毕业设计论文汽车混合动力分析与研究

毕业设计论文汽车混合动力分析与研究内容摘要：

来驾享合一的完美体验。 动力性对比 为了进行比较能说明问题的动力性对比，在此特别选取了比亚迪秦和速锐两款车型。 两者采用同款发动机： BYD476ZQA。 这台排量 L 的发动机是比亚迪自主研发的第一台涡轮增压发动机。 它除了采用涡轮增压，还采用了全铝合金机体、缸内直喷和可变气门正时等目前比较主流的发动机技术。 这台 的发动机 最大输出功率 113kW、峰值扭矩 240Nm。 目前搭载于比亚迪速锐和思锐等车型上。 比亚迪秦 比亚迪速锐 发动机型号 BYD476ZQA BYD476ZQA 排量 (mL) 1497 1497 进气形式 涡轮增压 涡轮增压 气缸排列形式 L L 气缸数 (个 ) 4 4 每缸气门数(个 ) 4 4 配气机构 DOHC DOHC 最大马力 (Ps) 154 154 最大功率 (kW) 113 113 最大功率转速(rpm) 5200 5200 最大扭矩(N m) 240 240 最大扭矩转速(rpm) 17503500 17503500 燃料形式 插电式混合动力 汽油 燃油标号 93 号 (京 92 号 ) 93 号 (京 92 号 ) 供油方式 直喷 直喷 环保标准 国 IV(国 V) 国 IV(国 V) 从最高车速、加速性能和最大爬坡度来对比两者的动力性能： 汽车混合动力分析 与研究 第 5 页 共 18 页 比亚迪秦 (2020款 尊贵型 ） 比亚迪速锐 （ 2020款 自动旗舰型 ) 整备质量 (kg) 1720 1359 发动机 154马力 L4 154马力 L4 变速箱 6挡双离合 6挡双离合 车身结构 4门 5座三厢车 4门 5座三厢车 最高车速（ km/h） 185 135（实测值） 官方 0100km/h加速 (s) （网测） 最大爬坡 40% 30% 在两者发动机完全相同，变速箱都是采用 6 档双离合、车身结构等大多一致的情况下，并且秦整车装备质量比速锐重了近 400kg。 从上表可以看出：秦的最高车速以 185km/h 远大于 135km/h，百公里加速时间更是达到了 ，而采用同样发动机的速锐只能达到。 秦的最大爬坡度为 40%，比速锐的 30%也优秀不少。 综上可得出结论：在 汽车动力性方面，秦全面超越了速锐，在整备质量更大的情况下，比亚迪秦能达到这样的动力性能已经体现了混合动力对汽车动力性的提升。 经济性对比 车型 比亚迪秦 (2020款 尊贵型 ） 比亚迪速锐 （ 2020款 自动旗舰型 ) 排量（升） 综合工况油耗 市区工况油耗 6L/100km 8L/100km 汽车混合动力分析 与研究 第 6 页 共 18 页 市郊工况油耗 5L/100km 网友油耗 6L/100km 整备质量 1720kg 1330kg 在燃油经济性方面，比亚迪秦以绝对的优势战胜速锐。 同样的发动机，秦在整备质量更大的情况下理论上油耗要高一些，然而借助混合动力的优势，却在经济性上更胜一筹。 虽然之前的工信部公布的秦综合工况油耗为 ，由于其计算公式不适合混合动力汽车，所以结果存在较大出入，以实际测试结果为准。 虽然达不到那么低的油耗，但综合工况油耗仍然低于速锐的。 市区工况秦油耗为 6L/100km，比速锐的 8L/100km 要低将近 30%。 无论是市郊工况油耗还是网友提供的真实油耗，秦的表现还是要强于速锐太多，由此可见：混合动力的燃油经济性更好。 秦兼得动力性和经济性的原因 F3DM，绕开丰田专利的混合动力汽车 众所周知，比亚迪做锂电池出身，做汽车是后来的事情，在比亚迪投身汽车产业并且大获成功之后，开始想要做混合动力汽车和电动车，而在混合动力汽车上遇到了丰田的专利。 丰田发展混合动力汽车很早，发展出一套采用行星齿轮动力分配机构的混合动力模式。 这套模式包含两个电机、一个发动 机，一个行星齿轮动力分配机构，而核心是这个行星齿轮动力分配机构，可以巧妙的让三者构成并联 —— 发动机和电机一起驱动车辆，或者串联模式 —— 发动机发电，一个电机充当发电机，另外一个充当电动机驱动车辆。 而这个动力分配机构是有专利的。 汽车混合动力分析 与研究 第 7 页 共 18 页 比亚迪要做混合动力汽车就面临着专利问题，对此比亚迪采取绕过的模式。 比亚迪 F3DM 没有动力分配机构，只有简单的几个离合器，两个电机和 升的发动机在一个轴上。 这个轴通过减速器直接驱动车轮。 汽车混合动力分析 与研究 第 8 页 共 18 页 需要全功率并联，发动机与两个电机锁定结合，一起驱动车辆；需要串联，发动机和一个电机锁 定组成发电机，另外一个电机和车轮锁定，变成纯电力驱动。 这样同样可以达到串联、并联结合的目的，也绕开了丰田的专利。 但是这种模式有一个致命弱点，就是在并联模式下，发动机转速和车轮直接相关，速度高了，发动机转速很快，噪音震动很大，舒适性很差。 比亚迪曾经想在发动机和轴直接加上一个变速箱，但是当时比亚迪自己没有变速箱技术，做不了。 F3DM 就只能将 就 ，尽量用串联模式回避这个问题，所以F3DM 只有省油的特性，没有混合动力车加速快的优点。 变速箱问题解决，电机合二为一 随着技术的发展，比亚迪研发出了双离合变 速器，并成功运用在 G速锐等车型上。 尽管还有一些问题，但是比亚迪终于有了自己的变速箱。 F3DM 上的难题有了解决的办法。 同时，全产业链推进比亚迪，在电池容量重量比，功率重量比，电机功率重量比上都有了长足的进步。 而这三个指标都是衡量电动车的核心技术的指标，电池容量重量比高，意味着纯电模式跑的远。 电池和电机功率重量比高，意味着加速快，秦的 秒百公里加速就是建立在这些技术突破的基础之上的。 相比 F3DM，秦把两个小电机，变成一个大电机，没有串联模式，不追求油电模式下的省油，转而追求高性能。 在发动机和 电机之间，不再是简单的离合器，而是加上了比亚迪自己的双离合变速箱。 这样就解决了比亚迪 F3DM 发动机噪音大舒适性差的弱点，同时还有非常好的性能。 汽车混合动力分析 与研究 第 9 页 共 18 页 虽然秦和 F3DM 都是插电混合动力汽车，但是两种完全不同， F3DM 是混联，而且是不太成熟的混联，性能实际不佳；而秦是追求极限性能并联，不追求省油。 而且还不是一般的并联，我们后面会提到秦并联的特殊之处。 并联式混合动力通常的做法是在发动机和变速箱直接增加一个薄薄的电机。 发动机和电机，都接在变速箱的输入端。 变速箱连接主减速器，然后连接车轮。 这种做法的优点是，电机和发动机 任何条件下都可以在高效率转速区工作，发动机和电机的总功率就是车的功率；缺点是变速箱承受的功率和扭矩是有限的，整车性能受制于变速箱的承受力。 而大功率变速箱是很贵的，为了照顾整车成本，变速箱不能承受太大功率。 整车性能就打了折扣， 200 千瓦发动机， 100千瓦电动机，但是变速箱只能承受 210 千瓦，整车功率就只能被限制在 210 千瓦，90千瓦的功率浪费了。 而秦的电机加在变速箱的输出端，只要减速器能承受，全部功率都可以用上，变速箱不用很贵，就可以让整车的功率加大。 而且就起步速度而言，可以单独给电机加一个减速器，起步扭矩 想多大都行，动力不是瓶颈，减速器、车轴、轮胎抓地力才是瓶颈。 所以秦能跑出远超同级别的 秒的百公里加速。 不是比亚迪有火星科技，而是选择了追求极限性能的模式。 但是这种模式也有缺点，电机不经过变速箱，只有固定减速，到了高速，电机在高转速下效率会下降，提供给车轮的扭矩也会急剧下降。 所以秦的极速标识在 185 公里每小时。 不过这个所谓的缺点，在中国高速限速 120 公里的路况下不是问题，秦选择的混合动力方式是适合中国国情的。 汽车混合动力分析 与研究 第 10 页 共 18 页 3 混合动力汽车的结构和原理 混合动力汽车的分类 按照 HEV 的不同组成部分、装配方 法和控制系统的不同，可以将混合动力汽车分成各种类型。 例如混合动力汽车单轴式和双轴式的划分是按照电机与发动机是不是安装在一轴线上面。 但目前主流的分类方法是，按照动力源和传动系统的差别来分成串联型、并联型与混联型。 串联式 SHEV 如下图所示，电机和发动机共同构成了 SHEV 的动力系统。 首先由发动机的热能转换成电能，然后电机利用电能来给汽车提供动力。 由于发动机不受不同工况的影响，所以可以在一个稳定的工况范围内工作。 不过在下坡、减速或刹车的过程中，发动机提供的功率明显高于电机所需提供给汽车的功率；还有在 爬坡，车辆加速超车等需要电机提供较大功率的时候，发动机所提供的功率是远远不够的。 电池的出现恰好能解决这一问题，电池不仅能在发动机提供过多功率是储存能量，还能在发动机供给不足是提供能量。 使发动机的工况稳定，达到较好的经济性能。 串联型 Series style 并联式 PHEV 下图为 PHEV 系统的结构图。 与串联混合动力系统不同之处是其发动机可以直接给汽车提供动力，并且电机也可以直接给汽车提供动力。 电机和发动机可以单独供应所需能量给汽车行驶，两者也可以共同驱动汽车。 相对传统汽车。