項(xiàng)目一 混合動(dòng)力汽車結(jié)構(gòu)與控制技術(shù)

項(xiàng)目一混合動(dòng)力汽車結(jié)構(gòu)與控制技術(shù)1項(xiàng)目一混合動(dòng)力汽車結(jié)構(gòu)與控制技術(shù)【混合動(dòng)力汽車構(gòu)造與檢修】任務(wù)務(wù)描述能源和環(huán)境是當(dāng)今世界可持續(xù)發(fā)展面臨的兩大根本問題，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車擁有量急劇增加，這兩大問題日益突出。在此背景下，各種新型動(dòng)力汽車脫穎而出。混合動(dòng)力汽車是目前公認(rèn)的最具有產(chǎn)業(yè)化和市場前景的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車，也是一種綠色環(huán)保汽車。本任務(wù)通過認(rèn)識(shí)和使用混合動(dòng)力汽車，熟悉其結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)；并能夠使用正確方法和專用設(shè)備對混合動(dòng)力汽車進(jìn)行應(yīng)急處理，恢復(fù)混合動(dòng)力汽車良好的運(yùn)行性能。

目錄CONTENTS01學(xué)習(xí)目標(biāo)02知識(shí)準(zhǔn)備03任務(wù)實(shí)施04課堂練習(xí)

01PARTONELearningtarget學(xué)習(xí)目標(biāo)

熟知混合動(dòng)力汽車類型和性能特點(diǎn)1敘述混合動(dòng)力結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)1學(xué)會(huì)對混合動(dòng)力汽車應(yīng)急處理2Learningtarget學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)技能目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)

熟知混合動(dòng)力結(jié)構(gòu)與控制2

學(xué)習(xí)重點(diǎn)學(xué)習(xí)重點(diǎn)

1.敘述混合動(dòng)力汽車的類型和性能特點(diǎn)；2.描述混合動(dòng)力汽車的結(jié)構(gòu)和控制技術(shù)；3.使用正確方法和專用設(shè)備對混合動(dòng)力汽車進(jìn)行應(yīng)

急處理，恢復(fù)其良好的運(yùn)行性能。02PARTTWOKnowledgepreparation知識(shí)準(zhǔn)備

學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)準(zhǔn)備一、混合動(dòng)力汽車定義混合動(dòng)力系統(tǒng)定義國際電子技術(shù)委員會(huì)對混合動(dòng)力車輛的定義為：在特定的工作條件下，可以從兩種或兩種以上的能量存儲(chǔ)器、能量源或能量轉(zhuǎn)化器中獲取驅(qū)動(dòng)能量的汽車。其中至少一種存儲(chǔ)器或轉(zhuǎn)化器要安裝在汽車上。混合動(dòng)力汽車至少有一種能量存儲(chǔ)器、能量源或能量轉(zhuǎn)化器可以傳遞電能。1現(xiàn)代大多數(shù)混合動(dòng)力汽車為混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HybridElectricVehicle,HEV)，一般是內(nèi)燃機(jī)汽車的替代和延伸，即同時(shí)裝備兩種動(dòng)力來源——熱動(dòng)力源（由傳統(tǒng)的汽油機(jī)或者柴油機(jī)產(chǎn)生）與電動(dòng)力源（電池與電動(dòng)機(jī)）的汽車。

學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)準(zhǔn)備二、混合動(dòng)力汽車的分類混合動(dòng)力汽車的分類方法（1）按照動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式根據(jù)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車零部件的種類、數(shù)量和連接關(guān)系，可以將其分為串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(SHEV)、并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(PHEV)和混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(PSHEV)。2

學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)準(zhǔn)備二、混合動(dòng)力汽車的分類結(jié)構(gòu)特征：發(fā)動(dòng)機(jī)僅用于帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，電能通過電機(jī)控制器輸送給電動(dòng)機(jī)，由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車行駛。另外，動(dòng)力電池在電量充足時(shí)也可以單獨(dú)向電動(dòng)機(jī)提供電能驅(qū)動(dòng)汽車行駛。優(yōu)缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、易于控制，發(fā)動(dòng)機(jī)始終工作在穩(wěn)定高效區(qū)間，有害氣體排放少，特性接近于純電動(dòng)汽車；串聯(lián)混合動(dòng)力各部件外形、功率和質(zhì)量較大，不適用于小型汽車多用于大型客車，同時(shí)動(dòng)力系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換過程損失較大，效率不高。

學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)準(zhǔn)備二、混合動(dòng)力汽車的分類結(jié)構(gòu)特征：并聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以單獨(dú)使用發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，也可以同時(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。優(yōu)缺點(diǎn)：整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的裝配尺寸、質(zhì)量都較小，造價(jià)也更低，在中等負(fù)荷下具有很高的經(jīng)濟(jì)性，特性接近于內(nèi)燃機(jī)；但是沒有配置單獨(dú)的發(fā)電機(jī)，在高負(fù)荷下，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)同時(shí)工作時(shí)，如果電池電量不夠，不能利用發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力發(fā)電為電動(dòng)機(jī)提供電能。

學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)準(zhǔn)備二、混合動(dòng)力汽車的分類結(jié)構(gòu)特征：利用行星齒輪結(jié)構(gòu)作為動(dòng)力分離裝置實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)動(dòng)力分配，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，同時(shí)兼顧了串聯(lián)式和并聯(lián)式的特點(diǎn)。優(yōu)缺點(diǎn)：可以兼顧串聯(lián)、并聯(lián)混合動(dòng)力的優(yōu)點(diǎn)，使得動(dòng)力系統(tǒng)得到最優(yōu)化匹配，更容易實(shí)現(xiàn)排放和油耗控制；但是也存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對動(dòng)力復(fù)合裝置要求高的情況，目前由豐田公司混合動(dòng)力車型使用。

學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)準(zhǔn)備二、混合動(dòng)力汽車的分類（2）按混合度分類按照電動(dòng)機(jī)相對于燃油發(fā)動(dòng)機(jī)的功率比大小，可以將其分為微混合型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車、輕度混合（弱混合）型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車、中度混合型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車和重度混合（強(qiáng)混合）型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車。1）微混合型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車

以發(fā)動(dòng)機(jī)為主要?jiǎng)恿υ?，不具備純電?dòng)行駛模式的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車。只具備停車怠速停機(jī)功能的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車是一種典型的微混合模式。一般情況下，電動(dòng)機(jī)的峰值功率和發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率比≤5%。代表系統(tǒng)：通用BSA系統(tǒng)，裝配別克君越混合動(dòng)力車型。通用BSA系統(tǒng)

學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)準(zhǔn)備二、混合動(dòng)力汽車的分類2）輕度混合（弱混合）型動(dòng)力電動(dòng)汽車（MildHybridElectricVehicle）輕度混合（弱混合）型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車是以發(fā)動(dòng)機(jī)為主要?jiǎng)恿υ?，電?dòng)機(jī)作為輔助動(dòng)力，在車輛加速和爬坡時(shí)，電動(dòng)機(jī)可向車輛行駛系統(tǒng)提供輔助驅(qū)動(dòng)力矩，但不能單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車輛行駛的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車。代表系統(tǒng)：ISG系統(tǒng)，如榮威550。ISG系統(tǒng)榮威550

學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)準(zhǔn)備二、混合動(dòng)力汽車的分類3）中度混合型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（ModerateHybridElectricVehicle）中度混合型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車是以發(fā)動(dòng)機(jī)和/或電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車。一般情況下，電動(dòng)機(jī)的峰值功率和發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率比為15%～40%。代表系統(tǒng)：IMA系統(tǒng)，裝備本田思域混合動(dòng)力。IMA系統(tǒng)本田思域混合動(dòng)力

學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)準(zhǔn)備二、混合動(dòng)力汽車的分類4）重度混合（強(qiáng)混合）型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（FullHybridElectricVehicle）重度混合（強(qiáng)混合）型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車是以發(fā)動(dòng)機(jī)和/或電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源，且電動(dòng)機(jī)可以獨(dú)立驅(qū)動(dòng)車輛行駛的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車。一般情況下，電動(dòng)機(jī)的峰值功率和發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率比＞40％。代表系統(tǒng)：IMA系統(tǒng)，裝備本田思域混合動(dòng)力。代表系統(tǒng)：豐田THS系統(tǒng)，由豐田普銳斯車型等車型采用。THS系統(tǒng)豐田普銳斯

學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)準(zhǔn)備二、混合動(dòng)力汽車的分類（3）按照外接充電能力劃分按照是否能夠外接充電，可分為可外接充電型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（Plug—in）和不可外接充電型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車。1）可外接充電型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（plug-inhybridelectricvehicle）一種被設(shè)計(jì)成可以在正常使用情況下從非車載裝置中獲取能量的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車2）不可外接充電型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（nonplug-inhybridelectricvehicle）一種被設(shè)計(jì)成可以在正常使用情況下從車載燃料中獲取全部能量的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車。

學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)準(zhǔn)備三、混合動(dòng)力汽車的特點(diǎn)混合動(dòng)力汽車的特點(diǎn)（1）混合動(dòng)力電動(dòng)汽車與純電動(dòng)汽車的性能對比1）由于發(fā)動(dòng)機(jī)作為輔助動(dòng)力，電池組的數(shù)量和質(zhì)量可減少，因此汽車總質(zhì)量可以減少。2）汽車的續(xù)駛里程和動(dòng)力性可達(dá)到內(nèi)燃機(jī)的水平。3）借助發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，可帶動(dòng)空調(diào)、真空助力、轉(zhuǎn)向助力及其他輔助電器，無需消耗電池有限的電能，從而保證了駕車和乘坐的舒適性。3

學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)準(zhǔn)備三、混合動(dòng)力汽車的特點(diǎn)（2）混合動(dòng)力電動(dòng)汽車與內(nèi)燃機(jī)汽車的性能對比1）可使發(fā)動(dòng)機(jī)在最佳的工況區(qū)域穩(wěn)定運(yùn)行，避免或減少了發(fā)動(dòng)機(jī)變工況下的運(yùn)行，使得發(fā)動(dòng)機(jī)的排污和油耗大為降低。

2）在人口密集的商業(yè)區(qū)、居民區(qū)等地，可關(guān)停內(nèi)燃機(jī)，可用純電動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)零排放。3）可通過電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，因此可配備功率較小的發(fā)動(dòng)機(jī)，并可通過電動(dòng)機(jī)回收汽車減速和制動(dòng)時(shí)的能量，進(jìn)一步降低汽車的能源消耗和排污。

學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)準(zhǔn)備三、混合動(dòng)力汽車的特點(diǎn)項(xiàng)目串聯(lián)式并聯(lián)式混聯(lián)式公路行駛?cè)加徒?jīng)濟(jì)性較優(yōu)優(yōu)優(yōu)城市行駛?cè)加徒?jīng)濟(jì)性優(yōu)較優(yōu)優(yōu)無路行駛?cè)加徒?jīng)濟(jì)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1-1混合動(dòng)力電動(dòng)汽車類型的比較

學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)準(zhǔn)備三、混合動(dòng)力汽車的特點(diǎn)表1-2不同類型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的特點(diǎn)結(jié)構(gòu)模型串聯(lián)式并聯(lián)式混聯(lián)式動(dòng)力總成發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)三大動(dòng)力總成發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)/發(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)兩大動(dòng)力總成發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)/發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)三大動(dòng)力總成驅(qū)動(dòng)模式電動(dòng)機(jī)是唯一的驅(qū)動(dòng)模式發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式、發(fā)動(dòng)機(jī)—電動(dòng)機(jī)混合驅(qū)動(dòng)模式發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式、發(fā)動(dòng)機(jī)—電動(dòng)機(jī)混合驅(qū)動(dòng)模式、電動(dòng)機(jī)—電動(dòng)機(jī)混合驅(qū)動(dòng)模式傳動(dòng)效率能量轉(zhuǎn)換效率較低傳動(dòng)效率較高傳動(dòng)效率較高制動(dòng)能量回收能夠回收制動(dòng)能量能夠回收制動(dòng)能量能夠回收制動(dòng)能量整車總布置三大動(dòng)力總成之間沒有機(jī)械式連接裝置，結(jié)構(gòu)布置的自由度較大，但三大動(dòng)力總成的質(zhì)量、尺寸都較大，一般在大型車上采用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)保持機(jī)械式傳動(dòng)系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)兩大動(dòng)力總成之間被不同的機(jī)械裝置連接起來，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使布置受到一定的限制三大動(dòng)力總成之間采用機(jī)械裝置連接，三大動(dòng)力總成的質(zhì)量、尺寸都較小，能夠在小型車輛布置，但結(jié)構(gòu)更加緊湊適用條件適用于大型客車或貨車，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(dòng)汽車性能適用于大中型汽車，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(jī)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(jī)汽車性能

學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)準(zhǔn)備四、混合動(dòng)力汽車關(guān)鍵技術(shù)混合動(dòng)力汽車關(guān)鍵技術(shù)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)包括驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)及其控制技術(shù)、動(dòng)力電池及其管理系統(tǒng)、整車能量管理控制系統(tǒng)、動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)匹配、制動(dòng)能量回收系統(tǒng)、先進(jìn)車輛控制技術(shù)等。（1）

驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)及其控制技術(shù)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車對驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的要求是能量密度高、體積小、質(zhì)量輕、效率高。從發(fā)展趨勢來看，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研發(fā)主要集中在交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和永磁同步電動(dòng)機(jī)上，對于高速、勻速行駛工況，采用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)較為合適；而對于經(jīng)常起動(dòng)、停車、低速運(yùn)行的城市工況，永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)效率較高。4

學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)準(zhǔn)備四、混合動(dòng)力汽車關(guān)鍵技術(shù)（2）動(dòng)力電池及其管理系統(tǒng)

動(dòng)力電池是混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的基本組成單元。它將直接影響驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的性能發(fā)揮，從而影響整車的燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能?；旌蟿?dòng)力電動(dòng)汽車使用的電池工作負(fù)荷大，對功率密度要求較高，但體積和容量小，而且電池的SOC工作區(qū)間較窄，對循環(huán)壽命要求高。能否開發(fā)適合混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的專用動(dòng)力電池是決定混合動(dòng)力電動(dòng)汽車能否大量推廣使用的重要因素之一。如何全面、準(zhǔn)確地對動(dòng)力電池進(jìn)行管理，是決定動(dòng)力電池能否發(fā)揮最佳效能的重要因素。

學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)準(zhǔn)備四、混合動(dòng)力汽車關(guān)鍵技術(shù)（3）整車能量管理控制系統(tǒng)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的整車能量控制系統(tǒng)的主要功能是進(jìn)行整車功率控制和工作模式切換的控制。整車能量控制系統(tǒng)如同混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的大腦，指揮各個(gè)子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作，以達(dá)到效率、排放和動(dòng)力性的最佳，同時(shí)兼顧行駛車輛的平順性。整車能量控制系統(tǒng)根據(jù)駕駛員的操作，如加速踏板、制動(dòng)踏板、變速桿的操作等，判斷駕駛員的意圖，以滿足駕駛員需求的前提下，分配電動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、動(dòng)力電池等動(dòng)力部件的功率輸出，實(shí)現(xiàn)能量利用率的最優(yōu)管理，使有限的燃油發(fā)揮最大的功效。

學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)準(zhǔn)備四、混合動(dòng)力汽車關(guān)鍵技術(shù)（1）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)匹配混合動(dòng)力電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)匹配的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)的一個(gè)重要內(nèi)容，其直接影響混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的排放和燃油經(jīng)濟(jì)性能。它包括合理的選擇和匹配發(fā)動(dòng)機(jī)功率、動(dòng)力電池容量和電動(dòng)機(jī)的功率等，以確定車輛的混合度，來組成性能最優(yōu)的混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)準(zhǔn)備四、混合動(dòng)力汽車關(guān)鍵技術(shù)（5）制動(dòng)能量回收系統(tǒng)制動(dòng)能量回收是混合動(dòng)力電動(dòng)汽車提高燃油經(jīng)濟(jì)性的又一重要途徑。由于制動(dòng)關(guān)系到行車安全性，如何在最大限度回收制動(dòng)時(shí)的車輛動(dòng)能與保證安全的制動(dòng)距離和車輛行駛穩(wěn)定性之間取得平衡，是制動(dòng)能量回收系統(tǒng)需要解決的難題之一，制動(dòng)能量回收系統(tǒng)與車輛防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）的結(jié)合可以完美地解決這一難題。

學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)準(zhǔn)備四、混合動(dòng)力汽車關(guān)鍵技術(shù)（6）

先進(jìn)車輛控制技術(shù)的應(yīng)用傳統(tǒng)汽車的車輛動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng)與混合動(dòng)力控制系統(tǒng)以及制動(dòng)能量回收控制的結(jié)合，將是混合動(dòng)力電動(dòng)汽車控制技術(shù)的研究熱點(diǎn)。混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的制動(dòng)能量回收系統(tǒng)與汽車的ABS系統(tǒng)的結(jié)合，在國外已經(jīng)得到較好的解決，而國內(nèi)尚無真正的解決方案。另外，隨著混合動(dòng)力電動(dòng)汽車研究的深入，傳統(tǒng)汽車的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)、車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)等如何與混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的能量管理及控制系統(tǒng)相結(jié)合，將越