机械系统设计作业

1. 引言

现在石油危机促使了人们对新能源的开发，其中在车辆领域，人们努力在非石油消耗用品上的探索，以至于出现很多电动汽车的产品，并且越来越成熟，这个电动客车总体布置的毕业设计将促成我对这些方面的认识更加深刻。对以后的工作学习有帮助。

2. 设计方案的确定

目前电动汽车分为好多种，包括纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车。纯电动汽车利用电力驱动，在使用中可实现零排放。但迄今为止，电动汽车的关键部件蓄电池在能量密度、使用寿命和价格方面都尚未达到应有的水平，目前还只适应于生活环境要求很高、行驶里程短的街区、园区内。因此，在目前情况下，以内燃机和电动机为动力源的混合动力电动汽车（Hybird Electric Vehicle,简称HEV）技术更具实用价值，是近期高效节能汽车发展的一个主要方向。燃料电池电动汽车采用的电池是一种将燃料的化学能用电化学方法直接转换成电能的电化学发电器。它的效率是内燃机的2~3倍，无污染、无噪声、排出的不是温室气体CO?而是水。现存的问题是价格贵，体积质量大，可靠性，环境适应性不高。燃料电池电动汽车是新型的高效节能汽车的发展方向之一[1]。

2.1 动力系统的选择

在对比几种电动汽车的特点后，鉴于现在的实际情况，选择混合动力的电动汽车是一个不错的选择，作为一辆客车而言，续驶里程很重要，以及低的故障率的保证，因为如果在行驶途中没有能源了，不管对客车公司还是对乘客而言将是一件很棘手麻烦的事。纯电动车因为其续驶里程短如果没电了只有等待救援的特点，还有目前纯电动汽车技术还不是很成熟。所有在设计一辆电动客车时选择动力系统为纯电动汽车不是很合适。当然燃料电池电动汽车有很好的发展前景，同样鉴于其技术目前不成熟的原因，价格高，相比混合动力汽车，也不是很理想的选择。最后我们在动力方案的选定上确定混合动力汽车作为动力系统的组成[2]。

2.1.1 混合动力电动汽车的特点

以石油产品为燃料的内燃机，由于其所有的高能量密度而成为目前汽车上使用最普遍的动力源，然而汽（柴）油车的排放破坏了人类赖以生存的大气环境，加之石油又

日益匮乏，工程师们不得不开始去为汽车研发新的动力装置。

电动机与内燃机相比，具有清洁、安静、效率高的特点，同时它的转速—转矩控制特性比较灵活。电动机在低速时具有恒转矩的特性，在高速时具有恒功率的特性，可以在转速—转矩特性曲线下区域的任何一点工作。混合动力电动汽车将电力驱动与传统的内燃机驱动相结合，充分发挥了二者的优势。同时，它可以从根本上解决现在纯电动汽车动力性差和续驶里程短的问题。

混合动力电动汽车与纯电动汽车相比，其主要的优势是：

1)电池容量大为减少，进而可以降低整车重量，为提高动力性作出贡献。

2)由于采用辅助动力驱动，打破了纯电动汽车续驶里程的限制，其长途行驶能力可与传统的汽车相媲美。

3)在混合动力电动汽车上采用高度实时和动态的优化控制策略，优化控制的结果尽量使动力系统各部件工作在最佳状态和最高效率区域，大大限制了内燃机在恶劣工况下的高燃油消耗和大量的尾气排放，大大提高了混合动力汽车的燃油经济性。在排放限制严格的地区，还可以关闭内燃机动力，以纯电动方式工作，成为零排放的汽车。

4)空调系统等附件有内燃机直接驱动，有充分的能源供应，保证了汽车的乘坐舒适性。

5)在控制策略的作用下，辅助动力可以向储能装置（一般为电池组）提供能量，从而保证混合动力汽车无需停车充电，因此可利用现有加油站，不需要进行专用充电设施的建设。

6)由于混合动力汽车的电池组在使用过程中是浅充浅放，可以延长电池的使用寿命。

2.1.2 混合动力电动汽车的结构

由于混合动力电动汽车的组成部件，布置方式以及控制策略不同，所以形成了各种各样大的结构形式。根据发动机和电动机的功率比的大小，分为里程延长型、双模式型和动力辅助型；根据发动机运行模式的不同，可以分为发动机开/关模式型和发动机连续运行模式型；根据发动机和电动机是否布置在同一轴线上，分为单轴型和双轴型；根据动力源的数量以及动力系统结构型式不同，可分为串联式、并联式以及混联式。下面简单的介绍一下三类混合动力电动汽车。参看图2.1

图2.1

a)串联式 b)并联式 c)混联式

B-蓄电池 E-内燃机 F-油箱 G-发电机

M-电动机 P-功率转换器 T-传动装置

1.串联式混合动力电动汽车：是混合动力电动汽车中结构型式最简单的一种，发动

机输出的机械能通过发电机转化为电能，转化后的电能一部分经过电动机和传动装置驱动车轮，另一部分则可存储到蓄电池中去，供汽车加速时或其他工况下使用。与传统的燃油汽车相比，它是一种发动机辅助型的电动汽车，主要是为了增加汽车的行驶里程。由于发动机与发电机之间的机械连接装置中没有离合器，因此它具有一定的灵活性。尽管其传动结构简单，但是它需要三个驱动部分：发动机、电动机和发电机。如果串联式混合动力电动汽车设计考虑大爬坡度和频繁急加速的情况，则为提供最大功率，对三个驱动部件的要求相应都较高。

2.并联式混合动力电动汽车：串联式混合动力电动汽车不同，并联式混合动力电动汽车采用发动机与发电机两套独立的驱动系统驱动车轮。发动机和发电机通常采用不同的离合器驱动车轮，可采用发动机单独驱动、电力单独驱动以及发动机和电动机混合驱动三种不同的工作模式。并联式是一种电力辅助型的燃料车，目的是为了降低排放和燃油消耗。当发动机提供的功率大于驱动汽车所需要的功率时或者再生制动时，电动机工作在发电机状态，将多余的能量充入蓄电池。与串联式相比，并联式只需两个驱动部件：发动机和电动机，并且，在蓄电池放电完毕前，如果要得到相同的性能，并联式比串联式混合动力电动汽车对于发动机和发电机的功率要求都要低。

3.混联式混合动力电动汽车：它在结构上综合了串联式和并联式的特点。与串联式相比，它增加了机械动力的传递路线；与并联式相比，它增加了电能的传输路线。因此，它兼有串联式和并联式的优点。然而另一方面，这也造成其结构复杂、成本高的缺点。

2.1.3 混合动力电动汽车的节油原理

与传统内燃机汽车相比，其节油的主要原因在于：

1)为了满足急加速、以很高车速行驶与快速上坡对驱动的功率的要求，传统的内燃机汽车所配备的发动机功率往往相当大。例如，一般轿车在良好的路面以100km/h和