【混合动力汽车系统优缺点及发展策略6600字（论文）】

II混合动力汽车系统优缺点及发展策略目录TOC\o"1-3"\h\u110511.绪论 178691.1课题背景及意义 142191.2混合动力汽车的研究现状 216821.2.1国外研究现状 2287431.2.2国内研究现状 213912.混合动力汽车驱动系统方案设计 2277882.1串联混合动力驱动系统 3110432.2并联混合动力驱动系统 473012.3混联混合动力驱动系统 5261373.混合动力汽车的优缺点分析 71633.1混合动力汽车的优点 766333.1.1极佳的燃油经济性能 7264583.1.2低排放 7305723.2混合动力汽车的缺点 8208515.2.1仍需汽油 826455.2.2成本高 865865.2.3在高速公路上表现不佳 8206344混合动力汽车发展过程中需要解决的问题和相应措施 88294.1关键技术问题 846674.1.1能量储存装置 9108804.1.2系统结构技术 992524.1.3混合动力汽车制动 9310554.2发展措施 10223344.2.1降低成本 10312484.2.2国内汽车企业自主创新 1074045.总结 103787参考文献 11.绪论1.1课题背景及意义近年来，由于能源危机和环境保护，汽车行业面临两大挑战。汽车因其无污染、环保节能、效率高的优势，尤其是混合动力汽车，逐渐登上历史舞台。由于其高能效、低排放的特点，对传统汽车形成了巨大的挑战。发展趋势快，市场化进程也快。混合动力汽车的动力性、燃油经济性和排放标准，与驱动系统结构和参数的匹配以及车辆在行驶过程中的协调控制密切相关。所以，研究混合动力汽车的驱动系统对提高混合动力汽车的性能具有理论意义。混合动力汽车是在纯汽车发展过程中为结合我国汽车市场推广的实际情况而创造和发展起来的一种新技术。它通过先进的储能控制与处理系统的相互作用，将我车现有的大型内燃机和具有一定负载能力的电储能控制单元（主要采用高性能的镍氢电池或超级储能单元中的电容器）结合起来，它可以轻松实现大排量小排量，有效降低汽车的大量油耗，减少汽车环境中有害污染物的排放。国外学者普遍认为，它应该是我国第一款主流的清洁能源汽车，开发投资少，选择推广空间大，易于研究和实现，能够满足未来汽车排放控制标准、环保节能的发展目标，市场接受度高，各大型清洁汽车生产企业都在努力不断加强对清洁混合能源汽车新技术应用研究的产业支持和开发投入。这一研究课题也可能是在这样的历史背景下首次提出的。本研究的主要目的是合理研究和设计各种类型混合动力系统的各种机构控制参数和运动控制策略系统，寻找一种将电力系统参数设计与机构控制相结合的研究方法。该系统的集成控制策略是在两个混合动力系统之间均衡分配每辆车的平均驱动功率和总功率。其设计的正确性和可靠性将直接影响气动系统的性能、耗油产生的巨大财政危机和各种各样的污染物的排放。混合动力汽车的系统有三种分别是串联，并联和混联系统。本文设计了一种基于SC7130的并联式混合动力汽车。1.2混合动力汽车的研究现状1.2.1国外研究现状目前,许多国家都已经制定了严格的汽车污染治理法规和环保节能的标准。在纯汽车还没有很快地实现市场化的条件下,世界上的各个汽车企业都对于混合动力汽车进行了更高的投资和支持力度,陆续研究生产和推广了各类混合动力汽车的新技术。比如通用公司的preceptl.3混合空气动力中型豪华轿车,福特公司的丰田prodigy中型混合空气动力中型豪华轿车,戴母勒家族和克莱斯勒公司的presx3.1.5混合空气动力中型豪华轿车,还有日本丰田公司于1997年9月推出的美国王牌豪华车型丰田混合动力中型豪华轿车,目前在中国全球汽车市场的累计销量已经达到接近年30万辆。目前我国一些专家观点认为,混合动力小型汽车的开发,已经不再仅仅是对汽车制造行业的一次简单技术革新,而是对一次全球性的汽车制造行业革命。1.2.2国内研究现状目前为止我国在"八五"和"九五"期间均已经有较大计划地陆续推出了智能汽车的一些重要关键技术专项研究攻关及其关键整车设计生产与技术研制,[10]在此攻关基础上还积极探索推出了一些新型插电混合能源动力纯智能汽车及其相关技术产品与关键技术在各方面的创新研究与推广应用。清华大学、华南理工大学、广州电车公司等二十多家科研单位先后成功试制并推出了新型混合电气动力柴油车型。但从技术水平上看,国内现在任然是研究的初级阶段,与国外的研究发展相比仍有很大差距。由于我国所蕴含的石油资源正在慢慢的减少，这使我国人民认识到环保和资源的重要性，这就使混合动力汽车正在慢慢崛起，有极大的可能发展成为中国汽车新能源汽车工业技术创新和发展，这也是近年来所有来华汽车界人士的共识。在今年的国家重点高新技术产业研究项目发展计划（863计划）中，地方政府专门列出了汽车发展的三大项目（包括混合燃料电池汽车、混合燃料能源汽车和纯氢汽车），总建设成本8.8亿元，包括混合能源微型车技术研发。目标是在5年内完成整车产业化。2.混合动力汽车驱动系统方案设计混合动力汽车的三种主要驱动系统是串联、并联和混联驱动系统。串联混合动力其实就是把电动机和内燃机串联起来。其基本组成如图1所示：2.1串联混合动力驱动系统图1串联混合动力驱动系统从实际来说，在实际应用中，列车驱动机构与串联式机构相同，然后加装一个蓄电池，使这个蓄电池起到峰值能量机构的作用，这样，电动机驱动轴的转速就可以与内燃机和发电机的转速完全解耦，这样就可以解决调速问题，不需要齿轮箱，而且内燃机的功率输出可以与发电机解耦，使内燃机始终工作在最佳状态，从而能够提高燃油经济性。由此可见，串联的内燃机和电机是通过电连接而不是通过机械连接。它的工作模式有以下几种：1.内燃机与发动机一起工作，使电机产生电能，驱动车辆前进。如果内燃机的工作功率大于驱动功率，则电池充电，功率增加；反之，电池放电，功率减少；2.当内燃机不工作的时候，此时只由电机来带动汽车动起来，这种现象往往在城市中低速行驶且电量充足的时候；3.汽车下坡或者减速时，此时内燃机是不运行的，所以电机能够给电池充电。在这三种类型中，最简单的显然是串联混动，它的控制策略的设计修改也最简单。串联混动因为比较单一，所以也会有很多的缺点：1.内燃机不能直接驱动车轮，要经历两个转换才能驱动，消耗能量，成本高；2.由于电机需要一直驱动汽车，串联式混合动力汽车需要一个大的和一个小的动力电机，导致成本很高；3.它的内燃机和发电机都不可用于驱动，浪费资源。2.2并联混合动力驱动系统令电机和内燃机通过并联构成并联混动结构从而来带动汽车行驶，其基本组成如图2所示：图2并联混合动力驱动系统在并联式混合动力中，电动机和内燃机产生的动力一般通过机械联轴器连接，输入和输出的速度应保持固定比例，如下图所示：并联式混合动力车相当于在传统的内燃机汽车上增加一个电动马达系统和一个电池，并联的模式比串联的多一些。与串联式混合动力车相比，并联式车辆的发动机不需要使用其全部动力来驱动车辆，因此只需要一个小的发动机，降低了生产成本。由于发动机和内燃机都能为车辆提供动力，并联混合动力的功率略高。2.3混联混合动力驱动系统混合动力汽车是结合了串并联的优势来产生输出，典型混联结构如图3所示：图3混联混合动力汽车图中的离合器用来实现串联和并联之间的切换，离合器分开即为串联，反之则是并联。混合动力汽车传统上不像串联汽车那样有变速器，这提高了变速器的效率，减少了汽车的整体重量；混合动力汽车的电动机和马达可以一起驱动汽车。然而，由于复杂的驾驶模式，混合动力汽车的控制策略对汽车公司的要求更高。没有变速箱的混合动力汽车中的电动马达需要更多的动力，这导致了更高的成本。混合动力结构还需要更高的离合器，而且内燃机的工作范围比串联式更大，因此成本往往比串联式混合动力多很多。综上分析，根据设计要求，本次设计选择并联结构。由以上两式可得，，（2）求V面内支反力、和弯矩输出轴受力如图4（b）所示，则+=（+）=－=0由以上两式可得，，（a）输出轴水平方向受力图（b）输出轴垂直方向受力图图3.6输入轴受力图3.混合动力汽车的优缺点分析3.1混合动力汽车的优点3.1.1极佳的燃油经济性能确立混合动力汽车控制策略的基本原则之一为确保在各种运行情况下，燃料转换装置、储能装置和电动机尽量能够高效地工作，从而使混合动力汽车的燃油经济性能上佳。把德国大众GOLF混合驱动系统和传统内燃机驱动系统的燃油经济性相互对比，记录数据，得出结果：后者的燃油消耗比前者高出约57%。理论分析以及现阶段混合动力汽车实验验证，混合动力汽车比传统内燃机汽车燃油消耗量少约35%。3.1.2低排放混合动力电动汽车(hev)控制策略的两个主要原则是确保燃料转换装置在各种工况下尽可能在低排放区域工作，以减少hev的排放。比如nox排放，已经达到了美国环境保护署，加州ulev和加州sulev制定的nox排放标准，其中包括本田insight和丰田prius混合动力车。这些公司生产的传统内燃机汽车，即使排放量很高，也只能达到美国和欧洲的标准，远低于混合动力汽车。理论数据和对丰田普锐斯(toyotaprius)和本田insight等混合动力汽车的实验测试表明，与混合动力汽车相比，传统的内燃机汽车可以排放约55%的废气。除了减少排放物，混合动力汽车发动机噪音也大大降低负荷时低。5.1.3降低使用成本混合动力汽车蓄电池组可直接从外部电源（包括家用220V电源）充电。从这个角度来看，它就像一辆纯电动汽车，通常更喜欢在纯电动模式下独立驾驶，一般由外部公用电网供电来补充电力。因此，在节能的同时，可以利用夜间低谷电对蓄电池充电，提高电厂发电机的运行效率。它还可以减少混合动力电动汽车的废气排放，降低汽车的日常使用成本，净化城市空气质量，减少汽车对石油燃料的依赖。传统的混合动力电动汽车不能通过外接电源充电，而是依靠车载燃料的消耗来补充电池的动力。混合动力汽车有一个具有一定能量的电池组。它在纯电动模式下独立运行，具有一定的纯电动行驶范围，如几十公里。传统的混合动力电动汽车，即使是在强劲的混合动力汽车中，电池能量也很小。只有在起动和低速时才是纯电力驱动。在加速和高速时，发动机和电机共同驱动，发动机是主要的驱动力。驱动电机的功率和扭矩较大，与纯电动汽车相同或稍小。在纯电动模式下，即可完成各种行驶条件，如起动、加速、爬升等。传统的混合动力电动汽车具有较小的电机功率和扭矩，在加速、爬坡等条件下由电机和发动机共同驱动。行驶距离400-500公里。在长途行驶条件下，优先采用纯电动模式。当电池组充电状态下降到一定极限时，通过切换到混合动力模式直接驱动发动机。车辆驱动或驱动发电机发电，驱动电机驱动车辆，并补充蓄电池电源。这使得它独立于充电站停车充电，尤其是在目前国内充电站设施不完善的情况下，可以继续长距离行驶，通常，即使在国内充电站设施密集分布的地区，电动汽车的快速充电也需要几十分钟。停车和充电的等待时间。这是混合动力电动汽车（即混合动力电动汽车）最突出的优点，与传统的汽车里程相同。这也克服了纯电动汽车受动力蓄电池能量限制，行驶里程短的缺点。3.2混合动力汽车的缺点5.2.1仍需汽油因为混合动力汽车仍然需要燃烧汽油，不能从根本上摆脱对石油的依赖，完全解决环境问题所以混合动力汽车没有太多的市场吸引力。5.2.2成本高新技术研发成本往往都很高，混合动力汽车由于结构复杂，研发成本昂贵，其生产成本也高于普通汽车。混合动力车需配有复杂的蓄电池组、电力发动机和高精度的电子控制模板等高价配件，而这些普通汽车却不需要。5.2.3在高速公路上表现不佳据美国2011年进行的一项研究表明，普通汽车和混合动力在同一复杂路况高速中行驶五千米，燃油经济性并没有逊色。混合动力汽车在城市中行驶用有良好的燃油经济性，然而行驶于高速公路，不仅仍靠汽油发动机驱使，而且因为其蓄电池组重量很大，更易消耗燃油。4混合动力汽车发展过程中需要解决的问题和相应措施4.1关键技术问题技术问题是影响混合动力汽车性能的核心关键所在，它将始终制约或影响混合动力汽车的发展。4.1.1能量储存装置加速和爬升需要电池的比能量和比功率。电池还需要能够快速充电，提高充放电效率，降低成本，延长使用寿命。由于其使用寿命短、存储容量低、充电速度慢等特点，在能量存储方面还有很大的改进空间。4.1.2系统结构技术加速和爬升需要电池提供特定的能量和特定的动力。电池还需要能够快速充电，提高充放电效率，降低成本和延长使用寿命。由于其使用寿命短、存储容量低、充电速度慢等特点，在储能方面还有很大的改进空间。4.1.3混合动力汽车制动汽车制动性能制动效率，即制动距离和制动减速度。制动效率是指汽车在良好的路面上以一定的初速度制动时的制动距离或减速度。它是制动性能最基本的评价指标。制动效率的恒定性，即抗热降解性。当汽车在高速行驶或在长下坡坡上连续制动时，制动效率的维持程度称为抗热损性能。如果汽车涉水，刹车也会有水变质的问题。制动过程中车辆方向的稳定性，即制动过程中车辆的性能无偏差、侧滑和转向能力丧失。第一个指标是所有车轮上的制动系统都能提供足够的制动力矩。第三个指标要求每个车轮上的制动力分布符合一定的规律。能量供给制动系统的主要问题是针对这两个指标。再生制动所谓再生制动，是指车辆动力模块的全部或部分具有能量通过控制反向流动的功能，从而将车辆的惯性部分反馈给蓄电池。同时，再生制动在车辆上起着制动作用。在电动汽车中，再生制动是一种电制动，此时驱动电机以发电方式工作。电动汽车的再生制动是一个宏观术语。电动汽车的电制动过程，从整体上来说，汽车的惯性转化为电能，并储存在蓄电池中。在微观上，根据电机驱动系统中功率变换器的不同控制信号，再生制动有两种基本制动方式：一种是储能制动和反馈制动的交替，另一种是反向制动和反馈制动的交替。所谓储能制动器，是指驱动电机产生的电能以磁场能量的形式存储在电路电感中的电制动器，其一部分消耗在电路电阻中；所谓反馈制动器，是指电能基因驱动电机额定值除部分消耗在回路电阻外，其余全部反馈给蓄电池；所谓逆制动是指驱动电机的电制动。一种电动制动器，由电动势和电源电压沿正向串联而成，既没有电能反馈给蓄电池，又需要蓄电池输出电能。4.2发展措施4.2.1降低成本我国汽车产业飞速发展，价格还是广大汽车消费者考虑的首要要素。混合动力车过高的价格会使消费者有很大的顾忌。我国追求时尚，追求与众不同的消费心理普遍存在，混合动力能满足追求个性，提倡环保的人生的追求。然而实现要像欧美以及日本那样实现产业化的深远目标，必须在开发，制造，销售等环节节约成本，使混合动力汽车真正满足大众普遍消费的车型。4.2.2国内汽车企业自主创新在中国，混合动力由于处于发展初期，因此市场没有形成，也没有形成产业化的发展，所以整体的价格偏高，对于普通消费者来说，难易承担。并且在现阶段，从长远来看，经济性也不如传统的内燃机汽车。如果在研发的过程中，能够渐渐降低整车成本，或者渐渐形成规模化的生产，相信消费者会越来越倾向于使用混合动力型汽车，进而缓解能源危机问题。5.总结综上所述，鉴于石油资源将趋于枯竭和环境污染日益加剧的现实，国内外汽车制造商在其政府支持下，都在竞相开发各种类型电动汽车。与传统型汽车相比，混合动力汽车充分吸取了电力及热力系统中最大的优势，在节能和排放上胜出一筹；与纯电动汽车相比，混合动力汽车的电压和功率等级与电动车类似，但蓄电池容量大大减小，因而其造价成本低于电动汽车。混合动力汽车在未来一段时间内会很有发展前景，这一点是毫无疑问的。汽车行业专家预言，不久的将来，新生产的汽车中混合动力汽车将占40％以上，与传统燃油汽车分享市场。国内混合动力汽车正处于样车试制阶段，已开发出混合动力轿车、混合动力中巴车、混合动力大客车样车，而国外日本等少数国家汽车制造商已开始了逐年增长的小批量商业化生产，并正在广泛进入世界市场。我国的汽车工业应顺应科技发展趋势，抓住混合动力汽车这块市场，在国外产品涌入之前，集中科研力量攻关，迅速开发出自己的产品。参