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毕业设计（论文） 题 目 中度混合动力电动汽 车动力传动系统匹配设计 学 院 车辆工程（汽车工程） 专 业 车辆工程（汽车工程） 学 生 学 号 指导教师 目 录 目 录 . 2 摘 要 . I ABSTRACT . II 第 1 章 绪论 . 1 1.1 开展中度混合动力汽车研究的背景及意义 . 1 1.2 混合动力汽车的结构和工作原理 . 2 1.2.1 混合动力汽车的结构 . 2 1.2.2 混合动力汽车的工作原理 . 3 1.3 混合动力汽车国内外发展现状 . 4 1.3.1 中度混合动力汽车国外发展现状 . 4 1.3.2 混合动力汽车国内发展现状 . 5 1.3.3 混合动力汽车发展前景 . 7 1.4 本论文主要研究内容 . 8 第 2 章 中度混合动力汽车动力传动系统匹配设计 . 9 2.1 混合动力汽车的传动系布置方案分类和选择 . 9 2.2 中度混合动力汽车整车参数及性能指标确定 . 12 2.3 中度混合动力汽车发动机选型 . 12 2.3.1 发动机形式的选择 . 12 2.3.2 发动机主要性能指标的选择 . 13 2.4 传动系传动速比设计 . 14 2.5 中度混合动力汽车电动机选型 . 15 2.5.1 混合动力汽车电动机类型的确定 . 16 2.5.2 启动功率及转矩的确定 . 16 2.5.3 电机额定功率 . 17 2.6 中度混合动力汽车电池选型 . 18 2.6.1 电池组数的确定 . 18 2.6.2 电池容量的确定 . 19 2.7 本章小结 . 19 第 3 章 基于 ADVISOR 的中度混合动力汽车仿真建模 . 21 3.1 ADVISOR 软件介绍 . 21 3.1.1 ADVISOR 简介 . 21 3.1.2 ADVISOR 使用方法 . 22 3.2 整车建模 . 25 3.2.1 发动机模块 . 25 3.2.2 电机模块 . 26 3.2.3 储能元件电池模块 . 27 3.2.4 自动变速器控制模块 . 28 3.3 本章小结 . 29 第 4 章 基于 ADVISOR 的中度混合动力汽车仿真分析 . 30 4.1 整车参数的输入 . 30 4.2 循环工况仿真 . 30 4.2.1 1015 循环工况下的动力性经济性仿真 . 30 4.2.2 ECE- EUDC 循环工况下的动力性经济性仿真 . 37 4.2.3 NEDC 循环工况下的动力性经济性仿真 . 43 4.2.4 UDDS 循环工况下的动力性经济性仿真 . 49 4.3 本章小结 . 54 第 5 章 全文总结 . 55 致谢 . 56 参考文献 . 57 车辆工程专业毕业设计（论文） I 摘 要 本文主要介绍了混合动力汽车的概念，和在国内外的发展状况，串联式、并联式、 混联式混合动力汽车的结构特点和驱动模式，并对其结构特性进行分析，为了对混合 动力汽车结构特性研究分析，本文以某款中度混合动力汽车为模型。 首先，分析了中度混合动力汽车主要工作模式，确定了传动系的布局形式。在分 析了无级自动变速系统调速特性的基础上，根据原车性能指标确定变速器的结构设计 参数。并对传动系统进行匹配设计（选型） ，主要对原车型的发动机、主减速比、电动 机、电池的类型和特点进行介绍，并根据每个部件的优缺点和根据计算得到的主要性 能参数对该部件做出选择。选型完成后，还要运用 ADVISOR 建立整车仿真模型，详 细分析了各模块的组成及控制思想，为具体控制策略的制定和仿真分析奠定基础。 最后，对中度混合动力汽车进行了整车性能仿真分析，通过软件对整车动力性、 经济性和循环工况进行仿真分析，得出结果。 关键词：中度混合动力，传动系统，匹配设计，仿真 全套图纸，加 153893706 中度混合动力电动汽车动力传动系统匹配设计 II 中度混合动力电动汽车动力传动系统匹配设计 II ABSTRACT This paper mainly introduces the concept of Mixed power vehicle，and its development in the domestic and international . Series, in parallel, the mixed up in the structure and drive mode of Mixed power vehicle. And its structural features analysis , in order to study structural characteristics of Mixed power vehicle. This paper to a particular medium hybrid vehicle for model. First of all, the operation mode of medium hybrid vehicle was analyzed. Then the layout of the power train was designed. Based on analyzing the characteristics of CVT and in considering of the performance target of the original vehicle, configuration parameters of the transmission were designed. And do matching design (selection) for the transmission system. Mainly introduces Types and characteristics of the vehicle engine, the slowdown, motor, battery. And according to the advantages and disadvantages of each component and the main performance is calculated for parameters on the components to make a choice. After selection finished, Control methods of each part were determined based on the vehicle control strategy. The vehicle simulation model of mild HEV was developed using Matlab/Simulink The detail of each component model and control idea was described in each simulation model. This simulation model is the base for setting up detail control methods and carrying out simulating analysis of the vehicle. Finally, the moderate hybrid vehicles simulation analysis of vehicle performance, simulation and analysis software, vehicle power, economy and circulatory conditions, and the outcome. Keywords: medium hybrid, ransmission system, Matching design, Simulation 车辆工程专业毕业设计（论文） 1 第 1 章 绪论 1.1 开展中度混合动力汽车研究的背景及意义 当前普遍使用的燃油发动机汽车存在种种弊病,统计表明在占 80%以上的道路条件 下，一辆普通轿车仅利用了其动力潜能的 40%，在市区还会跌至 25%，更严重的是排 放废气污染环境。20 世纪 90 年代以来，随着全球汽车工业的发展，汽车的产量、销售 量和保有量在逐年增加，因此对石油资源的需求，对生态环境的影响也越来越大。世 界各国对改善环保的呼声日益高涨，各国制定了一系列十分严格的排放法规，要求生 产厂家设法减少汽车排放，开发无污染和超低污染汽车，各种各样的电动汽车也脱颖 而出。虽然人们普遍认为未来是电动汽车的天下，但是目前的技术问题阻碍了电动汽 车的应用。由于电池的能量密度与汽油相比差上百倍，远未达到人们所要求的数值。 专家估计在未来一段时间内电动汽车还无法取代燃油发动机汽车。为此想出了一个两 全其美的办法，开发了一种混合动力汽车装置 HEV(Hybrid- electric Vehicle)。所谓混合 动力装置就是将电动机与辅助动力单元组合在一辆汽车上做驱动力，辅助动力单元实 际上是一台小型燃料发动机或动力发电机组。这样既利用了发动机持续工作时间长， 动力性好的优点，又可以发挥电动机无污染、低噪声的好处。 混合动力汽车（Hybrid Electrical Vehicle，简称 HEV)是指同时装备两种动力来源 热动力源（由传统的汽油机或者柴油机产生）与电动力源（电池与电动机）的汽 车。通过在混合动力汽车上使用电机，使得动力系统可以按照整车的实际运行工况要 求灵活调控，而发动机保持在综合性能最佳的区域内工作，从而降低油耗与排放。 混合动力汽车具有以下优点： 1）采用复合动力后可按平均需用的功率来确定内燃机的最大功率，此时处于油耗 低、污染少的最优工况下工作。需要大功率内燃机功率不足时，由电池来补充；负荷 少时，富余的功率可发电给电池充电，由于内燃机可持续工作，电池又可以不断得到 充电，故其行程和普通汽车一样。 2）因为有了电池，可以十分方便地回收制动时、下坡时、怠速时的能量。 3）在繁华市区，可关停内燃机，由电池单独驱动，实现零排放。 4）有了内燃机可以十分方便地解决耗能大的空调、取暖、除霜等纯电动汽车遇到 的难题。 中度混合动力电动汽车动力传动系统匹配设计 2 电动汽车己有三种驱动类型：以高效能蓄电池驱动的电动汽车(EV)、以燃料电池 为动力源电动汽车(FEV)和以燃油发动机与电动机混合驱动的混合动力电动汽车 (HEV)。 电动汽车的研究是从单独依靠蓄电池供电的纯电动汽车开始的，纯电动汽车或 零排放新燃料汽车无疑是我们的最终目标，但目前纯电动汽车初始成本高，行驶里程 较短。由于高效能蓄电池、燃料电池及其系统的发展相对滞后，混合动力汽车正是在 纯电动汽车开发过程中为有利于市场化而产生的一种新的车型。它将现有内燃机与一 定容量的储能器件(主要是高性能电池或超级电容器)通过先进控制系统相组合， 可以大 幅度降低油耗，减少污染物排放。国内外普遍认为它是投资少、选择余地大、易于满 足未来排放标准和节能目标、市场接受度高的主流清洁车型，从而引起各大汽车公司 的关注，得到商业市场的响应并迅速发展，这其中以丰田的 Prius 和本田的 Insight 为 代表。电力辅助型混合动力汽车采用并联式结构。电池组容量相对较小(2- 6kW/h)，由 发动机提供匀速行驶时的平均功率需求，当加速或爬坡需要较大功率时，由电池和电 动机组成的电力辅助部分补充输出驱动功率。混合动力汽车动力性能、燃料经济性以 及废气排放效果的好坏，在很大程度上取决于车辆驱动系统参数的合理匹配以及车辆 行驶过程中对各部件的协调控制。传统燃油汽车的发动机使用情况多数是偏离其最佳 工作区域，未能实现动力传动系统的最佳匹配。因此，通过合理匹配混合动力汽车的 驱动系统，制定适合于车辆行驶工况的控制策略，对于提高汽车行驶效率，降低燃油 消耗和尾气排放具有较大的潜力，是一个值得研究的课题。对于汽车的动力性能和燃 料经济性水平，通常是在进行实车道路试验之后给予最后评价。这样做不但周期长， 成本高，而且在产品设计阶段对整车及各总成方案的确定、结构参数的选择、传动系 参数与发动机的匹配等具有一定的盲目性，可能遗漏较优的方案，造成浪费。如果在 设计阶段，根据有关设计参数和驱动系统控制策略，利用计算机仿真模拟对汽车动力 性和燃料经济性进行预测，可以考察驱动系统参数是如何影响汽车动力性和燃油经济 性，并对其进行优化设计。此外，按预定的程序模拟各种行驶工况，包括瞬变的非稳 定工况，能全面地预测汽车齐多种工况下的动力性能和燃油经济性。 1.2 混合动力汽车的结构和工作原理 1.2.1 混合动力汽车的结构 汽油- 电动混合动力车主要包含以下部件： 1)汽油机混合动力车上的汽油机与大多数汽车上的汽油机非常类似。不过， 混和动力汽车上的发动机体积较小，使用先进技术来减少排放，提高效率。 车辆工程专业毕业设计（论文） 3 2)油 箱混合动力车上的油箱是汽油机的能量存储设备。汽油的能量密度比 电池要高得多。例如，约 454 公斤的电池所存储的能量只与约 4.5 升（3 公斤）的汽油 相当。 3)电动机混合动力车上的电动机非常复杂。先进的电子元件使其既能作为电 动机，也能作为发电机。例如，如果需要，它可以从电池中吸取能量，加快车速。但 如果作为发电机，它又能使车辆减速，将能量返回给电池。 4) 发电机发电机类似于电动机，但它仅仅产生电能。它主要用在串联混和动 力上。 5)电 池混合动力车中的电池是电动机的能量存储设备。与油箱中的汽油不 同，汽油只能驱动汽油机，而混和动力汽车上的电动机可以将能量输送到电池，也可 以从电池中吸取能量。 6)变速器混合动力车上的变速器的基本功能与传统汽车上的一样。一些混和 动力车(如本田 Insight)使用常规变速器。也有一些混合动力车（如丰田普锐斯）使用的 变速器则完全不同。 1.2.2 混合动力汽车的工作原理 混合动力电动汽车的动力系统主要由控制系统、驱动系统、辅助动力系统和电池 组等部分构成。在车辆行驶之初，蓄电池处于电量饱满状态，其能量输出可以满足车 辆要求，辅助动力系统不需要工作。电池电量低于 60时，辅助动力系统起动：当车 辆能量需求较大时，辅助动力系统与蓄电池组同时为驱动系统提供能量；当车辆能量 需求较小时，辅助动力系统为驱动系统提供能量的同时，还给蓄电池组进行充电。由 于蓄电池组的存在，使发动机工作在一个相对稳定的工况，使其排放得到改善。 混合动力汽车采用能够满足汽车巡航需要的较小发动机，依靠电动机或其它辅助 装置提供加速与爬坡所需的附加动力。其结果是提高了总体效率，同时并未牺牲性能。 混合动力车设计成可回收制动能量。在传统汽车中，当司机踩制动时，这种本可用来 给汽车加速的能量作为热量被白白扔掉了。而混合动力车却能大部分回收这些能量， 并将其暂时贮存起来供加速时再用。当司机想要有最大的加速度时，汽油发动机和电 动机并联工作，提供可与强大的汽油发动机相当的起步性能。在对加速性要求不太高 的场合，混合动力车可以单靠电机行驶，或者单靠汽油发动机行驶，或者二者结合以 取得最大的效率。比如在公路上巡航时使用汽油发动机。而在低速行驶时，可以单靠 电机拖动，不用汽油发动机辅助。即使在发动机关闭时电动转向助力系统仍可保持操 纵功能，提供比传统液压系统更大的效率。 中度混合动力电动汽车动力传动系统匹配设计 4 1.3 混合动力汽车国内外发展现状 1.3.1 中度混合动力汽车国外发展现状 当前，全球汽车工业正面临着金融危机和能源环境问题的巨大挑战。发展新能源 汽车，实现汽车动力系统的新能源化，推动传统汽车产业的战略转型，在国际上已经 形成广泛共识。在这种形势下，美国、日本、欧洲等发达国家和地区，不约而同地将 新能源为代表的低碳产业作为国家战略选择，都希望通过新能源产业与传统汽车产业 的结合，破解汽车工业能源环境制约，培育新型战略性产业，提升产业核心竞争力， 发展低碳经济，实现新一轮经济增长。在太阳能、电能等替代能源真正进入实用阶段 之前，混合动力汽车因其低油耗、低排放的优势越来越受到人们的关注。 近年来，美、日、德等汽车工业强国先后发布了关于推动包括混合动力汽车在内的新 能源汽车产业发展的国家计划。 美国奥巴马政府实施绿色新政， 计划到 2015 年普及 100 万辆插电式混合动力电动汽车（PHEV） 。日本把发展新能源汽车作为“低碳革命”的核 心内容，并计划到 2020 年普及包括混合动力汽车在内的“下一代汽车”达到 1350 万辆, 为完成这一目标,日本到 2020 年计划开发出至少 38 款混合动力车、17 款纯电动汽车。 德国政府在08年11月提出未来10年普及100万辆插电式混合动力汽车和纯电动汽车， 并宣称该计划的实施，标志德国将进入新能源汽车时代。 从 1995 年起，包括日本丰田与美国三大汽车公司在内的世界各大汽车生产厂商陆 续投入混合动力汽车的研究开发。经过多年发展，混合动力汽车在商用化、产业化进 程上的发展已经较为迅速。特别是 2004 年全球各大汽车制造商继续加大环保车型的开 发力度，混合动力车型成为各大公司的战略重点，逐渐突破了小型车的限制越来越多 的应用在中大型车上，技术竞争愈演愈烈。2009 年世界汽车市场混合动力汽车销量估 计已经超过 70 万辆，据预测，2015 年将在世界汽车市场占 15%，2020 年占 25%。 1) 美国混合动力汽车市场发展现状 政府的发展规划 1973 年 OPEC 组织对西方国家石油禁运给美国政府敲响了警钟。 但是直到 90 年代初电动车的研究在美国才真正开始。1990 年 10 月布什总统签署清洁 空气法严格规定了汽车排放的标准，同月加州政府也有了新的规定，即要求汽车制造 商在加州销售的车辆中 2%必须是零排放车辆， 而当时只有纯电动汽车才可能达到零排 放车辆的要求。2002 年 1 月 9 日，美国能源部宣布成立一个新的汽车研究项目，叫自 由车项目，长期目标是实现高效、价廉、无污染，研究先进、高效的燃料电池技术。 2009 年 6 月 23 日，福特、日产北美公司和 Tesla 汽车公司获得 80 亿美元的贷款，主 要用于混合动力和纯电动汽车的生产。 2009 年 8 月美国总统奥巴马宣布安排 24 亿美元 车辆工程专业毕业设计（论文） 5 支持 PHEV 的研发与产业化，其中 20 亿美元用来支持先进动力电池的研发和产业化。 2) 日本混合动力汽车市场发展现状 政府的发展规划早在 1992 年，日本政府宣布将允许市场投放 20 万辆电动车的计 划，但是没有实现；2001 年 7 月，日本开展了“低公害车开发普及行动”，将 EV/HEV 列为重点开发的低公害汽车之列，并制定了专门的政策，以促进 EV/HEV 的普及应用； 2002 年 2 月，日本中央环境审议会大气环境领域的一个专门委员会提出了一份有关尾 气排放标准的咨询提案；2009 年 4 月 1 日实施新的“绿色税制”，对包括混合动力车、 纯电动汽车等低排放且燃油消耗量低的车辆给予税赋优惠，一年的减税规模约为 26 亿 美元，是现行优惠办法减税额的 10 倍。为刺激消费拉动内需，日本 2010 年推出旧车 换购新车及购买环保车补助金政策，及换购环保车减免税政策，混合动力汽车销售旺 盛，5 月份新车销量中，混合动力汽车共销售 21601 辆，约占 12%，首次超过汽车总 销量 1 成。 2009 年 49 月， 混合动力汽车销量占汽车销售总量 8.9%。 其中， 丰田 Prius 共销售 11 万 6298 辆，并连续 4 个月位居新车销售排行榜榜首。日本政府 2010 年提出 “谁控制了电池，谁就控制了电动汽车”，并组织实施国家专项计划，在 2011 年已经投 入 5 亿美元用于先进动力电池技术研究。 3) 其他国混合动力汽车市场发展现状 在欧洲，各大汽车厂商争先恐后的推出了本公司研制的混合动力汽车。最近欧洲 六大汽车公司联合就混合动力汽车技术进行了研讨和综合评述，认为其技术成果有望 使混合动力汽车的成本接近于传统汽车，使用户买得起，生产厂商也有利可图。专家 普遍评价：混合动力汽车是 21 世纪初汽车产业界的一场革命，只有混合动力汽车才能 满足世纪之初对汽车的环保与节能要求。德国政府在 2008 年 11 月提出未来 10 年普及 100 万辆插电式混合动力汽车和纯电动汽车， 并宣称该计划的实施， 标志德国将进入新 能源汽车时代。从 2010 年起启动了一项 4.2 亿欧元的车用锂电池开发计划，几乎所有 德国汽车和能源巨头均携资加入。国家的大量投入，充分调动了企业的积极性，目前 国际主要汽车制造商不断加强与电池企业的合作，以动力电池突破为核心目标的强强 联合与产业联盟不断涌现，动力电池技术研发和产业化进程明显加快。法国对购买低 排放汽车的消费者给予最高 5000 欧元的奖励，对高排放汽车进行最高 2600 欧元的惩 罚。此外，欧盟在 2009 年上半年发放 70 亿欧元贷款，支持汽车制造商发展新能源汽 车。 1.3.2 混合动力汽车国内发展现状 形成了具有完全自主知识产权的动力系统技术平台，建立了混合动力汽车技术开 中度混合动力电动汽车动力传动系统匹配设计 6 发体系混合动力汽车的核心是电池（包括电池管理系统）技术。除此之外，还包括发 动机技术、电机控制技术、整车控制技术等，发动机和电机之间动力的转换和衔接也 是重点。从目前情况来看，我国已经建立起了混合动力汽车动力系统技术平台和产学 研合作研发体系，取得了一系列突破性成果，为整车开发奠定了坚实的基础。截止到 2009 年 1 月 31 日， 在混合动力车辆技术领域， 我国知识产权局受理并公开的中国专利 申请为 1116 件。在 1116 件专利申请中，发明为 782 件（授权为 107 件） 、实用新型为 334 件。 掌握了关键零部件核心技术，自主开发出系列化产品，关键零部件产业化全面跟 进在混合动力汽车的核心电池技术研发方面，我国已自主研制出容量为 6Ah- 100Ah 的镍氢和锂离子动力电池系列产品，能量密度和功率密度接近国际水平，同时突破了 安全技术瓶颈，在世界上首次规模应用于城市公交大客车；自主开发的 200kW 以下永 磁无刷电机、交流异步电机和开关磁阻电机，电机重量比功率超过 1300w/kg，电机系 统最高效率达到 93；自主开发的燃料电池发动机技术先进，效率超过 50%，成为世 界上少数几个掌握车用百千瓦级燃料电池发动机研发、制造以及测试技术的国家之一。 与此同时，混合动力汽车关键零部件的产业化全面跟进，生产配套能力显著增强。近 来，力神、比亚迪、比克、万向等动力电池企业投入数十亿资金加快产业化建设，上 海电驱动、大郡、湘潭电机、南车时代等电机企业加强与上下游企业合作，积极完善 产业链建设。在未来 2- 3 年内，预计将形成 20 亿 Ah 以上的动力电池和全系列驱动电 机生产能力，能够满足 100 万辆混合动力及电动汽车的配套要求。 掌握了电动汽车整车开发关键技术，形成了各类电动汽车的开发能力我国混合动 力汽车在系统集成、可靠性、节油性能等方面进步显著，不同技术方案可实现节油 10%- 40%。同时，各汽车企业对混合动力汽车的研发和产业化投入显著增强，产业化 步伐不断加快。目前，国内汽车企业已将混合动力汽车作为未来主流竞争型产品在战 略上高度重视，一汽、东风、上汽、长安、奇瑞、比亚迪等都已投入了大量的人力、 物力，混合动力车型已完成样车开发，并有部分车型已经实现小批量上市。 一汽集团从 1999 年开始进行新能源汽车的理论研究和研制工作，并开发了红旗混 合动力轿车性能样本。“十五”期间，一汽集团承担了国家“863”计划重大专项中“红旗牌 串联方式混合动力轿车研究开发”任务，正式开始了新能源汽车的研发工作。从 2006 年开始，一汽在奔腾 B70 的基础上，进行混合动力化的技术研究，将原来的纵置发动 机总成改成横置发动机总成，采用了横置发动机及双电机混联技术。同时，一汽还抓 紧了对发动机、机电一体化变速器、整车控制网络、整车控制系统的研发，目前一汽 混合动力轿车已经取得了 42的节油效果，达到了国际先进水平。 车辆工程专业毕业设计（论文） 7 上汽集团在新能源汽车的研发上，上汽明确了以混合动力为重点，燃料电池为方 向，同时加快替代产品的研发。混合动力汽车、燃料电池汽车、代用燃料汽车成为上 汽集团新能源战略的三大重点。2010 年上汽荣威 750 中混混合动力轿车将投放市场， 在上海世博会期间上汽将投放 150 辆混合动力汽车在世博越江专线上运行。2012 年， 荣威 550 插电式强混轿车将上市，目前该车的动力系统前期开发已经启动，并且进展 顺利。 东风集团从“十五”计划开始，东风公司每年投资上亿元研发电动汽车，再加上国 家以及省市政府投资，共达 6 个多亿，目前东风在纯电动、混合动力、燃料电池等各 种电动汽车的研发方面都独立掌握了核心技术，不依赖于任何外力，实现自主知识产 权。目前，东风汽车公司已完成新车型外观设计、关键零部件的设计生产、轿车总成 等各方面工作，将在年内正式上市混合动力轿车。 中国长安在“十一五”期间，长安加大了对清洁能源汽车的投入，开展了多元化能 源技术的探索性研究。通过在节能环保车型上不断推陈出新、引领行业的技术升级， 充分利用和调动全球资源，长安在中度油电混合动力汽车、强度油电混合动力轿车等 技术领域均有探索。 长安首款混合动力轿车长安杰勋 HEV 已于 2009 年 6 月成功上市； 首批 20 辆长安志翔混合动力出租车今年 1 月正式在重庆投入投入运行。 奇瑞汽车从 2003 年开始到 2008 年，奇瑞主要进行混合与中度混合动力轿车以及 节能环保系统的开发，并实现产业化；奇瑞已经在芜湖的出租车上进行了试用，油耗 将降低 10%到 30%，达到欧排放标准。从 2004 年开始，奇瑞主要进行强混合动力轿 车的开发，并实现产业化。奇瑞混合动力轿车油耗目标达到 100 公里 3 升，排放达到 欧美法规。 1.3.3 混合动力汽车发展前景 混合动力汽车废气排放量低，“低碳经济”的发展规律。符合面对全球气候变化， 急需世界各国协同减低或控制二氧化碳排放，“低碳经济”在这种形势下应运而生。所 谓“低碳经济”是指在可持续发展理念指导下，通过技术创新，制度创新，产业转型， 新能源开发等多种手段，尽可能地减少煤炭，石油等高碳能源消耗，减少温室气体排 放，达到经济社会发展与生态环境保护双赢的一种经济发展形态。低碳经济是以低能 耗，低污低排放为基础的经济模式.据资料染显示，混合动力汽车的混合动力装置发挥 发动机持续工作时间长，动力性好的优点，又可以充分利用电动机无污染，低噪声的 好处，“并肩战斗”取长补短，使汽车的热效率提高 10%以上，废气排放改善 30%以上， 大大降低污染，“低碳经济”符合低污染发展规律。 中度混合动力电动汽车动力传动系统匹配设计 8 在能源短缺的大环境下，混合动力汽车的发展符合社会发展的趋势。能源危机问 题已经是世界范围内的共性问题。尽管混合动力并不是汽车替代能源措施的最终解决 方案，但在最终解决方案未定论前，它的出现让人们为之欣喜，并已确确实实在节能 技术上是现有所作为。混合动力技术的问世，阶段解决能源问题的有效措施，符合社 会节能环保的发展趋势。 混合动力汽车的市场推广需要政府的主导。在欧美一些国家以及日本等国，个人 购买节能环保型车辆，政府都有一定程度的资金补贴，使得混合动力汽车的购车价与 普通的燃油车车价接近。政策的鼓励对混合动力车的市场推进有着推波助澜的作用。 在我国，对节能环保车辆也有一定的政策鼓励，如 2009 年 2 月 7 日下发的节能与新 能源汽车示范推广财政补助资金管理暂行办法 ，在公共服务用乘用车和轻型商用车方 面，节油率在 40%以上的混合动力汽车，每辆可获 5 万元补贴。但目前这样的利好政 策还没有辐射到个人购车的优惠上。笔者认为，混合动力汽车要有更好的市场前景， 政府的主导及相关政策的倾斜尤为重要。 1.4 本论文主要研究内容 对于混合动力汽车，世界多个国家都已经做了不少研究，在各项关键技术上都已经 研究到一个非常成熟地步，且已经有多个汽车品牌已经将这些技术运用到了部分车型 上。本文将参照某款轿车的基本参数进行中度混合动力汽车传动系统的选型、匹配设 计、建模及仿真等研究。本文主要研究内容如下： 1) 分析中度混合动力电动汽车动力传动系统功能总成，提出动力传动系统总布置设计 方案； 2) 确定中度混合动力汽车的主要技术参数； 3) 根据整车动力性要求，对内燃机、电机、电池及传动系主要性能参数进行匹配设计； 4) 运用 Matlab/Simulink 模块进行建模仿真，分析设计所得数据，从而对所设计中度混 合动力汽车的动力性和经济性进行分析。 车辆工程专业毕业设计（论文） 9 第 2 章 中度混合动力汽车动力传动系统匹配设计 2.1 混合动力汽车的传动系布置方案分类和选择 根据混合动力驱动的联结方式，混合动力系统主要分为以下三类： A.是串联式混合动力系统： 如图 2.1 所示，串联式混合动力系统一般由内燃机直接带动发电机发电，产生的 电能通过控制单元传到电池，再由电池传输给电机转化为动能，最后通过变速机构来 驱动汽车。在这种联结方式下，电池就象一个水库，只是调节的对象不是水量，而是 电能。电池对在发电机产生的能量和电动机需要的能量之间进行调节，从而保证车辆 正常工作。这种动力系统在城市公交上的应用比较多，轿车上很少使用。 图 2.1 串联式 B.是并联式混合动力系统： 如图 2.2 所示， 并联式混合动力系统有两套驱动系统： 传统的内燃机系统和电机驱 动系统。两个系统既可以同时协调工作，也可以各自单独工作驱动汽车。这种系统适 用于多种不同的行驶工况，尤其适用于复杂的路况。该联结方式结构简单，成本低。 中度混合动力电动汽车动力传动系统匹配设计 10 本田的 Accord 和 Civic 采用的是并联式联结方式。 图 2.2 并联式 C.是混联式混合动力系统： 如图 2.3 所示， 混联式混合动力系统的特点在于内燃机系统和电机驱动系统各有一 套机械变速机构，两套机构或通过齿轮系，或采用行星轮式结构结合在一起，从而综 合调节内燃机与电动机之间的转速关系。与并联式混合动力系统相比，混联式动力系 统可以更加灵活地根据工况来调节内燃机的功率输出和电机的运转。此联结方式系统 复杂，成本高。Prius 采用的是混联式联结方式。 图 2.3 混联式 根据在混合动力系统中，电机的输出功率在整个系统输出功率中占的比重，也就 车辆工程专业毕业设计（论文） 11 是常说的混合度的不同，混合动力系统还可以分为以下四类： A.是微混合动力系统： 代表的车型是 PSA 的混合动力版 C3 和丰田的混合动力版 Vitz。这种混合动力系 统在传统内燃机上的启动电机（一般为 12V）上加装了皮带驱动启动电机（也就是常 说的 Belt- alternator Starter Generator,简称 BSG 系统） 。该电机为发电启动(Stop- Start)一 体式电动机，用来控制发动机的启动和停止，从而取消了发动机的怠速，降低了油耗 和排放。从严格意义上来讲，这种微混合动力系统的汽车不属于真正的混合动力汽车， 因为它的电机并没有为汽车行驶提供持续的动力。在微混合动力系统里，电机的电压 通常有两种：12v 和 42v。其中 42v 主要用于柴油混合动力系统。 B.是轻混合动力系统： 代表车型是通用的混合动力皮卡车。该混合动力系统采用了集成启动电机（也就 是常说的 Integrated Starter Generator，简称 ISG 系统） 。与微混合动力系统相比，轻混 合动力系统除了能够实现用发电机控制发动机的启动和停止，还能够实现： （1）在减 速和制动工况下，对部分能量进行吸收； （2）在行驶过程中，发动机等速运转，发动 机产生的能量可以在车轮的驱动需求和发电机的充电需求之间进行调节。轻混合动力 系统的混合度一般在 20以下。 C.是中混合动力系统： 本田旗下混合动力的 Insight,Accord 和 Civic 都属于这种系统。该混合动力系统同 样采用了 ISG 系统。与轻度混合动力系统不同，中混合动力系统采用的是高压电机。 另外，中混合动力系统还增加了一个功能：在汽车处于加速或者大负荷工况时，电动 机能够辅助驱动车轮，从而补充发动机本身动力输出的不足，从而更好的提高整车的 性能。这种系统的混合程度较高，可以达到 30左右，目前技术已经成熟，应用广泛。 D.是完全混合动力系统： 丰田的 Prius 和未来的 Estima 属于完全混合动力系统。该系统采用了 272- 650v 的高压 启动电机，混合程度更高。与中混合动力系统相比，完全混合动力系统的混合度可以 达到甚至超过 50。技术的发展将使得完全混合动力系统逐渐成为混合动力技术的主 要发展方向。以上各种不同的混合方式，都能在一定程度上降低成本和排放。各大汽 车厂商在过去的十几年，通过不断的研发投入，试验总结，商业应用，形成了各自的 混合动力技术之路，而在市场上的表现也是各具特色。 综上所述，我们已经知道三种结构各自的特点，相对而