浅析比亚迪秦的混合动力系统设计和实现 车辆工程管理专业

浅析比亚迪秦的混合动力系统摘要随着时代的发展，汽车成为了当今世界必不可少的生活用品。现在，几乎家家户户都有汽车，这使我们之间的距离越来越小，出行更为方便。然而伴随着汽车的日益增多，石油的供应日益短缺，环境污染也日益加重，这就使得人们不得不开创出新的动力技术。现如今，基于电能就能支持正常行驶的电动汽车，由于具备节能及其环保等多样化优势，受到诸多消费者的广泛青睐。在本篇论文中，着重针对比亚迪秦汽车所涉及到的混合动力技术基本原理及其在当前时期的实际应用现状，进行了更深层次的细致阐述。与此同时，详细分析了比亚迪秦汽车在目前亟待解决的根本问题，并提出了建设性的改进方案。关键词：秦混合动力动力系统节能

AbstractWiththedevelopmentofthetimes,carshavebecomeanindispensabledailynecessitiesintheworldtoday.Nowadays,almosteveryhouseholdhasacar,whichmakesthedistancebetweenussmallerandsmaller,anditismoreconvenienttotravel.However,withtheincreasingnumberofcars,theshortageofoilsupplyandtheincreasingenvironmentalpollutionhavemadepeoplehavetocreatenewpowertechnologies.Nowadays,electricvehiclesthatcansupportnormaldrivingbasedonelectricenergyarewidelyfavoredbymanyconsumersbecauseoftheirdiverseadvantagessuchasenergysavingandenvironmentalprotection.Inthispaper,wefocusonthebasicprinciplesofhybridtechnologyinvolvedinBYDQinanditspracticalapplicationinthecurrentperiod,andelaboratedinmoredetail.Atthesametime,itanalyzesindetailthefundamentalproblemsthatBYDQinAutomobileneedstosolveatpresent,andproposesaconstructiveimprovementplan.Keywords：QinHybridPowerPowerSystemenergyconservation

目录前言 41新能源汽车 51.1新能源汽车 51.1.1新能源汽车的概念 51.1.2新能源汽车的种类 51.1.3新能源汽车发展背景、类型与特点 52比亚迪秦动力系统 72.1“秦”的特点简介 72.2概况 72.3发展历程 82.3.1F3DM绕开丰田专利 82.3.2变速箱问题解决电机合二为一秦问世 92.3.3“秦”的性能指标 92.4“秦”的特点 102.5“秦”的前景 103原理及工作模式 113.1短途用电与长途混动 113.2节能模式 113.3DMⅡ代技术快省绿兼备 114比亚迪秦面临的问题 124.1“秦”的优势与机会 124.2“秦”的劣势与威胁 125发展新能源汽车的重要意义 145.1发展新能源汽车是缓解石油问题的重要措施 145.2发展新能源汽车是降低环境污染的有效途径 145.3发展新能源汽车是汽车工业发展的必经之路 146结语 156.1展望 156.2智能化配置 157致谢 16参考文献 17前言随着生活水平的提高，汽车逐渐成为了大家的代步工具。然而传统燃油发动机存在着许多弊端，燃烧普通汽油的汽车在平常道路上的动力潜能利用率非常低。燃烧劣质汽油更是会使冷车启动困难、气门烧结、结蜡后会黏连气门杆使气门不灵活，轻者产生噪音，重着弯曲，严重者气门折断。发动机高温、动力不足，噪音异常等都是常见问题。更为严重的是排放尾气污染环境。20世纪90年代以来，保护环境成为了全世界的核心目标，正因如此，新能源汽车破空而出，但是被人们百般叫好的新能源汽车却在电池领域，存在诸多技术性问题。例如：新能源汽车中电池的实际能量密度，相较于汽油表现出的能量密度，显得相对较小。故此，有专家指出，近期新型的电动汽车将不能完全替代传统的燃油发动机汽车。基于上述问题，研究者们持续拓宽思路，成功研发出能够装配混合动力装置的汽车，简而言之，就是将单一的驱动系统组合起来，形成混合系统。通常情况下，能够推进汽车行驶的驱动力，大多源自于单个驱动系统，并基于汽车在当前时期的实际行驶状态单独或联合提供。可以想象，混合动力电动汽车是为了将传统的发动机最小化，而电池发动机系统，只会提供一定比例的动力。事实上，对于此类混合动力装置而言，其不仅能够表达出发动机含有的良好功率，又能充分发挥电机工作时间长、噪声低、无污染的优点。二者互相补充，能够将汽车体现出的热效率，至少同比上升10%，并有效保护生态环境。

1新能源汽车1.1新能源汽车1.1.1新能源汽车的概念对于新能源汽车而言，其主要利用非常规性的某些车用燃料，用于成为汽车在行驶过程中的驱动力。基于有效提高动力控制能力亦或是驱动发面性能等多样化技术，即可完成新能源汽车的实现。在这种全新类型的汽车中，主要使用最天然的能量如太阳能、地热能、风能等，驱动汽车行驶。1.1.2新能源汽车的种类一般情况下，新能源汽车主要包含混合动力汽车（油气混合、油电混合）、氢燃料电池汽车，甚至于代用燃料汽车（甲醇混合燃料汽车、乙醇混合燃料汽车、生物柴油汽车）、其他清洁燃料汽车（太阳能汽车、压缩空气汽车、二甲醚汽车）等，这些汽车尾气排放量极低。1.1.3新能源汽车发展背景、类型与特点随着人们逐渐步入小康社会，小轿车也成为了寻常百姓的代步工具。但是随着汽车的数量急剧增加，给自然环境中，空气、土壤、水、海洋文化、环境和人们的生活和健康带来许多负面的影响。一般汽车依靠燃料燃烧产生动力驱动汽车行驶，而燃烧产生的尾气中，含有的氢氧化物、碳氢化合物等对人体产生了许多负面影响，并且对环境有着很大的污染。在资源、环境的双重压力下，新能源汽车成为了新时代人们的希望，国家也出台了许多对新能源汽车有利的政策，包括对新能源汽车的研发、生产、与消费。世界上许多著名的汽车生产商也是开始了对新能源汽车的研发并将其推向了市场。实际上，在新能源汽车领域中，通常涉及到纯电动车、燃料电池电动车及其增程式电动车等。纯电动车，顾名思义，只是用电力的汽车，这种汽车主要是由可充电池来提供动力。利用电池储存电能，然后通过电能带动电机运转，从而推动车辆行驶，这就是纯电动车由于对环境影响相对传统汽车较小，纯电动车的前景被广泛看好。混合动力汽车内部含有的驱动系统，主要由不低于两个并能够实现同步运转的独立性驱动系统，进行共同组成。人们将其称之为混合动力汽车，其通常包含油电混合动力汽车，这种车型，是采用传统的内燃机搭配电动机，两者结合作为动力源，以此来推动车辆行驶。随着世界各国对环境的保护措施越来越严格，混合动力汽车凭借其出色的节能环保等特点成为了汽车研发的重点。燃料电池电动车主要是指利用氢气（甲醇、天然气、汽油等）和空气中的氧在催化剂的作用下，于燃料电池中，经电化反应产生电能，作为主要动力源，驱动车辆行驶。说白了，就是利用氢气等燃料，经化学反应产生电能，再用电能作为主要动力源，驱动车辆行驶。其实燃料电池电动车也属于电动汽车的一种，比如在车身、动力、传动系统、控制系统等方面，二者大体相同，唯一区别在于燃料电池电动车是将化学能通过一系列反应转化成电能，而纯电动车是靠充电补充电能，就是一个是加氢（甲醇、天然气、汽油），一个是充电，这就是两者的区别。氢动力汽车主要是以氢动力燃料电池为燃料，以此充当动力驱动车辆。氢动力汽车与增程式电动车差不多，都是通过电池向电机提供动能，驱动电机运转，从而推动车辆行驶。其主要区别就在于增程式电动车配备了一个（汽油/柴油）发动机，然而，此类发动机的主要作用，并不是提供汽车的驱动力，而是作用于当车载电池的实际电量相对较低时，给车载电池充电的。因为新能源汽车是没有传统发动机和变速箱的，所以在保养方面确实要简单许多，常规保养项目主要集中在轮胎、刹车、电路检查上。因此新能源汽车保养费较低。除了在保养费用上的优势外，新能源汽车其实还有许多的优势：（1）油费优势，养车一族最喜欢说的一句话就是，买得起车，养不起车。因为汽车一动就要烧汽油，而新能源汽车都是依靠充电来完成动力补给，而充电相比起油费几乎可以忽略不计。（2）环境优势，传统的内燃机汽车在烧汽油后，都会产生一些废气排放，这部分的环境污染是非常严重的，而新能源汽车就不存在这个问题。（3）传送效率更高，电动机在动能传输上有着很大的优势，不会因为产生一些热能而导致能量损耗。（4）结构简单，因为没有发动机、变速箱等汽车大件，电动车的故障率也会大大降低，而随着技术的发展，其价格上的优势也会逐渐显现。

2比亚迪秦动力系统2.1“秦”的特点简介比亚迪秦将动力系统视为重点，其配备的涡轮发动机最大功率为154马力每rpm，最大扭矩达到240N·m。并且装备实际功率能够达到110千瓦，最大扭矩达到250N·m的优质电动机，这两者之间能够达到的综合功率，可以高达217千瓦及其480N·m，秦还搭配了性能良好的6速干式双离合变速箱。除此之外，该汽车配备了高达13千瓦时的铁电池，使其能够在家庭220V电源上充电，并且效果有佳，五小时即可充满电。纯电动模式下可行驶70公里。我国自主研发的新能源汽车品牌有很多，但是虽然产量很高，实际销量却少之又少，与我们所期待的真正意义上的“量”“产”还有一定的距离。导致此现象的原因中，有一个至关重要的就是开发新能源汽车没有以市场需求为导向，大部分企业之所以开发新能源汽车只是为了申请国家研发配套资金，也有部分企业只是因为申报某些扩能项目必须要有新能源汽车的前提条件。然而“秦”是真正的“量”“产”产品，它满足了大部分人的需求，并且在现有的技术水平跟国家的补贴支持，秦的出现无疑是新能源汽车历史上的里程碑。比亚迪秦与吉利缤车型对比图车型比亚迪秦吉利缤瑞动力变速箱1.5L/5MT1.5T/6DCT1.4T/6MT+CVT1.0T+6DCT长×宽×高[mm]4765×1837×15004680×1785×1460轴距[mm]27182670环保标准国五国五保修政策3年或10万公里4年或10万公里2.2概况对于比亚迪秦汽车来说，其和其他多样化混合动力车型之间，存在一定的共同点。例如：当其操作刹车功能，并且同时操作点火开关时，发动机不会表现出任何反应，仅仅通过电池来实现驱动，车型内部不会有一点机械噪音。当该汽车操作倒挡，但并不进行刹车操作时，能够清晰听到车型内部的变速箱中，传来挂挡的声响。在汽车刚刚起步时，汽车将会轻微抖动，当驾驶员突然踩下油门，汽车成功行驶十来米，发动机将会开始正常工作，在低速情况下，车型内部传来的噪音及其自身的振动，能清晰感觉到。当汽车完全停稳后，发动机将会暂停工作。此时，如果同步进行刹车及其油门功能，汽车也不会表现出任何反应。然而，当保持油门踩下状态，并及时放弃刹车时，只需在半秒后，变速箱就能直接挂入一挡，和其相对应的离合器之间实现良好结合，产生较强的加速感。实际上，如果就加速感而言，比亚迪秦的表现力很高。在起步的瞬间，该汽车将会伴随着频繁的轮胎打滑现象及其相应的扭矩转向行为，因为悬架在实际设定过程中，更加倾向于家用，故此，该汽车在加速时将会面临着相对明显的前悬拉伸现象，加速感较强。比亚迪秦是比亚迪开发出的插电式混合动力汽车，它的百公里加速时间在10秒以内，并且在搭配了1.5TID的发动机与110kW的电机后，他的最大功率和扭矩也得到了强化。秦采用了并联式双模混动系统，这系统让秦不但可以在纯电动模式下驱动，也可以在汽油+电动模式下驱动，秦与一般比亚迪汽车相比，发动机得到了升级，并且采用了DCT双离合变速箱，这使秦在其他类型车之中脱颖而出。秦的燃油经济性也是不容小觑的，而且与自然吸气发动机相比起来，秦的功率参数和扭矩参数非常强悍。比亚迪秦使用了干式双离合变速器，通过技术升级使得它的优势越来越大，成本低，结构原理简单，热传递高，动力损耗小。由于此类电池比其他模块的电池电压更高，可想而知，系统效率也是逐渐地提升，并且此电池的防护等级非常高，伴随着良好的防水性及其相对较高的实际安全性能。与此同时，在电池中至关重要的电池管理器，基于DMⅡ模块也获得了合理的优化，不仅有效缩短了体积和重量，而且在管理方面，显得更加细致，能够切实提升电池的实际使用寿命。图2-1比亚迪秦混合动力电动示意图2.3发展历程基于研发工程师公布的相关资料，我们能够看到比亚迪秦脚踏实地的发展轨迹。2.3.1F3DM绕开丰田专利（1）丰田混合动力结构资产丰厚的丰田企业，是最早一批发展混合动力汽车的企业，通过研究工作者的持续研发，丰田成功研发出通过行星齿轮动力分配机构，而实现的混合动力模式。对于此类模式而言，其主要涉及到2个电机以及1个发动机，并且包含最为重要的行星齿轮动力分配机构，通过将三者有机结合，能够将其和电机完美融合，实现汽车的协调驱动。图2-2丰田混合动力结构示意图F3DM混动结构实际上，对于比亚迪F3DM而言，其内部并不存在动力分配机构，仅仅包含数个结构单一的离合器，与此同时，其所涉及到的两个电机，和自身的1.0升的发动机，保持在相同的轴线上。基于该轴，减速器能够实现车轮的正常驱动。在此过程中，应该进行全功率并联，并且将发动机，和两个电机彼此之间，进行锁定与结合，从而实现共同驱动车辆；如果需要将其串联，则应该将发动机，和一个电机彼此之间，进行锁定与结合，从而形成发电机，而另一个电机，则将其与车轮之间进行锁定，使其能够实现纯动力驱动。唯有如此，才能在不侵犯丰田的专利的情况下，实现串并联有机结合的根本目的。然而，对于上述模式而言，其同样存在某些劣势，例如：当其处于并联模式的状态下，车轮的实际速度，将直接影响发动机的实际转速，显得极为被动。由于技术的局限性，F3DM无法在自身的发动机及其轴的表面，增设自己的变速箱，故此，对于F3DM而言，其仅仅具备节约燃油的特性，而无法实现过快的加速度。2.3.2变速箱问题解决电机合二为一秦问世近年来，比亚迪汽车的技术正在不断蓬勃发展，不仅成功研制出性能良好的双离合变速器，而且通过将其应用于速锐等多样化车型，获得了明显的成效。基于多年来的持续发展，比亚迪汽车无论是电池容量重量比方面，还是在功率重量比及其相应的电机功率重量比方面，都获得了值得夸赞的进步。在电池容量比重比方面，比亚迪的进步代表纯电模式能够行驶更多的里程数。而电池及其电机功率重量比方面的提升，则代表比亚迪汽车的实际行驶速度，有了进一步的提升。由于比亚迪企业成功研发出自身的双离合变速箱，彻底改善了传统F3DM发动机中存在的高噪音及其颠簸等劣势，与之相反的，该汽车具备了诸多相对稳定的良好性能。对于比亚迪秦汽车而言，即使其与F3DM的本质相同，均属于插电混合动力汽车的范畴。然而，两者之间依然存在一定的差异性。例如：F3DM主要为尚未成熟的混联，并不具备良好的性能；然而，比亚迪秦却能实现性能的并联，这将在下述内容中，进行详细阐述。图2-3比亚迪秦F3DM混动机构图2.3.3“秦”的性能指标秦的性能：实际动力类型插电混合参数发动机类型1.5T直列四缸漩涡增压最大功率及其最大扭矩113kW及其240N·m电动机总功率及其实际总扭矩110kW及其200N·m变速箱种类6挡双离合实际最高车速185km/h加速至100km/h的实际时间5.9s表2-1比亚迪秦多样化性能指标细表当比亚迪秦汽车的多样化性能指标进行公布后，同行业的研究者及其广大消费者对其提出了质疑，这是由于，5.9秒的加速时间，对于新能源汽车而言太过玄幻。然而，比亚迪秦通过在首都密云举办的400米挑战赛，成功证明了自身的实力。一般情况下，对于并联式混合动力而言，其主要将发动机及其变速箱的表面，连接至相对较薄的电机。与此同时，将发动机及其电机，均连接至变速箱内部的实际输入端。并将变速箱，直接连接至主减速器，最终将其连接至车轮。图2-4混合动力基本原理示意图2.4“秦”的特点对于比亚迪秦汽车而言，其存在多样化优势，具体如下：在该汽车中，无论是电机还是发动机，都能够在极为恶劣的条件下，实现高速率运转，并且不会造成损耗。然而，其同样存在某些劣势，例如：在该汽车的变速箱中，能够承受的实际功率及其扭矩，必须满足一定的范围内。这就意味着，汽车必须受到变速箱带来的局限性，而由于变速箱的实际制作成本相对高昂，很难进行更换。举例说明，假设发动机能够承受200千瓦；电动机能够承受100千瓦，然而，变速箱的最大承受能力，仅仅为210千瓦，这就直接造成了90千瓦的功率无法得到有效利用。然而，由于比亚迪秦中的电机，通常设置在变速箱内部的实际输出端，假设减速器的承受能力相对较强，并且变速箱的实际制备成本并不高昂，则将能够切实提高汽车的实际功率。如果在电机中，单独配备减速器，则起步扭矩将无上限。实际上，对于汽车而言，动力上的突破已经实现，但是减速器及其轮胎抓地力等细枝末节，却成为了瓶颈。对于比亚迪秦而言，其之所以能够达到5.9秒的百公里加速度，是因为它持续追求极限性能，才能得以实现。然而，对于这种模式而言，其同样存在某些劣势。例如：由于电机不必通过变速箱，故此，当处于高速行驶的情况下，电机的速度及其车轮的扭矩，就会持续降低。然而，由于中国高速限速120km，故此，该汽车还是能满足实际要求的。2.5“秦”的前景在当前的新能源市场中，比亚迪秦已经稳稳占据了一席之地，通过国家的补贴政策，该汽车不仅国内的销量可观，而且远销国外。虽然电动汽车尚未普及，大多数消费者仍然处于观望状态，然而，通过高质量的口碑，再经过老客户的口口相传，比亚迪秦的销量正在不断上升，相信在不久的将来，该款汽车的销量能够更进一层。

3原理及工作模式对于比亚迪秦而言，其具体运行模式，主要包含纯电动型及其混合动力型，与此同时，包含节能型及其运动型等。3.1短途用电与长途混动该款汽车主要采用DMⅡ动力系统，结构简洁，功能强大。该系统加强了秦的实用性，打破了充电难的壁垒。据调查，秦在纯电力模式下可以行驶50公里左右。长途情况下可以使用混合动力模式。此模式下，秦就跟普通燃油汽车一样可以不依靠电力行驶，也因此不必担心充电问题。图3-1纯电动基本原理示意图3.2节能模式当处于节能模式时，发动机将不会作用于驱动功能，而仅仅作用于能量回收。3.3DMⅡ代技术快省绿兼备在DMⅡ系统内部，所涉及到的电源管理器，主要选用分布式电池管理系统，这是由于，该系统无论是在体积方面，还是在重量方面，都更加轻巧。实际上，该系统主要在所有电池单体的表面，均设置集成电池信息采集器，从而实现集中管理。在混动模式下秦的最高速度达到了185km/h，这在一般的新能源汽车中数一数二。秦的能耗经济性也十分惊人，电力的价格是汽油的四分之一，试想，行驶一百公里普通小轿车需要50元左右，而在混动模式下，秦的综合费用折算下来仅仅只要16元，在这邮费高涨的时代，秦的经济性非常占优势。在纯电动模式下更是能达到0排放的惊人成绩，兼备了快省绿三大优点。

4比亚迪秦面临的问题4.1“秦”的优势与机会（1）领先的电动车产品线：时至今日，比亚迪拥有的工业园遍布全国各地，包括在深圳、北京等重大城市。形成了较为完整的生产体系，包括了自主研发设计，模具制造等一系列自主创新，售后服务也是相当完整。在新能源汽车领域的优势：众所周知，比亚迪在新能源领域的技术突破在全球范围内名列前茅，拥有成熟的电动车核心技术，并且推广经验十分充足。实际上，比亚迪企业，已经依次推出了F3DM车型、K9车型、E6车型、秦车型、唐车型及其腾势产品。除此之外，还提出了“公交电动化”的大胆方案。雄厚的人力资源：比亚迪之所以能成功离不开人力资源，在创业初期，比亚迪利用了中国人多并且人力资源成本低的这一特点，将生产线机器所要完成的任务分给了个人，由个人来完成各项工序。比亚迪也鼓励员工自主创新。这两点大大降低了生产费用。价格优势：比亚迪秦依靠自身产品战略，大大降低了生产成本。国家给与新能源车极大的补贴，购买新能源车更是免去车船税，因此比亚迪秦这款车相对其他品牌的新能源车价格也有极大的优势。国家出台了许多有利于新能源汽车发展的政策市场对新能源汽车的需求较大。国内具有许多人才资源，并且成本较低，可以自发组成研发团队，就目前来看，我国国产品牌与国外豪华品牌的差距也不大。巴菲特入股比亚迪，使比亚迪的品牌知名度得到一定的提升，并且也增加了比亚迪品牌可信度，越来越多人对比亚迪的认可。4.2“秦”的劣势与威胁（1）比亚迪秦在当前时期，已经成为中国典型的并联式混合动力汽车，这就意味着，其面临的问题自然繁多。（2）虽然政府补贴数万，但是，由于比亚迪秦在市场中的真实售价为二十万元，价格不低，故此，并未获得消费者的广泛认可。（3）由于曾经出现过比亚迪电动车，受到撞击导致起火的事件，造成人们对于电动汽车的安全性，抱有谨慎态度。故此，该汽车应该从安全方面着手，获得消费者的信任。(4)比亚迪选择6速干式双离合变速箱耐用性还有待证明。(5)该汽车运用的电池组，涉及到一定的木桶效应，其通常由多个单体电池组装而成，寿命最短的一颗电池决定了电池组的整体寿命。这是非常致命的。（6）虽然中国各个城市，都在逐步建设充电站，但毕竟不比深圳，即使是在首都北京，对于充电站的基础设施，都并不完善，很难及时补给能源，这将制约到电动汽车的长远发展。(7)电池技术难以突破：通常情况下，对于新能源汽车而言，极为关键的重要部件即为锂电池及其电动机等，并且伴随着能量转换控制系统的良好运用。然而，就锂电池来说，其必须具备快速充电及其安全稳定的优秀性能，才能获得可观的利润，这就面临着技术上的难题。据了解，目前世界上电动汽车采用的电池，始终没有办法解决续航里程短的问题。假设电池存在的技术难题，始终不能攻破，则将无法保证比亚迪电动汽车的行驶距离及其实际速度，严重制约了电动汽车的发展。（8）与世界大型汽车企业制造企业还有差距；比亚迪虽然在国内处于领先地位，但是与国外豪华汽车行业相比还是有很大的差距，在汽车的各个性能方面大的问题不多，但是小问题源源不断，并且比亚迪在车型上的设计处于下风，资金状况不稳定。（9）配套设施不够健全：新能源汽车作为一个新型产业，其配套基础配套设施不够完善，在大部分地区并未设置完善的充电桩，消费者面临的是有钱买车没地充电，这在原则上，是亟待解决的根本问题，否则将无法切实满足供需双方的基本需求。

5发展新能源汽车的重要意义5.1发展新能源汽车是缓解石油问题的重要措施

随着世界经济发展和世界人口的不断增长，所需要的能源供给量越来越大，而现在主要的非可再生能源以石油为主。据来自美国的相关数据显示，全球已探明的石油储量为1,6689亿桶。如果维持2012年的开采率，它只能开采52.9年。我国是一个庞大的汽车产销国，对石油的依赖比其他国家更强，如果长此以往，必定会阻碍我们这个汽车大国的发展。而新能源汽车使用电能驱动，对能源的利用率相当高，而且未来电力来源多元化，完全可以减少对石油能源的利用，因此，发展新能源汽车必定是缓解石油问题的长宜之计。5