電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理

1、 第二章第二章 電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理o第一節(jié)第一節(jié) 純電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理純電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理o第二節(jié)第二節(jié) 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理混合動(dòng)力電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理o第三節(jié)第三節(jié) 燃料電池電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理燃料電池電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理第一節(jié)第一節(jié) 純電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理純電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理 一一 純電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)純電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu) 由于純電動(dòng)汽車是單純用蓄電池作為驅(qū)動(dòng)能源的汽車，采用合理的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)布局來(lái)充分發(fā)揮電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)勢(shì)是尤其重要的。電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)布局目前主要四種基本典型結(jié)構(gòu)：傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)模式、電動(dòng)機(jī)一驅(qū)動(dòng)橋組合式驅(qū)動(dòng)方式、電動(dòng)機(jī)一驅(qū)動(dòng)橋整體式驅(qū)動(dòng)方式、輪轂電機(jī)分散驅(qū)動(dòng)方

2、式。 第一節(jié)第一節(jié) 純電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理純電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)與發(fā)動(dòng)機(jī)相比有兩大技術(shù)優(yōu)勢(shì)：電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)與發(fā)動(dòng)機(jī)相比有兩大技術(shù)優(yōu)勢(shì)： 1）由于發(fā)動(dòng)機(jī)能高效產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)速被限制在一個(gè)較窄的范圍內(nèi)，為此需通過(guò)龐大而復(fù)雜的變速機(jī)構(gòu)來(lái)適應(yīng)這一特性。而電動(dòng)機(jī)可以在相當(dāng)寬廣的速度范圍內(nèi)高效地產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，電機(jī)現(xiàn)代控制理論已使直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)得到越來(lái)越多的應(yīng)用，數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動(dòng)早已對(duì)此作了驗(yàn)證，并且調(diào)速性能指標(biāo)(可達(dá)l：20000)遠(yuǎn)高于汽車行駛要求。 2）電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的快速響應(yīng)性指標(biāo)要比發(fā)動(dòng)機(jī)高出兩個(gè)數(shù)量級(jí)，若發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間是500ms，則電動(dòng)機(jī)只為5ms。由于按常規(guī)來(lái)說(shuō)，電氣執(zhí)行的響應(yīng)速度都

3、要比機(jī)械機(jī)構(gòu)快幾個(gè)數(shù)量級(jí)，因此隨著計(jì)算機(jī)電子技術(shù)的發(fā)展，用先進(jìn)的電氣控制來(lái)取代笨重、龐大而響應(yīng)滯后的部分機(jī)械、液壓裝置已成為技術(shù)進(jìn)步發(fā)展的必然趨勢(shì)。它不但使各項(xiàng)性能指標(biāo)大大提高，也將使制造成本降低。由于電氣元器件在研發(fā)初期的成本和性能都可能會(huì)暫不盡人意，但一旦研制完善后就將隨其批量的增加而得到大幅改善。第一節(jié)第一節(jié) 純電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理純電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理 1 傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)模式傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)模式 如圖a所示，它是從傳統(tǒng)汽車的驅(qū)動(dòng)模式演變而成，即由電動(dòng)機(jī)替代發(fā)動(dòng)機(jī)仍采用內(nèi)燃機(jī)汽車的傳動(dòng)系統(tǒng)，包括離合器、變速器、傳動(dòng)軸和驅(qū)動(dòng)橋等總成。與傳統(tǒng)汽車類似，也有電動(dòng)機(jī)前置、驅(qū)動(dòng)橋前置(F-F)，電動(dòng)機(jī)前置、驅(qū)動(dòng)橋后

4、置(F-R)等各種驅(qū)動(dòng)模式。其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，效率低，沒能充分發(fā)揮電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)勢(shì)。 其工作原理也類同于傳統(tǒng)汽車，由離合器用來(lái)切斷或接通電動(dòng)機(jī)到車輪之間傳遞動(dòng)力的機(jī)械裝置，變速器是一套具有不同速比的齒輪機(jī)構(gòu)，駕駛員按需要來(lái)選擇不同的檔位，即使得低速時(shí)，車輪獲得大轉(zhuǎn)矩低轉(zhuǎn)速；而在高速時(shí)，車輪獲得小力矩高轉(zhuǎn)速。由于采用了調(diào)速電動(dòng)機(jī)，其變速器可相應(yīng)簡(jiǎn)化，檔位數(shù)一般有兩個(gè)就夠了，倒檔也可利用電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。驅(qū)動(dòng)橋內(nèi)的機(jī)械式差速器使得汽車在轉(zhuǎn)彎時(shí)，左右車輪以不同的轉(zhuǎn)速行駛。這種模式主要用于早期的電動(dòng)汽車，省去了較多的設(shè)計(jì)，也適于對(duì)原有汽車的改造。第一節(jié)第一節(jié) 純電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理純電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理 2

5、 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)-驅(qū)動(dòng)橋組合式驅(qū)動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)橋組合式驅(qū)動(dòng)方式 如圖b所示，即在電動(dòng)機(jī)端蓋的輸出軸處加裝減速齒輪和差速器等，電動(dòng)機(jī)、減速器、驅(qū)動(dòng)橋的軸互相平行，一起組合成一個(gè)驅(qū)動(dòng)整體。它通過(guò)固定速比的減速器來(lái)放大電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，但沒有可選的變速檔位，也就省掉了離合器。這種機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)效率較高，便于安裝。但對(duì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速要求較高。按傳統(tǒng)汽車的驅(qū)動(dòng)模式來(lái)說(shuō)，它可以有電動(dòng)機(jī)前置、驅(qū)動(dòng)橋前置(FF)或電動(dòng)機(jī)后置、驅(qū)動(dòng)橋后置(RR)兩種方式。它具有良好的通用性和互換性，便于在現(xiàn)有的汽車底盤上安裝，使用、維修也較方便。 1一電動(dòng)機(jī) 2一減速齒輪 3一差速器齒輪 4一傳動(dòng)齒輪箱外殼第一節(jié)第一節(jié) 純電動(dòng)

6、汽車構(gòu)造與原理純電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理 3 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)-驅(qū)動(dòng)橋整體式驅(qū)動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)橋整體式驅(qū)動(dòng)方式 如圖c所示，其整體式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有同軸式和雙聯(lián)式兩種。 1)同軸式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)軸是一種特殊制造的空心軸，在電動(dòng)機(jī)左端輸出軸處的裝置有減速齒輪和差速器，再由差速器帶動(dòng)左右半軸，左半軸直接帶動(dòng)，而右半軸通過(guò)電動(dòng)機(jī)的空心軸來(lái)帶動(dòng)。 2) 雙聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由左右兩臺(tái)永磁電動(dòng)機(jī)直接通過(guò)半軸帶動(dòng)車輪，左右兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)由中間的電控差速器控制。 所以汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，前一種采用機(jī)械式差速器；后一種由電控式差速器來(lái)實(shí)現(xiàn)。同樣，它在汽車上的布局有電動(dòng)機(jī)前置、驅(qū)動(dòng)橋前置(F-F)和電動(dòng)機(jī)后置、驅(qū)動(dòng)橋后置(R-R)兩種驅(qū)動(dòng)模式。該電

7、動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)橋構(gòu)成的機(jī)電一體化整體式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)更緊湊，傳動(dòng)效率高，重量輕、體積小，并具有良好的通用性和互換性。第一節(jié)第一節(jié) 純電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理純電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理 4 輪轂電機(jī)分散驅(qū)動(dòng)方式輪轂電機(jī)分散驅(qū)動(dòng)方式 如圖d所示，輪轂式電機(jī)直接裝在汽車車輪里，它主要有兩種結(jié)構(gòu)： 一種是內(nèi)定子外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其外轉(zhuǎn)子直接安裝在車輪的輪緣上。由于不通過(guò)機(jī)械減速，通常要求電動(dòng)機(jī)為低速力矩電動(dòng)機(jī)； 另一種就用一般的內(nèi)轉(zhuǎn)子外定子結(jié)構(gòu)，其轉(zhuǎn)子作為輸出軸與固定減速比的行星齒輪變速器的太陽(yáng)輪相連，而車輪輪轂通常與其齒圈連接，它能提供較大的減速比，來(lái)放大其輸出轉(zhuǎn)矩。 采用輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)可大大縮短從電動(dòng)機(jī)到驅(qū)動(dòng)車輪的傳遞

8、路徑，不僅能騰出大量的有效空間便于總體布局，而且對(duì)于前一種內(nèi)定子外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，也大大提高了對(duì)車輪的動(dòng)態(tài)響應(yīng)控制性能。每臺(tái)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可獨(dú)立調(diào)節(jié)控制調(diào)節(jié)控制，便于實(shí)現(xiàn)電子差速電子差速。既省去了機(jī)械差速器，也有利于提高汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)的操控性。輪轂電機(jī)分散驅(qū)動(dòng)在汽車上的布置方式可以有：雙前輪驅(qū)動(dòng)、雙后輪驅(qū)動(dòng)和4wD(4 wheel drive )前后四輪驅(qū)動(dòng)幾種模式，輪轂式電動(dòng)機(jī)分散驅(qū)動(dòng)方式應(yīng)是未來(lái)電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)的發(fā)展方向。 第一節(jié)第一節(jié) 純電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理純電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理 二 純電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)原理 純電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)主要由電力驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)、汽車底盤、車身以及各種輔助裝置等部分組成。除了電力驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)

9、，其他部分的功能及其結(jié)構(gòu)組成基本與傳統(tǒng)汽車類同，不過(guò)有些部件根據(jù)所選的驅(qū)動(dòng)方式不同，已被簡(jiǎn)化或省去了。 電力驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)既決定了整個(gè)純電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)組成及其性能特征，也是電動(dòng)汽車的核心，它相當(dāng)于傳統(tǒng)汽車中的發(fā)動(dòng)機(jī)與其他功能以機(jī)電一體化方式相結(jié)合，這也是區(qū)別于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的最大不同點(diǎn)。 1 電力驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)電力驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng) 電力驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的組成與工作原理如圖所示，按工作原理可劃分為車載電源模塊、電力驅(qū)動(dòng)主模塊和輔助模塊三大部分。第一節(jié)第一節(jié) 純電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理純電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理 1） 車載電源模塊車載電源模塊 車載電源模塊主要由蓄電池電源、能源管理系統(tǒng)和充電控制器三部分組成。 （1 1）

10、蓄電池電源）蓄電池電源 蓄電池是純電動(dòng)汽車的唯一能源，它除了供給汽車驅(qū)動(dòng)行駛所需的電能外，也是供應(yīng)汽車上各種輔助裝置的工作電源。蓄電池在車上安裝前需要通過(guò)串并聯(lián)的方式組合成所要求的電壓等級(jí)，由于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)所需的等級(jí)電壓往往與輔助裝置的電壓要求不一致，輔助裝置所要求的一般為12V或24V的低壓電源，而電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)一般要求為高壓電源，并且所采用的電動(dòng)機(jī)類型不同，其要求的電壓等級(jí)也不同。為滿足該要求，可以用多個(gè)12V或24V的蓄電池串聯(lián)成96384V高壓直流電池組，再通過(guò)DcDc轉(zhuǎn)換器供給所需的不同電壓。也可按所需要求的電壓等級(jí)，直接由蓄電池組合成不同電壓等級(jí)的電池組，不過(guò)這樣會(huì)給充電和能源管理帶來(lái)相

11、應(yīng)的麻煩。第一節(jié)第一節(jié) 純電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理純電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理 （2） 能源管理系統(tǒng)能源管理系統(tǒng) 能源管理系統(tǒng)是對(duì)電動(dòng)汽車系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換裝置的工作能量進(jìn)行協(xié)調(diào)、分配和控制的軟硬件系統(tǒng)。 能源管理系統(tǒng)與電力驅(qū)動(dòng)主模塊的中央控制單元配合一起控制發(fā)電回饋，使在電動(dòng)汽車降速制動(dòng)和下坡滑行時(shí)進(jìn)行能量回收，從而有效地利用能源，提高電動(dòng)汽車的續(xù)程能力。 能源管理系統(tǒng)還需與充電控制器一同控制充電。 為提高蓄電池性能的穩(wěn)定性和延長(zhǎng)使用壽命，需要實(shí)時(shí)監(jiān)控電源的使用情況，對(duì)蓄電池的溫度、電解液濃度、蓄電池內(nèi)阻、電池端電壓、當(dāng)前電池剩余電量、放電時(shí)間、放電電流或放電深度等蓄電池狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，并按蓄電池對(duì)環(huán)境溫度的

12、要求進(jìn)行調(diào)溫控制，通過(guò)限流控制避免蓄電池過(guò)充、放電，對(duì)有關(guān)參數(shù)進(jìn)行顯示和報(bào)警，其信號(hào)流向輔助模塊的駕駛室顯示操縱臺(tái)，以便駕駛員隨時(shí)掌握并配合其操作，按需要及時(shí)對(duì)蓄電池充電并進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。第一節(jié)第一節(jié) 純電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理純電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理 （3) 充電控制器充電控制器 充電控制器是把供電電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)換為相應(yīng)電壓的直流電，對(duì)蓄電池充電并按要求控制其充電電流。充電器開始時(shí)為恒流充電階段。當(dāng)電池電壓上升到一定值時(shí)，充電器進(jìn)入恒壓充電階段，輸出電壓維持在相應(yīng)值，充電器進(jìn)入恒壓充電階段后，電流逐漸減小。還有采用脈沖式電流進(jìn)行快速充電。 2 2） 電力驅(qū)動(dòng)主模塊電力驅(qū)動(dòng)主模塊 該主模塊主要由中央控制單

13、元、驅(qū)動(dòng)控制器、電動(dòng)機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)裝置等組成。為適應(yīng)駕駛員的傳統(tǒng)操縱習(xí)慣，電動(dòng)汽車仍保留了加速踏板、制動(dòng)踏板及有關(guān)操縱手柄或按鈕等。不過(guò)在電動(dòng)汽車上是將加速踏板、制動(dòng)踏板的機(jī)械位移量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)，輸入到中央控制單元來(lái)對(duì)汽車的行駛實(shí)行控制。對(duì)于檔位變速桿為遵循駕駛員的傳統(tǒng)習(xí)慣，一般仍需保留，同樣除了傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)模式外也就只有前進(jìn)、空檔、倒退三個(gè)檔位，并且以開關(guān)信號(hào)傳輸?shù)街醒肟刂茊卧獊?lái)對(duì)汽車進(jìn)行前進(jìn)、停車、倒車控制。第一節(jié)第一節(jié) 純電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理純電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理（1) 1) 中央控制單元中央控制單元 中央控制單元不僅是電力驅(qū)動(dòng)主模塊的控制中心，也要對(duì)整輛電動(dòng)汽車的控制起到協(xié)調(diào)作用。它根據(jù)

14、加速踏板與制動(dòng)踏板的輸入信號(hào)，向驅(qū)動(dòng)控制器發(fā)出相應(yīng)的控制指令，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行起動(dòng)、加速、減速、制動(dòng)控制。在電動(dòng)汽車減速和下坡滑行時(shí)，中央控制器配合車載電源模塊的能源管理系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電回饋，即使蓄電池反向充電。 對(duì)于與汽車行駛狀況有關(guān)的速度、功率、電壓、電流及有關(guān)故障診斷等信息還需傳輸?shù)捷o助模塊的駕駛室顯示操縱臺(tái)進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)字或模擬顯示，也可采用液晶屏幕顯示來(lái)提高其信息量。 另外，如驅(qū)動(dòng)采用輪轂電機(jī)分散驅(qū)動(dòng)方式，當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，中央控制器也需與輔助模塊的動(dòng)力轉(zhuǎn)向單元配合，即控制左右輪轂電機(jī)來(lái)實(shí)行電子差速轉(zhuǎn)向。 為減少電動(dòng)汽車各個(gè)控制部分間的硬件連線，提高可靠性，現(xiàn)代汽車控制系統(tǒng)已較多地采用了微機(jī)多CP

15、U總線控制方式，特別是對(duì)于采用輪轂電機(jī)進(jìn)行4WD前后四輪驅(qū)動(dòng)控制的模式，更需要運(yùn)用總線控制技術(shù)，來(lái)簡(jiǎn)化電動(dòng)汽車內(nèi)部線路的布局，提高其可靠性，也便于故障診斷和維修，并且采用該模塊化結(jié)構(gòu)，一旦技術(shù)成熟其成本也將隨批量的增加而大幅下降。 第一節(jié)第一節(jié) 純電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理純電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理（2) 2) 驅(qū)動(dòng)控制器驅(qū)動(dòng)控制器 驅(qū)動(dòng)控制器功能是按中央控制單元的指令和電動(dòng)機(jī)的速度、電流反饋信號(hào)，對(duì)電動(dòng)機(jī)的速度、驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行控制。 驅(qū)動(dòng)控制器與電動(dòng)機(jī)必須配套使用，目前對(duì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速主要采用調(diào)壓、調(diào)頻等方式，這主要取決于所選用的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)類型。 由于蓄電池以直流電方式供電，所以對(duì)直流電動(dòng)機(jī)主要是通

16、過(guò)DCDC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行調(diào)壓調(diào)速控制； 對(duì)于交流電動(dòng)機(jī)需通過(guò)DCAC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行調(diào)頻調(diào)壓矢量控制； 對(duì)于磁阻電動(dòng)機(jī)是通過(guò)控制其脈沖頻率來(lái)進(jìn)行調(diào)速。 當(dāng)汽車倒車行駛時(shí)，需通過(guò)驅(qū)動(dòng)控制器使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)來(lái)驅(qū)動(dòng)車輪反向行駛。 當(dāng)電動(dòng)汽車處于減速和下坡滑行時(shí)，驅(qū)動(dòng)控制器使電機(jī)運(yùn)行于發(fā)電狀態(tài)，電機(jī)利用其慣性發(fā)電，將電能通過(guò)驅(qū)動(dòng)控制器回饋給蓄電池，所以驅(qū)動(dòng)控制器與蓄電池電源的電能流向是雙向的。第一節(jié)第一節(jié) 純電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理純電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理 （3) 3) 電機(jī)電機(jī) 電機(jī)在電動(dòng)汽車中被要求承擔(dān)著電動(dòng)和發(fā)電的雙重功能，即在正常行駛時(shí)發(fā)揮其主要的電動(dòng)機(jī)功能，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械旋轉(zhuǎn)能；而在減速和下坡滑行時(shí)又被要求進(jìn)行發(fā)

17、電，將車輪的慣性動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能。 對(duì)電機(jī)的選型一定要根據(jù)其負(fù)載特性來(lái)選，由對(duì)汽車行駛時(shí)的特性分析可知汽車在起步和上坡時(shí)要求有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和相當(dāng)?shù)亩虝r(shí)過(guò)載能力，并有較寬的調(diào)速范圍和理想的調(diào)速特性，即在起動(dòng)低速時(shí)為恒轉(zhuǎn)矩輸出，在高速時(shí)為恒功率輸出。 電機(jī)與驅(qū)動(dòng)控制器所組成的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車中最為關(guān)鍵的部件，電動(dòng)汽車的運(yùn)行性能主要取決于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的類型和性能，它直接影響著汽車的各項(xiàng)性能指標(biāo)，如汽車在各工況下的行駛速度、加速與爬坡性能以及能源轉(zhuǎn)換效率。第一節(jié)第一節(jié) 純電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理純電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理（4) 4) 機(jī)械傳動(dòng)裝置機(jī)械傳動(dòng)裝置 電動(dòng)汽車傳動(dòng)裝置的作用是將電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩傳輸給汽車的驅(qū)

18、動(dòng)軸，從而帶動(dòng)汽車車輪行駛。由于電動(dòng)機(jī)本身就具有較好的調(diào)速特性，其變速機(jī)構(gòu)可被大大簡(jiǎn)化，較多的是為放大電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩僅采用一種固定的減速裝置。又因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)可帶負(fù)載直接起動(dòng)，即省去了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的離合器。由于電動(dòng)機(jī)可以容易地實(shí)現(xiàn)正反向旋轉(zhuǎn)，所以也無(wú)需通過(guò)變速器中的倒檔齒輪組來(lái)實(shí)現(xiàn)倒車。對(duì)電動(dòng)機(jī)在車架上合理布局，即可省去傳動(dòng)軸、萬(wàn)向節(jié)等傳動(dòng)鏈。當(dāng)采用輪轂式電動(dòng)機(jī)分散驅(qū)動(dòng)方式時(shí)，又可以省去傳統(tǒng)汽車的驅(qū)動(dòng)橋、機(jī)械差速器、半軸等一切傳動(dòng)部件，所以該驅(qū)動(dòng)方式也可被稱為“零傳動(dòng)”方式。 3） 輔助模塊輔助模塊 輔助模塊包括輔助動(dòng)力源、動(dòng)力轉(zhuǎn)向單元、駕駛室顯示操縱臺(tái)和各種輔助裝置等。各個(gè)裝置的功能與傳統(tǒng)汽

19、車上的基本類同，其結(jié)構(gòu)原理按電動(dòng)汽車的特點(diǎn)有所區(qū)別。第一節(jié)第一節(jié) 純電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理純電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理 （1 1） 輔助動(dòng)力源輔助動(dòng)力源 輔助動(dòng)力源是供給電動(dòng)汽車其他各種輔助裝置所需的動(dòng)力電源，一般為12V或24V的直流低壓電源，它主要給動(dòng)力轉(zhuǎn)向、制動(dòng)力調(diào)節(jié)控制、照明、空調(diào)、電動(dòng)窗門等各種輔助裝置提供所需的能源。 （2) 2) 動(dòng)力轉(zhuǎn)向單元?jiǎng)恿D(zhuǎn)向單元 轉(zhuǎn)向裝置是為實(shí)現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)彎而設(shè)置的，它由方向盤、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向輪等組成。作用在方向盤上的控制力，通過(guò)轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)一定的角度，實(shí)現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)向。 為提高駕駛員的操控性，現(xiàn)代汽車都采用了動(dòng)力轉(zhuǎn)向，較理想的是采用電子控制動(dòng)力

20、轉(zhuǎn)向系EPS，它要有電控液力轉(zhuǎn)向系和電控電動(dòng)轉(zhuǎn)向系兩類。對(duì)于純電動(dòng)汽車較適于選用電控電動(dòng)轉(zhuǎn)向系。 多數(shù)汽車為前輪轉(zhuǎn)向，而工業(yè)用電動(dòng)叉車常采用后輪轉(zhuǎn)向，為提高汽車轉(zhuǎn)向時(shí)的操縱穩(wěn)定性和機(jī)動(dòng)性，較理想的是采用四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 對(duì)于采用輪轂式電動(dòng)機(jī)分散驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車，由于電機(jī)控制響應(yīng)速度的提高，可更容易地實(shí)現(xiàn)四輪電子差速轉(zhuǎn)向控制。 另外，為配合轉(zhuǎn)彎時(shí)左右兩側(cè)車輪有相應(yīng)的差速要求，還須同時(shí)控制電子差速器協(xié)調(diào)工作。 第一節(jié)第一節(jié) 純電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理純電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理 （3) 3) 駕駛室顯示操縱臺(tái)駕駛室顯示操縱臺(tái) 它類同于傳統(tǒng)汽車駕駛室的儀表盤，不過(guò)其功能根據(jù)電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)的控制特點(diǎn)有所增減，其信息指示更

21、多地選用數(shù)字或液晶屏幕顯示。它與前述電力驅(qū)動(dòng)主模塊中的中央控制單元結(jié)合，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。萬(wàn)向電動(dòng)汽車有限公司已為此研發(fā)了純電動(dòng)汽車專用的數(shù)字化電控系統(tǒng)，它是以CAN總線、嵌入式技術(shù)為核心的數(shù)字化整車電控系統(tǒng)，GPS集成到車載信息系統(tǒng)，提升電動(dòng)汽車檔次。 （4) 4) 輔助裝置輔助裝置 電動(dòng)汽車的輔助裝置主要有照明、各種聲光信號(hào)裝置、車載音響設(shè)備、空調(diào)、刮水器、風(fēng)窗除霜清洗器、電動(dòng)門窗、電控玻璃升降器、電控后視鏡調(diào)節(jié)器、電動(dòng)座椅調(diào)節(jié)器、車身安全防護(hù)裝置控制器等。它們主要是為提高汽車的操控性、舒適性、安全性而設(shè)置的，有些是必要的，有些是可選用的。與傳統(tǒng)汽車一樣，大都有成熟的專用配件供應(yīng)。不過(guò)選用

22、時(shí)應(yīng)考慮到純電動(dòng)汽車能源不富裕的特點(diǎn)，特別是空調(diào)所消耗的能量比較大，應(yīng)盡可能從節(jié)能方面考慮。另外，對(duì)于有些裝置可用液壓或電動(dòng)兩種方式來(lái)控制的，一般選用電動(dòng)控制的較為方便。第一節(jié)第一節(jié) 純電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理純電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理2 2 汽車底盤汽車底盤 汽車底盤是整個(gè)汽車的基體，不僅起著支承蓄電池、電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)控制器、汽車車身、空調(diào)及各種輔助裝置的作用，同時(shí)也將電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力進(jìn)行傳遞和分配，并按駕駛員的意志(加速、減速、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)等)行駛。 按傳統(tǒng)汽車的歸類或敘述習(xí)慣，汽車底盤應(yīng)包括傳動(dòng)系、行駛系、轉(zhuǎn)向系和制動(dòng)系四大系統(tǒng)。 對(duì)于純電動(dòng)汽車其傳動(dòng)系根據(jù)所選驅(qū)動(dòng)方式不同，不少被簡(jiǎn)化或干脆省掉。 行駛系包

23、括車橋、車架、懸架、車輪與輪胎，其中：1）車橋如采用輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)也就省去了；2）車架是整個(gè)汽車的裝配基體，其作用主要是支承連接汽車的各零部件，承受來(lái)自車內(nèi)和車外的各種載荷；3）懸架是車架(或車身)與車輪(或車橋)之間的一切傳力連接裝置的總稱，它主要由彈性元件、減振器和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)等組成。它與充氣輪胎一起緩和不平路面對(duì)車輛的沖擊振動(dòng)；4）車輪主要由輪輞、輪輻等組成，其內(nèi)部還需安裝制動(dòng)器，并還可能要安裝輪轂電機(jī)，所以結(jié)構(gòu)會(huì)很緊湊；為減小電動(dòng)汽車行駛時(shí)的滾動(dòng)阻力，輪胎要求采用子午線輪胎較好。 第一節(jié)第一節(jié) 純電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理純電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理 轉(zhuǎn)向系包括轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等，它按能源

24、不同被分為機(jī)械轉(zhuǎn)向系和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系兩大類，機(jī)械轉(zhuǎn)向系與傳統(tǒng)汽車的完全一致，動(dòng)力轉(zhuǎn)向系前已簡(jiǎn)單說(shuō)明。 制動(dòng)系由供能裝置、控制裝置、傳動(dòng)裝置、制動(dòng)器四個(gè)基本部分組成，按其功用不同被分為行車制動(dòng)系、駐車制動(dòng)系、應(yīng)急制動(dòng)系和輔助制動(dòng)系等，對(duì)于電動(dòng)汽車由于可利用電機(jī)實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)進(jìn)行能量回收，并且還可利用電磁吸力實(shí)現(xiàn)電磁制動(dòng)，因此隨著技術(shù)的發(fā)展其制動(dòng)系也將會(huì)有較大的變化。 3 車身與純電動(dòng)汽車總體布局的特點(diǎn)車身與純電動(dòng)汽車總體布局的特點(diǎn) 汽車車身主要由車身本體、開啟件(各種門、窗、行李箱和車頂蓋等)、各種座椅、內(nèi)外飾附件和安全保護(hù)裝置(保險(xiǎn)杠、安全帶、安全氣囊等)組成。 針對(duì)純電動(dòng)汽車能源少的特點(diǎn)，對(duì)汽車車

25、身的外形造型應(yīng)盡可能縮小其迎風(fēng)面積來(lái)降低空氣阻力，并采用輕型高強(qiáng)度材料來(lái)減輕汽車自身的重量。 對(duì)車內(nèi)的各個(gè)部件的布局也相當(dāng)重要，由于電動(dòng)汽車動(dòng)能的傳遞主要是通過(guò)柔性的電纜，即減少了大量用剛性的機(jī)械件連接部件的動(dòng)能傳遞，因此電動(dòng)汽車各部件的布置具有較大的靈活性，并且蓄電池組也可分散布置，作為配重物來(lái)布局。 第一節(jié)第一節(jié) 純電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理純電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理 純電動(dòng)汽車各個(gè)部件的總體布局的原則是：符合車輛動(dòng)力學(xué)對(duì)汽車重心位置的要求，并盡可能降低車輛質(zhì)心高度。特別是對(duì)于采用輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)“零傳動(dòng)”方式的電動(dòng)汽車，不僅去掉了發(fā)動(dòng)機(jī)、冷卻水系統(tǒng)、排氣消聲系統(tǒng)和油箱等相應(yīng)的輔助裝置，還省去了變速箱、

26、驅(qū)動(dòng)橋及所有傳動(dòng)鏈，既減輕了汽車自重，也留出了許多空間，其結(jié)構(gòu)可以說(shuō)發(fā)生了脫胎換骨的變化。車輛的整個(gè)結(jié)構(gòu)布局需重新設(shè)計(jì)全面考慮各種因素。 另外，由于增加了許多蓄電池的重量，對(duì)于安裝蓄電池部位的車架強(qiáng)度必須有所考慮，同時(shí)為了方便蓄電池的充電、維護(hù)、更換，對(duì)蓄電池安裝方法和位置也要考慮其方便性，對(duì)環(huán)境溫度有要求的蓄電池還需考慮散熱空間及調(diào)溫控制，并為確保安全還需采取密封等預(yù)防措施，以防車輛發(fā)生撞擊事故時(shí)，電解液不會(huì)泄漏傷及人身，并有防火等措施。 第一節(jié)第一節(jié) 純電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理純電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理三 電動(dòng)汽車能源的復(fù)合利用 能量不富裕是純電動(dòng)汽車的最大弊端，因此如何與其他能源有機(jī)地復(fù)合利用，來(lái)改

27、善其加速性能和續(xù)駛里程，是提高純電動(dòng)汽車實(shí)用化的有效途徑之一。太陽(yáng)能、風(fēng)能在純電動(dòng)汽車上被應(yīng)用，既發(fā)揮了蓄電池這一可逆儲(chǔ)能裝置的優(yōu)勢(shì)，又彌補(bǔ)了純電動(dòng)汽車能量不富裕的缺陷，即使兩者揚(yáng)長(zhǎng)避短、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。 1 太陽(yáng)能電動(dòng)汽車太陽(yáng)能電動(dòng)汽車 由于太陽(yáng)光時(shí)續(xù)時(shí)斷的不穩(wěn)定性，太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)通常除了太陽(yáng)能電池板，還需控制器、蓄電池組、逆變器等組合而成。而對(duì)于純電動(dòng)汽車除了太陽(yáng)能電池板，其余裝置本身都已具備即可兼用，對(duì)其控制器按太陽(yáng)能電池板工作原理和控制要求需略作改進(jìn)。 太陽(yáng)能電池板(Solar Panel) 主要有單晶體硅電池板、多晶體硅電池板、非晶硅電池板和多元化合物太陽(yáng)電池等。其中單晶硅的效率較高，用得

28、也較多，其價(jià)格按功率來(lái)算，如通常25cm125cm的單晶硅電池為23w左右，目前價(jià)格約為2030元/w。隨著太陽(yáng)能電池板的更多應(yīng)用和其制造工藝的進(jìn)一步完善，其價(jià)格必會(huì)下降，致使更適于普及推廣。而太陽(yáng)能電池板的使用壽命一般是20年以上，即是蓄電池壽命的好幾倍。 第一節(jié)第一節(jié) 純電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理純電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理 一輛純電動(dòng)汽車加上太陽(yáng)能發(fā)電功能，其成本也就主要是增加了太陽(yáng)能電池板的價(jià)格。如轎車的車頂面積按18m。算，就目前的價(jià)格需要增加50008000元成本，能獲得約266w的太陽(yáng)能發(fā)電功率。按汽車空氣動(dòng)力學(xué)為減小空氣流的影響，該太陽(yáng)能電池板最好能定做成與汽車頂部弧形類似的形狀，它既可兼作車

29、頂用，又能起到極好的隔熱效果，特別是在夏天烈日下行駛時(shí)，該隔熱板將使車內(nèi)的空調(diào)能耗減少約40。純電動(dòng)汽車輔加太陽(yáng)能發(fā)電功能，除了補(bǔ)充能源外，對(duì)其蓄電池還有獨(dú)特的修復(fù)功能，由于其連續(xù)不斷地給電池補(bǔ)充電能，可以防止和清除電池極板硫化，恢復(fù)電池容量，有效地延長(zhǎng)電池使用壽命。 并且利用太陽(yáng)能發(fā)電對(duì)其蓄電池充電在汽車行駛或停車時(shí)都可進(jìn)行，有效利用日照期間不僅可及時(shí)補(bǔ)充能源增加續(xù)駛里程，還將節(jié)約一定的能耗費(fèi)。據(jù)了解，國(guó)內(nèi)已有廠家在研發(fā)太陽(yáng)能電動(dòng)汽車，并也有相應(yīng)的專利技術(shù)。 第一節(jié)第一節(jié) 純電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理純電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理2 風(fēng)能電動(dòng)汽車風(fēng)能電動(dòng)汽車 風(fēng)能發(fā)電與太陽(yáng)能一樣是一種清潔可再生能源，由于不需

30、要燃料、沒有污染、運(yùn)行成本低，不存在資源枯竭問題，現(xiàn)在越來(lái)越受到世界各國(guó)的重視，目前主要存在效率低、造價(jià)高、有待技術(shù)上更多的改進(jìn)等問題。 一般風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)主要由葉片、機(jī)頭、尾翼、轉(zhuǎn)體等組成，其機(jī)頭實(shí)際是帶增速機(jī)構(gòu)的發(fā)電機(jī)。工作原理是由葉片接受風(fēng)力并帶動(dòng)機(jī)頭轉(zhuǎn)為電能，尾翼使葉片始終對(duì)著來(lái)風(fēng)的方向從而獲得最大的風(fēng)能，轉(zhuǎn)體使整個(gè)葉片與機(jī)頭機(jī)構(gòu)能靈活地隨尾翼的調(diào)整方向而轉(zhuǎn)動(dòng)。 風(fēng)能要在汽車上得到利用，其風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)也需作相應(yīng)改進(jìn)，據(jù)了解國(guó)內(nèi)已有好幾項(xiàng)風(fēng)能電動(dòng)汽車的技術(shù)專利，結(jié)構(gòu)有滾筒式螺旋風(fēng)力發(fā)電、螺旋槳式風(fēng)葉輪發(fā)電、半球及半柱型風(fēng)葉輪發(fā)電等幾種形式。 對(duì)于汽車在行駛過(guò)程中要想同時(shí)使用風(fēng)能可能

31、還會(huì)有所爭(zhēng)議，因?yàn)樵谄嚿?一般在車頂部位)固定安裝了前述風(fēng)力接收裝置，按汽車空氣動(dòng)力學(xué)，除了增加車輛行駛的氣動(dòng)阻力外，還會(huì)對(duì)其側(cè)傾力矩、俯仰力矩、橫擺力矩產(chǎn)生相應(yīng)變化，影響汽車的行駛穩(wěn)定性。 第二章 電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理第二節(jié)第二節(jié) 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理混合動(dòng)力電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理一一 HEV的定義及優(yōu)點(diǎn)的定義及優(yōu)點(diǎn)1 1 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的定義混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的定義 參考國(guó)際能源組織(IEA)的有關(guān)文獻(xiàn)，曾對(duì)混合動(dòng)力車輛作出定義，能量與功率傳送路線具有如下特點(diǎn)的車輛稱為混合動(dòng)力車輛： 1) 傳送到車輪推進(jìn)車輛運(yùn)動(dòng)的能量，至少來(lái)自兩種不同的能量轉(zhuǎn)換裝置(例如內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)鉁u輪、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)、

32、電機(jī)、液壓馬達(dá)、燃料電池)。 2) 這些轉(zhuǎn)換裝置至少要從兩種不同的能量?jī)?chǔ)存裝置(例如燃油箱、蓄電池、飛輪、超級(jí)電容、高壓儲(chǔ)氫罐等)吸取能量。 3) 從儲(chǔ)能裝置流向車輪的這些通道，至少有一條是可逆的(既可放出能量，也可吸收能量)，并至少還有一條是不可逆的。 4) 如果可逆的儲(chǔ)能裝置供應(yīng)的是電能時(shí)，則稱為混合動(dòng)力電動(dòng)車。 按其定義，通過(guò)不同的組合方式，可以想象出各種各樣的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車。但目前所推出的基本是“油一電”混合動(dòng)力電動(dòng)汽車，其不可逆儲(chǔ)能裝置是內(nèi)燃機(jī)，可逆儲(chǔ)能裝置即為蓄電池。它使兩者優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，避免了內(nèi)燃機(jī)在怠速及制動(dòng)工況下能量的損耗、排污增大和純蓄電池能量不富裕的缺陷。 第二節(jié)第二節(jié) 混

33、合動(dòng)力電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理混合動(dòng)力電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理2 混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的節(jié)能潛力混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的節(jié)能潛力 增加一套蓄電池+電機(jī)的可逆儲(chǔ)能系統(tǒng)，即可使發(fā)動(dòng)機(jī)許多損耗的能量被回收或綜合利用，歸納如下幾點(diǎn)： 1) 通過(guò)與另一套可逆儲(chǔ)能系統(tǒng)配合的綜合利用，用兩種方法來(lái)大大減少或消除發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速工作狀態(tài)。其一是發(fā)動(dòng)機(jī)在怠速空轉(zhuǎn)工況下的能量可被即時(shí)利用起來(lái)，即帶動(dòng)電機(jī)發(fā)電把能量傳輸?shù)叫铍姵貎?chǔ)存起來(lái)?；蛘咴谀承┕r下，如遇到紅燈等情況需怠速停車時(shí)，可通過(guò)控制系統(tǒng)把發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)掉，消除發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，而由另一套儲(chǔ)能裝置(蓄電池)為空調(diào)、車燈等提供輔助能源。 2) 車輛在減速制動(dòng)時(shí)進(jìn)行再生回饋。在城區(qū)街道行駛時(shí)，其制動(dòng)消

34、耗的能量是高速公路的幾倍，并且該部分能量占已傳輸至車輪的動(dòng)能46。 3) 汽車在下坡行駛時(shí)實(shí)現(xiàn)發(fā)電回饋。混合動(dòng)力電動(dòng)汽車即可利用該動(dòng)能來(lái)發(fā)電，并同時(shí)起到牽制車輪飛速行駛的作用。 4) 由于同時(shí)使用了兩套能量轉(zhuǎn)換裝置，其發(fā)動(dòng)機(jī)原有功率即可適當(dāng)減小，有利于車載重量的減輕，不過(guò)由于增加了蓄電池和電機(jī)的重量，車載總的重量還是增加了。城市公交汽車采用混合動(dòng)力電動(dòng)汽車是較好的選擇。 第二節(jié)第二節(jié) 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理混合動(dòng)力電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理二二 HEV的分類及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的分類及結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1 HEV的分類 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車按2008年頒布的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車類型和定義征求意見稿有多種分類方法： 1）按動(dòng)

35、力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)劃分主要有串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)三種形式； 2）按混合度劃分有微混合、輕度混合、中度混合、重度混合四種類型，它主要是依據(jù)電動(dòng)機(jī)與內(nèi)燃機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率搭配比例來(lái)定，規(guī)定前述四種的電動(dòng)機(jī)峰值功率和發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率之比分別為5、515、1540、40； 3）按外接充電能力劃分，又有可外接充電和不可外接充電兩類，其中可外接充電型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(Plugin Hybrid：Electric Vehicle，PH：EV)由于可利用電網(wǎng)適時(shí)補(bǔ)充車載能量，減少對(duì)石油的依賴和良好的環(huán)保效應(yīng)，被認(rèn)為是混合動(dòng)力的重要發(fā)展方向，它要求具有純電動(dòng)行駛模式的重度混合型； 4）按行駛模式的選擇方式又可劃分為有手動(dòng)選擇功能和

36、無(wú)手動(dòng)選擇功能兩種，其中行駛模式是指熱機(jī)模式、純電動(dòng)模式和混合動(dòng)力模式三種選擇功能； 5）按車輛用途即被劃分為乘用車、客車、貨車三類。第二節(jié)第二節(jié) 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理混合動(dòng)力電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理2 串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(Series Hybrid Electric Vehicle，SHEV)的主要特征是車輛的驅(qū)動(dòng)力只來(lái)源于電動(dòng)機(jī)。SHEV驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的三大動(dòng)力總成：發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)是以串聯(lián)的方式組成，其發(fā)動(dòng)機(jī)不直接參與SHEV的驅(qū)動(dòng)，它與發(fā)電機(jī)組合成只作電能供應(yīng)的系統(tǒng)。按其驅(qū)動(dòng)原理又可被分為兩種形式。 1) 蓄電池單向驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)形式蓄

37、電池單向驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)形式 其特點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)只由蓄電池供給電能，發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)所發(fā)的電只供蓄電池充電。所以這種動(dòng)力系統(tǒng)的蓄電池為其主要?jiǎng)恿υ?，通常要求蓄電池容量較大。而發(fā)動(dòng)機(jī)一發(fā)電機(jī)組僅為輔助動(dòng)力源，其功率要求可較小，車輛行駛期間不足以維持蓄電池的荷電狀態(tài)，行駛后停車時(shí)可采用外接充電型(PHEV)利用電網(wǎng)充電或繼續(xù)由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)充電。此種結(jié)構(gòu)形式的供電模式(或電流流向)只有兩種：即在正常動(dòng)力驅(qū)動(dòng)行駛時(shí)只由動(dòng)力電池組供電；而在滑行、下坡和減速制動(dòng)時(shí)通過(guò)電機(jī)發(fā)電回饋向蓄電池反向充電。第二節(jié)第二節(jié) 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理混合動(dòng)力電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理2) 發(fā)電機(jī)或蓄電池雙向驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)形式發(fā)電機(jī)或

38、蓄電池雙向驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)形式 其驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)既可從蓄電池獲得電能，也可由發(fā)電機(jī)直接提供。相對(duì)來(lái)說(shuō)，這種動(dòng)力系統(tǒng)的蓄電池容量可較小。它主要起補(bǔ)充峰值功率的作用并在起步、低速等少數(shù)行駛工況下使用。而發(fā)動(dòng)機(jī)一發(fā)電機(jī)組的功率就要求較大，它在大多數(shù)行駛工況中直接向驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)提供電能，即省去了經(jīng)蓄電池轉(zhuǎn)換過(guò)程中的部分能量損失，并且發(fā)動(dòng)機(jī)一發(fā)電機(jī)組還要適時(shí)為蓄電池補(bǔ)充能源，使車輛行駛期間能維持蓄電池的荷電狀態(tài)。在正常動(dòng)力驅(qū)動(dòng)行駛時(shí)就可有三種模式： 單獨(dú)由動(dòng)力電池組供電，這可用在低速或平坦道路行駛時(shí)； 由發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)組供電，這一般用于起動(dòng)、較高速行駛時(shí)； 動(dòng)力電池組與發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)組共同供電，在起動(dòng)、爬坡、高速行

39、駛時(shí)用。第二節(jié)第二節(jié) 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理混合動(dòng)力電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理3)3)工作原理工作原理 它們?cè)谲囕v行駛中各部分的工作原理基本類同，其發(fā)動(dòng)機(jī)始終在熱效率高排放低的最佳工況下運(yùn)轉(zhuǎn)，由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)均衡地發(fā)電。電能在控制器的調(diào)節(jié)下被充入蓄電池，再由蓄電池或直接供給轉(zhuǎn)換器電能，轉(zhuǎn)換器即為電機(jī)調(diào)速驅(qū)動(dòng)器，轉(zhuǎn)換成所配電動(dòng)機(jī)要求的直流、交流或脈沖相應(yīng)的電流，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)按一定速度要求運(yùn)轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)通過(guò)帶減速與差速機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)橋來(lái)帶動(dòng)車輪行駛。 低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率超過(guò)驅(qū)動(dòng)車輛的需要，多余的電能就儲(chǔ)存在蓄電池內(nèi)。 在高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)于發(fā)電機(jī)或蓄電池雙向驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式除了發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能

40、外，電池組也可同時(shí)提供電能，而對(duì)于蓄電池單向驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式只能從蓄電池獲得電能。但兩種形式的最高輸出功率都要受到驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率的限制。其中蓄電池組作為發(fā)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)間的儲(chǔ)能裝置，其功能主要起到功率平衡作用。它也可采用諸如超級(jí)電容、飛輪電池等其他儲(chǔ)能裝置，不過(guò)如此對(duì)上述兩種結(jié)構(gòu)形式的發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組的要求又有所改變。 SHEV驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所組成的發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組、動(dòng)力電池組和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)等部件在汽車底盤上的布置有較大的自由度，控制系統(tǒng)也較簡(jiǎn)單。由于只有唯一的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式，對(duì)電動(dòng)機(jī)的功率要求較高，其動(dòng)力特性更趨近于EV。第二節(jié)第二節(jié) 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理混合動(dòng)力電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理 串聯(lián)

41、混合驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車的加速度和最大車速，也受蓄電池的峰值功率密度和為電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)組的功率限制。因此，設(shè)計(jì)串聯(lián)混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)考慮的關(guān)鍵問題是電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩和功率特性，以及發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組的最大功率和可利用的電力范圍，對(duì)蓄電池的選擇還需考慮其容量應(yīng)滿足汽車加速時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出功率的要求或者滿足汽車?yán)m(xù)駛里程對(duì)能量的需要。串聯(lián)混合驅(qū)動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)可以在固定工況點(diǎn)工作，因此可以使發(fā)動(dòng)機(jī)在有害排放物最低與效率最高的工況點(diǎn)工作，固定工況點(diǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)也便于排氣后處理裝置始終保持高凈化率。串聯(lián)混合驅(qū)動(dòng)的主要缺點(diǎn)是總效率較低，這是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械能通過(guò)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換成電能，電能又由電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，每

42、種轉(zhuǎn)換過(guò)程都會(huì)有能量損失；串聯(lián)混合驅(qū)動(dòng)的另一缺點(diǎn)是當(dāng)需要在高速公路上行駛時(shí)，最大車速需要能產(chǎn)生相應(yīng)的最大功率Pmax的電動(dòng)機(jī)，由于上述能量轉(zhuǎn)換中的損失，就需要選擇其功率比Pmax還大得多的發(fā)動(dòng)機(jī)，從而使電動(dòng)汽車的重量較大。因此，串聯(lián)式混合動(dòng)力車主要適于在城區(qū)以低速行駛的車輛，如此即可選用功率較小的電動(dòng)機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)等，使得裝置的體積及重量并不會(huì)很大。如在公交汽車上應(yīng)用，其裝置的空間布局也有較大的余地。 第二節(jié)第二節(jié) 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理混合動(dòng)力電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理3并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 (Parallel Hybrid Electric Vehicle，PHEV) 并聯(lián)

43、式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的主要特征是車輛的驅(qū)動(dòng)力可由電動(dòng)機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)或單獨(dú)供給。PHEV驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的兩大動(dòng)力總成：發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)發(fā)電機(jī)是以并聯(lián)的方式組成，即在較低負(fù)荷時(shí)單獨(dú)使用發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，而需要大功率時(shí)可以同時(shí)使用電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)汽車行駛。 PHEV較適合于經(jīng)常在郊區(qū)和高速公路上行駛的車輛。按其驅(qū)動(dòng)原理可分為兩種形式。1） 電磁離合器動(dòng)力組合式電磁離合器動(dòng)力組合式2) 動(dòng)力組合器動(dòng)力組合式動(dòng)力組合器動(dòng)力組合式 兩者的區(qū)別主要在于混合驅(qū)動(dòng)時(shí)所采用的動(dòng)力組合方式不同，前者是控制在發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸端的電磁離合器進(jìn)行動(dòng)力組合，后者是由帶行星齒輪機(jī)構(gòu)的動(dòng)力組合器來(lái)進(jìn)行動(dòng)力組合的。第二節(jié)第二

44、節(jié) 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理混合動(dòng)力電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理3 3）工作原理工作原理 它們的工作原理除了動(dòng)力分配與組合不同，其他控制運(yùn)行過(guò)程基本類同。下面以電磁離合器動(dòng)力組合式為例，來(lái)闡述汽車在各個(gè)工況時(shí)的工作過(guò)程。 首先在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，通過(guò)控制離合器的切換，電動(dòng)發(fā)電機(jī)即可作為發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)器帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)快速起動(dòng)。起動(dòng)后發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，即利用發(fā)動(dòng)機(jī)的部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能，儲(chǔ)存到動(dòng)力蓄電池組中，同時(shí)離合器也結(jié)合變速器端，通過(guò)驅(qū)動(dòng)橋帶動(dòng)車輪進(jìn)行低負(fù)荷行駛。電動(dòng)發(fā)電機(jī)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出起到平衡作用。當(dāng)車輛加速或爬坡時(shí)，離合器只結(jié)合變速器端，同時(shí)由蓄電池組提供電能，電動(dòng)發(fā)電機(jī)以電動(dòng)機(jī)運(yùn)行方式向驅(qū)動(dòng)橋提

45、供動(dòng)能，即形成發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式。當(dāng)蓄電池儲(chǔ)能較充裕，并又在低負(fù)荷工況時(shí)，也可關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，僅由蓄電池組驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)提供行駛動(dòng)能。而在車輛滑行、下坡和降速制動(dòng)時(shí)即可通過(guò)電動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電回饋向蓄電池回輸能量。3/18/202233第二節(jié)第二節(jié) 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理混合動(dòng)力電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理4）動(dòng)力組合器內(nèi)的行星齒輪機(jī)構(gòu)組成與原理）動(dòng)力組合器內(nèi)的行星齒輪機(jī)構(gòu)組成與原理 行星齒輪機(jī)構(gòu)包括中心齒輪(也稱太陽(yáng)輪)、內(nèi)齒圈和含行星齒輪的轉(zhuǎn)架三個(gè)基本構(gòu)件。在這三個(gè)構(gòu)件中，任意固定一件，其余兩件都可作為運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的輸人或輸出構(gòu)件。而當(dāng)三個(gè)基本構(gòu)件均不固定時(shí)，其中任意兩個(gè)構(gòu)件也都可作為運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的輸入件

46、或輸出件，這種傳動(dòng)通常稱為差動(dòng)行星傳動(dòng)。因此，行星齒輪傳動(dòng)具有傳動(dòng)方式靈活、傳動(dòng)比大、效率高、體積小等優(yōu)點(diǎn)，并且通過(guò)齒輪的各種組合形式，可引出多種運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力的傳輸方式，以及多種傳動(dòng)比要求。 其中發(fā)動(dòng)機(jī)與中心齒輪連接，電動(dòng)發(fā)電機(jī)與行星齒輪架相連，內(nèi)齒圈通過(guò)減速齒輪連接驅(qū)動(dòng)橋。 3/18/202234第二節(jié)第二節(jié) 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理混合動(dòng)力電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理 根據(jù)前述汽車運(yùn)行中各種運(yùn)動(dòng)方式對(duì)動(dòng)力傳輸?shù)囊螅嚎梢圆捎眯行驱X輪架為主動(dòng)輸入件，中心齒輪為從動(dòng)輸出件，即用電動(dòng)發(fā)電機(jī)作為發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)器帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)快速起動(dòng)； 也可以采用中心齒輪為主動(dòng)輸入件，內(nèi)齒圈為從動(dòng)輸出件，即用發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)橋運(yùn)行；

47、 也可以采用行星齒輪架為主動(dòng)輸入件，內(nèi)齒圈為從動(dòng)輸出件，即用電動(dòng)發(fā)電機(jī)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)橋運(yùn)行； 當(dāng)車輛加速或爬坡時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)即以并聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式，通過(guò)動(dòng)力組合器同時(shí)向驅(qū)動(dòng)橋提供動(dòng)能；當(dāng)需要實(shí)行發(fā)電回饋時(shí)，又可采用內(nèi)齒圈為主動(dòng)輸入件，而行星齒輪架為從動(dòng)輸出件，即把車輪的動(dòng)能通過(guò)電動(dòng)發(fā)電機(jī)回饋給蓄電池。具體應(yīng)用時(shí)需根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)高效運(yùn)行速度范圍、電機(jī)調(diào)速范圍、汽車行駛速度要求來(lái)選擇各傳動(dòng)件的傳動(dòng)比。 3/18/202235第二節(jié)第二節(jié) 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理混合動(dòng)力電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理4 混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(Combined Hybrid Electric Vehicle，CHE

48、V) 混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(CHEV)的主要特征是同時(shí)具有串聯(lián)式和并聯(lián)式兩種驅(qū)動(dòng)方式。CHEV是在綜合了SHEV和PHEV的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而組成的，既可以在串聯(lián)混合模式下工作，也可以在并聯(lián)混合模式下工作。它與串聯(lián)式相比，主要增加了機(jī)械動(dòng)力傳遞路線，而與并聯(lián)式相比它增加了電力驅(qū)動(dòng)傳輸路線。即同時(shí)兼顧了串聯(lián)式和并聯(lián)式的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)上保證了在各種復(fù)雜工況下可靈活采取串聯(lián)方式或并聯(lián)方式，以實(shí)現(xiàn)熱效率最高、污染量排放最低的目標(biāo)。通常汽車在低速輕負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要以串聯(lián)模式工作；而當(dāng)汽車處于高速穩(wěn)定行駛時(shí)，則以并聯(lián)工作模式為主。按其驅(qū)動(dòng)原理量常被分為兩種形式。 a) 動(dòng)力組合器動(dòng)力組合式 b) 驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力

49、組合式， 3/18/202236第二節(jié)第二節(jié) 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理混合動(dòng)力電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理1) 動(dòng)力組合器動(dòng)力組合式動(dòng)力組合器動(dòng)力組合式 2) 驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力組合式驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力組合式 兩者的區(qū)別主要在于混合驅(qū)動(dòng)時(shí)所采用動(dòng)力組合方式不同，前者是采用如前所述的動(dòng)力組合器進(jìn)行動(dòng)力組合，后者是在驅(qū)動(dòng)輪處進(jìn)行動(dòng)力組合的，即采用了四輪驅(qū)動(dòng)方式。從圖中可看出它們的共同特點(diǎn)是比并聯(lián)式多增加了一臺(tái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，因此系統(tǒng)的動(dòng)力總成由發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)三大部分組成。 3/18/202237第二節(jié)第二節(jié) 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理混合動(dòng)力電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理 CHEV系統(tǒng)的動(dòng)力總成由于有發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電電動(dòng)機(jī)和

50、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)三部分，設(shè)計(jì)時(shí)其每部分的功率要求分別只需車輛驅(qū)動(dòng)總功率的50左右，它與SHEV同樣也需由該三部分組成的動(dòng)力總成相比，其功率、重量和體積都要小得多，使得車載自身重量即可降低，而其性能又可更完善，經(jīng)濟(jì)性也更好。CHEV由于可組合成多種多樣的獨(dú)立驅(qū)動(dòng)模式和混合驅(qū)動(dòng)模式以供選擇，可使CHEV的節(jié)能最佳，有害氣體排放達(dá)到“超低污染”要求。CHEV可采取以發(fā)動(dòng)機(jī)為基本驅(qū)動(dòng)模式，如此即可減少類似SHEV在熱能電能機(jī)械能的轉(zhuǎn)換過(guò)程中的能量損耗，并且在能量過(guò)剩時(shí)，可通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)把動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能儲(chǔ)存于蓄電池中，即能量轉(zhuǎn)換的綜合效率高于內(nèi)燃機(jī)汽車；也可采用以驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)為基本驅(qū)動(dòng)模式，即可由電動(dòng)機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)車輛

51、行駛，在車輛起步時(shí)發(fā)揮電動(dòng)機(jī)低速大轉(zhuǎn)矩的特征，并實(shí)現(xiàn)“零排放”行駛。而在高速滿負(fù)荷行駛時(shí)，同樣可采用發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)并聯(lián)混合模式驅(qū)動(dòng)。CHEV的最大缺點(diǎn)是多能源動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加了各部件總體布置的難度，并且控制系統(tǒng)的復(fù)雜性也帶來(lái)了設(shè)計(jì)、調(diào)試、故障診斷和維修等一系列難度。 3/18/202238第二節(jié)第二節(jié) 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理混合動(dòng)力電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理三三 HEVHEV的能量管理與控制策略的能量管理與控制策略1 HEV1 HEV的能量管理的能量管理 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的能量管理是指：車輛在行駛過(guò)程的不同工況下，控制各組成部件(發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、蓄電池、電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置等)之間的能量流大小及

52、其流向。其目的是為了所設(shè)計(jì)的車輛具有： 1) 最佳的燃油經(jīng)濟(jì)性和排放指標(biāo)，這主要通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)及工作區(qū)域的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以及在各種復(fù)雜的行駛工況下，盡可能減小發(fā)動(dòng)機(jī)工作的轉(zhuǎn)速波動(dòng)和關(guān)起次數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 2) 根據(jù)行駛工況對(duì)能量的需要，合理分配來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)和蓄電池的能量流。 3) 確保蓄電池有合適的荷電狀態(tài)(State 0f Charge，SOC)以及蓄電池電壓在安全的范圍內(nèi)，使蓄電池有良好的使用壽命。能量管理的手段即為控制策略，它是混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的控制核心?？刂浦行韪鶕?jù)駕駛員意圖和行駛工況，協(xié)調(diào)各部件間的能量流來(lái)進(jìn)行合理的動(dòng)力分配，優(yōu)化車載能源，提高整車經(jīng)濟(jì)性，降低排放量，并在不犧牲整車性能的情況

53、下，實(shí)現(xiàn)兩者之間的折中優(yōu)化。3/18/202239第二節(jié)第二節(jié) 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理混合動(dòng)力電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理 2 串聯(lián)式相應(yīng)控制策略串聯(lián)式相應(yīng)控制策略 串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車控制策略按控制性質(zhì)可分為被動(dòng)型和主動(dòng)型兩類。被動(dòng)型能量控制是在保證蓄電池和發(fā)動(dòng)機(jī)工作于最佳工作區(qū)域條件下被動(dòng)地滿足車輛功率需求的一種控制模式，它以提高能量流動(dòng)效率為主要目的。而主動(dòng)型能量控制是在注重提高汽車系統(tǒng)內(nèi)部能量流動(dòng)效率的同時(shí)，再根據(jù)行車環(huán)境主動(dòng)減小車輛功率需求。 1) 開關(guān)型控制。開關(guān)型控制。它屬于被動(dòng)型能量控制，主要用于串聯(lián)式中蓄電池單向驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的形式。為使蓄電池組工作于充放電性能良好的工作區(qū)，預(yù)先設(shè)定了其

54、荷電狀態(tài)SOC的最大值SOCmax與最小值SOCmin。其控制邏輯為：當(dāng)蓄電池SOCSOCmin時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)開機(jī)并恒定地工作于效率最高點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)向蓄電池充電；當(dāng)蓄電池SOCSOCmax時(shí)，即關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)。其優(yōu)點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒充分、排放量低，并且控制極其簡(jiǎn)單。其缺點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和關(guān)閉會(huì)貫穿于整個(gè)出行過(guò)程，而導(dǎo)致其效率趨低，且蓄電池充放電也較頻繁。 3/18/202240第二節(jié)第二節(jié) 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理混合動(dòng)力電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理 2) 功率跟隨型控制。功率跟隨型控制。它也屬于被動(dòng)型能量控制，主要用于串聯(lián)式中發(fā)電機(jī)或蓄電池雙向驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的形式。該控制策略要求由發(fā)動(dòng)機(jī)全程跟蹤車輛功率需求，盡

55、可能由發(fā)電機(jī)的電能直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)行駛，而蓄電池只起負(fù)荷調(diào)節(jié)作用，即只有在蓄電池SOCSOCmax時(shí)，并且僅由蓄電池提供的功率能滿足車輛需求的雙重條件下，發(fā)動(dòng)機(jī)才停機(jī)或減速運(yùn)行。這種策略的優(yōu)點(diǎn)是蓄電池容量被減小到最小，并且蓄電池充放電次數(shù)的減少也使系統(tǒng)內(nèi)部損失相應(yīng)減少。其缺點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)必須在較大的負(fù)荷區(qū)域內(nèi)運(yùn)行，效率和排放也就不如開關(guān)型控制策略。 3) 3) 動(dòng)態(tài)規(guī)劃法能量?jī)?yōu)化控制。動(dòng)態(tài)規(guī)劃法能量?jī)?yōu)化控制。它屬于主動(dòng)型能量控制，以汽車在給定的駕駛循環(huán)工況下最小油耗為優(yōu)化目標(biāo)，根據(jù)串聯(lián)式混合動(dòng)力的能量流動(dòng)特點(diǎn)建立適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型，按照時(shí)間順序把整個(gè)循環(huán)工況下的功率與效率以一定的時(shí)間間隔(如1s)分成若

56、干個(gè)時(shí)間片段，然后從最后一段狀態(tài)開始逆向遞推到初始段狀態(tài)為止，最后求出整個(gè)循環(huán)工況下發(fā)動(dòng)機(jī)最優(yōu)輸出功率序列。該方法只能用于特定的駕駛循環(huán)，即必須預(yù)先精確知道車輛的需求功率，因而不能用于在線控制，常用于離線優(yōu)化，以幫助總結(jié)和提煉出能用于在線控制的能量管理策略。 3/18/202241第二節(jié)第二節(jié) 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理混合動(dòng)力電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理 4) 路線適應(yīng)性控制。路線適應(yīng)性控制。它也屬于主動(dòng)型能量控制，主要用于有固定行駛路線和?？空军c(diǎn)的城市公交汽車上。即基于汽車加減速頻繁，路線固定，起動(dòng)、停車時(shí)間已知的特點(diǎn)，在能量管理基本控制策略(開關(guān)型或功率跟隨型策略)的基礎(chǔ)上增加了兩個(gè)控制子策略：最

57、佳加速控制子策略和最佳減速制動(dòng)控制子策略。最佳加速控制子策略是根據(jù)行車路線數(shù)據(jù)(整個(gè)路線預(yù)定的速度曲線和站點(diǎn)位置，結(jié)合實(shí)際車速等)幫助駕駛員發(fā)出當(dāng)前工況下的最佳加速踏板請(qǐng)求信號(hào)。而最佳減速制動(dòng)控制子策略僅根據(jù)車輛的停車信息來(lái)確定停車前的速度。以提高再生制動(dòng)能量回收量。 5) 負(fù)荷預(yù)測(cè)型控制。負(fù)荷預(yù)測(cè)型控制。該控制策略是在基本控制策略(開關(guān)型或功率跟隨型策略)的基礎(chǔ)上添加一個(gè)車輛負(fù)荷預(yù)測(cè)器。預(yù)測(cè)器根據(jù)車輛運(yùn)行工況預(yù)測(cè)車輛所需的驅(qū)動(dòng)功率和蓄電池當(dāng)前的SOC值，從而決定采用哪一種工作模式。該策略最大特征是提供了一種根據(jù)在線所預(yù)測(cè)的驅(qū)動(dòng)功率參與系統(tǒng)能量管理，達(dá)到油耗最低、排放最低的目的，具有較好的可操

58、作性。但由于所預(yù)測(cè)的驅(qū)動(dòng)功率是由已耗功率推測(cè)得到的，與車輛功率的即時(shí)需求值會(huì)有一定的偏差。 3/18/202242第二節(jié)第二節(jié) 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理混合動(dòng)力電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理3 并聯(lián)式相應(yīng)控制策略并聯(lián)式相應(yīng)控制策略 早先的控制策略是基于速度的控制，由于沒能充分發(fā)揮混合動(dòng)力的優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)已基本不用。目前提出的控制策略基本上是基于轉(zhuǎn)矩或功率的控制，主要有下述四類： 1) 1) 基于規(guī)則的邏輯門限控制?；谝?guī)則的邏輯門限控制。該控制策略是基于工程師的經(jīng)驗(yàn)及其靜態(tài)能耗圖來(lái)制定的，因此其基本思想是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的靜態(tài)效率曲線圖，通過(guò)控制選定的幾個(gè)變量，如車輛需求功率、加速信號(hào)、電池SOC值等，并根據(jù)預(yù)先設(shè)

59、定的規(guī)則，判斷并選擇混合動(dòng)力系統(tǒng)的工作模式，使車輛運(yùn)行于高效區(qū)域，提高汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性?；谝?guī)則的邏輯門限控制策略的算法簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、具有較好的魯棒性。但由于沒考慮工況的動(dòng)態(tài)變化，其動(dòng)態(tài)的控制策略不是最佳的，而且一般只考慮燃油經(jīng)濟(jì)性而不考慮其排放。3/18/202243第二節(jié)第二節(jié) 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理混合動(dòng)力電動(dòng)汽車構(gòu)造與原理 2) 瞬時(shí)優(yōu)化控制。瞬時(shí)優(yōu)化控制。它是為了克服上述對(duì)動(dòng)態(tài)控制策略的缺陷，新提出的一種也屬于實(shí)時(shí)控制的策略。它主要有等效燃油消耗最少控制和功率損失最小控制兩種。所謂等效燃油消耗最小控制是指在某一瞬時(shí)工況，將電動(dòng)機(jī)消耗的電量折算成發(fā)動(dòng)機(jī)提供相等能量所耗油量和其排放

60、量，再結(jié)合制動(dòng)回收能量等，組成總的整車燃油消耗與排放模型，計(jì)算此模型的最小值，并選擇在此工況下最小值所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)來(lái)作為當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)。它綜合考慮了燃油消耗和排放，通過(guò)一組權(quán)值來(lái)描述各自的重要性，用戶可以根據(jù)自己的要求來(lái)設(shè)定其權(quán)值，從而在燃油消耗和排放之間獲得折中。如在排放法規(guī)較嚴(yán)格的地區(qū)，可適當(dāng)提高排放的權(quán)值比重，放棄一點(diǎn)燃油經(jīng)濟(jì)性；而排放法規(guī)較寬松的地區(qū)需注重燃油消耗時(shí)，則可適當(dāng)提高燃油消耗的權(quán)值比重。此控制策略的缺點(diǎn)是需要大量的浮點(diǎn)運(yùn)算，計(jì)算工作量大，并在計(jì)算過(guò)程中，由于需對(duì)未來(lái)行駛工況中的制動(dòng)回收能量進(jìn)行預(yù)估，還要為此建立一個(gè)較精確的預(yù)測(cè)模型，來(lái)對(duì)典型工況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析以及實(shí)時(shí)行車工況的