合能源微型車技術(shù)研發(fā)。目標是在5年內(nèi)完成整車產(chǎn)業(yè)化。2.混合動力汽車驅(qū)動系統(tǒng)方案設計混合動力汽車的三種主要驅(qū)動系統(tǒng)是串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)驅(qū)動系統(tǒng)。串聯(lián)混合動力其實就是把電動機和內(nèi)燃機串聯(lián)起來。其基本組成如圖1所示：2.1串聯(lián)混合動力驅(qū)動系統(tǒng)圖1串聯(lián)混合動力驅(qū)動系統(tǒng)從實際來說，在實際應用中，列車驅(qū)動機構(gòu)與串聯(lián)式機構(gòu)相同，然后加裝一個蓄電池，使這個蓄電池起到峰值能量機構(gòu)的作用，這樣，電動機驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)速就可以與內(nèi)燃機和發(fā)電機的轉(zhuǎn)速完全解耦，這樣就可以解決調(diào)速問題，不需要齒輪箱，而且內(nèi)燃機的功率輸出可以與發(fā)電機解耦，使內(nèi)燃機始終工作在最佳狀態(tài)，從而能夠提高燃油經(jīng)濟性。由此可見，串聯(lián)的內(nèi)燃機和電機是通過電連接而不是通過機械連接。它的工作模式有以下幾種：1.內(nèi)燃機與發(fā)動機一起工作，使電機產(chǎn)生電能，驅(qū)動車輛前進。如果內(nèi)燃機的工作功率大于驅(qū)動功率，則電池充電，功率增加；反之，電池放電，功率減少；2.當內(nèi)燃機不工作的時候，此時只由電機來帶動汽車動起來，這種現(xiàn)象往往在城市中低速行駛且電量充足的時候；3.汽車下坡或者減速時，此時內(nèi)燃機是不運行的，所以電機能夠給電池充電。在這三種類型中，最簡單的顯然是串聯(lián)混動，它的控制策略的設計修改也最簡單。串聯(lián)混動因為比較單一，所以也會有很多的缺點：1.內(nèi)燃機不能直接驅(qū)動車輪，要經(jīng)歷兩個轉(zhuǎn)換才能驅(qū)動，消耗能量，成本高；2.由于電機需要一直驅(qū)動汽車，串聯(lián)式混合動力汽車需要一個大的和一個小的動力電機，導致成本很高；3.它的內(nèi)燃機和發(fā)電機都不可用于驅(qū)動，浪費資源。2.2并聯(lián)混合動力驅(qū)動系統(tǒng)令電機和內(nèi)燃機通過并聯(lián)構(gòu)成并聯(lián)混動結(jié)構(gòu)從而來帶動汽車行駛，其基本組成如圖2所示：圖2并聯(lián)混合動力驅(qū)動系統(tǒng)在并聯(lián)式混合動力中，電動機和內(nèi)燃機產(chǎn)生的動力一般通過機械聯(lián)軸器連接，輸入和輸出的速度應保持固定比例，如下圖所示：并聯(lián)式混合動力車相當于在傳統(tǒng)的內(nèi)燃機汽車上增加一個電動馬達系統(tǒng)和一個電池，并聯(lián)的模式比串聯(lián)的多一些。與串聯(lián)式混合動力車相比，并聯(lián)式車輛的發(fā)動機不需要使用其全部動力來驅(qū)動車輛，因此只需要一個小的發(fā)動機，降低了生產(chǎn)成本。由于發(fā)動機和內(nèi)燃機都能為車輛提供動力，并聯(lián)混合動力的功率略高。2.3混聯(lián)混合動力驅(qū)動系統(tǒng)混合動力汽車是結(jié)合了串并聯(lián)的優(yōu)勢來產(chǎn)生輸出，典型混聯(lián)結(jié)構(gòu)如圖3所示：圖3混聯(lián)混合動力汽車圖中的離合器用來實現(xiàn)串聯(lián)和并聯(lián)之間的切換，離合器分開即為串聯(lián)，反之則是并聯(lián)?；旌蟿恿ζ噦鹘y(tǒng)上不像串聯(lián)汽車那樣有變速器，這提高了變速器的效率，減少了汽車的整體重量；混合動力汽車的電動機和馬達可以一起驅(qū)動汽車。然而，由于復雜的駕駛模式，混合動力汽車的控制策略對汽車公司的要求更高。沒有變速箱的混合動力汽車中的電動馬達需要更多的動力，這導致了更高的成本。混合動力結(jié)構(gòu)還需要更高的離合器，而且內(nèi)燃機的工作范圍比串聯(lián)式更大，因此成本往往比串聯(lián)式混合動力多很多。綜上分析，根據(jù)設計要求，本次設計選擇并聯(lián)結(jié)構(gòu)。由以上兩式可得，，（2）求V面內(nèi)支反力、和彎矩輸出軸受力如圖4（b）所示，則+=（+）=－=0由以上兩式可得，，（a）輸出軸水平方向受力圖（b）輸出軸垂直方向受力圖圖3.6輸入軸受力圖3.混合動力汽車的優(yōu)缺點分析3.1混合動力汽車的優(yōu)點3.1.1極佳的燃油經(jīng)濟性能確立混合動力汽車控制策略的基本原則之一為確保在各種運行情況下，燃料轉(zhuǎn)換裝置、儲能裝置和電動機盡量能夠高效地工作，從而使混合動力汽車的燃油經(jīng)濟性能上佳。把德國大眾GOLF混合驅(qū)動系統(tǒng)和傳統(tǒng)內(nèi)燃機驅(qū)動系統(tǒng)的燃油經(jīng)濟性相互對比，記錄數(shù)據(jù)，得出結(jié)果：后者的燃油消耗比前者高出約57%。理論分析以及現(xiàn)階段混合動力汽車實驗驗證，混合動力汽車比傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車燃油消耗量少約35%。3.1.2低排放混合動力電動汽車(hev)控制策略的兩個主要原則是確保燃料轉(zhuǎn)換裝置在各種工況下盡可能在低排放區(qū)域工作，以減少hev的排放。比如nox排放，已經(jīng)達到了美國環(huán)境保護署，加州ulev和加州sulev制定的nox排放標準，其中包括本田insight和豐田prius混合動力車。這些公司生產(chǎn)的傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車，即使排放量很高，也只能達到美國和歐洲的標準，遠低于混合動力汽車。理論數(shù)據(jù)和對豐田普銳斯(toyotaprius)和本田insight等混合動力汽車的實驗測試表明，與混合動力汽車相比，傳統(tǒng)的內(nèi)燃機汽車可以排放約55%的廢氣。除了減少排放物，混合動力汽車發(fā)動機噪音也大大降低負荷時低。5.1.3降低使用成本混合動力汽車蓄電池組可直接從外部電源（包括家用220V電源）充電。從這個角度來看，它就像一輛純電動汽車，通常更喜歡在純電動模式下獨立駕駛，一般由外部公用電網(wǎng)供電來補充電力。因此，在節(jié)能的同時，可以利用夜間低谷電對蓄電池充電，提高電廠發(fā)電機的運行效率。它還可以減少混合動力電動汽車的廢氣排放，降低汽車的日常使用成本，凈化城市空氣質(zhì)量，減少汽車對石油燃料的依賴。傳統(tǒng)的混合動力電動汽車不能通過外接電源充電，而是依靠車載燃料的消耗來補充電池的動力?；旌蟿恿ζ囉幸粋€具有一定能量的電池組。它在純電動模式下獨立運行，具有一定的純電動行駛范圍，如幾十公里。傳統(tǒng)的混合動力電動汽車，即使是在強勁的混合動力汽車中，電池能量也很小。只有在起動和低速時才是純電力驅(qū)動。在加速和高速時，發(fā)動機和電機共同驅(qū)動，發(fā)動機是主要的驅(qū)動力。驅(qū)動電機的功率和扭矩較大，與純電動汽車相同或稍小。在純電動模式下，即可完成各種行駛條件，如起動、加速、爬升等。傳統(tǒng)的混合動力電動汽車具有較小的電機功率和扭矩，在加速、爬坡等條件下由電機和發(fā)動機共同驅(qū)動。行駛距離400-500公里。在長途行駛條件下，優(yōu)先采用純電動模式。當電池組充電狀態(tài)下降到一定極限時，通過切換到混合動力模式直接驅(qū)動發(fā)動機。車輛驅(qū)動或驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，驅(qū)動電機驅(qū)動車輛，并補充蓄電池電源。這使得它獨立于充電站停車充電，尤其是在目前國內(nèi)充電站設施不完善的情況下，可以繼續(xù)長距離行駛，通常，即使在國內(nèi)充電站設施密集分布的地區(qū)，電動汽車的快速充電也需要幾十分鐘。停車和充電的等待時間。這是混合動力電動汽車（即混合動力電動汽車）最突出的優(yōu)點，與傳統(tǒng)的汽車里程相同。這也克服了純電動汽車受動力蓄電池能量限制，行駛里程短的缺點。3.2混合動力汽車的缺點5.2.1仍需汽油因為混合動力汽車仍然需要燃燒汽油，不能從根本上擺脫對石油的依賴，完全解決環(huán)境問題所以混合動力汽車沒有太多的市場吸引力。5.2.2成本高新技術(shù)研發(fā)成本往往都很高，混合動力汽車由于結(jié)構(gòu)復雜，研發(fā)成本昂貴，其生產(chǎn)成本也高于普通汽車?；旌蟿恿囆枧溆袕碗s的蓄電池組、電力發(fā)動機和高精度的電子控制模板等高價配件，而這些普通汽車卻不需要。5.2.3在高速公路上表現(xiàn)不佳據(jù)美國2011年進行的一項研究表明，普通汽車和混合動力在同一復雜路況高速中行駛五千米，燃油經(jīng)濟性并沒有遜色。混合動力汽車在城市中行駛用有良好的燃油經(jīng)濟性，然而行駛于高速公路，不僅仍靠汽油發(fā)動機驅(qū)使，而且因為其蓄電池組重量很大，更易消耗燃油。4混合動力汽車發(fā)展過程中需要解決的問題和相應措施4.1關鍵技術(shù)問題技術(shù)問題是影響混合動力汽車性能的核心關鍵所在，它將始終制約或影響混合動力汽車的發(fā)展。4.1.1能量儲存裝置加速和爬升需要電池的比能量和比功率。電池還需要能夠快速充電，提高充放電效率，降低成本，延長使用壽命。由于其使用壽命短、存儲容量低、充電速度慢等特點，在能量存儲方面還有很大的改進空間。4.1.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)技術(shù)加速和爬升需要電池提供特定的能量和特定的動力。電池還需要能夠快速充電，提高充放電效率，降低成本和延長使用壽命。由于其使用壽命短、存儲容量低、充電速度慢等特點，在儲能方面還有很大的改進空間。4.1.3混合動力汽車制動汽車制動性能制動效率，即制動距離和制動減速度。制動效率是指汽車在良好的路面上以一定的初速度制動時的制動距離或減速度。它是制動性能最基本的評價指標。制動效率的恒定性，即抗熱降解性。當汽車在高速行駛或在長下坡坡上連續(xù)制動時，制動效率的維持程度稱為抗熱損性能。如果汽車涉水，剎車也會有水變質(zhì)的問題。制動過程中車輛方向的穩(wěn)定性，即制動過程中車輛的性能無偏差、側(cè)滑和轉(zhuǎn)向能力喪失。第一個指標是所有車輪上的制動系統(tǒng)都能提供足夠的制動力矩。第三個指標要求每個車輪上的制動力分布符合一定的規(guī)律。能量供給制動系統(tǒng)的主要問題是針對這兩個指標。再生制動所謂再生制動，是指車輛動力模塊的全部或部分具有能量通過控制反向流動的功能，從而將車輛的慣性部分反饋給蓄電池。同時，再生制動在車輛上起著制動作用。在電動汽車中，再生制動是一種電制動，此時驅(qū)動電機以發(fā)電方式工作。電動汽車的再生制動是一個宏觀術(shù)語。電動汽車的電制動過程，從整體上來說，汽車的慣性轉(zhuǎn)化為電能，并儲存在蓄電池中。在微觀上，根據(jù)電機驅(qū)動系統(tǒng)中功率變換器的不同控制信號，再生制動有兩種基本制動方式：一種是儲能制動和反饋制動的交替，另一種是反向制動和反饋制動的交替。所謂儲能制動器，是指驅(qū)動電機產(chǎn)生的電能以磁場能量的形式存儲在電路電感中的電制動器，其一部分消耗在電路電阻中；所謂反饋制動器，是指電能基因驅(qū)動電機額定值除部分消耗在回路電阻外，其余全部反饋給蓄電池；所謂逆制動是指驅(qū)動電機的電制動。一種電動制動器，由電動勢和電源電壓沿正向串聯(lián)而成，既沒有電能反饋給蓄電池，又需要蓄電池輸出電能。4.2發(fā)展措施4.2.1降低成本我國汽車產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，價格還是廣大汽車消費者考慮的首要要素?；旌蟿恿囘^高的價格會使消費者有很大的顧忌。我國追求時尚，追求與眾不同的消費心理普遍存在，混合動力能滿足追求個性，提倡環(huán)保的人生的追求。然而實現(xiàn)要像歐美以及日本那樣實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的深遠目標，必須在開發(fā)，制造，銷售等環(huán)節(jié)節(jié)約成本，使混合動力汽車真正滿足大眾普遍消費的車型。4.2.2國內(nèi)汽車企業(yè)自主創(chuàng)新在中國，混合動力由于處于發(fā)展初期，因此市場沒有形成，也沒有形成產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，所以整體的價格偏高，對于普通消費者來說，難易承擔。并且在現(xiàn)階段，從長遠來看，經(jīng)濟性也不如傳統(tǒng)的內(nèi)燃機汽車。如果在研發(fā)的過程中，能夠漸漸降低整車成本，或者漸漸形成規(guī)模化的生產(chǎn)，相信消費者會越來越傾向于使用混合動力型汽車，進而緩解能源危機問題。5.總結(jié)綜上所述，鑒于石油資源將趨于枯竭和環(huán)境污染日益加劇的現(xiàn)實，國內(nèi)外汽車制造商在其政府支持下，都在競相開發(fā)各種類型電動汽車。與傳統(tǒng)型汽車相比，混合動力汽車充分吸取了電力及熱力系統(tǒng)中最大的優(yōu)勢，在節(jié)能和排放上勝出一籌；與純電動汽車相比，混合動力汽車的電壓和功率等級與電動車類似，但蓄電池容量大大減小，因而其造價成本低于電動汽車?；旌蟿恿ζ囋谖磥硪欢螘r間內(nèi)會很有發(fā)展前景，這一點是毫無疑問的。汽車行業(yè)專家預言，不久的將來，新生產(chǎn)的汽車中混合動力汽車將占40％以上，與傳統(tǒng)燃油汽車分享市場。國內(nèi)混合動力汽車正處于樣車試制階段，已開發(fā)出混合動力轎車、混合動力中巴車、混合動力大客車樣車，而國外日本等少數(shù)國家汽車制造商已開始了逐年增長的小批量商業(yè)化生產(chǎn)，并正在廣泛進入世界市場。我國的汽車工業(yè)應順應科技發(fā)展趨勢，抓住混合動力汽車這塊市場，在國外產(chǎn)品涌入之前，集中科研力量攻關，迅速開發(fā)出自己的產(chǎn)品。參