汽车新技术教案

泸州职业技术学院Luzhou Vocational & Technical College 教案课程名称：汽车新技术模块讲授班级：2010汽车1、2、3班主讲教师：曾契职称：助教部门：机械工程系泸州职业技术学院教务处制2012年8月汽车新技术模块课程教案讲稿01新课引入通过对石油危机对汽车的讨论引入新课。

第一章混合动力汽车发展综述1 引言全球能源及环境问题日益突出：一方面石油资源作为不可再生能源日益紧缺；另一方面传统的燃油发动机车辆废气排放对空气造成严重污染。

为此替代燃油发动机汽车的方案也越来越多，例如氢能源汽车、燃料电池汽车、混合动力汽车等，但目前最有实用性价值并已有商业化运转模式的只有混合动力汽车。

（Hybrid Electrical Vehicle)是指同时装备热动力源（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，如图1所示。

纯电动力源汽车虽然可以真正做到零排放，但其最大的问题是电池寿命短及每次充电后行驶里程少，每次停车充电时间长，需增加路边充电站,基础设备投资很大，电池的损耗费用占很大比例。

基于这些原因，纯电动车仅适用于一些特殊场合，目前市场份额较小，而混合动力汽车实质上是一个折中方案，它的出现是为了解决纯电动车存在的技术性问题，在目前燃料电池技术尚未成熟之际，可以说是一个比较好的方案。

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，而保持在综合性能最佳的区域内工作，从而降低油耗与排放。

2 混合动力汽车传动系统分类混合动力总成按动力传输路线分类，可分为串联式、并联式和混联式三种。

串联式有本田的CIVIC HYBRID，并联式车型有丰田Coaster Hybrid EV、君越Eco-Hybrid，混联式有丰田PRIUS、LEXUS GS450h 等。

串联式串联式混合动力汽车动力流向如图1所示：图1 串联式简图 图2 串联式混合动力汽车传动系统由图1可以看出，串联式混合动力汽车动力由发动机、发电机和电动机三部分动力总成组成，它们之间用串联的方式组成的动力单元系统，发动机驱动发电机发电，电能通过控制器输送到电池或电动机，由电动机通过变速机构驱动汽车。

小负荷时仅由电池驱动电动机驱动车轮，实现零排放；大负荷时由发动机带动发电机发电驱动电动机。

当车辆处启动、加速、爬坡工况时，发动机—电动机组和电池组共同向电动机提供电能；当车辆车处于低速、滑行、怠速的工况时，则由电池组驱动电动机，当电池组缺电时则由发动机—发电机组向电池组充电。

串联式混合动力汽车传动系统布局如图2所示。

串联式结构适用于城市内频繁起步和低速运行工况，可以将发动机调整在最佳工况点附近稳定运转，通过调整电池和电动机的输出来达到调整车速的目的。

使发动机避免了怠速和低速运转的工况，从而提高了发动机的效率，减少了废气排放。

但是它的缺点是能量几经转换，机械效率较低。

并联式并联式混合动力汽车动力流向如图3所示：图3 并联式简图 图4 并联式混合动力汽车传动系统并联式装置的发动机和电动机共同驱动汽车，发动机与电动机分属两套系统，可以分别独立地向汽车传动系统提供扭矩，在不同的路面上既可以共同驱动又可以单独驱动。

当汽车加速爬坡时，电动机和发动机能够同时向传动机构提供动力，一旦汽车车速达到巡航速度，汽车将仅仅依靠发动机维持该速度。

电动机既可以作电动机又可以作发电机使用，又称为电动－发电机组。

由于没有单独的发电机，发动机可以直接通过传动机构驱动车轮，这种装置更接近传统的汽车驱动系统，机械效率损耗与普通汽车差不多，得到比较广泛的应用。

并联式混合动力汽车传动系统布局如图4所示。

混联式混联式混合动力汽车动力流向如图5所示：蓄电池 逆变器 电动机驱动轴发动机耦合器 蓄电池逆变器 电动机 驱动轴发电机发动机图5 混联式简图 图6 混联式混合动力汽车传动系统混联式装置包含了串联式和并联式的特点。

动力系统包括发动机、发电机和电动机，根据助力装置不同，它又分为发动机为主和电机为主两种。

以发动机为主的形式中，发动机作为主动力源，电机为辅助动力源；以电机为主的形式中，发动机作为辅助动力源，电机为主动力源。

该结构的优点是控制方便，缺点是结构比较复杂。

并联式混合动力汽车传动系统布局如图6所示。

3 典型混合动力汽车原理解析 丰田Prius 混合动力原理解析丰田的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、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如图7所示。

图7 Prius 混合动力总成系统 图8 低速行驶动力源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，如图8中箭头A 所示。

在常规行驶时，发动机做主动力源，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，如图9中箭头B 所示，另一路则直接驱动车轮，如图9中箭头C 所示。

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9 正常行驶动力源 图10 加速行驶动力源当要加速时，电池组会加进来为电动机供电，增强电动机输出功率，如图10中箭头A 所示。

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，如图11中箭头D 所示。

图11 减速行驶充电 图12 自动充电 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，如图12中箭头E 所示。

Prius 的混合动力技术，在带来燃油经济性的同时还保证了其出众的动力性能。

在正常驾驶环境下，由于拥有发动机和电动机的双重动力，普锐斯的加速性能绝对毋庸置疑，其虽然是1.5L 排量的小车，但它的加速能力绝对可以媲美普通2.0L 的车辆。

4 展望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蓄电池逆变器电动机驱动轴发动机行星齿轮机构发电机利，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。

从目前的发展来看，计算机技术和自动控制技术，以及各种智能控制系统在混合动力汽车上的逐渐应用，将进一步促进混合动力汽车的发展。

与传统型汽车相比，混合动力汽车充分吸取了电力及热力系统中最大的优势，在节能和排放上胜出一筹；与纯电动汽车相比，混合动力汽车的电压和功率等级与电动车类似，但蓄电池容量大大减小，因而其造价成本低于电动汽车。

当前混合动力车辆所面临的技术问题还很多，比如汽车电池较易老化且可靠性与预期有差距，再加上生产成本高于燃油动力车辆，市场占有率较小，尽管从汽车制造技术的长远发展来看，混合动力车辆只是由燃油动力车辆到纯电动车的过渡类型，但其在近几十年内会很有发展前景，这一点是毫无疑问的。

课程总结与作业布置思考混合动力汽车在实际运用中还存在哪些不足汽车新技术模块课程教案讲稿02新课引入以当今热卖的汽车款型来讨论汽车设计对于汽车的重要性，以此引入新课。

第二章现代轿车设计方法及步骤每一种产品的设计都有它的工作步骤，轿车作为高级耐用工业品，更不例外。

一辆新型轿车从构思、设计、试验、定型到成批生产，耗费巨大的资金和时间。

其中车身开发设计是主要部分，约占整车开发费用和时间的70%，按照传统方式约需5-6年，采用电子计算机辅助设计（CAD/CAM），现在从设计到样车仅需2年时间或者更短。

目前各大汽车公司开始广泛采用基于电脑CAD/CAM的虚拟设计技术来缩短开发周期和缩减开发费用。

虚拟技术（VirtualReality）简称为VR，其实就是一种数字化处理过程。

首先是利用电脑建立车辆概念的数字化模型，然后利用虚拟产品开发技术进行整车设计方案评估，包括整车空气动力学、主动安全与被动安全性分析以及疲劳分析等，很多以前需要用实车或样车来完成的测试工作，已经可以逐渐在电脑中实现。

确定设计依据首先要做广泛的市场调查，了解各层次消费者对汽车的需求，分析竞争对手，制定总体方案。

根据总体方案制定车身边界参数和总布置方案。

车身边界参数是指整车的的长、宽、高、轮距、轴距、最小转弯半径、车厢长、宽、高、驾驶座椅的可调整范围等。

初步确定车身的基本技术数据及车内结构，决定总布置设计方案（如轿车是二厢或三厢）、驱动形式（如前置或后置发动机，前轮或后轮驱动）和配置高低。

开发设计开发设计的内容分为基型开发和批量开发两个阶段。

通过基型开发确定新车方案及车身边界，目的是试图找出车身外型、总布置设计方案及空气动力学三者之间的最佳关系方案。

图1 汽车设计草图为简便获得最佳关系方案，采取途径是先绘制相关草图，例如外形草图、内饰草图，在大量草图的基础上经筛选后再绘制出效果图，如图1所示，再根据效果图制作许多一定比例尺寸的外模型和内模型，例如有1:1(内模型)、1:、1:4、1:5等等，其中1:外模型要经风洞试验，择优选择其中一些模型再列出各个模型的设计方案，再试验，比较，再择优选择。

有些厂家开发某种轿车的模型是采用装配式，即发动机舱盖、车身侧面部件可以分段更换，有多种组合，通过风洞试验选出最佳组合方案，可以减少小模型的数量及工作量。

为了降低开发费用，初期开发阶段一般采用小比例模型，经过多次筛选定案，才制作1:1外模型，如图2所示。

风洞试验是模拟汽车道路行驶的试验，主要解决轿车行驶时的气流、通风、散热特性。

通常需要在汽车或模型表面布置密密麻麻的压力传感器。

为了布置这些传感器，技术人员得在汽车上钻上千个小孔固定传感器。

目前世界上各大汽车公司的风洞试验大致分为两大类，一类可测试气流特性，另一类可测试气流及散热特性。

第一类风洞中，样车或模型置于可旋转的园台上，四轮置放在4个特殊而精密的大天平上，可测量气动力特性，例如阻力、升力、侧向力等分量，车身表面各点气流压力及周围的气流场。

第二类风洞中，有模拟自然条件的强光及温湿度控制，可进行样车及模型在各种速度变化下的温度测试。