混合動(dòng)力汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展(動(dòng)力前沿報(bào)告-董光宇)

混合動(dòng)力汽車(chē)技術(shù)的進(jìn)展1886年，世界上第一輛汽車(chē)誕生在德國(guó)，一百多年來(lái)，汽車(chē)己極大地轉(zhuǎn)變了人們的活，大、最重要的工業(yè)部門(mén)之一。汽車(chē)縮短了人們之間的距離，轉(zhuǎn)變了人們的生活方式，提高了50G6010072億5千萬(wàn)。但我們?cè)谙硎芷?chē)文明的同時(shí)，也必需面對(duì)汽車(chē)帶來(lái)的負(fù)面影響:環(huán)境污染和過(guò)度能源消耗。2023700020231億噸，相當(dāng)于科威特一年的總產(chǎn)量。目前世界上空氣污染最嚴(yán)峻的10個(gè)城市中7個(gè)在中國(guó)，國(guó)家環(huán)保中心推測(cè)，2023年汽車(chē)尾氣排放將占空氣污染源的64%。上個(gè)世紀(jì)末人們關(guān)注的是汽車(chē)節(jié)能、排發(fā)更節(jié)能、更環(huán)保、使用替代能源的型汽車(chē)，成為各大汽車(chē)公司的當(dāng)務(wù)之急。電動(dòng)汽車(chē)的進(jìn)展歷史及其關(guān)鍵技術(shù)1834年，ThomasDavenport制造了一輛電動(dòng)三輪車(chē)，它由一組不行充電的干電池驅(qū)動(dòng)，只能行駛一小段距離。19世紀(jì)末，很多美國(guó)、英國(guó)和法國(guó)的公司都開(kāi)頭生產(chǎn)電動(dòng)汽車(chē)，在方面的優(yōu)勢(shì)占據(jù)主導(dǎo)地位191234001911年Kettering在市場(chǎng)的主導(dǎo)地位，2030年月，電動(dòng)汽車(chē)幾乎消逝。2070年月的能源危機(jī)和石油短缺使電動(dòng)汽車(chē)重獲得生氣。當(dāng)時(shí)，世界上很多國(guó)家如美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、意大動(dòng)汽車(chē)技術(shù)獲得復(fù)蘇，為隨后的商業(yè)化時(shí)代奠定了堅(jiān)實(shí)的根底。但是石油價(jià)格在207020世紀(jì)901990年，美國(guó)加州大氣資源治理局(CAR&)公布了一項(xiàng)法規(guī)，規(guī)定1998年在加州出售的汽車(chē)中2%必需混合動(dòng)力汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及掌握策略?xún)?yōu)化是零排放車(chē)輛(ZEV)2023年零排放車(chē)輛應(yīng)到達(dá)1096。受加州法規(guī)的影響，美國(guó)其它州以及世界上其它國(guó)家開(kāi)頭制定相類(lèi)似的領(lǐng)布促進(jìn)了電動(dòng)汽車(chē)的進(jìn)展。在世界范圍內(nèi)，尤其在美國(guó)、日本和歐洲，很多汽車(chē)制造商、商業(yè)化。通用、日產(chǎn)、福特、戴姆勒一奔馳、豐田、本田等國(guó)際知名汽車(chē)制造商先后推出了他們的電動(dòng)汽車(chē)樣車(chē)，其中豐田公司生產(chǎn)的Prius混合動(dòng)力汽車(chē)還取得了不錯(cuò)的銷(xiāo)售業(yè)績(jī)。t_的整合才是電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)成功的域中最的技術(shù)進(jìn)展結(jié)合到電動(dòng)汽車(chē)的設(shè)計(jì)中來(lái)制造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)能量的最優(yōu)化利用?；旌蟿?dòng)力車(chē)技術(shù)爭(zhēng)論的目的和意義電動(dòng)汽車(chē)己有三種驅(qū)動(dòng)類(lèi)型:以高效能蓄電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車(chē)(EV)、以燃料電池為動(dòng)力源電動(dòng)汽車(chē)(FEV)和以燃油發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)混合驅(qū)動(dòng)的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)(HEV)。電動(dòng)汽車(chē)的爭(zhēng)論是從單獨(dú)依靠蓄電池供電的純電動(dòng)汽車(chē)開(kāi)頭的化而產(chǎn)生的一種的車(chē)型。它將現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)與肯定容量的儲(chǔ)能器件(主要是高性能電池或超級(jí)電容器)通過(guò)先進(jìn)掌握系統(tǒng)相組合，可以大幅度降低油耗，削減污染物排放。國(guó)內(nèi)外普遍Prius和本田的Insight為代表。電力關(guān)心型混合動(dòng)力汽車(chē)承受并聯(lián)式構(gòu)造，電池組容量相對(duì)較小(2-6kW-h)，由發(fā)動(dòng)機(jī)力關(guān)心局部補(bǔ)充輸出驅(qū)動(dòng)功率.混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力性能、燃料經(jīng)濟(jì)性以及廢氣排放效果的好掌握。傳統(tǒng)燃油汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)使川--況多數(shù)是偏離其最正確工作區(qū)域，未能實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)究的課題。對(duì)于汽車(chē)的動(dòng)力性能和燃料經(jīng)濟(jì)性水平，通常是在進(jìn)展實(shí)車(chē)道路試驗(yàn)之后賜予最終評(píng)動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性進(jìn)展推測(cè)，可以考察驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)是如何影響汽車(chē)動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)能全面地推測(cè)汽車(chē)齊多種工況下的動(dòng)力性能和燃油經(jīng)濟(jì)性車(chē)的爭(zhēng)論將有助于縮短混合動(dòng)力汽車(chē)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)時(shí)間為其IV動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和掌握策略及整車(chē)性能評(píng)估供給參考。國(guó)內(nèi)外進(jìn)呈現(xiàn)狀與趨勢(shì)都開(kāi)展了有關(guān)混合動(dòng)力汽車(chē)的爭(zhēng)論。混合動(dòng)力汽車(chē)技術(shù)在汽車(chē)工業(yè)興旺國(guó)家已經(jīng)日益成熟，有些已經(jīng)進(jìn)入有用階段[4]。在目前美國(guó)市場(chǎng)上銷(xiāo)售的混合動(dòng)力汽車(chē)主要有三種:本田公司的Insight，豐田公司的Prius以及本田公司的Civic1.1。日本豐田汽車(chē)公司是目前走在最前沿的汽車(chē)公司爭(zhēng)論的汽車(chē)公司之一。豐田公司199712月宣布將混合動(dòng)力電動(dòng)轎車(chē)Prius投入小批量商業(yè)化生產(chǎn)。該車(chē)承受汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)混合驅(qū)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)是型汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，電池組為2503.4L，比原汽油車(chē)削減一半，排量也相應(yīng)削減了一半，CO,HC,NO10%。目前，Prius在海內(nèi)外的銷(xiāo)量己超過(guò)數(shù)萬(wàn)Insight混合動(dòng)力汽車(chē)，也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)。Insight承受本田獨(dú)特的混合動(dòng)力系統(tǒng)，將發(fā)動(dòng)機(jī)作為主要?jiǎng)恿?，電機(jī)作為關(guān)心動(dòng)力，加上車(chē)身由質(zhì)量輕的鋁壓材和樹(shù)脂材組合而成，具有到目前為至世界最低的油耗(35km)lkm僅排放80gCO〕20231月本田公司又在美國(guó)市場(chǎng)土投放了Civic混合動(dòng)力汽車(chē)。由于“一代汽車(chē)伙伴合作”(ThePartnershipforaNewGenerationofVehicles,PNGV)方式進(jìn)展上百種方案的篩選、比較，認(rèn)為承受混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)是實(shí)現(xiàn)中級(jí)轎車(chē)百公里3L油耗的可行方案，因此混合動(dòng)力汽車(chē)受到更大的關(guān)注。福特汽車(chē)公司在2023年北美國(guó)際車(chē)展上推出了其開(kāi)發(fā)的Prodigy1.2L4缸柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和鎳金屬?gòu)?fù)合1083kg3.3L10年內(nèi)，混合動(dòng)力10%-20%19982月在底特律展出了其次代道奇無(wú)畏ESX2500cc配有單獨(dú)的發(fā)電機(jī)，承受溝通感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，百公里油耗降至3.4L。2023Xsara，說(shuō)明白他們?cè)谶@一領(lǐng)域的世界領(lǐng)先水平。Xsara55kW25kW的電動(dòng)機(jī)，功168V.Xsara的燃油消耗量及排放量較一般車(chē)降低35%，一次行程可高達(dá)1000km.其他幾個(gè)大汽車(chē)公司，如通用、雷諾、日產(chǎn)等，也都推出了各自的混合動(dòng)力汽車(chē)。2080年月后期開(kāi)頭電動(dòng)汽車(chē)爭(zhēng)論的。199946日由科技部、環(huán)保動(dòng)車(chē)輛排放污染，依靠科技進(jìn)步，建立型清潔車(chē)輛產(chǎn)業(yè)委“八五”科技工程，在清華大學(xué)的組織下，研制出了16座電動(dòng)輕型客車(chē)，現(xiàn)于清華大學(xué)校園內(nèi)運(yùn)營(yíng)。2023年11月，國(guó)家科技部將電動(dòng)汽車(chē)納入國(guó)家“十五”規(guī)劃，列入“863”目及電機(jī)、電池、多能源治理系統(tǒng)及其它關(guān)心系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)爭(zhēng)論。一汽集團(tuán)在2023年北京國(guó)際清潔車(chē)展上推出一款混合動(dòng)力轎車(chē)一紅旗CA7180AE，最高車(chē)速可達(dá)135km/h，參與該項(xiàng)目爭(zhēng)論的有一汽汽車(chē)爭(zhēng)論所、美國(guó)電動(dòng)車(chē)(亞洲)公司、汕頭國(guó)家電動(dòng)汽車(chē)試驗(yàn)示范區(qū)。深圳明華環(huán)保汽車(chē)也于2023年4月推出了并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)MH6720，該車(chē)裝備87kW36kW,135km/h。長(zhǎng)豐汽車(chē)CFA6470-HEVCFA647。車(chē)的底盤(pán)，原有的四缸發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱不變，加裝一個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，取消分動(dòng)箱，由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)后輪，電機(jī)通過(guò)減速箱和的爭(zhēng)論。車(chē)將具有很好的進(jìn)展前景?；旌蟿?dòng)力技術(shù)爭(zhēng)論內(nèi)容:整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的匹配；混合動(dòng)力汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要部件的特性分析與建模。建立整車(chē)的動(dòng)力學(xué)模型，分析發(fā)動(dòng)機(jī)、蓄電池、電機(jī)和變速箱等動(dòng)力部件的特性，建立適合分計(jì)算的數(shù)學(xué)模型；混合動(dòng)力汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)掌握策略?xún)?yōu)化。綜合考慮車(chē)輛的行駛性能、燃油經(jīng)濟(jì)性和電池荷電狀態(tài)，建立優(yōu)化的實(shí)時(shí)掌握策略；混合動(dòng)力汽車(chē)性能仿真。在車(chē)輛的動(dòng)力學(xué)模型的根底上，以Matlab6.1為軟件平臺(tái)，開(kāi)并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)性能仿真程序，并利用該程序?qū)λ鶢?zhēng)論的原型車(chē)進(jìn)展性能仿真。統(tǒng)計(jì)說(shuō)明，在80%以上的道路條件下，一般燃油發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)僅利用了動(dòng)力潛能的40%，在市區(qū)還會(huì)跌至25%。混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的傳動(dòng)系統(tǒng)同時(shí)使用燃油發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)車(chē)?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)的分類(lèi)混合動(dòng)力車(chē)輛的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)從能源輸入、原動(dòng)機(jī)到機(jī)械能的傳遞，其組成方式多種多樣，分為以下三種類(lèi)型:串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)、并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)和混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)。串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)成。如圖2.1功率流的路徑，虛線(xiàn)表示掌握信號(hào)，箭頭表示功率流淌方向。在后續(xù)的公式和圖表描述中，T4表示效率;下標(biāo)。m表示電機(jī)，ice表示發(fā)動(dòng)機(jī)，二表示車(chē)輪，gb表示變速箱。串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)中發(fā)動(dòng)機(jī)的功能是帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)要時(shí)由蓄電池為電動(dòng)機(jī)供電。串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)具有以下特點(diǎn):掌握系統(tǒng)比較簡(jiǎn)潔，特別是發(fā)電機(jī)運(yùn)行的掌握只需依據(jù)蓄電池充放電狀態(tài)打算發(fā)電或停頓;:動(dòng)力傳遞過(guò)程中，由于存在能量轉(zhuǎn)換中的損失，降低了能量利用率，其綜合效率低于燃油汽車(chē):1}動(dòng)電動(dòng)機(jī)必需滿(mǎn)足汽車(chē)行駛的需求。因此整個(gè)系統(tǒng)的規(guī)模浩大，增加了車(chē)輛本錢(qián)及機(jī)構(gòu)布置難度。并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)2.2,由于發(fā)動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)提高了能量轉(zhuǎn)化效率。發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)主要用于中、高速的行駛工況;而電動(dòng)/發(fā)電機(jī)動(dòng)力系提高了汽車(chē)的加速性能和爬坡性能。并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)具有以下特點(diǎn):構(gòu)造簡(jiǎn)潔，特別是省去了獨(dú)立的發(fā)電機(jī)，兩套動(dòng)力裝置可單獨(dú)或同時(shí)驅(qū)動(dòng)，輸出總功率,兩套動(dòng)力裝置可直接驅(qū)動(dòng)車(chē)輪，因此效率提高，能量損失降低;;承受電動(dòng)/發(fā)電機(jī)可以空載發(fā)電，準(zhǔn)時(shí)補(bǔ)充蓄電池局部電能，延長(zhǎng)蓄電池續(xù)行里程。;雙軸聯(lián)合式是指車(chē)輛驅(qū)動(dòng)系中機(jī)械動(dòng)能的聯(lián)合是在齒輪箱中實(shí)現(xiàn)的，齒輪箱(減速/變速器)具有兩個(gè)或多個(gè)輸入軸，僅有一個(gè)輸出軸;單個(gè)驅(qū)動(dòng)系聯(lián)合式是指車(chē)輛驅(qū)動(dòng)系中機(jī)械動(dòng)能的驅(qū)動(dòng)性能，但系統(tǒng)組成比較浩大，掌握簡(jiǎn)單?；炻?lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)綜合了串聯(lián)式和并聯(lián)式的構(gòu)造特點(diǎn)，由發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)/發(fā)電機(jī)統(tǒng)具有串聯(lián)系統(tǒng)和并聯(lián)系統(tǒng)的雙重特性，具有以下兩種布置形式:切換系統(tǒng)切換。如圖2.3,當(dāng)汽車(chē)在城市里行駛時(shí)，要求低負(fù)載和低排放，可斷開(kāi)離合器，系統(tǒng)工作在有效工作，于是離合器結(jié)合，變?yōu)椴⒙?lián)系統(tǒng)。Prius混合動(dòng)力車(chē)型簡(jiǎn)介豐田的Prius屬于以電機(jī)為主的形式。它的混合動(dòng)力總成包括兩個(gè)動(dòng)力源，發(fā)動(dòng)機(jī)與電和動(dòng)力掌握總成。豐田Pruis混合動(dòng)力系統(tǒng)有一個(gè)特點(diǎn)，就是承受行星齒輪變速構(gòu)造，變速系統(tǒng)〔圖3.。圖3.1 圖3.2啟動(dòng)以及中速以下行駛，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)效率低下，因此Prius的發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，僅由大功率電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛〔圖3.，箭頭A動(dòng)力分成兩路，一路驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)展發(fā)電，產(chǎn)生的電力驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)〔圖3.3，箭頭另一路則直接驅(qū)動(dòng)車(chē)輪〔圖3.，箭頭A，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)對(duì)兩條路徑的動(dòng)力進(jìn)展最正確安排，以到達(dá)效率的最大化。圖3.3 圖3.4當(dāng)要加速時(shí)，電池組會(huì)加進(jìn)來(lái)為電動(dòng)機(jī)供電，增加電動(dòng)機(jī)輸出功率〔圖3.4〕。圖3.5 圖3.6車(chē)輛制動(dòng)能量轉(zhuǎn)換成了電能〔3.5，D〕。電池組電量保持在一個(gè)恒定水〔圖3.6E〕。80現(xiàn)混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)總成與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)總成的互換