项目一 混合动力汽车结构与控制技术

项目一混合动力汽车结构与控制技术1项目一混合动力汽车结构与控制技术【混合动力汽车构造与检修】任务务描述能源和环境是当今世界可持续发展面临的两大根本问题，随着经济的发展，汽车拥有量急剧增加，这两大问题日益突出。在此背景下，各种新型动力汽车脱颖而出。混合动力汽车是目前公认的最具有产业化和市场前景的混合动力电动汽车，也是一种绿色环保汽车。本任务通过认识和使用混合动力汽车，熟悉其结构和性能特点；并能够使用正确方法和专用设备对混合动力汽车进行应急处理，恢复混合动力汽车良好的运行性能。

目录CONTENTS01学习目标02知识准备03任务实施04课堂练习

01PARTONELearningtarget学习目标

熟知混合动力汽车类型和性能特点1叙述混合动力结构与特点1学会对混合动力汽车应急处理2Learningtarget学习目标学习目标知识目标技能目标学习目标

熟知混合动力结构与控制2

学习重点学习重点

1.叙述混合动力汽车的类型和性能特点；2.描述混合动力汽车的结构和控制技术；3.使用正确方法和专用设备对混合动力汽车进行应

急处理，恢复其良好的运行性能。02PARTTWOKnowledgepreparation知识准备

学习目标知识准备一、混合动力汽车定义混合动力系统定义国际电子技术委员会对混合动力车辆的定义为：在特定的工作条件下，可以从两种或两种以上的能量存储器、能量源或能量转化器中获取驱动能量的汽车。其中至少一种存储器或转化器要安装在汽车上。混合动力汽车至少有一种能量存储器、能量源或能量转化器可以传递电能。1现代大多数混合动力汽车为混合动力电动汽车（HybridElectricVehicle,HEV)，一般是内燃机汽车的替代和延伸，即同时装备两种动力来源——热动力源（由传统的汽油机或者柴油机产生）与电动力源（电池与电动机）的汽车。

学习目标知识准备二、混合动力汽车的分类混合动力汽车的分类方法（1）按照动力系统结构形式根据混合动力电动汽车零部件的种类、数量和连接关系，可以将其分为串联式混合动力电动汽车(SHEV)、并联式混合动力电动汽车(PHEV)和混联式混合动力电动汽车(PSHEV)。2

学习目标知识准备二、混合动力汽车的分类结构特征：发动机仅用于带动发电机发电，电能通过电机控制器输送给电动机，由电动机驱动汽车行驶。另外，动力电池在电量充足时也可以单独向电动机提供电能驱动汽车行驶。优缺点：结构简单、易于控制，发动机始终工作在稳定高效区间，有害气体排放少，特性接近于纯电动汽车；串联混合动力各部件外形、功率和质量较大，不适用于小型汽车多用于大型客车，同时动力系统能量转换过程损失较大，效率不高。

学习目标知识准备二、混合动力汽车的分类结构特征：并联式驱动系统可以单独使用发动机或电动机作为动力源，也可以同时使用电动机和发动机作为动力源驱动汽车行驶。优缺点：整个动力系统的装配尺寸、质量都较小，造价也更低，在中等负荷下具有很高的经济性，特性接近于内燃机；但是没有配置单独的发电机，在高负荷下，当发动机和电动机同时工作时，如果电池电量不够，不能利用发动机的动力发电为电动机提供电能。

学习目标知识准备二、混合动力汽车的分类结构特征：利用行星齿轮结构作为动力分离装置实现发动机和电动机动力分配，可以在串联混合模式下工作，也可以在并联混合模式下工作，同时兼顾了串联式和并联式的特点。优缺点：可以兼顾串联、并联混合动力的优点，使得动力系统得到最优化匹配，更容易实现排放和油耗控制；但是也存在结构复杂，对动力复合装置要求高的情况，目前由丰田公司混合动力车型使用。

学习目标知识准备二、混合动力汽车的分类（2）按混合度分类按照电动机相对于燃油发动机的功率比大小，可以将其分为微混合型混合动力电动汽车、轻度混合（弱混合）型混合动力电动汽车、中度混合型混合动力电动汽车和重度混合（强混合）型混合动力电动汽车。1）微混合型混合动力电动汽车

以发动机为主要动力源，不具备纯电动行驶模式的混合动力电动汽车。只具备停车怠速停机功能的混合动力电动汽车是一种典型的微混合模式。一般情况下，电动机的峰值功率和发动机的额定功率比≤5%。代表系统：通用BSA系统，装配别克君越混合动力车型。通用BSA系统

学习目标知识准备二、混合动力汽车的分类2）轻度混合（弱混合）型动力电动汽车（MildHybridElectricVehicle）轻度混合（弱混合）型混合动力电动汽车是以发动机为主要动力源，电动机作为辅助动力，在车辆加速和爬坡时，电动机可向车辆行驶系统提供辅助驱动力矩，但不能单独驱动车辆行驶的混合动力电动汽车。代表系统：ISG系统，如荣威550。ISG系统荣威550

学习目标知识准备二、混合动力汽车的分类3）中度混合型混合动力电动汽车（ModerateHybridElectricVehicle）中度混合型混合动力电动汽车是以发动机和/或电动机为动力源的混合动力电动汽车。一般情况下，电动机的峰值功率和发动机的额定功率比为15%～40%。代表系统：IMA系统，装备本田思域混合动力。IMA系统本田思域混合动力

学习目标知识准备二、混合动力汽车的分类4）重度混合（强混合）型混合动力电动汽车（FullHybridElectricVehicle）重度混合（强混合）型混合动力电动汽车是以发动机和/或电动机为动力源，且电动机可以独立驱动车辆行驶的混合动力电动汽车。一般情况下，电动机的峰值功率和发动机的额定功率比＞40％。代表系统：IMA系统，装备本田思域混合动力。代表系统：丰田THS系统，由丰田普锐斯车型等车型采用。THS系统丰田普锐斯

学习目标知识准备二、混合动力汽车的分类（3）按照外接充电能力划分按照是否能够外接充电，可分为可外接充电型混合动力电动汽车（Plug—in）和不可外接充电型混合动力电动汽车。1）可外接充电型混合动力电动汽车（plug-inhybridelectricvehicle）一种被设计成可以在正常使用情况下从非车载装置中获取能量的混合动力电动汽车2）不可外接充电型混合动力电动汽车（nonplug-inhybridelectricvehicle）一种被设计成可以在正常使用情况下从车载燃料中获取全部能量的混合动力电动汽车。

学习目标知识准备三、混合动力汽车的特点混合动力汽车的特点（1）混合动力电动汽车与纯电动汽车的性能对比1）由于发动机作为辅助动力，电池组的数量和质量可减少，因此汽车总质量可以减少。2）汽车的续驶里程和动力性可达到内燃机的水平。3）借助发动机的动力，可带动空调、真空助力、转向助力及其他辅助电器，无需消耗电池有限的电能，从而保证了驾车和乘坐的舒适性。3

学习目标知识准备三、混合动力汽车的特点（2）混合动力电动汽车与内燃机汽车的性能对比1）可使发动机在最佳的工况区域稳定运行，避免或减少了发动机变工况下的运行，使得发动机的排污和油耗大为降低。

2）在人口密集的商业区、居民区等地，可关停内燃机，可用纯电动方式驱动，实现零排放。3）可通过电动机提供动力，因此可配备功率较小的发动机，并可通过电动机回收汽车减速和制动时的能量，进一步降低汽车的能源消耗和排污。

学习目标知识准备三、混合动力汽车的特点项目串联式并联式混联式公路行驶燃油经济性较优优优城市行驶燃油经济性优较优优无路行驶燃油经济性较优优优低排放性能优较优较优成本低较低较低复杂程度简单较复杂复杂控制难易程度简单较复杂复杂表1-1混合动力电动汽车类型的比较

学习目标知识准备三、混合动力汽车的特点表1-2不同类型混合动力电动汽车的特点结构模型串联式并联式混联式动力总成发动机、发电机、电动机三大动力总成发动机、电动/发电机或电动机两大动力总成发动机、电动/发电机、电动机三大动力总成驱动模式电动机是唯一的驱动模式发动机驱动模式、电动机驱动模式、发动机—电动机混合驱动模式发动机驱动模式、电动机驱动模式、发动机—电动机混合驱动模式、电动机—电动机混合驱动模式传动效率能量转换效率较低传动效率较高传动效率较高制动能量回收能够回收制动能量能够回收制动能量能够回收制动能量整车总布置三大动力总成之间没有机械式连接装置，结构布置的自由度较大，但三大动力总成的质量、尺寸都较大，一般在大型车上采用发动机驱动系统保持机械式传动系统，发动机与电动机两大动力总成之间被不同的机械装置连接起来，结构复杂，使布置受到一定的限制三大动力总成之间采用机械装置连接，三大动力总成的质量、尺寸都较小，能够在小型车辆布置，但结构更加紧凑适用条件适用于大型客车或货车，适应在路况较复杂的城市道路和普通公路上行驶，更加接近电动汽车性能适用于大中型汽车，适应在城市道路和高速公路上行驶，接近普通的内燃机汽车性能适用于各种类型的汽车，适应在各种道路上行驶，更加接近普通的内燃机汽车性能

学习目标知识准备四、混合动力汽车关键技术混合动力汽车关键技术混合动力电动汽车的关键技术包括驱动电动机及其控制技术、动力电池及其管理系统、整车能量管理控制系统、动力传动系统匹配、制动能量回收系统、先进车辆控制技术等。（1）

驱动电动机及其控制技术混合动力电动汽车对驱动电动机的要求是能量密度高、体积小、质量轻、效率高。从发展趋势来看，电驱动系统的研发主要集中在交流感应电动机和永磁同步电动机上，对于高速、匀速行驶工况，采用感应电动机驱动较为合适；而对于经常起动、停车、低速运行的城市工况，永磁同步电动机驱动效率较高。4

学习目标知识准备四、混合动力汽车关键技术（2）动力电池及其管理系统

动力电池是混合动力电动汽车的基本组成单元。它将直接影响驱动电动机的性能发挥，从而影响整车的燃油经济性和排放性能。混合动力电动汽车使用的电池工作负荷大，对功率密度要求较高，但体积和容量小，而且电池的SOC工作区间较窄，对循环寿命要求高。能否开发适合混合动力电动汽车的专用动力电池是决定混合动力电动汽车能否大量推广使用的重要因素之一。如何全面、准确地对动力电池进行管理，是决定动力电池能否发挥最佳效能的重要因素。

学习目标知识准备四、混合动力汽车关键技术（3）整车能量管理控制系统混合动力电动汽车的整车能量控制系统的主要功能是进行整车功率控制和工作模式切换的控制。整车能量控制系统如同混合动力电动汽车的大脑，指挥各个子系统的协调工作，以达到效率、排放和动力性的最佳，同时兼顾行驶车辆的平顺性。整车能量控制系统根据驾驶员的操作，如加速踏板、制动踏板、变速杆的操作等，判断驾驶员的意图，以满足驾驶员需求的前提下，分配电动机、发动机、动力电池等动力部件的功率输出，实现能量利用率的最优管理，使有限的燃油发挥最大的功效。

学习目标知识准备四、混合动力汽车关键技术（1）动力传动系统匹配混合动力电动汽车动力传动系统的参数匹配的混合动力电动汽车设计的一个重要内容，其直接影响混合动力电动汽车的排放和燃油经济性能。它包括合理的选择和匹配发动机功率、动力电池容量和电动机的功率等，以确定车辆的混合度，来组成性能最优的混合驱动系统。

学习目标知识准备四、混合动力汽车关键技术（5）制动能量回收系统制动能量回收是混合动力电动汽车提高燃油经济性的又一重要途径。由于制动关系到行车安全性，如何在最大限度回收制动时的车辆动能与保证安全的制动距离和车辆行驶稳定性之间取得平衡，是制动能量回收系统需要解决的难题之一，制动能量回收系统与车辆防抱死制动系统（ABS）的结合可以完美地解决这一难题。

学习目标知识准备四、混合动力汽车关键技术（6）

先进车辆控制技术的应用传统汽车的车辆动力学控制系统与混合动力控制系统以及制动能量回收控制的结合，将是混合动力电动汽车控制技术的研究热点。混合动力电动汽车的制动能量回收系统与汽车的ABS系统的结合，在国外已经得到较好的解决，而国内尚无真正的解决方案。另外，随着混合动力电动汽车研究的深入，传统汽车的驱动控制系统、车辆稳定性控制系统等如何与混合动力电动汽车的能量管理及控制系统相结合，将越