課題分析混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的性能

課時(shí)2課時(shí)(90min)

知識(shí)目標(biāo)：

(1)掌握混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的動(dòng)力耦合類型

(2)掌握混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù).

技能目標(biāo)：

教學(xué)目標(biāo)

能夠分析混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的性能.

素質(zhì)目標(biāo)：

(1)弘揚(yáng)爰崗敬業(yè)、甘于奉獻(xiàn)的職業(yè)精神。

(2)培育崇尚技藝、求實(shí)創(chuàng)新的職業(yè)品質(zhì)。

教學(xué)重點(diǎn)：混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的動(dòng)力耦合類型、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)

教學(xué)重難點(diǎn)

教學(xué)難點(diǎn)：混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的動(dòng)力耦合類型、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)

教學(xué)方法案例分析法、問(wèn)答法、討論法、講授法、實(shí)踐法

教學(xué)用具電腦、投影儀、多媒體課件、教材

教學(xué)過(guò)程主要教學(xué)內(nèi)容及步驟

【教師】布置課前任務(wù)，和學(xué)生負(fù)責(zé)人取得聯(lián)系，讓其提醒同學(xué)通過(guò)APP或其他學(xué)習(xí)軟件，完成課

前任務(wù)

課前任務(wù)

請(qǐng)大家了解混合電動(dòng)汽車動(dòng)力耦合類型及關(guān)鍵技術(shù)。

【學(xué)生】完成課前任務(wù)

【教師】使用APP進(jìn)行簽到

考勤

【學(xué)生】班干部報(bào)請(qǐng)假人員及原因

【教師】提出以下問(wèn)題，隨機(jī)邀請(qǐng)學(xué)生進(jìn)行回答：

你認(rèn)為混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)是什么？

問(wèn)題導(dǎo)入

【學(xué)生】思考、舉手回答

【教師】總結(jié)學(xué)生的回答，講述“任務(wù)引入”的相關(guān)內(nèi)容

【教師】講解混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的耦合方式與關(guān)鍵技術(shù)

一、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的耦合方式

混合動(dòng)力電動(dòng)汽車是由發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)兩種動(dòng)力混合驅(qū)動(dòng)的汽車，這兩種動(dòng)力的混合一般是通

過(guò)動(dòng)力耦合器的耦合作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。動(dòng)力耦合的方式不僅決定了混合動(dòng)力電動(dòng)"氣車的驅(qū)動(dòng)模式，還是

傳授新知

制訂功率分配策略的重要依據(jù)，并對(duì)整車的動(dòng)力性、排放性及燃油經(jīng)濟(jì)性有很重要的影響.

動(dòng)力耦合方式主要有轉(zhuǎn)矩耦合、轉(zhuǎn)速耦合、功率耦合、牽引力耦合等。

【教師】請(qǐng)學(xué)生結(jié)合教材，討論混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的耦合方式，并隨機(jī)邀請(qǐng)學(xué)生回答

【學(xué)生】思考、討論、回答

【教師】結(jié)合學(xué)生回答,講解混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的鐳合方式

1.轉(zhuǎn)矩耦合

轉(zhuǎn)矩耦合是指R：力系統(tǒng)各動(dòng)力源的轉(zhuǎn)矩相互獨(dú)立，而輸出轉(zhuǎn)速互成比例，耦合后最終輸出的轉(zhuǎn)矩

是各動(dòng)力源的轉(zhuǎn)矩售加的動(dòng)力耦合方式.轉(zhuǎn)矩耦合可以通過(guò)齒輪耦合、電磁耦合、鏈或帶羯合等方式

實(shí)現(xiàn).典型齒輪耦合式動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖6-7所示.

電氣連接機(jī)械連接

圖6-7典型齒輪耦合式動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)矩耦合的合成轉(zhuǎn)矩為

訓(xùn)）

式中：

Ti——發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩；

T2—驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩；

T3—合成轉(zhuǎn)矩；

no----耦合效率；

ik—驅(qū)動(dòng)電機(jī)到發(fā)動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)比。

合成轉(zhuǎn)速為

式中：

m---發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；

n2—驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速；

n3—合賺也

【師生互動(dòng)】

【教師】組織學(xué)生討論轉(zhuǎn)矩耦合式動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其合成痔矩的影響因素，并邀請(qǐng)學(xué)生回答

【學(xué)生】討論、思考、回答

【教師】總結(jié)、點(diǎn)評(píng)學(xué)生回答，鼓勵(lì)回答較好的同學(xué)

2.轉(zhuǎn)速耦合

轉(zhuǎn)速耦合是指動(dòng)力系統(tǒng)各動(dòng)力源的轉(zhuǎn)速相互獨(dú)立，而轉(zhuǎn)矩互成比例，耦合后最終的轉(zhuǎn)速是各動(dòng)力

源轉(zhuǎn)速靜加的動(dòng)力耦合方式。

合成轉(zhuǎn)速為

%=P%+q〃2

式中：

ni——?jiǎng)恿υ?的轉(zhuǎn)速；

n2—?jiǎng)恿υ?的轉(zhuǎn)速；

n3——?jiǎng)恿υ?和動(dòng)力源2的合成轉(zhuǎn)速；

p.q——常系數(shù)，其數(shù)值由動(dòng)力耦合器的結(jié)構(gòu)決定。

轉(zhuǎn)速耦合可以通過(guò)行星齒輪耦合、差速器耦合等方式實(shí)現(xiàn)。典型行星齒輪耦合式動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

如圖6-8所示。

圖6-8典型行星齒輪耦合式動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

【師生互動(dòng)】

【教師】組織學(xué)生討論轉(zhuǎn)速耦合式動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其合成轉(zhuǎn)矩的影響因素，并邀清學(xué)生回答

【學(xué)生】討論、思考、回答

【教師】總結(jié)、點(diǎn)評(píng)學(xué)生回答，鼓勵(lì)回答較好的同學(xué)

3.功率耦合

功率耦合是指動(dòng)力系統(tǒng)同時(shí)采用轉(zhuǎn)矩耦合和轉(zhuǎn)速耦合的動(dòng)力耦合方式，其輸出的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速分別

是發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的線性和.

采用功率耦合式動(dòng)力系統(tǒng)的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車,其發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速都可以自由控制，不受行

駛工況的影響。功率耦合具備了轉(zhuǎn)矩耦合和轉(zhuǎn)速耦合的優(yōu)點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)多種工作模式，可以充分發(fā)揮混

合動(dòng)力電動(dòng)汽車芍能減排的優(yōu)勢(shì)。

4.牽引力耦合

牽引力耦合是指車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)前輪（或后輪），驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)后輪（或前輪），然后將兩個(gè)

動(dòng)力源的輸出動(dòng)力耦合在一起的動(dòng)力耦合方式。牽引力耦合方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，改裝方便，但整車的驅(qū)動(dòng)

控制復(fù)雜，適合于四輪驅(qū)動(dòng)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車上。

【分組討論】

【教師】將學(xué)生分為4組，分別討論混合式動(dòng)力電動(dòng)汽車的動(dòng)力隅合方式的特點(diǎn)以及應(yīng)用歷合，

并隨機(jī)邀請(qǐng)學(xué)生起立回答

【學(xué)生】思考、討論、回答

【教師】總結(jié)、點(diǎn)評(píng)學(xué)生的回答，鼓勵(lì)回答較好的同學(xué)

二、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的關(guān)穗技術(shù)

混合動(dòng)力電動(dòng)汽車以先進(jìn)的控制技術(shù)為紐帶，是由傳統(tǒng)燃油汽車到純電動(dòng)汽車的一種過(guò)渡性車型，

其關(guān)鍵技術(shù)涵蓋機(jī)電工程、電力電子、電化學(xué)、控制工程、汽車電子和車輛工程等多門學(xué)科。目前，

混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制技術(shù)、動(dòng)力蓄電池技術(shù)、能量管理策略、動(dòng)力傳

動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)匹配、制動(dòng)能量回收技術(shù)、先進(jìn)車輛控制技術(shù)等。

【教師】請(qǐng)學(xué)生結(jié)合教材，討論混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)，并隨機(jī)邀請(qǐng)學(xué)生回答

【學(xué)生】思考、討論、回答

【教師】結(jié)合學(xué)生回答,講解混合動(dòng)力電動(dòng);氣車的關(guān)耀技術(shù)

1.驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制技術(shù)

對(duì)于混管動(dòng)力電動(dòng)］氣車來(lái)說(shuō)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的重要性與發(fā)動(dòng)機(jī)是等同的?；旌蟿?dòng)力電動(dòng)汽車對(duì)驅(qū)動(dòng)電

機(jī)的要求是能量密度高、體積小、質(zhì)量輕、效率高。

驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制技術(shù)涉及大功率電子器件、變換器、微處理器等相關(guān)技術(shù)，以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制策

略等。目前，高性能的電子器件仍處于研究中，正朝著集成了微電子技術(shù)與電力電子技術(shù)的第四代功

率集成電路方向發(fā)展。變換器所采用的能量變換技術(shù)遁著大功率電子器件的發(fā)展而發(fā)展包括了DC/DC

機(jī)，由動(dòng)力蓄電池為驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電，驅(qū)動(dòng)車輛行駛。

恒溫器策略的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)效率高、排放低；缺點(diǎn)是能量轉(zhuǎn)換效率較(氐，且頻繁充放電會(huì)縮短動(dòng)

力蓄電池的使用壽命.

(2)功率跟蹤式策略.

功率跟蹤式策略是使發(fā)動(dòng)機(jī)全程跟蹤車輛功率需求來(lái)運(yùn)行的一種能量管理策略：只有當(dāng)動(dòng)力蓄電

池的SOC高于設(shè)定的上限值，且滿足車輛需求的功率僅由動(dòng)力蓄電池提供時(shí)，才關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)或使其怠

速運(yùn)行。

功率跟蹤式策略的優(yōu)點(diǎn)是能量轉(zhuǎn)換效率高，缺點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)的效率和排放性能不如恒溫器策略。

(3)基本規(guī)則式策略.

基本規(guī)則式策略的基本思路是：根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性圖將發(fā)動(dòng)機(jī)的工作區(qū)域劃分成高、中、低三

個(gè)負(fù)荷區(qū)，結(jié)合加速踏板的開度和開度變化率，判斷當(dāng)前需求功率對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)工作區(qū)域，從而進(jìn)行

相應(yīng)的控制。如果需求功率處于發(fā)動(dòng)機(jī)的高負(fù)荷區(qū)則將發(fā)動(dòng)機(jī)控制在高效率工作狀態(tài)，不足的動(dòng)力

由驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供；如果需求功率處于中負(fù)荷區(qū)，則動(dòng)力由發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)提供；如果需求功率處于1氐負(fù)荷

區(qū)，則車輛將進(jìn)入純電驅(qū)動(dòng)模式或行車充電模式.

基本規(guī)則式策略綜合了恒溫器策略和功率跟蹤式策略的優(yōu)點(diǎn)，可以充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)和動(dòng)力蓄電池

的高效率工作區(qū)，從而提升了整車的能量利用效率。

【分組討論】

【教師】將學(xué)生分為3組，分別討論串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的三種基本能量管理策略的特點(diǎn)以

及應(yīng)用場(chǎng)合，并隨機(jī)邀請(qǐng)學(xué)生起立回答

【學(xué)生】討論、思考、回答

【教師】總結(jié)、點(diǎn)評(píng)學(xué)生的回答，鼓勵(lì)回答較好的同學(xué)

2)并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的能量管理策略

并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的能量管理策略基本屬于基于轉(zhuǎn)矩的控制策略，主要有靜態(tài)邏輯門限策

略、瞬時(shí)優(yōu)化能量管理策略、全局最優(yōu)能量管理策略和模糊能量管理策略等。

(1)靜態(tài)邏輯門限策略。

靜態(tài)邏輯門限策略主要通過(guò)對(duì)邏輯門限值(如車速、動(dòng)力蓄電池SOC上下限等)的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)對(duì)

發(fā)動(dòng)機(jī)工作區(qū)間的實(shí)時(shí)限制，從而提高車輛的整體性能。靜態(tài)邏輯門限策略實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但由于主要依

靠工程經(jīng)驗(yàn)設(shè)置邏輯門限參數(shù),因此無(wú)法保證車輛燃油經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)，而且這些靜態(tài)參數(shù)不能適應(yīng)工況

的動(dòng)態(tài)變化，無(wú)法使整車能量利用效率達(dá)到最大。

(2)瞬時(shí)優(yōu)化能量管理策略。

瞬時(shí)優(yōu)化能量管理策略是通過(guò)對(duì)不同節(jié)點(diǎn)的車輛排放和油耗水平進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以確定最佳的工

作方式和工作參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)優(yōu)化控制的。

(3)全局最優(yōu)能量管理策略。

全局最優(yōu)能量管理策略是通過(guò)對(duì)控制理論和控制方法進(jìn)行合理且有效的調(diào)整，最終實(shí)現(xiàn)有效控制

整車耳瞅和油耗的目標(biāo)。

全局最優(yōu)能量管理策略實(shí)現(xiàn)了真正意義上的最優(yōu)化，但該策略實(shí)際上并不具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。這

是因?yàn)樵谀壳暗娜肿顑?yōu)能量控制策略中，車輛的行程必須是已知的，而實(shí)際上車輛的行程往往是無(wú)

法預(yù)知的。因此，該策略只是一種理論上的設(shè)計(jì)方法。

(4)模制能量管理策略。

模糊能量管理策略是基于模糊控制方法來(lái)確定混合動(dòng)力系統(tǒng)的工作模式和功率分配方式的：將“專

家”的知識(shí)以規(guī)則的形式輸入到模糊控制器中，模糊控制器將輸入量(如車速、動(dòng)力蓄電池SOC上下

限等)模糊化，然后基于設(shè)定的控制規(guī)則來(lái)完成決受，以實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)的合理控制，從而提高車輛

的整體性能.

模糊能量管理策略可以實(shí)現(xiàn)不同影響因素的折中處理，魯棒性好，但由干模糊控制器的建立主要

依靠經(jīng)驗(yàn)，因此無(wú)法獲得全局最優(yōu)的能量管理效果。

【分組討論】

【教師】將學(xué)生分為4組，分別討論并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的四種基本能量管理策略的特點(diǎn)以

及應(yīng)用場(chǎng)合，并隨機(jī)邀請(qǐng)學(xué)生起立回答

【學(xué)生】討論、思考、回答

【教師】總結(jié)、點(diǎn)評(píng)學(xué)生的回答，鼓勵(lì)回答較好的同學(xué)

3)混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的能量管理策略

混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車由于采用了特有的行星齒輪機(jī)構(gòu)，因此除了采用以上常用的能量管理策

略外，還采用了一些特有的能量管理策略，如發(fā)動(dòng)機(jī)恒定工作點(diǎn)策略和發(fā)動(dòng)機(jī)最優(yōu)工作曲線策略。

(1)發(fā)動(dòng)機(jī)恒定工作點(diǎn)策略。

由于采用了行星齒輪機(jī)構(gòu)，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以獨(dú)立于車速而變化，這樣可使發(fā)動(dòng)機(jī)在最佳工作點(diǎn)

進(jìn)行工作，以提供恒定的轉(zhuǎn)矩，而剩余的轉(zhuǎn)矩則由驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供。驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)責(zé)動(dòng)態(tài)部分，避免了發(fā)

動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)帶來(lái)的損失，而且與發(fā)動(dòng)機(jī)相比，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制更靈敏，更易于實(shí)現(xiàn)。

(2)發(fā)動(dòng)機(jī)最優(yōu)工作曲線策略。

發(fā)動(dòng)機(jī)工作在萬(wàn)有特性曲線中最佳油耗線上，只有當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出的電流超出動(dòng)力蓄電池的接收能

力或用于動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的電流超出驅(qū)動(dòng)電機(jī)或動(dòng)力蓄電池的使用上限時(shí)，才調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)。

【分組討論】

【教師】將學(xué)生分為2組，分別討論混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的兩種基本能呈管理策略的特點(diǎn)以

及應(yīng)用場(chǎng)合，并隨機(jī)邀請(qǐng)學(xué)生起立回答

【學(xué)生】討論、思考、回答

【教師】總結(jié)、點(diǎn)評(píng)學(xué)生的回答，鼓勵(lì)回答較好的同學(xué)

4.動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)匹配

動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)匹配是設(shè)計(jì)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的一項(xiàng)重要內(nèi)容，它直接影響混合動(dòng)力電動(dòng)汽車

的排放性和燃油經(jīng)濟(jì)性。動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)匹配包括合理地選擇和匹配發(fā)動(dòng)機(jī)功率、動(dòng)力蓄電池容量

及驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率等內(nèi)容，車輛以此來(lái)確定驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的混合程度，從而提升驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的整體性能。

5.制動(dòng)能量回收技術(shù)

混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的制動(dòng)能量回收系統(tǒng)主要由驅(qū)動(dòng)輪、主減速器、變速器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、AC/DC變

換器、DC/DC變換器、動(dòng)力蓄電池及其管理系統(tǒng)等組成，如圖6-9所示。

車輛在制動(dòng)或滑行過(guò)程中，可根據(jù)駕駛員的制動(dòng)意圖，由控制器計(jì)算出車輛需要的總制動(dòng)力，再

根據(jù)制動(dòng)力分配控制策略得到驅(qū)動(dòng)電機(jī)圓是供的制動(dòng)力矩。

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)性的重要手段之一。在車輛行駛過(guò)程中，其行車

安全與制動(dòng)性能息息相關(guān)。因此，如何在最大限度回收車輛的制動(dòng)能量與保證制動(dòng)距離的安全和車輛

的行駛穩(wěn)定性之間取得平衡，是制動(dòng)能量回收技術(shù)需要解決的難題之一。

6、先進(jìn)車輛控制技術(shù)

傳統(tǒng)的動(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)能量回收系統(tǒng)的結(jié)合，是混合動(dòng)力電動(dòng)汽車

控制技術(shù)的一個(gè)研究熱點(diǎn).另外，隨著混合動(dòng)力電動(dòng);氣車研究的深入，傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)、車輛穩(wěn)

定性控制系統(tǒng)等與混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的能量管理及動(dòng)力控制系統(tǒng)相結(jié)合，日益顯示出其重要性與必要

性.傳統(tǒng)的電氣控制技術(shù)與現(xiàn)代新能源;氣車控制技大的融匯集成,將使混合動(dòng)力電動(dòng)汽車更加節(jié)能、

舒適和安全。

【師生互動(dòng)】

【教師】組織學(xué)生閱讀“大遒至簡(jiǎn)”的相關(guān)材料(