《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

20XX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。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。

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。

2.1 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。

2.2 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。

2.3 混联式

混联式混合动力汽车动力流向如图5所示：

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 3.1 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，