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混合动力汽车技术的发展混合动力汽车技术的发展 一一 绪论绪论 1886 年，世界上第一辆汽车诞生在德国，一百多年来，汽车己极大地改变了人们的活， 成为非常重要的代步和运输工具目前，汽车工业是许多国家的支柱产业，也是当今世界最 大、最重要的工业部门之一汽车缩短了人们之间的距离，改变了人们的生活方式，提高了 生活质量今后 50 年，世界人 G 将由 60 亿增加到 100 亿，汽车数量将由 7 千万增加到 2 亿 5 千万但我们在享受汽车文明的同时，也必须面对汽车带来的负面影响:环境污染和过 度能源消耗2000 年我国进口石油 7000 力吨，预计 2005 年后将超过 1 亿吨，相当于科威 特一年的总产量目前世界上空气污染最严重的 10 个城市中 7 个在中国，国家环保中心预 测，2010 年汽车尾气排放将占空气污染源的 64%上个世纪末人们关注的是汽车节能、排 放和安全技术，而本世纪初，人们己经更多的将目光转向汽车新能源和环保技术如果仍然 采用传统的内燃机技术发展汽车工业， 将会给燃油的需求和环境保护造成巨大压力 研制开 发更节能、更环保、使用替代能源的新型汽车，成为各大汽车公司的当务之急。

1.1 电动汽车的发展历史及其关键技术电动汽车的发展历史及其关键技术 1834 年，Thomas Davenport 制造了一辆电动三轮车，它由一组不可充电的干电池驱动， 只能行驶一小段距离19 世纪末， 许多美国、英国和法国的公司都开始生产电动汽车，在 以蒸汽、电和汽油为动力的汽车竞争初期，电动汽车以其在行驶性能、续驶里程和低噪声等 方面的优势占据主导地位 到1912年， 美国己有3400辆电动汽车注册 但是， 1911年Kettering 发明了汽车发动机， 使得燃油汽车相对于电动汽车来说更具有吸引力， 从此打破了电动汽车 在市场的主导地位，20 世纪 30 年代，电动汽车几乎消失20 世纪 70 年代的能源危机和石 油短缺使电动汽车重新获得生机当时，世界上许多国家如美国、英国、法国、德国、意大 利和日本都开始发展电动汽车 这一时期的电动汽车以改装车为主， 也不乏重新设计底盘和 车身的新型电动汽车，这样可降低汽车的空气阻力，方便能量储存系统的布置这一阶段电 动汽车技术获得复苏，为随后的商业化时代奠定了坚实的基础但是石油价格在 20 世纪 70 年代末下跌，电动汽车的商业化失去了动力，其发展显著变慢，开始走入低谷。

20 世纪 90 年代，燃油汽车排放所引起的空气污染和温室效应受到重视，电动汽车再次得到发展1990 年，美国加州大气资源管理局(CAR下标m 表示电机，ice 表示发动机，二表示车轮， gb 表示变速箱串联式混合动力汽车中发动机的功能是带动发电机发电，电动机将电能转 变为机械能后通过变速机构驱动车轮 发电机同时也能提供部分电能输送到蓄电池， 以便必 要时由蓄电池为电动机供电串联式混合动力汽车具有以下特点: (1) 控制系统比较简单，特别是发电机运行的控制只需根据蓄电池充放电状态决定发电或停 止; (2) 发动机总是在最佳工况下驱动发电机，因此效率高，有一定节能效果，能减少污染: (3) 动力传递过程中，由于存在能量转换中的损失，降低了能量利用率，其综合效率低于燃 油汽车: (4) 要求侮一动力装置的各自功率都等于或接近汽车的最大驱动功率， 特别是 1}动电动机必 须满足汽车行驶的需求因此整个系统的规模庞大，增加了车辆成本及机构布置难度 2.1.2 并联式混合动力汽车 并联式混合动力汽车可以利用发动机和电机共同驱动车轮 如图 2.2,由于发动机与驱动 车轮之间直接相连，所以发动机的运转受到驱动工况的影响。

该系统可不需要发电机，因此 提高了能量转化效率发动机动力系统主要用于中、高速的行驶工况;而电动/发电机动力系 统用于中、低速的城市路况行驶，在汽车加速和爬坡时配合发动机动力系统驱动车辆，大大 提高了汽车的加速性能和爬坡性能 并联式混合动力汽车具有以下特点: (1) 结构简单，特别是省去了独立的发电机，两套动力装置可单独或同时驱动，输出总功率 可以为两个动力系统的叠加，因而单个动力系统功率可以减小，有利于机构布置, (2) 两套动力装置可直接驱动车轮，因此效率提高，能量损失降低; (3) 两套动力装置要根据车辆状态进行切换，动力控制系统及机械切换系统相对复杂; (4) 采用电动/发电机可以空载发电，及时补充蓄电池部分电能，延长蓄电池续行里程 在并联式混合动力车辆驱动系中， 联接部件用于完成传动系组成部件间的联合 根据具 体的联接部件位置， 并联馄合动力车辆具有单轴联合式、 双轴联合式和单个驱动系联合式三 种基本的布置方案 〔5， 单轴联合式是指车辆驱动系中机械动能的联合是在原动机输出轴处 实现的， 齿轮箱的输入轴为单轴， 发动机的输出轴通过离合器后与电动机的转子轴直接相连; 双轴联合式是指车辆驱动系中机械动能的联合是在齿轮箱中实现的，齿轮箱(减速/变速器) 具有两个或多个输入轴，仅有一个输出轴;单个驱动系联合式是指车辆驱动系中机械动能的 联合是在车辆驱动轮处通过路面实现的， 它具有两套或多套独立的驱动系。

单个驱动系联合 式驱动系在充分利用车辆的地面附着力方面具有优势， 通过合理地控制， 可大大改养车辆的 驱动性能，但系统组成比较庞大，控制复杂 2.1.3 混联式混合动力汽车混联式混合动力汽车 混联式混合动力电动汽车综合了串联式和并联式的结构特点，由发动机、电动/发电机 和驱动电动机三大动力总成组成，可以根据行驶条件以串联和并联模式工作所以，混联系 统具有串联系统和并联系统的双重特性，具有以下两种布置形式: 2.1.3.1 切换系统 采用该种布置形式时， 利用离合器的断开与结合可使该系统在串联系统和并联系统之间 切换如图 2.3,当汽车在城市里行驶时，要求低负载和低排放，可断开离合器，系统工作在 串联模式而当高速行驶时，有较高的负载要求，串联系统由于发动机的高功率输出而不能 有效工作，于是离合器结合，变为并联系统 三三 丰田的丰田的 Prius 混合动力车型简介混合动力车型简介 丰田的 Prius 属于以电机为主的形式它的混合动力总成包括两个动力源，发动机与电 动机还有包含了发电机、电动机、内置动力分离装置的混合动力专用变速器、镍氢电池组 和动力控制总成丰田 Pruis 混合动力系统有一个特点，就是采用行星齿轮变速结构，变速 器内置动力分离装置， 行星齿轮机构巧妙地将减速器、 发电机和电动机等动力部件偶合在一 起，同时行星齿轮又起到无级变速器的功能，结构十分紧凑，形成一个集成化混合动力总成 系统（图 3.1） 。

图 3.1 图 3.2 启动以及中速以下行驶，此时发动机效率低下，因此 Prius 的发动机关闭，仅由大功率 电动机驱动车辆（图 3.2，箭头 A） 在常规行驶时，发动机作主动力源，由动力分离装置将 动力分成两路，一路驱动发电机进行发电，产生的电力驱动电动机运转（图 3.3，箭头 B） ， 另一路则直接驱动车轮（图 3.3，箭头 A） ，系统会自动对两条路径的动力进行最佳分配，以 达到效率的最大化 图 3.3 图 3.4 当要加速时，电池组会加进来为电动机供电，增强电动机输出功率（图 3.4） 图 3.5 图 3.6 当减速或制动时， 则由车轮的惯性力驱动电动机 这时电动机变成了发电机， 车辆制动能量转换成了电能（图 3.5，箭头 D）电池组电量保持在一个恒定水 平 当系统发现电池组电量下降会启动发动机驱动发电机发电， 向电池组充电 （图 3.6，箭头 E）。

混合动力系统除了丰田 Pruis 这种形式， 还有一种采用薄形电机的混合动力 系统，电机厚度只有 80 毫米左右由于电机体积小，因此容易在现行底盘上实 现混合动力发动机总成与传统发动机总成的互换 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动力潜能的 40％，在市区还会跌至 25％， 更为严重的是污染环境 而混合动力汽车则针对不同的道路环境实施不同的供能 方案，能大大降低排放污染程度例如在城市运行时，当交通堵塞或遇到红灯时 发动机会关闭，当车队移动时或信号灯转为绿灯时驾驶者只要轻踩加速踏板，电 动机就能驱动汽车前进在市区内当汽车发动机无效率空转或车辆移动缓慢时， 使用电动机作动力源不但对环境有利，而且还减少了噪音因此，越是在交通日益拥挤的大城市使用混合动力汽车，就越能够显示出它的节能、环保、适应能力 广的优越性 四四 混合动力技术的一些相关研究结论混合动力技术的一些相关研究结论 混合动力汽车融合了传统燃油汽车和纯电动汽车的优点， 是当今具有实际开发意义的低 排放和低油耗汽车，近年来引起了各大汽车公司的关注，得到商业市场的响应并迅速发展。

混合动力汽车的动力性、 燃油经济性和排放性能与驱动系统参数的匹配以及车辆行驶过程中 的协调控制密切相关 电力辅助型混合动力汽车在结构上属于并联式， 发动机是车辆的主要动力， 电动机作为 辅助动力源可以工作在电动或发电状态，能提高车辆的燃油经济性，降低排放混合动力汽 车性能指标可根据车辆的类型、用途和使用条件，参照相关标准进行选择，确定其驱动系统 主要部件时必须综合考虑性能要求、成本、工况和技术水平等因素汽油发动机仍将是近期 混合动力汽车的首选方案;交流感应电动机具有成本低、可靠性高及免维护等优点，在电动 汽车驱动电动机领域应用广泛; NiMH 电池被称为环保绿色电池，其能量密度高、环保性好、 可快速充电且放电曲线平坦，是目前人们看好的电动汽车用动力电池 盖世汽车社区盖世汽车社区 。