32-汽車油電混合動力系統(tǒng)的設計研究摘要這兩年間國家內部不停倡導關于環(huán)境保護方面的事務，不可避免地要談到關于燃油動力汽車的污染排放問題，可以說現(xiàn)在我國比較富裕的二線城市私家車雖然說不上家家都要有，但是私家車數(shù)量從每每早晚高峰時期都會有的主要路段堵車就能看出一般。更不要說現(xiàn)在的國內一線城市了，“單雙號”政策，市內限制牌照種類等，可見汽車排放在碳排放污染中占據(jù)了很大比重。這就讓電動力汽車的概念盛行，畢竟電能有干凈無污染的優(yōu)點。可是電動力汽車也同時有續(xù)航能力不夠的致命缺點，使其在推廣過程中不免難以為繼。因此人們這兩年都把目光著眼于電和油混合產(chǎn)生動能的系統(tǒng)，希望折中之下能結合兩者優(yōu)點，削弱缺點，使其既能盡可能的無污染，又能夠有著出色的續(xù)航能力。本文以下研究的是傳統(tǒng)汽車的動力系統(tǒng)和新興電動力汽車的動力系統(tǒng)，根據(jù)文獻研究結合兩者的混合型動力系統(tǒng)，并輔以相應的計算。關鍵詞：電動力；油電混合；動力系統(tǒng)目錄1緒論 71.1前言 71.2傳統(tǒng)汽車的動力系統(tǒng) 81.2.1內燃機動力系統(tǒng)概述 81.2.2增壓裝置 91.2.3燃油噴射技術 101.3新興電動力系統(tǒng) 131.3.1電動力系統(tǒng)概述 132油動力系統(tǒng)的設計與計算 132．1傳統(tǒng)汽車燃油機的類型 132.2燃氣機的工作流程 162.3傳統(tǒng)汽車的動力系統(tǒng)計算 173電動力系統(tǒng)設計 183.1電動力系統(tǒng)選擇方案 183.2驅動系參數(shù)配型選擇 193.2.1主減速器選擇 193.2.2驅動電機選型 204油電混合動力系統(tǒng) 204.1油電混合概念 204.1.1混合動力汽車的分類 204.1.2混合動力車輛的控制戰(zhàn)略分類和研究情況 224.1油電混合的設計 244.1.1整車參數(shù)及動力性指標 244.1.2動力系統(tǒng)總成結構設計 254.2系統(tǒng)的相關計算 264.2.1計算所使用行駛參數(shù)確認 264.2.2關鍵零部件選型及參數(shù)設計 264.2.3發(fā)動機主要技術參數(shù) 274.2.4主減速比確定 274.2.5驅動電機選型和參數(shù)設計 285全文總結 365.1全文工作的總結 365.2工作展望 371緒論1.1前言展望整個人類近代發(fā)展史，你會發(fā)現(xiàn)近代人類的進步發(fā)展都繞不開一樣東西，那就是燃油汽車。它是世界經(jīng)濟飛速發(fā)展的重要推手之一，但也是環(huán)境空氣污染治理的最大源頭之一。至今以來,國內外各類汽車的總保有量己經(jīng)突破8億輛,其中在我國已經(jīng)超過7000萬輛。根據(jù)目前的相關數(shù)據(jù),2055年左右,當時全世界的汽車人口規(guī)模將會突破100億,那時新能源汽車的銷售規(guī)模也將會突破25億。但與此同時,能源短缺和人類的工業(yè)活動對環(huán)境的污染及嚴重破壞的問題日益尖銳，科學家預測，按照現(xiàn)在的每日全球石油開采的速度和人類對于地球石油能源的消耗速度，地球石油能源在100年內就將枯竭[1]。地球石油能源的枯竭是人類不能不正視的問題，在人類的歷史中，從一開始的火的使用，到后來的薪柴木炭，再后來煤炭以蒸汽機作為媒介代替人力等一眾古老動力來源開啟蒸汽時代，1985年埃德溫打出第一口油井后，“黑色液體黃金”帶給人們的是更加飛速的發(fā)展。石油從那時起一直用到如今，在人類的未來，如果要有飛速的發(fā)展必然會有新的優(yōu)秀能源代替，但是現(xiàn)如今石油短缺問題之下我們要盡可能尋求解決之法。在這樣的情形下，電動力代替作為汽車動力的概念慢慢興起。然而電動力作為一種清潔無污染無噪音的優(yōu)良能源卻有一個不能不重視的缺點——續(xù)航能力差。傳統(tǒng)汽車油耗高，污染重但是續(xù)航能力優(yōu)良，新興電動力車雖然無污染無噪音但是續(xù)航能力差，這就又由此產(chǎn)生了一個新的想法，為什么不能將兩者有機的結合在一起，形成一種混合動力系統(tǒng)。在研究中發(fā)現(xiàn)，這種方案下的系統(tǒng)可操作性強，經(jīng)濟性高，雖然不能完全消除污染排放但是極大的緩解了這一問題，能很好的符合人們的預期。這兩年油電混合動力車（以下簡稱混合動力車）飛速發(fā)展，已經(jīng)有好幾個成熟的混合模式，對混合的程度也有了一定的細分。目前作為我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃的一部分,由工信部負責人牽頭編寫的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》己經(jīng)正式實施。該優(yōu)惠政策的主要核心思想是:新興純電動汽車雖然被確定成為主要研究的戰(zhàn)略目標,但是受到技術和設備方面不成熟等因素限制,所以最近一段時間主要研究方向應設置為混合動力系統(tǒng)汽車,大力發(fā)展清潔能源電動汽車的各種技術,加強這些技術方面的自主創(chuàng)新和研究能力,實現(xiàn)掌握有核心競爭力的關鍵新能源節(jié)能環(huán)保技術的重要戰(zhàn)略目標。在財稅支持政策的重大支持作用方面,在未來的十年中,中央財政對此問題給予了高度重視并且明確預計將來還會繼續(xù)投入一筆大量的巨額專項經(jīng)濟財政資金將用來大力支持我國新能源電動汽車應用領域的技術研究與應用發(fā)展,其中的經(jīng)濟財政資金投入總量以及規(guī)模將不會超過1000多億元。另外,免征純氫能電動汽車、充電式型和混合燃氣動力車型汽車的相關車輛所有購置稅,減半作為繳納普通型和混合燃氣動力車型汽車的相關車輛所有購置稅及車輛消費稅。[2]1.2傳統(tǒng)汽車的動力系統(tǒng)1.2.1內燃機動力系統(tǒng)概述傳統(tǒng)汽車動力系統(tǒng)就是一個燃油發(fā)動機產(chǎn)生動力，在經(jīng)過一系列緊密相連的動力傳動裝置，最終傳遞到車輪帶動汽車的整個過程。具體構造可參考圖1、圖2。驅動橋變速器離合器發(fā)動曲軸驅動橋變速器離合器發(fā)動曲軸圖1-1傳動軸萬向節(jié)傳動軸萬向節(jié)圖1-2傳統(tǒng)的汽車主要有兩個底盤四種關系:一個傳動體系分別為離合器、變速器、驅動橋;行駛控制關系是由一個懸架、一個車輪;轉向關聯(lián)系就是一個轉向器;制動系統(tǒng)就是制動器。動力系統(tǒng)的工作過程：發(fā)動機運轉，本質上是連接著飛輪的曲軸不停旋轉，以此達到飛輪和離合器的不停分離與靠近過程。飛輪與變速器的兩者之間的互相連接通過這個過程得以實現(xiàn)。經(jīng)過自動變速箱調整之后的動力在飛輪接通后經(jīng)過一個飛輪,再通過兩個萬向節(jié)和一個傳動軸,驅動橋上,在一個驅動橋上安裝一個變速器,由差速器把動力平均地劃分到兩側各一個車輪的減速器,再經(jīng)過一個帶有變速器的單曲線式齒輪來傳到兩側各一個車輪。優(yōu)化內燃機動力系統(tǒng)的方式我給出以下兩點：1）增壓裝置；2）燃油噴射技術。1.2.2增壓裝置傳動汽車的內燃機普遍的直接燃油效率在百分之三十左右，但是有少數(shù)采取增壓技術的發(fā)動機可以達到百分之四十左右。說到這里不得不再次提及對于內燃機進行增壓,它主要是通過改善內燃機進氣量和壓力而達到的增加內燃機進氣量和功率的一種控制措施。內燃機增壓器的主要優(yōu)點有三個,一是增加壓力能往內燃機的有限內容空間中壓入更多空氣運行，作為助燃劑的空氣單位體積不變但是質量大大增加就可以使內燃機內的燃油有更多的成分和量得以接觸空氣得到更充分的燃燒，提高燃燒過程中的燃油燃燒量；二是增壓空氣的本身性質相較于一般空氣有所改變，在它冷卻時可以通過各種方式減少最后派出的為尾氣中的有害氣體成分，在裝置中增壓就是一個會讓空氣自身溫度上升的過程，所以不用特別增加一個氣體冷卻裝置，等它自然運轉整個機體后，緩慢冷卻；三是空氣增壓后其具有更多的動力，作為介質在系統(tǒng)內更有力的運行。曲軸鏈輪氣缸活塞排氣管道機油廢棄循環(huán)走向進氣管道渦輪增壓器機油泵鏈輪曲軸鏈輪氣缸活塞排氣管道機油廢棄循環(huán)走向進氣管道渦輪增壓器機油泵鏈輪1-3同時內燃機不能不能采用過高的壓力，因為機械負荷和熱負荷會增高，特別是在增高壓的時候，過高的機械負荷和熱負荷會損耗內燃機內部零件。所以雖然高增壓柴油機的功率比非增壓柴油機的功率高百分之兩百，限制依舊很大。1.2.3燃油噴射技術1.化油器在我國二十世紀六十年代以前,創(chuàng)新性地發(fā)明了一種化油器,在位于發(fā)動機氣缸附近的化油器就是把一定量和相當于一定量的汽油和空氣混合到由發(fā)動機正常工作時所產(chǎn)生的一種真空環(huán)境中而形成的一種機械設備。這種精密的機械設備能夠通過使用吸進來的空氣流中的動力,以此來實現(xiàn)對汽油的霧化。它也是柴油發(fā)動機核心零部件之一,它完整的設備包括了引擎起動、怠速和減振裝置、中等符合性和低載荷的裝置、加速和減振裝置。圖1-4化油器概述圖圖1-5化油器主要類型有三種：a）上吸式b）下吸式c）平吸式化油器若從二級節(jié)氣式閥門的總體結構及其形式角度來進行劃分,又不能可以再一次細分為高速橫向轉動式和二級低速轉動升降式。轉動式就是在車用化油器和車用進氣管之間,設置一個車用空氣自動調速調節(jié)閥。氣節(jié)式閥門的整體結構為一個矩形圓盤狀,它可以圍繞著進氣管道的各個中心作為軸線高速運行從而旋轉并在過程中就會使得位于進氣道內部的氣體流量和進氣面積都因此得以發(fā)生變化，控制汽油量。升降式氣節(jié)門的簡單來說是一個圓柱形的氣節(jié)門,它安裝在管道中間,當機器運行時它會在喉管的部位上下移動,以此改變管道內的氣體流速。有種特殊的氣節(jié)門方式是將二者相互結合,人工操作的轉動式節(jié)氣門,改變進氣道的面積，而裝置中裝載的膜片控制升降式節(jié)氣門，很多我們能見到的摩托車大部分采用的就是這種化油器，稱作CV式。20世紀60年代末期,k型的改進類型汽油機電控制式(ke型)的汽油噴射傳感系統(tǒng)在我國漸漸成為主流,它和前者的區(qū)別就是增加了一些傳感控制裝置和核心的電液式壓差調節(jié)器;之后現(xiàn)代電子信息技術得到了爆發(fā)式的發(fā)展，能源危機的問題也擺在了人們面前，需要人們更精確的控制資源消耗，機電控制化油器也在不斷地智能自動化[3],現(xiàn)如今，電子控制自動化燃油發(fā)動機噴射系統(tǒng)慢慢地被運用在了汽車設計上,成為了新興的化油裝置。在汽車技術日新月異的歷史歷程中，由于人們對性能、環(huán)保等要求的標準越來越高，進氣道燃油噴射系統(tǒng)應運而生。前者在氣缸壁的高溫和進氣閥門打開時，將燃油噴射，并固定噴射在進氣門附近，或精準噴射在進氣門，在此時廢氣回流時產(chǎn)生的溫度影響下變換成混合氣體。與其取代傳統(tǒng)的化油器式燃氣發(fā)動機系統(tǒng)相比,進氣道中的燃油增壓噴射傳動系統(tǒng)大大程度改善了柴油發(fā)動機的高速充氣燃油效率,降低了柴油發(fā)動機機內燃油的廢氣消耗量和機內廢棄物質的排放量,在柴油發(fā)動機較大轉速較小的速度范圍內,提高了柴油發(fā)動機高速運行時的穩(wěn)定性[4]。圖1-6電子控制燃油噴射系統(tǒng)基于噴射方式又有以下幾種分類：缸內直噴、燃油分層噴射、雙增壓分層直噴。近年來又有一種混合噴射技術成為了一種新的發(fā)展趨勢，簡單來說就是進氣道噴射和缸內直噴組合而成的系統(tǒng)。圖1-71.3新興電動力系統(tǒng)1.3.1電動力系統(tǒng)概述當前，新能源汽車的動力電池主要的金屬燃料一般選擇的就是含鋁的材料，難以實現(xiàn)充放電之間的有效循環(huán)。[5]在考慮到新能源汽車的動力電池材質種類和電池的可循環(huán)性等方面問題時,可以考慮在動力電池的正極上選擇金屬材質,電池的正極上選擇泡沫石墨烯,電解液中選取四氯化鋁的陽離子,即可讓一種具有可逆性和充放電功能的動力電池實現(xiàn)。因為石墨烯材料是一種層狀結構,石墨烯材料本身就具備和鋰離子相似的特性,在功能上可容納陽離子，將更好地容納電解液內的陰離子，確保動力電池可實現(xiàn)穩(wěn)定充放電循環(huán)。2油動力系統(tǒng)的設計與計算2．1傳統(tǒng)汽車燃油機的類型燃油機作為一種動力機器，按照所使用的能源品種可以劃分為三大類，以下是介紹：圖2-1如圖2-1所示，柴油機是作為一種經(jīng)典的動力供給裝置，它是以柴油作為能源消耗的。從圖上可以看出它是一種壓縮空間的活塞壓縮機，需要點火發(fā)動，在五百度以上的有限范圍內將顆粒狀的極易燃燒的柴油混入其中，達到霧化柴油的自燃點，爆發(fā)式燃燒產(chǎn)生大量的熱和能量。能量撬動頂部的重型活塞，將原來其中的化學能有力的轉化為了機械能。圖2-2是四沖程的柴油原理簡圖圖2-2圖2-3如圖2-3所示的裝置就是以另一種能源作為燃燒資源的動力裝置，簡稱汽油機。汽油的具體構造復雜，但是主要原理和柴油機類似，可以說是能源品種更換后對機器的加工改進變得更適應汽油燃燒，提高了汽油的利用效率。圖2-4是汽油機的一種類型的簡圖。圖2-4還有一種天然氣機，因為技術上的不成熟，目前還沒有廣泛應用，但是天然氣在地球的探明儲備資源豐富，有十分清潔、經(jīng)濟性好，越來越被廣大國內外研究燃氣機的專家重視研究與開發(fā)，可以看到在不久的未來，天然氣機有著很大的發(fā)展空間。2.2燃氣機的工作流程圖2-5有圖2-5中看出整體燃氣機工作流程。首先是鍋爐的啟動，在啟動的同時鍋爐水位監(jiān)測同時啟動，當水位有過低的顯示時會控制給水機提供水箱水量，當水位超過時，就控制排放閥排除多余水量。正常則進行下一步流程，燃燒機正式電源啟動，這時就要檢測氣壓，燃氣泄漏，風壓等問題，，當所有參數(shù)都正常后點火變壓器開始工作，其中的電極放電。打開點火電磁閥，再檢驗一次氣壓，再檢驗火焰。以上所有檢測的異常都是需要停止機器，排除問題后才能繼續(xù)開始重啟運行。當正常運行時也要不停檢查氣壓，鍋爐氣壓高于最大值時燃氣輪機就會停止工作，但是當氣壓低于設定最小值時，燃燒機就會重新啟動。在如此循環(huán)往復中，鍋爐不停運行，直到最后鍋爐停機。2.3傳統(tǒng)汽車的動力系統(tǒng)計算1.功率PePe=Pme·V?·z·n30τ式子中的pme-平均有效運動壓力(mpa),vm-運動活塞的平均運動加速率(),vh-氣缸的總排量(l),z-氣缸參數(shù),n-汽輪機的轉速(r/min),d-氣缸的直徑(mm),τ-沖程數(shù)量。通過這個式子可以計算出要設計的內燃機有效動力。先假設要求內燃機主動系統(tǒng)為四沖程,氣缸數(shù)量設定為四缸,轉速設定為正常行駛2250r/min,氣缸排量設定為1.0l,氣缸直徑d設定為100mm,平均有效活塞壓力得出系數(shù)為0.81mpa,由以下計算公式我們可以得出有效活塞功率設定為91.1kw,平均活塞加速度設定為0.0143m/s表2-1用途柴油機（r/min）汽油機（r/min）汽車1500~50002500~工程機械與拖拉機1500~28002000~3600內燃機車、發(fā)電機組900~15002800~3600摩托車、摩托艇5000~10000中小型農(nóng)用動力1200~30003000~6000船舶高速1000~20001500~2500船舶低速300~8502.最大扭矩Memax及nMeMe=Pen×30000π最大扭矩為385.8Nm扭矩適應性系數(shù)μm=轉速適應性系數(shù)μn=總適應系數(shù)μ=μ表2-22.經(jīng)濟性指標燃油消耗率ge（g/kwh）降低ge的措施：提高各種傳動效率機油消耗率gm（g/kwh）1.3-2.6k/kwh3電動力系統(tǒng)設計3.1電動力系統(tǒng)選擇方案國家正在出臺的新能源汽車優(yōu)惠政策正在逐步落到實處,目前各大電動汽車公司都沒有把注意力放在這種新興的純電動力汽車設計與開發(fā),注重掌握這方面技術的專利和核心技術。前期重點任務主要是為了針對動力系統(tǒng)設計,參數(shù)匹配需要通過對整車外部參數(shù)確定來實現(xiàn)。在通過設置確立的動力系統(tǒng)后來完成了對于電動機參數(shù)匹配的選型。進而通過計算得到了功耗與行駛里程等參數(shù),并且建立了科學的數(shù)學模型,通過這些模型可以得到等速度行駛里程或者是行駛時間里程的仿真。所得到的理論資料應該與實際延長續(xù)航時間里程做一個科學偏差比較。這些參數(shù)及其中的一些數(shù)據(jù)將為后期整車參數(shù)優(yōu)化和電池體系型號的搭配設計提供技術支撐。我們需要通過以上的方法,進行電動力系統(tǒng)設計,如果電動力系統(tǒng)中的各個參數(shù)匹配不合理,就可能會直接影響到電動汽車的造價、動力特性和連續(xù)續(xù)航時間里程。本方案設計的是純電動大巴車的動力系統(tǒng),具體需要滿足的要求如下。①基于車輛能夠充分考慮滿足車輛整車的最大轉向扭矩及最高轉速等整體驅動力系統(tǒng)要求的實際情況下,整車的整體驅動力系統(tǒng)總成控制系統(tǒng)硬件設計結構應必須充分符合結構緊湊及車輛布置合理,車輛在高速公路行駛時盡量減少剎車噪音和防止產(chǎn)生較大振動[6]。②駕駛員觸發(fā)制動信號后,整車控制系統(tǒng)必須具備能量回收的功能[7]。③為了實現(xiàn)車輛在駕乘過程的舒適性,驅動系統(tǒng)的扭矩必須在各路況油門狀態(tài)下輸出平順,。④觀光大巴為需要途徑景區(qū)復雜路段,需要考慮多工況。基于以上幾點要求,結合匹配的大巴車直驅方案使用路況,對爬坡度要求比較高,車輛能行駛的最高速度可達達到100[6]。②駕駛員觸發(fā)制動信號后，整車控制系統(tǒng)必須具備能量回收的功能[7]。③為了實現(xiàn)車輛在駕乘過程的舒適性，驅動系統(tǒng)的扭矩必須在各路況油門狀態(tài)下輸出平順，。④觀光大巴為需要途徑景區(qū)復雜路段，需要考慮多工況?；谝陨蠋c要求，結合匹配的大巴車直驅方案使用路況，對爬坡度要求比較高，車輛能行駛的最高速度可達達到100km/h為前提，從而選擇的驅動直驅系統(tǒng)具備以下優(yōu)勢：①車輛的日常使用要求依靠電機輸出的扭矩和轉速就能滿足，簡單的下直驅系統(tǒng)結構，節(jié)省車子總裝載空間，經(jīng)濟性好。②傳動方式采用后置直驅，從而使傳動過程中的能量損失減少，且傳動系中缺少了變速箱，驅動電機決定機械傳動效率，整車的能源高效利用得以實現(xiàn)，節(jié)約大量能源。③從可靠性和舒適性的角度考慮，驅動直驅系統(tǒng)因為缺少變速箱的變速環(huán)節(jié)，明顯減少了變速時的卡頓，以此引起的乘客不適感可以消除。圖3-1表3-1部分整車參數(shù)外形尺寸（長·寬·高，mm）迎風面積A（m2）滾動半徑r（mm）整車整備質量（kg）整車滿載總質量（kg）8037·2475·32107．652758500140003.2驅動系參數(shù)配型選擇3.2.1主減速器選擇考慮到純電動大巴車將在路況復雜的景區(qū)行駛，對于坡度問題需要同時具備良好的爬坡性能和加速快的特性，這就需要所選的主減速應該具備高車速區(qū)域所需要的傳動比。目前，客車行業(yè)各車型所用的主減速器的傳動比在3.5~6.7，因此在設計階段初步設定最高轉速為n（按10%的最大余量）選擇電機的最大轉速。i的選擇應先滿足車輛的最高行駛車速V的要求，即i≤0.377rnV×110%≤6.7通過整車參數(shù)代入求解得i可取5.68，根據(jù)國標選取小于等于這個參數(shù)的主減速器。3.2.2驅動電機選型純電動汽車應該選配有較高的高效區(qū)寬度和轉矩轉速特性的電機，根據(jù)整車的設計要求，必須以滿足汽車的加速要求和最大爬坡能力、最高車速及額定電量前提下的最大續(xù)航里程的巡航車速作為電機功率的選擇的前提，所選的電機為永磁同步電機。4油電混合動力系統(tǒng)4.1油電混合概念按照目前現(xiàn)在國際上的相關技術標準一般來說所定義的一種混合能源動力或者電動汽車就是可以泛指由兩種及兩種以上電力儲能器、能源或者電力轉換器所結合組成的一種驅動系統(tǒng)能源其中至少一種能源可以為電動汽車系統(tǒng)提供一個足夠的驅動電能。[9]。由于現(xiàn)在的電動力和其他的一些清潔能源驅動動力汽車技術上的不成熟，所以在燃油車的基礎上，人們想到了用電動力加上汽油或柴油作為能源的動力方法過渡。這樣既能擁有一部份的清潔作用來保護環(huán)境，又可以通過運用這些年來發(fā)展成熟的燃油動力技術來保證動力續(xù)航里程持久。4.1.1混合動力汽車的分類根據(jù)《混合動力電動汽車類型與定義》征求意見稿，混合動力汽車有系統(tǒng)的分類方式。基本分類如下：按照動力系統(tǒng)的傳動拓撲機械結構的形式來劃分將其細化為串聯(lián)、并連、混合、復合四類[10-15]。圖4-1串聯(lián)式混合動力汽車的動力的共給都是靠電動機提供的，只有比較單一的動力生成裝置，結構簡單。因為三大功率源——發(fā)動機、發(fā)電機、電動機之間別沒有相應的機械傳動裝置相連，主要就是靠機械能形式在三者的傳遞后輸出機械功。串聯(lián)式三大功率源的功率大，導致的外形和質量偏大，一般限制在大型車輛上使用，但是優(yōu)點是結構比較松散，可以靈活多變，可以隨設計車輛的整車參數(shù)進行調整，自由度大。并聯(lián)式混合動力汽車的技術核心是兩套驅動系統(tǒng)能夠同時工作運轉,其一就是內燃機,另一個是電動機,兩者放在不同的線路上。因為兩者都是并行的路線,所以要想很好地結合起來,而且想要充分利用發(fā)動機和電動機這兩個功率來源就需要配備相應的機械傳動設備,以此來疊加各種機械功,從而產(chǎn)生更大的輸出。并聯(lián)式整車的結構比較復雜,且具有一定的設計布置框架,在進行整車設計時就需要專門考慮,受到一定的限制。但因為在并聯(lián)下的設備可以選擇體積小的兩個大功率來供電,所以特別適用于中小型車。混合動力串聯(lián)式混合電氣化汽車則是結合了串聯(lián)式與并聯(lián)型的優(yōu)勢,可選擇性地在串聯(lián)式與并聯(lián)型上進行工作。混聯(lián)式驅動系統(tǒng)雖然在結構上遠遠比傳統(tǒng)的串聯(lián)式、并聯(lián)型要復雜,但是它結合了兩者的優(yōu)點,更能適應各種不同的復雜工況。一般采用行星式的齒輪機構來作為驅動力的復合器,布置與控制相對比較困難。復合式混合動力電動汽車的結構看似和混合式驅動系統(tǒng)相同,但它的發(fā)電機連接逆變器后不是通向電動機而是直接和電池相連,這樣的結構比混合式動力驅動更加復雜,相應的它能夠提供更多的工作模式和控制方式。2)按混合度劃分，可以將其分為微混合型、輕度混合型、中度混合型、重度混合型四大種類[16]區(qū)別依靠的方法是機器人的動力和電能這兩種動力的能量在系統(tǒng)中所占的比重。3)按充電方式劃分,可以分為外接充電型和電池替換型兩類。外接充電式混合動力車輛可通過國家在特定區(qū)域內設置的基站適時地補充車載能量,外接充電這樣的模式是目前國內外研究的一塊主要方向。4.1.2混合動力車輛的控制戰(zhàn)略分類和研究情況4.2油電混合的設計4.2.1整車參數(shù)及動力性指標原傳統(tǒng)車A42整車參數(shù)車型A42旋轉質量換算系數(shù)1.049+0.04*ik（ik為各檔傳動比）軸距（mm）3310CDA4.4*0.5總長度（mm）5990總寬度（mm）2000總高度（mm）2740總高度（mm）2490（空載H1）（空載H2）變阻器類型MT滾阻系數(shù)fr0.01+0.000056Ua（Ua為車速）整備質量（kg）2950滿載質量（kg）4280傳動系效率87%輪胎型號6.50R6C-108/107N變速箱速比4.9942.5981.5221.0000.7784.506在車型的基礎上研究出來的柴電混合動力車的市場定位為警用指揮車和市政、郵局等其它一些有必要的市場。因此該款混合動力小轎車對動力特點的要求相對比較高,參考了原型機和傳統(tǒng)小轎車的性能指標,確定4*2柴電混合動力小轎車的動力特點指標為:混合驅動模式下的設計指標整車最高車速：131km/h連續(xù)爬坡最大爬坡度：30%，?車速20km/h；純電動模式下的設計指標：行駛1km最高巡航車速：80km/h40km/h勻速行駛的里程要求：50km;30分鐘最高巡航車速：60km/h；30分鐘最大爬坡度：20%，車速10km/h；0-50km/h的加速時間：t≤16s。發(fā)動機驅動模式使用和原車一樣的發(fā)動機系統(tǒng)。4.2.2動力系統(tǒng)總成結構設計驅動電機電池手動變速箱離合器逆變器發(fā)動機驅動電機電池手動變速箱離合器逆變器發(fā)動機圖4-2鑒于其駕駛可靠性、原有的整車技術性能保留度、功能設計嚴格要求等諸多重要因素,最終能夠實現(xiàn)該車動力系統(tǒng)升級目標的唯一選擇就是該車使用了雙離合并聯(lián)式單缸四軸動力系統(tǒng)。經(jīng)過全新改裝的4*2油缸柴電動力混合機車動力系統(tǒng)主要由一臺電控式高速離合器、引擎、驅動式發(fā)電機、移動式高速離合器、自動式離合變速箱、動力電池等配套零部件綜合組成。發(fā)動機與兩臺驅動式發(fā)電機之間分別則是采用了一臺電控式手動離合器,而該車在兩臺驅動式發(fā)電機與離合變速器之間則同樣是分別選用了一臺手動式電控離合器。根據(jù)電控離合器和發(fā)動機、電動機三者之間的不同狀態(tài)，整車傳動系的工作情況就會發(fā)生變化。4.3系統(tǒng)的相關計算4.3.1計算所使用行駛參數(shù)確認本文對于所需要應用的汽車運動學中的整車機械工程學主要的技術參數(shù)進行了計算。旋轉傳動速度的換算質量系數(shù)換算阻力系數(shù)1.049+0.04*ik(ik為各檔位的傳動質量比)CDA4.4*0.5滾阻系數(shù)f0.01+0.000056Va(Va為車速)傳動系效率87%4.3.2關鍵零部件選型及參數(shù)設計鑒于考慮到技術的研發(fā)周期以及成本等問題,在這篇論文中所采用的發(fā)動機、變速器及其他電控式離合器都已基本明確。所以主要選型是為了提高電動機主減速比,電動機和蓄能器等系統(tǒng)。4.3.3發(fā)動機主要技術參數(shù)混合動力柴油發(fā)動機在設計和制造時需要綜合考慮很多方面的因素,最先需要滿足的條件之一就是柴油發(fā)動機的實際額定功率標準,接下來才需要考慮如何解決這些問題,包括什么樣的發(fā)動機尺寸、油耗、排放、經(jīng)濟性等這些問題。目前,技術成熟的四沖程電動汽油機仍然是我們進行電動混合驅動式電動汽車研制和設計工作時首選。選擇原型車Sofim2.8LEDC17柴油機,主要參數(shù)如下:配置直列、四缸空氣門、水冷、渦輪空氣增壓器的中冷、共軌、直噴式四軸柴油機沖程數(shù)4總排量（L）2.798最大功率（kW/r/min）92/3600最大扭矩（Nm/r/min）285/1800全負荷最低燃油消耗率（g/kWh）≤215最大功率燃油消耗率（g/kWh）≤260使用燃料車用柴油GB/T19147氣功工作順序1-3-4-24.3.4主減速比確定選擇主減速比的類型要考慮到整車動力和燃油消耗，使整車動力提升的主減速比會導致燃油利用率下降，經(jīng)濟性不好；而選擇燃油利用率高的減速比則會導致整車動力的明顯下降。因為本文是為了在A42車型的基礎上研究并聯(lián)類型的混合動力電動汽車，所以可以讓驅動電機調節(jié)發(fā)動機，提高燃油利用率，從而避免選取的主減速比使動力上升而燃油利用率下降的問題。解決兩者的沖突后，在主減速比的選型上我們只需要考慮它對整車動力的提升?，F(xiàn)有的車型采用三種主要減速系數(shù)相同,分別是4.889、4.444和3.917。用最高行駛時間車速作為選型設計公式中的一個重要指標,選型時間的計算方法如下:主減速比為4.889時：n=式中：n-發(fā)動機轉速；Vmax-最高車速，131km/hig-高檔傳速比（這里的ig=1）；iv—主減速比；r-輪胎滾動半徑。將相關的參數(shù)帶入式中得到轉速為4758r/min，因為發(fā)動機的最高轉速nmax為4000r/min，所以此時n＞nmax。主減速比為4.444時：同理將相關參數(shù)帶入得到轉速為4325.5r/min，所以此時轉速n＞nmax。主減速比為3.917時：同理帶入最上面的式子得到轉速為3812.5，所以此時n＜nmax。綜合以上計算，很明顯主減速比前兩者都是超過了最高車速時理想的數(shù)值，故所開發(fā)車型選用主減速比為3.917.4.3.5驅動電機選型和參數(shù)設計1驅動電機選型為了滿足在各種復雜情況下行駛的性能要求，混合動力汽車的驅動電機的性能在電動機的選取時要求較高。驅動式電機在采用混合動力的汽車中必須滿足轉矩靈活性高、瞬時速度快、穩(wěn)定性強、體積小和質量低等技術要求。驅動發(fā)電機在設計過程中是通過機械將電池與發(fā)動機連接成兩種主要的能源提供給途徑,這就要求控制單元具有可以進行雙向導控。[17]混合動力汽車所選擇的驅動電機主要有以下四大分類。直流電動機發(fā)展成熟，瞬間能達到的功率大，并且控制性好。開始的電動車輛普遍用的就是支流發(fā)電。但是直流電動機本身結構復雜，難于生產(chǎn)，直流電動機作為混合動力汽車的驅動電機的設計已經(jīng)逐步淘汰，因為直流需要換向等等問題很難解決。不過?，創(chuàng)新的無刷直流電動機很好的解決了上述部分問題，在混合動力車的設計中有一定運用。2）異步電動機適合大型電動客車，因為它解決了直流電動機不能變頻的缺點，使得傳動效率提升，和大型客車對高傳動效率的要求很好符合。3）永磁同步電動機不僅解決了直流電動機的很多不足，和直流無刷電動力相比，它更有其他方面的優(yōu)勢，比如噪音、體積都很小。目前很多國內外汽車生產(chǎn)廠家都在進行這方面的研究學習。4）開關式磁阻式電動機結構簡單明了，效率極高，但是有許多不可忽視的缺陷不能彌補。目前有很多技術上的缺點沒有克服，但是發(fā)展前景好，以后有很大的進步空間。綜合以上的分析,本次項目最后選取了永磁式同步電動機。2驅動電機參數(shù)設計電機額定功率選取以最高車速及最大攀登坡度時的純電動連續(xù)運轉時的驅動電機額定功率作為標準來設計。電動連續(xù)行駛車速要求電機的最大最高額定功率控制要求至少應高于能夠完全達到在共享汽車純電動車型行駛時分鐘內最高控制車速60km/h的規(guī)定要求:Pmi=1?T[式中：Pm1-最高巡航車速下的需求功率；CD-空氣阻力系數(shù)；A-迎風面積；m-整車裝載質量；f-滾動阻力系數(shù)；g-1%的爬坡裕度；?Tvmax-純動力最高巡航車速。將相關參數(shù)代入得需求功率為25.9kW。爬坡要求電機的額定功率需要滿足純電動供應的汽車可以在百分之二十的坡度上以10km/h的速度行駛Pm2=1?T[式中：Pm2-滿足爬坡要求的設計功率；a-坡道角；vi帶入得到最大功率為40.6kW。綜合上述兩式得出的參數(shù)，選取一個最大值，以此可以符合這兩種工況，但是為了考慮到實際情況的可能性選取一個比最大值稍大一些的45kW作為最終電機功率。儲能裝置選型與參數(shù)設計儲能裝置選型混合燃氣動力柴油汽車中的儲能吸收裝置的這種功能主要是其作用之一就是為那些吸收處于渦輪驅動風力模式下的風力電動機時所輸入出的能量或者是吸收其他那些處于大型風力發(fā)電系統(tǒng)驅動模式下的風力電動機時所輸出出的能量[17]。在如今我們可以自由地選擇作為一種混合動力車上的儲能設備的主要是四種技術成熟的設備,分別是蓄電池、燃油電池、超級電容器和飛輪式電池。儲能設備是實現(xiàn)混合動力車輛研發(fā)目標最為關鍵的部分。在研發(fā)混合動力汽車的時候我們就是為了削弱燃油汽車的污染等問題和純電動汽車的續(xù)航問題。兩相結合中就是要看電的儲能裝置的技術進步，如果在這方面能有突破性的進展，我們將從燃油車飛速跨越到清潔能源車，從而更好地保護環(huán)境。1）蓄電池蓄電池是在混合動力車中應用非常普遍和簡單的儲能設備,簡單并不代表儲能等各方面的性能差,因為它是可以在裝載汽車中放電完成后還能充電,并儲能為下一次放電做準備的裝置。鉛酸混合電池、鋰離子混合電池和磷酸鎳氫電池等都特別是在柴油混合發(fā)電動力柴油車輛中已經(jīng)應用得比較廣泛。鉛酸電池雖然技術成熟，優(yōu)點很多，但是可循環(huán)使用能力不強而導致的經(jīng)濟性差、充電時間過長而導致的實用性不佳都是它存在的問題。與鉛酸電池相比，鎳氫電池不但在各個方面的性能有了很大提升，還縮減了體積，減輕了重量，同時和鉛酸電池相比造價過高。鋰離子電池現(xiàn)在十分主流且熱門的新興電池。與其他蓄電池相比,鋰離子電池在各項電池的關鍵性參數(shù)中的表現(xiàn)十分出色，生產(chǎn)價格也是在所有蓄電池中比較適中的，目前很多油電混合汽車都是選取的這種電池作為供給電能的裝置。圖4-3鉛酸電池圖4-4鎳氫電池圖4-5鋰電池燃料電池是把物質在燃燒時過程中的所有產(chǎn)生熱能等物質轉換成能量,經(jīng)過電池內部安裝的轉換為動力輸出的電能而組成的一種化學材料。與傳統(tǒng)的蓄電池相比,燃料動力電池轉換效率比較高,過載能力強、使用年限長、結構簡單易懂、穩(wěn)定性好。它的那些優(yōu)點均與混合動力車輛對于儲能設備的需求有著很好地契合。燃料電池在具備有這些主要優(yōu)點的同時也仍然存在不少的缺點,首先一個問題就是它們造價昂貴,安全系數(shù)不高,遠遠不能使用到它的底線壽命,還需要輔助系統(tǒng)輔助。圖4-6超級電容的比功率高,很明顯它的瞬時功率就會相比其他儲能裝置高，因此在混合動力汽車在一些復雜工況下的運行工作就會得到更好的解決。但是超級電容在瞬時給予的功率大的同時它能提供的能量十分有限。圖4-7飛輪電池是十分不成熟的機械能儲存電能的方式，它在各個方面的參數(shù)相較于化學電池都很優(yōu)秀，是未來油電混合汽車的一個理想方向，在很近的未來可以估計到它的發(fā)展綜上所述,同時對比設計的整車模型等重要參數(shù),鋰電池作為該并聯(lián)油電混合動力汽車的電池選擇。電池的參數(shù)設計用以下公式求得當汽車以40km/h的速度純電動勻速行駛時，需要的功率：Pk=1?T[式中：va將整車參數(shù)中的相關值帶入此式中得到所需的功率Pk是8.7kW?；旌向寗幽Ｊ叫：俗罡哕囁儆嬎阕罡哕囁贋?31km/h的車的參數(shù)，需求功率P131、需求扭矩和轉速n131分別為：P131=13600?T（mgfvmaxT131=ri0i4?n131=i式中i0-0檔傳速比；i4-4檔傳速比。將相關的整車參數(shù)帶入上述三個式子中可以得到此時所要求的功率分別是103kw,需要的扭矩大約是260nm,轉速為37