基于ADVISOR混合動力汽車驅(qū)動系統(tǒng)的研究

1、第 1 章 緒 論 自1886年，德國誕生了世界上第一輛汽車以來，汽車已經(jīng)極大的改變了人們的生活，成為重要的運輸及代步工具。目前，汽車工業(yè)已經(jīng)成為當今世界最大、最重要的工業(yè)部門之一。汽車縮短了人們之間的距離，提高了生活質(zhì)量。但我們在享受汽車文明的同時，也必須面的汽車帶來的負面影響：環(huán)境污染和過度能源消耗。目前，世界上空氣污染最嚴重的10個城市7個在中國。上個世紀人們關(guān)注的是汽車節(jié)能、排放和安全技術(shù)，而本世紀初，人們已經(jīng)更多的將目光轉(zhuǎn)向汽車新能源和環(huán)保技術(shù)。研制開發(fā)更節(jié)能、更環(huán)保、使用替代能源的新型汽車，成為各大汽車公司的當務(wù)之急。改革開放以來，我國的汽車工業(yè)取得了很大的發(fā)展，但在全球市場所占比

2、重仍很小，尤其是大多數(shù)國產(chǎn)汽車的排放污染比較嚴重?，F(xiàn)行的汽車排放標準的限制水平遠低于發(fā)達國家，如一氧化碳的限值是歐洲標準的8倍，而碳氫和氮氧化物更高達l0倍。國際上，涌動的混合動力汽車熱，為我國汽車工業(yè)實現(xiàn)技術(shù)跨越發(fā)展提供了空前的機遇。但混合動力汽車與傳統(tǒng)的汽油汽車對比，它不單純是發(fā)動機的簡單替換，其設(shè)計、加工、材料以及電氣、控制系統(tǒng)都要相應(yīng)地做出改變，使整車參數(shù)合理匹配。這意味著以汽車工業(yè)為國民經(jīng)濟支柱的世界發(fā)達國家的工業(yè)體系面臨著重大的調(diào)整，選擇發(fā)展混合動力汽車為我國汽車工業(yè)發(fā)展的新的增長點，對于改變我汽車工業(yè)的落伍狀況、促進經(jīng)濟發(fā)展、增強國家實力具有現(xiàn)實的戰(zhàn)略意義，而不僅僅只是環(huán)境保護和

3、節(jié)約能源的問題。全套設(shè)計，加1.1 混合動力汽車的發(fā)展歷史當前普遍使用的燃油發(fā)動機汽車存在種種弊病，統(tǒng)計表明在占80以上的道路條件下，一輛普通轎車僅利用了動力潛能的40，在市區(qū)還會跌至25，更為嚴重的是排放廢氣污染環(huán)境。20世紀90年代以來，世界各國對改善環(huán)保的呼聲日益高漲，各種各樣的電動汽車脫穎而出。雖然人們普遍認為未來是電動汽車的天下，但是目前的電池技術(shù)問題阻礙了電動汽車的應(yīng)用。由于電池的能量密度與汽油相比差上百倍，遠未達到人們所要求的數(shù)值，專家估計在10年以內(nèi)電動汽車還無法取代燃油發(fā)動機汽車（除非燃料電池技術(shù)有重大突破）。 現(xiàn)實迫使工程師們想出了一個兩全其美的辦法，開發(fā)了一種混合動力裝置

4、（Hybrid-Electric Vehicle縮寫HEV）的汽車。所謂混合動力裝置就是將電動機與輔助動力單元組合在一輛汽車上做驅(qū)動力，輔助動力單元實際上是一臺小型燃料發(fā)動機或動力發(fā)電機組。形象一點說，就是將傳統(tǒng)發(fā)動機盡量做小，讓一部分動力由電池-電動機系統(tǒng)承擔。這種混合動力裝置既發(fā)揮了發(fā)動機持續(xù)工作時間長，動力性好的優(yōu)點，又可以發(fā)揮電動機無污染、低噪聲的好處，二者“并肩戰(zhàn)斗”，取長補短，汽車的熱效率可提高10以上，廢氣排放可改善30以上。混合動力源電動車按照能量合成的形式主要分為串聯(lián)式(SHEV）和并聯(lián)式（PHEV）兩種。 串聯(lián)式動力由發(fā)動機、發(fā)電機和電動機三部分動力總成組成，它們之間用串聯(lián)

5、的方式組成SHEV的動力單元系統(tǒng)。負荷小時由電池驅(qū)動電動機帶動車輪轉(zhuǎn)動，負荷大時則由發(fā)動機帶動發(fā)電機發(fā)電驅(qū)動電動機。當電動車處如啟動、加速、爬坡的工況時，發(fā)動機-電動機組和電池組共同向電動機提供電能；當電動車處低速、滑行、怠速的工況時，則由電池組驅(qū)動電動機，由發(fā)動機-發(fā)電機組向電池組充電。這種串聯(lián)式電動車不管在什么工況下，最終都要由電動機來驅(qū)動車輪。例如福特“新能級2010”SHEV，其電池采用燃料電池，在城市市區(qū)行駛時全部由燃料電池驅(qū)動電動機，電動機通過減速器（變速器）和驅(qū)動橋驅(qū)動車輪，達到了“零排放”要求。當高速及爬坡時，則由發(fā)動機-電動機組和燃料電池組共同向電動機供電，驅(qū)動車輪。 并聯(lián)式

6、裝置的發(fā)動機和電動機以機械能疊加的方式驅(qū)動汽車，發(fā)動機與電動機分屬兩套系統(tǒng)，可以分別獨立地向汽車傳動系提供扭矩，在不同的路面上既可以共同驅(qū)動又可以單獨驅(qū)動。電動機既可以作電動機又可以作發(fā)電機使用，又稱為電動發(fā)電機組。由于沒有單獨的發(fā)電機，發(fā)動機可以直接通過傳動機構(gòu)驅(qū)動車輪，因此該裝置更接近傳統(tǒng)的汽車驅(qū)動系統(tǒng)，得到比較廣泛的應(yīng)用。例如大眾汽車公司的高爾夫PHEV，發(fā)動機通過離合器1帶動電動發(fā)電機，輸出扭力再通過另一邊離合器2驅(qū)動車輛行駛。靜止啟動時，電池向電動發(fā)電機供電，此時電動發(fā)電機就是發(fā)動機的起動機。發(fā)動機啟動后，發(fā)動機一方面作為車輛單獨的動力源驅(qū)動車輪，另一方面又帶動電動發(fā)電機發(fā)電向電池充

7、電，此時與傳統(tǒng)汽車一樣。在市區(qū)行駛時，發(fā)動機關(guān)閉，離合器1脫開，離合器2接合，電池作為唯一能源向電動機供電，由電動機取代發(fā)動機驅(qū)動車輪。當電動車需要高速或高負荷時，發(fā)動機啟動離合器1閉合，發(fā)動機與電動發(fā)電機系統(tǒng)組成復(fù)合驅(qū)動形式，以最大功率驅(qū)動車輛。 混合動力汽車在發(fā)達國家已經(jīng)日益成熟，有些已經(jīng)進入實用階段。由于構(gòu)造復(fù)雜，成本較高，在電動汽車時代到來之前，混合動力型汽車只是一種過渡產(chǎn)品。1.2研究的目的和意義 隨著傳統(tǒng)燃油汽車排放所造成的空氣質(zhì)量日益惡化和石油資源的漸趨匱乏，開發(fā)低排放、低油耗的新能源汽車成為當今汽車工業(yè)界的緊迫任務(wù)。由此人們越來越關(guān)注其他燃料的汽車和電動汽車的開發(fā)，例如燃料電池

8、汽車（Fuel Cell Vehicle 簡稱FCV）、純電動汽車（Electric Vehicle 簡稱EV）和混合動力汽車（Hybrid Electric Vehicle 簡稱HEV）。FCV是利用氫、氧在常溫下通過電化學反應(yīng)產(chǎn)生電能來驅(qū)動汽車，可以實現(xiàn)零排放。但是FCV目前存在著成本、技術(shù)和氫能源基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等問題，離產(chǎn)業(yè)化至少需要十至十五年的時間。EV雖然也是實現(xiàn)汽車零排放的一大途徑，但是由于目前動力電池技術(shù)上并未去得突破性的進展，而且電動汽車依然存在續(xù)駛里程短和充電時間長等問題。HEV雖然不能實現(xiàn)零排放，但真對以上FCV、EV所存在的問題，HEV在目前環(huán)境更具有更強大的優(yōu)勢，在世界范

9、圍內(nèi)將成為新型汽車開發(fā)的熱點。世界各大汽車公司無不涉足電動汽車領(lǐng)域，但是由于技術(shù)和經(jīng)濟上存在的各種困難，電動汽車還有相當長的路要走才有可能實現(xiàn)商品化，而混合動力汽車技術(shù)相對更為成熟，由于采用了精湛的機電耦合技術(shù)和智能化的整車控制策略，從而實現(xiàn)整車的高性能，低能耗和低排放，因此，日本、美國等多家汽車公司已經(jīng)和正向市場推出各種混合動力汽車產(chǎn)品，預(yù)測表明到2010年全球混合動力汽車年產(chǎn)可達294萬輛。因石油資源的枯竭、人們環(huán)保意識的提高，電動汽車及混合動力汽車將成為新世紀前幾十年汽車發(fā)展的主流，這一點也是我國汽車界所有業(yè)內(nèi)人士的共識。我國政府已經(jīng)在國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)中專門有電動汽車

10、重大專項(包括燃料電池整車、混合動力整車和純電動車)，北京申報成功2008年奧運會后，我國政府對汽車排放的要求將會越來越嚴，北京市環(huán)保局明確表示北京市將與國際汽車排放的要求同步，上海、廣州也將一步和國際接軌。在我國大中城市都普遍存在著十分嚴重的汽車尾氣排放污染問題，其中轎車排放為城市汽車尾氣排放污染的主要污染源之一，因此混合動力汽車有著廣闊的市場空間，特別是開發(fā)用于城市交通(如出租車)和城市之間的混合動力汽車在我國有著得天獨厚的發(fā)展條件和廣闊的應(yīng)用前景。1.3國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1.3.1國內(nèi)的研究現(xiàn)狀隨著石油資源的枯竭、人們環(huán)保意識的提高，混合動力汽車及電動汽車將成為新世紀前幾十年汽車發(fā)展的主流，

11、并成為我國汽車界所有業(yè)內(nèi)人士的共識。我國政府也已經(jīng)在國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)中專門開列了包括混合動力汽車在內(nèi)的電動汽車重大專項。目前，我國在新能源汽車的自主創(chuàng)新過程中，堅持了政府支持，以核心技術(shù)、關(guān)鍵部件和系統(tǒng)集成為重點的原則，確立了以混合電動汽車、純電動汽車、燃料電池汽車為“三縱”，以整車控制系統(tǒng)、電機驅(qū)動系統(tǒng)、動力蓄電池/燃料電池為“三橫”的研發(fā)布局，通過產(chǎn)學研緊密合作，我國混合動力汽車的自主創(chuàng)新取得了重大進展。形成了具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的動力系統(tǒng)技術(shù)平臺，建立了混合動力汽車技術(shù)開發(fā)體系?；旌蟿恿ζ嚨暮诵氖请姵兀ò姵毓芾硐到y(tǒng)）技術(shù)。除此之外，還包括發(fā)動機技術(shù)、電機控制技術(shù)

12、、整車控制技術(shù)等，發(fā)動機和電機之間動力的轉(zhuǎn)換和銜接也是重點。從目前情況來看，我國已經(jīng)建立起了混合動力汽車動力系統(tǒng)技術(shù)平臺和產(chǎn)學研合作研發(fā)體系，取得了一系列突破性成果，為整車開發(fā)奠定了堅實的基礎(chǔ)。截止到2009年1月31日，在混合動力車輛技術(shù)領(lǐng)域，我國知識產(chǎn)權(quán)局受理并公開的中國專利申請為1116件。 在1116件專利申請中，發(fā)明為782件（授權(quán)為107件）、實用新型為334件。掌握了關(guān)鍵零部件核心技術(shù)，自主開發(fā)出系列化產(chǎn)品，關(guān)鍵零部件產(chǎn)業(yè)化全面跟進。在混合動力汽車的核心電池技術(shù)研發(fā)方面，我國已自主研制出容量為6Ah-100Ah的鎳氫和鋰離子動力電池系列產(chǎn)品，能量密度和功率密度接近國際水平，同時突

13、破了安全技術(shù)瓶頸，在世界上首次規(guī)模應(yīng)用于城市公交大客車；自主開發(fā)的200kw以下永磁無刷電機、交流異步電機和開關(guān)磁阻電機，電機重量比功率超過1300w/kg，電機系統(tǒng)最高效率達到93；自主開發(fā)的燃料電池發(fā)動機技術(shù)先進，效率超過50%，成為世界上少數(shù)幾個掌握車用百千瓦級燃料電池發(fā)動機研發(fā)、制造以及測試技術(shù)的國家之一。與此同時，混合動力汽車關(guān)鍵零部件的產(chǎn)業(yè)化全面跟進，生產(chǎn)配套能力顯著增強。近來，力神、比亞迪、比克、萬向等動力電池企業(yè)投入數(shù)十億資金加快產(chǎn)業(yè)化建設(shè)，上海電驅(qū)動、大郡、湘潭電機、南車時代等電機企業(yè)加強與上下游企業(yè)合作，積極完善產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)。在未來2-3年內(nèi)，預(yù)計將形成20億Ah以上的動力電

14、池和全系列驅(qū)動電機生產(chǎn)能力，能夠滿足100萬輛混合動力及電動汽車的配套要求。掌握了電動汽車整車開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)，形成了各類電動汽車的開發(fā)能力。我國混合動力汽車在系統(tǒng)集成、可靠性、節(jié)油性能等方面進步顯著，不同技術(shù)方案可實現(xiàn)節(jié)油10%-40%。同時，各汽車企業(yè)對混合動力汽車的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化投入顯著增強，產(chǎn)業(yè)化步伐不斷加快。目前，國內(nèi)汽車企業(yè)已將混合動力汽車作為未來主流競爭型產(chǎn)品在戰(zhàn)略上高度重視，一汽、東風、上汽、長安、奇瑞、比亞迪等都已投入了大量的人力、物力，混合動力車型已完成樣車開發(fā)，并有部分車型已經(jīng)實現(xiàn)小批量上市。雖然電動汽車具有很多優(yōu)點，但是它不能取代傳統(tǒng)的燃氣動力模式，而混合動力汽車是目前新型清

15、潔動力汽車中最具有產(chǎn)業(yè)化和市場化前景的車型，其發(fā)展方向是真正零排放、無污染，不消耗燃油的燃料電池車輛。現(xiàn)在混合動力汽車在歐美國家及日本已形成產(chǎn)業(yè)化，而國內(nèi)還處于起步階段，沒有形成產(chǎn)業(yè)化。1.3.2國外的研究現(xiàn)狀一日本混合動力汽車的發(fā)展：在1997年日本就率先進入混合動力汽車商業(yè)生產(chǎn)，現(xiàn)在技術(shù)已經(jīng)完全成熟，進入大批量生產(chǎn)，產(chǎn)銷量逐年增加，現(xiàn)在混合動力汽車已經(jīng)開始成為發(fā)展的主流。豐田公司的Pruis 1997年開始投產(chǎn)，1998年成為世界第一個小規(guī)模成批生產(chǎn)的汽油電動混合動力車。Pruis混合動力電動轎車是單軸驅(qū)動混聯(lián)式混合電動車輛，以行星齒輪作為動力連接裝置。發(fā)動機通過單向離合器將動力輸出到行星

16、架，行星架按固定比例將扭矩分配到行星架，行星架按固定比例將扭矩分配到中心輪連接的發(fā)電機，電動機通過齒輪減速機構(gòu)進行動力輸出。發(fā)電機采用永磁同步交流電機，可以工作于電動機狀態(tài)。另外車輛功率分配裝置，借助于控制發(fā)電機的發(fā)電量來調(diào)節(jié)動力分配比例。THS傳動系統(tǒng)起到類似無級變速器的作用。采用電動機助力驅(qū)動的運行狀態(tài)，利用永磁同步電機低速恒轉(zhuǎn)矩的特性。在車輛啟動或加速運行時，使得電動機的優(yōu)異轉(zhuǎn)矩特性發(fā)揮得淋漓盡致。本田公司的混合動力汽車采用內(nèi)燃機帶電機助力（IMA）系統(tǒng)。由1.0LVETC汽油機、60mm厚的環(huán)狀DC無刷汝鐵硼永磁電機、鎳氫電池、動力控制單元集成，裝于本田Insight兩座轎車上，采用手

17、動或自動變速器，每升汽油行駛里程分別為35km或32km。本田Insight混合動力汽車采用了轉(zhuǎn)矩復(fù)合的方式，其手動變速車創(chuàng)造了3L汽油行駛105km的好成績，而裝備的CVT的車型也創(chuàng)下了3L汽油行駛96km的好成績。在這種混合動力系統(tǒng)中，以汽油發(fā)動機為主要動力，電動機為輔助動力，動力分配比為9:1。根據(jù)阿貢國家實驗室的試驗結(jié)果，本田Insight的燃油消耗比相當于傳統(tǒng)轎車減少55%，CO排放量是傳統(tǒng)汽油機轎車的020%，HC的排放量是傳統(tǒng)汽油機轎車的50%。二美國在混合動力車開發(fā)生產(chǎn)中的表現(xiàn)：早在1997年，美國PNGV就根據(jù)當時的進展情況，篩選出壓燃直噴(CIDI)發(fā)動機，混合動力電驅(qū)動系

18、統(tǒng),燃料電池(含儲能電池)和輕質(zhì)材料4項新技術(shù),組織和號召大家重點突破，混合動力技術(shù)是重點之一，鑒于直噴柴油機也是一項重點，為了容易達到PNGV80MPG(33.78Km/L)的目標，美國三大汽車公司都發(fā)展了柴油機電動機混合動力，而且都按計劃于1999年制造出柴油機混合動力轎車。如戴-克公司Dodge ESX3,適度混合動力系統(tǒng)（mild hybrid），福特公司Prodigy，低儲能需求(LSR)混合電驅(qū)動系統(tǒng)，通用汽車公司Precept，雙軸混合電驅(qū)動系統(tǒng)等。雖然三家公司都完成了與政府的合作計劃,并獲得了PNGV的資金補助。但是都沒有考慮商業(yè)化問題。現(xiàn)在為了實現(xiàn)商業(yè)化不得不重新開發(fā)市場需要

19、的產(chǎn)品，并安排制造計劃，這就比日本公司落后了大約 5年。2000年以來，三大汽車公司總結(jié)了低批量生產(chǎn)電動汽車的經(jīng)驗教訓，決定實施戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變，將其混合動力系統(tǒng)裝于高耗能和高價格的SUV和輕型載貨車上。輕型載貨車和SUV這類汽車在美國銷售數(shù)量極大，所以改善這些車輛的燃料經(jīng)濟性,將對降低總體燃料消耗和CO2的產(chǎn)生更有意義。三歐洲對于混合動力汽車的觀點：歐洲的汽車公司認為,雖然汽油機混合動力技術(shù)節(jié)省汽油，也能降低排放,但相比之下柴油機轎車更好，因為柴油機已經(jīng)發(fā)展成為清潔，平順，安靜的動力。增壓器,高壓燃料噴射系統(tǒng)已經(jīng)將柴油機改進得和汽油機一樣好,加上清潔低硫的柴油燃料，柴油機轎車已經(jīng)具有更高的燃料經(jīng)濟性

20、，同時柴油機比汽油電動混合動力更加簡單、高效、制造費用較低,也能使制造者獲得合理的利潤。1.8LTDI柴油機轎車燃油經(jīng)濟性大約是21.1Km/L,價格則低于本田的Civic。所以歐洲汽車公司的主要精力放在發(fā)展現(xiàn)代增壓直噴柴油機轎車上。在目前美國市場上銷售的混合動力汽車主要有三種:本田公司的Insight,豐田公司的Prius,以及本田公司的Civic。混合動力汽車的缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不是零排放汽車，可靠性比純電動汽車低，從長遠來看是一種過渡車型。但其驅(qū)動系統(tǒng)同時使用燃油發(fā)動機和電動機作為汽車的動力源，可以大幅降低油耗，減少污染物排放，同時具有令人滿意的行駛里程。因此，近年內(nèi)混合動力汽車將具有很好

21、的發(fā)展前景?；旌蟿恿﹄妱悠嚕邆淞肆己玫膭恿π阅?，良好的燃油經(jīng)濟性，清潔環(huán)保，經(jīng)濟實用，其存在只是為了解決純電動車和燃料電池存在的技術(shù)性問題?；旌蟿恿﹄妱悠嚦浞职l(fā)揮了發(fā)動機和電動機的最大優(yōu)勢，提高了燃料經(jīng)濟性和減少了排放。與相同性能傳統(tǒng)型汽車相比，HEV在節(jié)能和排放上更有優(yōu)勢。與純電動車相比，其蓄電池容量大大減小，因而其造價成本低于電動汽車。就目前來說，HEV的價格比傳統(tǒng)汽車高出二成左右，降低成本，是提高HEV競爭能力的主要方向。同時也要提高汽車行駛過程中的能量再回收效率。隨著各國環(huán)境立法的日益嚴厲，HEV性能的日益提高以及其成本的不斷降低，HEV的市場份額將逐漸增大。總之，HEV在相當一

22、段時間內(nèi)前景廣闊，將逐漸成為汽車行業(yè)的主導產(chǎn)品。1.4混合動力汽車分類混合動力電動汽車的傳動系統(tǒng)同時使用燃油發(fā)動機和電動機作為動力源，既能利用發(fā)動機持續(xù)工作時間長，動力性好的優(yōu)點，又可以發(fā)揮電動機無污染、低噪聲的好處。根據(jù)國際機電委員會下屬的電力機動車技術(shù)委員會的建議，由兩種或兩種以上的儲能器、能源或轉(zhuǎn)化器作為驅(qū)動能源，其中至少有一種提供電能的車輛稱為混合動力電動汽車?；旌蟿恿囕v的驅(qū)動系統(tǒng)從能源輸入、原動機到機械能的傳遞，其組成方式多種多樣，具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計也各不相同。根據(jù)驅(qū)動系統(tǒng)各部件在汽車上的位置及功能，混合動力汽車可分為以下三種類型：串聯(lián)式混合動力汽車、并聯(lián)式混合動力汽車和混聯(lián)式混合動力

23、汽車。1.4.1串聯(lián)式混合動力汽車發(fā)動機發(fā)電機功率變換器電動機傳動變速機構(gòu)電池道路負載車輛控制器圖1.1串聯(lián)式混合動力汽車示意圖串聯(lián)式混合動力汽車由發(fā)動機、發(fā)電機、蓄電池和電動機等動力裝置以串聯(lián)連接方式組合而成。如圖1.1所示，該系統(tǒng)利用發(fā)動機提供電能，牽引電機是唯一的驅(qū)動源。圖中實線表示功率流的路徑，虛線表示控制信號，箭頭表示功率流動方向。在后續(xù)的公式和圖表描述中，T表示扭矩，表示角速度，表示效率；下標cm表示電機，ice表示發(fā)動機，w表示車輪，gb表示變速箱。串聯(lián)式混合動力汽車中的發(fā)動機的功能是帶動發(fā)電機發(fā)電，電動機將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能后通過變速機構(gòu)驅(qū)動車輪。發(fā)電機同時也能提供部分電能輸送到

24、蓄電池，以便必要時由蓄電池為電動機供電。串聯(lián)式混合動力汽車具有以下特點：1) 控制系統(tǒng)比較簡單，特別是發(fā)動機運行的控制只需根據(jù)蓄電池充放電狀態(tài)決定發(fā)電或停止；2) 發(fā)動機總是在最佳工況下驅(qū)動發(fā)電機，因此效率高，有一定節(jié)能效果，能減少污染；3) 動力傳遞過程中，由于存在能量轉(zhuǎn)換中的損失，降低了能量利用率，其綜合效率低于燃油汽車；4) 要求每一動力裝置的各自功率都等于或接近汽車的最大驅(qū)動功率，特別是驅(qū)動電動機必須滿足汽車行駛的要求。因此整個系統(tǒng)的規(guī)模龐大，增加了車輛成本及機構(gòu)布置難度。1.4.2并聯(lián)式混合動力汽車并聯(lián)式混合動力汽車可以利用發(fā)動機和電機共同驅(qū)動車輪。如圖1.2，由于發(fā)動機與驅(qū)動車輪之

25、間直接相連，所以發(fā)動機的運轉(zhuǎn)受到驅(qū)動工況的影響。該系統(tǒng)可不需要發(fā)電機，因此提高了能量轉(zhuǎn)換效率。發(fā)動機動力系統(tǒng)主要用于中、高速的行駛工況；而電動/發(fā)電機動力系統(tǒng)用于中、低速的城市路況行駛，在汽車加速和爬坡時配合發(fā)動機動力系統(tǒng)驅(qū)動車輛，大大提高了汽車的餓加速性能和爬坡性能。發(fā)動機車輛控制器功率變換器電池電動機傳動變速機構(gòu)道路負載扭矩耦合裝置圖1.2 并聯(lián)式混合動力汽車示意圖并聯(lián)式混合動力汽車具有以下特點：1) 結(jié)構(gòu)簡單，特別省去了獨立的發(fā)電機，兩套動力裝置可單獨或同時驅(qū)動，輸出總功率可以為兩個動力系統(tǒng)的疊加，因而單個動力系統(tǒng)功率可以減少，有利于機構(gòu)布置；2) 兩套動力裝置可以直接驅(qū)動車輪，因此效率

26、提高，能量損失降低；3) 兩套動力裝置要根據(jù)車輛狀態(tài)進行切換，動力控制系統(tǒng)及機械切換系統(tǒng)相對復(fù)雜；采用電動/發(fā)電機可以空載發(fā)電，及時補充蓄電池部分電能，延長蓄電池續(xù)行里程。1.4.3混聯(lián)式混合動力汽車混聯(lián)式混合動力汽車綜合了串聯(lián)式和并聯(lián)式的結(jié)構(gòu)特點，由發(fā)動機、電動/發(fā)電機和驅(qū)動電機三大動力總成組成，可以根據(jù)行駛條件以及串聯(lián)和并聯(lián)模式工作。所以，混聯(lián)系統(tǒng)具有串聯(lián)系統(tǒng)和并聯(lián)系統(tǒng)的雙重特性，具有以下兩種布置形式：1.切換系統(tǒng)發(fā)動機車輛控制器功率變換器電池電動機傳動變速機構(gòu)發(fā)電機離合器扭矩耦合裝置道路負載圖1.3混聯(lián)式混合動力汽車切換系統(tǒng)布置形式采用該布置形式時，利用離合器的斷開與結(jié)合可使該系統(tǒng)在串聯(lián)

27、系統(tǒng)和并聯(lián)系統(tǒng)之間切換，如圖1.3，當汽車在城市里行駛時，要求低負載和低排放，可以斷開離合器，系統(tǒng)工作在串聯(lián)模式。而當高速行駛時，有較高的負載要求，串聯(lián)系統(tǒng)由于發(fā)動機的高功率輸出而不能有效工作，于是離合器結(jié)合，變?yōu)椴⒙?lián)系統(tǒng)。2.分路系統(tǒng)車輛采用分路系統(tǒng)布置，在任何時候都能作為串聯(lián)和并聯(lián)系統(tǒng)同時使用如圖1.4，發(fā)動機輸出的能量經(jīng)行星輪機構(gòu)分離后分別流經(jīng)串聯(lián)系統(tǒng)（從發(fā)動機到發(fā)電機）和并聯(lián)系統(tǒng)（從發(fā)動機到驅(qū)動輪）。它能通過發(fā)電機控制發(fā)動機轉(zhuǎn)速，同時通過并聯(lián)系統(tǒng)保持發(fā)動機與驅(qū)動輪的機械連接。這種驅(qū)動布置形式結(jié)構(gòu)緊湊，具有較高的傳動效率。豐田的Prius混合電動轎車就是這種驅(qū)動形式的成功典范。發(fā)動機車輛

28、控制器功率變換器電池電動機傳動變速機構(gòu)行星齒輪組扭矩耦合裝置道路負載發(fā)電機圖1.4 混聯(lián)式混合動力汽車分路系統(tǒng)布置形式 第2章 混合動力汽車驅(qū)動系統(tǒng)混合動力汽車的驅(qū)動系統(tǒng)是所有用于傳遞能量并使車輛獲得運動能力的部件的總稱，包括車載能源、原動機和傳動系統(tǒng)三個主要部分。在車輛驅(qū)動系中，用于能源存儲或用于能源存儲并進行能源的初始轉(zhuǎn)化以向原動機直接供能的所有部件總稱為車載能源，由能源存儲系統(tǒng)或能源存儲和轉(zhuǎn)化調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成。例如：傳統(tǒng)燃油車輛的車載能源為油箱（能源存儲系統(tǒng)），直接為原動機（內(nèi)燃機）供能；燃料電池車輛的車載能源由氫氣罐或儲氫金屬（能源存儲系統(tǒng)）以及燃料電池反應(yīng)堆（能源轉(zhuǎn)化調(diào)節(jié)系統(tǒng)）兩部分組成

29、。原動機是指在車輛驅(qū)動系中把其他形式的能量轉(zhuǎn)化為可以直接驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)動的機械動能的裝置，如普通車輛上的內(nèi)燃機、純電動車輛上的電動機等。傳動系是指用于傳遞和調(diào)節(jié)原動機輸出的機械動能，并輸送給車輛驅(qū)動車輪，實現(xiàn)車輛正常行駛的所有部件。主要包括離合器、減速/變速器、傳動軸、主減速器、差速器、半軸以及驅(qū)動輪等。2.1驅(qū)動系統(tǒng)總體方案混合動力汽車動力傳動系各部件特性、參數(shù)及控制策略決定了整車的動力性、燃油經(jīng)濟性、排放特性、制造成本及重量?？紤]到充電設(shè)備的限制以及蓄電池組容量對車重的影響，電力輔助型混合動力汽車裝備小容量的蓄電池組，在行駛時電池荷電狀態(tài)保持在一定范圍內(nèi)變動，不需從外部電網(wǎng)充電，屬于電量維持型

30、混合動力汽車。2.1.1 驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及主要部件電力輔助型混合動力汽車驅(qū)動系統(tǒng)主要包括發(fā)動機、發(fā)電機、電池組、電動機、功率變換器、扭矩耦合裝置、變速器和離合器等部件。配制發(fā)電機與否根據(jù)車輛的行駛條件而定，如果汽車長時間行駛在交通擁堵的環(huán)境，則車輛有可能長時間處于停止狀態(tài)，需要配置發(fā)電機。反之，當車輛的需求驅(qū)動功率較小時，可由電動機工作在發(fā)電狀態(tài)向電池充電，省去發(fā)電機，簡化驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。根據(jù)發(fā)動機和電機扭矩的耦合方式，電力輔助型混合動力汽車的驅(qū)動系統(tǒng)有三種布置形式。圖2.1中，扭矩在變速器輸入軸處進行耦合，采用這種布置方式能通過變速器同時改善發(fā)動機和電機的工作點，電機可以用來在較高的轉(zhuǎn)速下快速起

31、動發(fā)動機，但是結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，變速器的功率要求較大。發(fā) 動 機變 速 器電 池電 動 機油 箱離 合器扭 矩 耦 合 裝 置差 速 器圖2.1 扭矩在變速器輸入軸處耦合的驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在圖2.2中，電動機和發(fā)動機的扭矩在變速器輸出軸處耦合，變速器只傳遞發(fā)動機的輸出功率，所以變速器額定功率可小于第一種布置形式。上述的兩種布置形式中，扭矩耦合裝置可以采用齒輪傳動或帶傳動來實現(xiàn)。齒輪傳動效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，美國Wisconsin-Madison大學的UW Future Truck 2000就是采用齒輪傳動副耦合發(fā)動機和電機的輸出扭矩；帶傳動布置靈活，具有防過載的特點，美國Ohio州立大學的Future T

32、ruck 2000、2001和Georgia技術(shù)學院的Future Wreck都是帶傳動裝置，在實際中采用較多。發(fā) 動 機變 速 器電 池電 動 機油 箱離 合器扭 矩 耦 合 裝 置 差 速 器圖2.2扭矩在變速器輸出軸處耦合的驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在圖2.3中，驅(qū)動系統(tǒng)布置成驅(qū)動系聯(lián)合形式。發(fā)動機和電機分別通過各自的傳動系驅(qū)動車輪。這種結(jié)構(gòu)不需要扭矩耦合裝置，但控制復(fù)雜，只適合于四輪驅(qū)動車輛?？紤]到現(xiàn)有的部分發(fā)動機和變速器配套設(shè)計，在發(fā)動機輸出軸進行扭矩耦合困難，電力輔助型并聯(lián)式混合動力汽車驅(qū)動系統(tǒng)采用如圖2的結(jié)構(gòu)，扭矩通過帶傳動裝置在變速器輸出軸處進行扭矩耦合，不配置發(fā)電機。扭 矩 耦 合 裝 置

33、差 速 器電 池電 動 機變 速 器發(fā)動機變速器油箱離合器扭矩耦合裝置差速器圖2.3扭矩在車輪處耦合的驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.1.2 驅(qū)動系統(tǒng)基本控制策略根據(jù)設(shè)計的驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，電力輔助型混合動力汽車一般采用電力輔助式控制策略，即發(fā)動機是車輛的主要動力源，電動機作為輔助動力源工作在不同狀態(tài)。具體描述如下：1) 當車速低于某一設(shè)定值時，電動機提供全部驅(qū)動扭矩，發(fā)動機關(guān)閉；2) 如果車輛的需求扭矩大于發(fā)動機在當前轉(zhuǎn)速下的最大輸出扭矩，則電機提供剩余部分扭矩，滿足車輛的動力性能；3) 再生制動時，電機在發(fā)電狀態(tài)，給電池充電貯存能量；4) 在某一速度下，如果發(fā)動機單獨提供扭矩將工作在低效率區(qū)域內(nèi)，則關(guān)閉發(fā)動機

34、，由電機提供驅(qū)動扭矩；5) 當電池的SOC過低時，發(fā)動機除了提供扭矩驅(qū)動車輛，還提供部分扭矩給電動機，后者工作在發(fā)電狀態(tài)，為電池補充電能；6) 駕駛員可以通過開關(guān)選擇純電動模式或純發(fā)動機模式。2.1.3 混合動力汽車的工作模式發(fā) 動 機 傳 動 裝 置電 動 機功 率 轉(zhuǎn) 化 器電 池 組1. 發(fā) 動 機 單 獨 驅(qū) 動發(fā) 動 機 傳 動 裝 置電 動 機功 率 轉(zhuǎn) 化 器電 池 組2.電 機 單 獨 驅(qū) 動發(fā) 動 機 傳 動 裝 置電 動 機功 率 轉(zhuǎn) 化 器電 池 組3. 發(fā) 動 機 和 電 機 混 合 驅(qū) 動發(fā) 動 機 傳 動 裝 置電 動 機功 率 轉(zhuǎn) 化 器電 池 組4. 減 速 /

35、制 動發(fā) 動 機 傳 動 裝 置電 動 機功 率 轉(zhuǎn) 化 器電 池 組5. 行 駛 時 充 電圖2.4 電力輔助型混合動力汽車的工作模式根據(jù)行駛路況、電動機和發(fā)動機的性能特點以及電池組的SOC大小等情況，電力輔助型混合動力汽車可以工作在以下五種模式：1) 發(fā)動機單獨驅(qū)動；2) 電動機單獨驅(qū)動；3) 發(fā)動機和電動機混合驅(qū)動；4) 減速/制動時，電池組通過電機工作在發(fā)電狀態(tài)回收部分車輛的動能；5) 當電池的SOC過低時，由發(fā)動機帶動發(fā)電機在發(fā)電狀態(tài)下向電池充電。2.2 ISG型混合動力汽車主要動力部件選型分析ISG系統(tǒng)的主要部件為發(fā)動機、ISG電機和蓄電池。下面根據(jù)混合動力電動汽車的工作特性要求對

36、這幾個器件進行選型分析。2.2.1發(fā)動機選型選擇發(fā)動機時，要考慮的就是滿足汽車要求的發(fā)動機尺寸與額定功率問題。在大多數(shù)的混合動力汽車設(shè)計中，發(fā)動機的額定功率將由車輛需求的平均功率決定，與傳統(tǒng)的汽車發(fā)動機相比，混合動力汽車用發(fā)動機是相對較小的。同時開發(fā)混合動力汽車的目的是解決節(jié)能和環(huán)保問題，因此必須圍繞這些方面選擇所需的發(fā)動機。其動力性、經(jīng)濟性和排放是選擇發(fā)動機的基本內(nèi)容，圖2.5為混合動力汽車用發(fā)動機選擇的目標?；?合 動 力 汽 車 用 發(fā) 動機（節(jié) 能、環(huán) 保）持 續(xù) 運 轉(zhuǎn) 良 好低 油 耗低 排 放低 噪 聲小 型 輕 量 化高 效 率高 可 靠 性低 成 本圖2.5 HEV發(fā)動機的選

37、擇目標ISG系統(tǒng)發(fā)動機側(cè)重于選用小型化、低油耗、低排放的發(fā)動機，并且控制在最佳范圍內(nèi)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。一般從以下幾方面考慮：1) 發(fā)動機的動力性作為ISG型混合動力汽車的主要動力源，其動力性決定了整個汽車的行駛動力性。由于電力驅(qū)動系統(tǒng)在汽車行駛過程中需要提供最大功率時提供了輔助驅(qū)動，發(fā)動機的功率可以小于同級別的內(nèi)燃機汽車。發(fā)動機的比質(zhì)量是指發(fā)動機的質(zhì)量與發(fā)動機功率之比Kg/Kw，車輛比質(zhì)量的增加表示發(fā)動機的動力性能提高。2) 發(fā)動機的經(jīng)濟性通常用于發(fā)動機的比油耗g/KWh來表達發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性，由于ISG系統(tǒng)中發(fā)動機采用了“開關(guān)”控制模式，ISG快速起動方式和發(fā)動機控制在較狹窄的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)平穩(wěn)地運轉(zhuǎn)

38、等特有的條件下工作，其比油耗將會低于或接近于發(fā)動機的最低比油耗。3) 發(fā)動機的環(huán)保性HEV存在和發(fā)展的基本條件就是它必須屬于“趨低污染”和接近“零污染”車輛，選用的發(fā)動機排放應(yīng)達到或低于我國、歐洲。美國等國家所規(guī)定的排放限值。表2.1是歐洲排放法規(guī)的限值。綜合所述，考慮ISG型混合動力汽車側(cè)重于選用小型化、低油耗、低排放的發(fā)動機，并且控制在最佳效率范圍內(nèi)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。一般來說四沖程汽油機和柴油機仍然是首選的發(fā)動機。在用于此系統(tǒng)中，往往還要采取以下一些控制方法：全新的理論、先進的結(jié)構(gòu)，以降低發(fā)動機的質(zhì)量，提高燃燒效率；減少泵氣阻力和各種運動副的摩擦阻力，降低機械摩擦損失；高效的催化轉(zhuǎn)化，控制發(fā)動機工

39、作在一個較窄的高效區(qū)域。配置“開關(guān)”控制系統(tǒng)，避開發(fā)動機低效率的運轉(zhuǎn)工況范圍。這些先進技術(shù)的使用，在一定程度上提高了發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性和改善了尾氣排放。表2.1 歐洲排放法規(guī)限值（g/Km）標準CO（一氧化碳）HCNOxHC+NOx（碳氫化合物和氮氧化合物）PM（微粒，碳煙）歐2.72-0.97（1.36）0.14（0.20）歐汽油機柴油機 -汽油機非直噴柴油機直噴柴油機非直噴柴油機直噴柴油機2.21.0-0.50.70.90.080.10歐汽油機柴油機汽油機柴油機柴油機柴油機2.30.640.20.500.560.05歐1.000.500.100.250.300.0252.2.2電機選擇驅(qū)動

40、電機在混合動力汽車運行中實現(xiàn)整車起步、電動驅(qū)動、爬坡和加速過程中的阻力驅(qū)動和制動過程中的能量回收，以提高整車動力性和燃油經(jīng)濟性，并降低尾氣排放?；旌蟿恿ζ囼?qū)動電機的類型和性能對整車性能有直接的影響。最初混合動力汽車采用控制性能好和成本低的直流電機，它的優(yōu)點在于調(diào)速較為方便。隨著電子技術(shù)、機械制造技術(shù)及自動控制技術(shù)的飛速發(fā)展，功率電子元件以及變頻器的問世，再加上一些新的控制算法的出現(xiàn)，如滑差控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等交流電機的調(diào)速技術(shù)日趨成熟，交流電機、永磁電機和開關(guān)磁阻電機顯示出比直流電機更加優(yōu)越的性能，正在逐步取代直流電動機。表2.2為HEV所采用的電機的主要類型和基本性能的比較。表2

41、.2 幾種電機的基本性能比較項目直流電動機感應(yīng)電動機永磁電動機開關(guān)磁阻電動機功率密度低中高較高過載能力（%）200300-500300300-500峰值效率（%）85-8994-9595-9790負載效率（%）功率因素（%）80-87-90-9282-8595-9790-9378-8660-65恒功率區(qū)-1：51：2.251：3轉(zhuǎn)速范圍（r/min）可靠性4000-6000一般12000-20000好4000-10000優(yōu)良可以15000好電動機外型尺寸電動機質(zhì)量大重中中小輕小輕結(jié)構(gòu)堅固性差好一般優(yōu)良控制操作性能最好好好好控制器成本低高高一般2.2.3蓄電池選型蓄電池是混合動力汽車中的一個不可

42、缺少的組成部分，混合動力電動汽車需要用蓄電池組作為輔助動力源，一般要用多個單元蓄電池串聯(lián)達到高電壓的要求，在ISG型混合動力汽車中，蓄電池組要求有以下幾個特點：i. 能長時間接受制動功率。蓄電池向ISG系統(tǒng)提供電能以及向動力傳動系輸出功率，并且接收制動再生能量并將其存儲起來，能量回收對提高混合動力汽車的總效率是非常有意義的。ii. 比較高的比功率和比能量，這樣使儲能裝置不致太龐大和過重。iii. 為了降低整車價格，成本亦不能太高。此外，混合動力汽車上的蓄電池需要頻繁充放電，因此還要求它具有充放電特性較好、自放電率較低、輸出效率較高及使用壽命（及循環(huán)充放電的次數(shù)）較長等特點。表 2.3 HEV用

43、蓄電池性能指標電池種類電解質(zhì)比能量（Wh/kg）能量密度(Wh/L)比功率（W/kg）功率密度（W/L）循環(huán)壽命(次)USABC鉛酸酸性20030-456540040-701201001200改進型鉛酸酸性30-508570-100130600-900鎳-鎘鎳-氫鈉-硫堿性堿性固態(tài)-陶瓷40-5550-8580-12080-11080-220120-160120-150100-600100-250250-300250-800150-310600-1000600-12001100鈉-氯化鋰鋰離子鋰聚合物固態(tài)-陶瓷固態(tài)聚合物有機溶劑80-10055-150100-120130-150130-300

44、220150190-300300-320260-4401000600-1200600鋅-空氣堿性180-200-200-250-100鋁-空氣堿性300-350250100-120-1000表2.3是HEV用蓄電池性能指標，其中第一項是美國“先進電池聯(lián)合體”（United States Advanced Battery Consortium, USABC）提出的蓄電池性能指標。鉛酸電池是汽車儲能動力源中最為成熟的一種，它的比能量一般為30-40Wh/Kg，比功率一般為150-200W/Kg，循環(huán)使用500-700次。它的優(yōu)點具有可靠性高、原料易得、價格便宜、比功率也較高等等，基本上可以滿足混合

45、動力汽車加速和爬坡要求。但常規(guī)鉛酸電池的比能量低，難以快速充電，使用壽命不夠長。另外，過放電和過充電時，鉛酸電池的使用壽命將顯著縮短深度放電以及環(huán)境溫度也對電池性能影響很大，限制了它在混合動力汽車上的廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)在正在研制中的高性能鉛酸電池，性能方面有了很大的提高，成本也有所增加，它在汽車上的應(yīng)用需要更進一步的試驗證明。鎳氫電池是一種堿性電池，它的正極為鎳氧化物，負極為氫載體合金存儲的氫，比能量可達70-80Wh/Kg,比功率可達200W/kg以上，并且具有很好的耐過充電特性，良好的使用安全性和充放電效率，更重要的是該電池的反應(yīng)物中吳溶解析出物。混合動力汽車電池的最大特點為完全充電和非完全放電

46、，電池經(jīng)常處于放電和充電狀態(tài)，經(jīng)常有能量消耗和補充。這些都會對電池壽命造成一定的影響。但實驗表明，上述因素對鎳氫電池的壽命影響并不大，這也說明混合動力汽車采用鎳氫電池是非常合適的，隨著電池的技術(shù)的發(fā)展，鎳氫電池的成本也越來越低，使鎳氫電池的廣泛使用成為可能，通用汽車公司已把它作為今后幾年優(yōu)先考慮的動力電池。鋰離子電池能量密度可達100Wh/Kg，功率密度可達到300W/Kg，并且循環(huán)使用壽命長，它是美國USABC（1991年美國通用、福特、克萊斯勒三大汽車公司，電力研究所與美國能源部組建的電動汽車先進電池聯(lián)合體）遠期目標和電動汽車最終成功的希望。在日本三菱汽車公司的自發(fā)電電力轎車型Spacs

47、Wagonh 和卡車型Canter上已得到了應(yīng)用。美國USABC計劃在從2000年到2010年研制出比能量200Wh/Kg，比功率400W/Kg的鋰離子電池。但它存在著致命的弱點成本太高，限制了它的應(yīng)用。鈉硫蓄電池也是近期普遍看好的電動汽車電池。它具有相當高的比能量、其質(zhì)量比能量是常用的鉛酸電池的23倍。美國福特汽車公司的Mnivan電動汽車就是使用鈉硫蓄電池的。它已被美國先進電池聯(lián)合體（USMABC）列為中期發(fā)展的電動汽車蓄電池。德國ABB公司生產(chǎn)的B240K型鈉硫蓄電池，其質(zhì)量為17.5Kg，比能量達109Wh/Kg。循環(huán)使用壽命1200次。鈉硫蓄電池主要存在高溫腐蝕嚴重，電池壽命較短，性

48、能穩(wěn)定性及使用安全性不太理想等問題。從綜合成本和性能的考慮，本系統(tǒng)采用鎳氫（Ni-MH）電池，可以滿足系統(tǒng)的基本要求，并且不會對周圍環(huán)境造成污染，容易維護，能夠長時間存放。更重要的是鎳氫電池的過充電和過放電性能好，能夠帶電充電、快速充電，非常適合PHEV蓄電池組的不規(guī)則充、放電變化。2.3混合動力汽車各驅(qū)動類型的比較將傳統(tǒng)的發(fā)動機和電動機進行混合，可以得到多種多樣不同組合形式的混合動力汽車，它們都有各自的優(yōu)缺點和試用范圍，表2.4對不同型式的混合動力汽車在燃油經(jīng)濟性、尾氣排放和控制難以程度等方面作了比較。表2.5對不同型式的混合動力汽車在驅(qū)動模式、傳動效率、整車布置、適用條件和開發(fā)成本等方面進

49、行了比較。表2.4 混合動力汽車類型的比較串聯(lián)式并聯(lián)式混聯(lián)式公路行駛?cè)加徒?jīng)濟性較優(yōu)優(yōu)優(yōu)城市行駛?cè)加徒?jīng)濟性優(yōu)較優(yōu)優(yōu)無路行駛?cè)加徒?jīng)濟性較優(yōu)優(yōu)優(yōu)低排放性能優(yōu)較優(yōu)較優(yōu)成本低較低較低復(fù)雜程度簡單較復(fù)雜復(fù)雜控制難易程度簡單較復(fù)雜復(fù)雜表2.5 不同型式混合動力汽車特點結(jié)構(gòu)模式串聯(lián)式并聯(lián)式混聯(lián)式動力總成發(fā)動機、發(fā)電機、驅(qū)動電機發(fā)動機、電動/發(fā)電機發(fā)動機、電動/發(fā)動機、驅(qū)動電動機驅(qū)動模式電動機驅(qū)動模式發(fā)動機驅(qū)動模式、電動機驅(qū)動模式、發(fā)動機-發(fā)電機混合驅(qū)動模式具有并聯(lián)的三種驅(qū)動模式外加電動機-電動機混合驅(qū)動模式傳動效率能量轉(zhuǎn)換效率較低傳動效率較高傳動效率較高制動能量回收能夠回收制動能量能夠回收制動能量能夠回收制動

50、能量整車總布置三大動力總成之間沒有機械式連接裝置，結(jié)構(gòu)布置自由度較大，但三大動力總成的質(zhì)量、尺寸都較大，一般用在大型車上發(fā)動機驅(qū)動系統(tǒng)保持機械式傳動系統(tǒng)，發(fā)動機與電動機兩大動力總成之間被不同的機械裝置連接，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，布置受到一定的限制三大動力總成之間采用機械裝置連接，三大動力總成的質(zhì)量、尺寸都較小。能夠在小型車輛上布置，但結(jié)構(gòu)更加緊湊適用條件適用于大型客貨車，適應(yīng)在路況較復(fù)雜的城市道路和普通公路上行駛，更加接近電動汽車性能適用于中小型汽車，適應(yīng)在城市道路和高速公路上行駛，接近普通的內(nèi)燃機汽車性能適用于各種類型的汽車，適應(yīng)在各種道路上行駛，更加接近普通的內(nèi)燃機汽車的性能2.4 混合動力汽車布置形

51、式的確定綜合以上分析可以知道，串聯(lián)和并聯(lián)方案各有利弊。在決定混合動力汽車選用串聯(lián)還是并聯(lián)驅(qū)動方式時，必須充分結(jié)合混合動力汽車的運行工況的特點和需要達到的側(cè)重目標降低排放還是提高燃油經(jīng)濟性。重點從以下幾個方面考慮：1. 并聯(lián)驅(qū)動的燃油經(jīng)濟性比串聯(lián)好。目前情況下，開發(fā)混合動力汽車的直接目的是提高汽車的燃油經(jīng)濟性。所以，根據(jù)資料顯示，歐美前一階段所生產(chǎn)和研制的混合動力汽車多采用并聯(lián)布置方案。2. 并聯(lián)驅(qū)動方案有多種驅(qū)動模式，如發(fā)動機驅(qū)動模式、電動機驅(qū)動模式、發(fā)動機-發(fā)電機混合驅(qū)動模式，多種的控制模式利于混合動力汽車適應(yīng)多種路況，提高汽車的燃油經(jīng)濟性。3. 并聯(lián)方案與串聯(lián)方案相比較的劣勢之一，是結(jié)構(gòu)稍

52、顯復(fù)雜，制造成本稍高。4. 各自的技術(shù)特點決定了串聯(lián)式混合動力汽車特別適合于在市內(nèi)低速運行、頻繁的加速、減速、停車的復(fù)雜工況；而并聯(lián)混合動力汽車更適于路況簡單的城市間公路及高速行駛的車輛。綜上所述，本文討論的混合動力汽車將采用鎳氫電池、Honda永磁電機、汽油發(fā)動機所組成的并聯(lián)布置驅(qū)動型式。2.5本章小結(jié)本章介紹了電力輔助型混合動力汽車驅(qū)動系統(tǒng)的組成和三種基本結(jié)構(gòu)形式。給出了ISG型輕度混合動力汽車動力傳動系統(tǒng)的布置方案，描述了它的工作原理，介紹了ISG系統(tǒng)器件的選型分析，并為下面的建模仿真提供了基礎(chǔ)。第3章 仿真軟件ADVISOR介紹及混合動力汽車驅(qū)動系統(tǒng)參數(shù)選擇3.1 混合動力汽車仿真軟件

53、ADVISORADVISOR是由美國國家再生能源實驗室在1994年11月為配合PNGV項目而開發(fā)的基于Matlab/Simulink平臺上運行的混合動力汽車仿真軟件。經(jīng)過大量的實驗驗證，于1998年1月正式命名為ADVISOR向外界發(fā)布。本文的仿真分析，以ADVISOR為基本平臺，下面簡單介紹ADVISOR的相關(guān)情況。3.1.1 ADVISOR界面介紹 汽車參數(shù)輸入界面運行ADVISOR進入的第一個用戶界面如圖3.1。圖中的第一部分中，可以通過m文件的形式指定汽車的類型(如傳統(tǒng)汽車、串聯(lián)型式或并聯(lián)型式等)，指定汽車的各部件，包括車身、發(fā)動機、電池、電動機、后橋、變速箱等參數(shù)。圖中第二部分是AD

54、VISOR的功能按鈕，可以選擇繼續(xù)仿真、推出ADVISOR或者查看其幫助文件。在圖中的第三部分中，可以直接對各部件的參數(shù)直接進行修改，而不必進入部件總成的m文件。在圖中的第四部分中，可以查看到用于仿真的SIMULINK模型。如果有必要，可以通過其內(nèi)部模塊對此模型進行修改。在圖中的第五部分，可以利用圖表和曲線的形式，查看已經(jīng)定義完的汽車各總成(發(fā)動機、電池等)的特性圖，如發(fā)動機效率圖，最大扭矩圖等等。圖中的第六部分是定義汽車的結(jié)構(gòu)簡圖。在此圖中點擊部件圖標，用戶可以選擇不同的部件類型。仿真設(shè)置界面在汽車參數(shù)輸入界面中點擊“continue，將進入仿真設(shè)置界面，如圖3.2。在此界面中，可以選擇汽車

55、仿真的工況循環(huán)和需要測試的動力性等指標。具體如下：在圖中的第一部分中，可以選擇汽車仿真所要運行的工況，循環(huán)次數(shù)以及SOC校正方式等。在圖中的第三部分中可以對仿真過程中某些參數(shù)的變化進行跟蹤。此部分可以選擇需要跟蹤的參數(shù)。圖中的第四部分是功能按鈕，包括運行仿真、對當前設(shè)置進行保存、幫助、后退等。圖3.1 ADVISOR的汽車參數(shù)輸入界面第五部分的上半部分是所選定的工況循環(huán)的車速時間曲線，下半部分的直方圖和數(shù)據(jù)顯示選定循環(huán)的統(tǒng)計參數(shù)，如最高車速、最大加速、循環(huán)里程、平均車速、平均加速度和平均減速度等等。仿真結(jié)果界面在仿真設(shè)置界面點擊“RUN”運行仿真，將出現(xiàn)仿真結(jié)果界面，如圖3.3。在圖中第一部分，可以通過下拉菜單選擇部件及參數(shù)，則第七部分的圖形就會顯示所選