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毕业设计开题报告题目混合动力汽车能量系统的设计与研究学生姓名XXXXXX学号XXXXXXXX所在院机械工程学院(系)XXXXXX专业班级XXXXXX指导教师2011/5/14混合动力汽车能量系统的设计与研究题目
一、选题的目的及研究意义如今,在21世纪开始时,信息技术,生物技术和纳米技术的涌现,犹如20世纪前50年物理学和化学发展的情形当这三项技术被工程师们应用时,将会改变我们的生活我们将有可能更巨大的改变我们的世界,例如在人口迅速增长的情况下,如何解决有限的天然资源,如何做到可持续发展,不断提高我们的生活质量当前,世界的政治,经济,技术形势发生着迅速的变化,变化的特点是全球化,这就加速了国际间的竞争和合作变化的推动力是创新,而不是原有的动力今后50年,全球人口将由60亿增加至100亿,汽车保有量将由7千万增加到2亿5千万如果这些汽车都采用内燃机,那么所需的燃料从何而来?而其排出的废气又如何处置?那样我们的天空将永远是灰色的因此,我们必须开发清洁,高效,智能的交通车辆,才能使21世纪的交通可持续发展混合动力车属于电动汽车,采用传统的内燃机和电动机作为动力源,通过混合使用热能和电能两套系统开动汽车混合动力系统的最大特点是采用燃料内燃机和电动机的互补工作模式在起步或低速行驶时,车子仅依靠电力驱动,此时汽油发动机关闭,车辆的燃油消耗量是零;当车辆行驶速度升高一般达40km/h以上或者需要紧急加速时,汽油发动机和电机同时启动并开始输出动力;在车辆制动时,混合动力系统能将动能转化为电能,并储存在蓄电池中以备下次低速行驶时使用这些特点使得混合动力车在遇到堵车时的燃油消耗量、尾气排放量等要远远低于仅靠汽、柴油内燃机驱动的车,排放下降约80%,可节省燃料50%而与纯电动车、燃料电动车两种电动车相比,混合动力车在动力性能、续行里程、使用方便性等方面具有优势,因而最具商业价值和量产可能当我们踏入21世纪的今天,能源和环境对人类的压力越来越大,要求尽快改善人类生存环境的呼声越来越高为了适应这个发展趋势,世界各国的政府,学术界,工业界正在加大对混合动力车开发的力度,加速混合动力车的商品化步伐混合动力车的开发关系到能源,环保,交通和高科技的发展及新兴工业的兴起,它将推动整个国民经济的发展,成为新的经济增长点混合动力车将使能源的利用多元化和高效化,达到能源的可靠,均衡和无污染的利用的目的混合动力车同时具有电动机驱动和内燃机驱动,其最大优点是行驶里程长,而且基本上不需要新的基础设施但其缺点是它不是零排放车辆,而且结构复杂,因此,其维修工作量大从环保的角度来看,混合动力车将使空气污染大为减少此外,混合动力汽车比传统的燃料汽车更容易实现精确的控制,智能交通系统则有可能率先通过混合动力车来实现,从而提高道路利用率和交通安全性
二、综述与本课题相关领域的研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域等混合动力汽车的兴起,混合动力汽车HEV,是在目前还找不到理想的高质量比能量和质量比功率的车载电源之前,电动汽车的发展暂时受到阻挠而发展起来的新型车型,HEV既是一种过渡型车型,也是一种独立型车型,在21世纪HEV将会得到迅速的发展1991年大众汽车公司推出济科牌混合动力电动微型汽车,车长3150mln、宽1600mm、高1480mm,可乘坐4人,整备质量78kg采用
0.636L,压缩比
9.3:
1.功率25kW/6000r•min的三缸汽油机和一台6kW/1280r•min的电动机共同组成的混合动力驱动系统汽油机和电动机通过两个自动离合器和一个五档变速器,驱动桥驱动车辆行驶当速度低于60km/h时,由动力电池组提供电能,车辆用电动机驱动,在速度为60km/h启动汽油机驱动桥驱动车辆行驶,当车辆加速或爬坡时,发动机与电动机共同组成混合驱动模式驱动车辆行驶混合动力电动汽车HEV首先在欧洲出现,引起美国各大汽车公司的注意,为了减少对石油进口的依赖,改善对大气环境的污染,达到加州的排放标准的要求在汽车工业领域内具有更强大的竞争力和更大的市场,必须在HEV的整车和关键技术方面夺取领导地位,1993年9月,美国政府机构和美国汽车研究会以及一些有关单位,共同联合成立“新一代汽车协调会”PNGV,美国政府通过PNGV与汽车界达成了多种合作研究、开发协议,并协调政府有关部门,国家实验室和三大汽车公司的人力、物力资源,其研究方向代表了三大汽车公司及其用户的利益经过多年的研究、开发和试验等,美国三大汽车公司都推出了混合动力电动汽车HEV概念车或样车,通用汽车公司的概念车为precept概念车,福特汽车公司概念车为prodigy概念车,克莱斯勒汽车公司概念车为Dodge ESX3,基本上都是采用发动机为主,电动机为辅的配置方式,来达到上述标准的要求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%,更为严重的是排放废气污染环境20世纪90年代以来,世界各国对改善环保的呼声日益高涨,各种各样的电动汽车脱颖而出虽然人们普遍认为未来是电动汽车的天下,但是目前的电池技术问题阻碍了电动汽车的应用由于电池的能量密度与汽油相比差上百倍,远未达到人们所要求的数值,专家估计在10年以内电动汽车还无法取代燃油发动机汽车现在开发出了一种混合动力装置缩写HEV的汽车所谓混合动力装置就是将电动机与辅助动力单元组合在一辆汽车上做驱动力,辅助动力单元实际上是一台小型燃料发动机或动力发电机组其实就是将传统发动机尽量做小,让一部分动力由电池-电动机系统承担这种混合动力装置既发挥了发动机持续工作时间长,动力性好的优点,又可以发挥电动机无污染、低噪声的好处,二者“并肩战斗”,取长补短,汽车的热效率可提高10%以上,废气排放可改善30%以上混合动力驱动车HEV的特点:混合动力驱动车HEV是在车辆上装有一套内燃机发电机组以及一套蓄电池组发电机组中所用内燃机(汽油机或柴油机),较同类型的普通汽车上所用发动机的功率小这一较小功率的内燃机,在最佳工况(热效率最高、尾气排放污染最小)的条件下作等速运转汽车在起步、行车、加速和停车时,由其控制系统自动判断和控制使用何种动力,使汽车的能源消耗和排放指标控制在最佳范围汽车起步时因发动机的效率低,由电动机提供动力,在信号等待时,发动机会自动停止运行,避免了怠速空转的燃油消耗汽车在正常行驶中控制发动机在最佳区域运行,一部分动力用于克服道路阻力,另一部分动力用于为电池充电当车辆起步加速或爬坡时,除机组所产生的电能,通过控制设备,输往驱动车轮的电动机,此外,蓄电池组也同时供电给驱动车轮的电动机,以保证车辆具有足够的牵引能力当车辆在平坦道路上作等速运行时,只需发电机组(或蓄电池组)单独提供电能驱动车辆即可当车辆减速时,发电机组产生的电能,通过控制设备,向蓄电池组充电;在车辆制动过程中,驱动车轮的电动机,将转变为发电机,并通过控制设备向蓄电池充电HEV既要使用发动机作为动力,又要对发动机的节能和环保作出了种种限制,使发动机的燃料消耗降低到最低,使发动机的有害气体的排放达到“超低污染”标准的要求要用发动机的动力来保证HEV正常行驶时所需要的基本动力采用控制发动机转速范围、降低发动机的最高转速、保持发动机稳定均衡地运转、并采取“开-关”的控制方式,使发动机避开启动、怠速和转速突然变化时,燃料燃烧不完全面引起的燃料经济性降低和增加有害废气的排放,从而控制发动机始终处于最佳状态下运转另外,HEV还可以广泛地采用转子发动机、燃气轮机和斯特林发动机作为HEV的发动机国外混合动力汽车的发展,自1995年起,世界各大汽车生产厂商已将研究的重点转向了混合动力汽车的研究开发日本丰田汽车公司开发了混合动力轿车美国三大汽车公司均开发了包括轿车、面包车、货车在内的混合动力汽车目前,混合动力汽车技术及市场均被看好日本国内拥有的混合动力电动汽车已超过7万辆,预汁在2010年将达到210万辆美国通用公司将在5年内销售100万辆混合动力汽车目前本丰田汽车公司是走在混合动力汽车研发展前沿的汽车公司,开发的混合动力汽车已达到实用化水平1997年,丰田推出了世界上第一款批量生产的混合动力汽车,其后又在2001年相继推出了混合动力面包车和皇冠轿车到2002年底,丰田汽车公司生产的混合动力汽车在日本国内和海外的累计销量均突破了10万辆,现在已经在全世界20多个国家上市销售丰田混合动力系统(THS)电子控制装置的特点是:可分别利用电能、汽油或两者组合同时工作根据车速和负荷情况,THS可以控制每种能源所提供的功率比例,以保证汽车按最有效的模式运行在车辆的行驶过程中,乘客对THS的转换是感觉不到的THS系统的关键部分是功率分流装置该装置利用一套行星齿轮组将发动机功率直接传递到车的前轮和发电机上电控式变速器将汽油机、发电机和电动机的功率输出加以混合,从而达到汽车加速和减速的需要2002年,丰田混合动力面包车投产,其混合动力系统采用了世界首次批量生产的电动4轮驱动及4轮驱动力/制动力综合控制系统,它给混合动力汽车的行驶性能带来了革命性的改进所有这些都表明丰田公司在普及混合动力系统的低燃耗、低排放和改进行驶性能方面已经走在了世界同业前列丰田汽车公司计划2012年在其全部汽车产品上采用汽油电力混合动力发动机,以提高燃油经济性和降低排放污染据统计,美国市场上售出混合动力汽车接近7万辆,2002年美国的混合动力汽车市场规模达到35000辆美国已有近20个城市在试用混合动力公共汽车欧洲各大汽车厂商也纷纷推出了混合动力汽车法国BE集团先后推出了贝灵格型和萨拉型混合动力汽车排放量较同类普通汽车降低35%,一次行程可高达1000km国内混合动力汽车开发情况,国内90年代末期开始了混合动力汽车的研发工作1999年,清华大学与厦门金龙联合汽车工业有限公司合作研制成功国内第一辆混合动力轻型客车2001年底,国家863电动汽车科技攻关项目正式启动,第一批项目中主要是混合动力车,目前正在进行当中一汽和东风汽车集团联合所在地的高校和研究所,在各自客车底盘上,研发混合驱动公共汽车和大型客车止匕外,东风电动汽车公司还承担了混合动力轿车的研究开发十五目标是攻克关键技术、推出新产品,主要研究内容包括:发动机、电动机、蓄电池等各种单元技术;各系统的电子控制技术和整车的动力系统优化与控制技术,应节省燃料50%,排放下降80%;制动能量回收技术,应能回收30%制动能量混合电动车HEVS大体可分为串联结构设计模式和并联结构设计模式串联式混合电动车的基本设计思路是采用一台功率较小燃油发动机带动一台发电机发电,供电池充电电池再将电力输出到一台与驱动轮相连的马达上转化为机械动力推动车辆其特点是以电池的动力输出为主,以发动机的动力输出为辅串联式混合动力设计采用二种运行方式主要是纯电动车方式,即发动机停止工作,车辆所需的全部动力由电池组同时向马达输出电流,使马达的输出功率达到最大这种混合动力设计的特点是具有一定的零排放行驶能力,适合于在城市区域行驶,同时还可作混合动力运行,因而发动机的功率设计要求可降低,从而降低废气排放量而且发动机工作可优化,也有助于降低排放目前的串联式混合设计中,电池容量的设计通常可满足数十公里的行驶距离电池的容量和功率都设计得较大,且电池的工作方式主要为全充全放式,因而电池放电后需从市电网充电发动机-发电机辅助系统主要用于补充电池容量以延长续行距离并联式混合电动车的基本设计思想是以燃油发动机动力为主,以电池马达系统的动力为辅,这种车辆的动力系统的设计原理为采用一台小型燃油发动机作为车辆的主动力源,控制发动机恒速工作在最佳工作状态,使燃油得到充分燃烧,以降低废气中有害气体的排放量止匕外,车辆配备一套由超大功率型可充电池组及马达/发电机构成的辅助动力系统,其电池的充电状态控制在一定范围,以便随时可对电池进行充电或放电操作当车辆要求功率值大于发动机实际输出功率时,其差值可通过电池组放电,由马达转变为机械动力而得到补充;而当车辆要求的功率值小于发动机实际输出功率时,发动机富余的动力部分即可通过带动发电机将机械能转变为电能对电池充电使用再生式刹车系统还可将车辆刹车时的机械能转变为电能对电池充电这样设计的结果可使废气排放大大降低,而能源的利用率却显著提高由于电池系统起辅助调节作用,在使用过程中不断地充电和放电,使充电状态在一定范围内变化而不是全充全放,所以并不需要从市电网进行充电,车辆的操作也相应简化并且电池组采用容量相对较小的电池,所以在重量上及成本增加上都不是很高,车辆较容易被用户接受
三、对本课题将要解决的主要问题及解决问题的思路与方法、拟采用的研究方法(技术路线)或设计(实验)方案进行说明混合动力汽车通过将发动机、充电电池和电动机的最佳组合,既可以提高发动机工作效率,节省能源,又可以清洁排放,减少环境污染这种车除发动机可对电池充电外,在减速时动力回收再生,制动器可以将机械能转换成电能,避免了能量的浪费装用了混合动力系统的汽车燃料经济性比普通汽车可提高1倍,同时使能引起地球变暖的C02排放量减少一半方案规划
四、检索与本课题有关参考文献资料的简要说明[1]麻友良,陈全世.混合动力汽车的发展[JL公路交通科技.2001,
01.混合动力电动汽车是当今解决汽车节能与排污问题的有效途径,本文阐述混合动力电动汽车的不同型式和特点以及目前混合动力电动汽车的发展现状,指出发展混合动力电动汽车必须解决的关键技术问题[2]王军.国内外混合动力汽车开发动态及发展趋势[J].公路交通科技.
2001.
01.汽车工业所带来的能源短缺与环境污染等问题越来越受到世界各国政府的重视当前,许多国家政府、世界知名的汽车企业和科研机构纷纷研制开发低能耗、低排放,且能满足现代使用性能要求的新型汽车混合动力电动汽车应运而生,成为当代国际电动汽车开发的热点和潮流之一本文试就当前国外混合动力电动汽车的开发状况及其发展趋势作一介绍和探讨
[19]Edwar.Bass..competitio.Hybri.Electri.Vehicle.SA.Pape.921544[
20.Kalberlah.A.Electri.Hybri.Driv.system,fo.passenge.Car.an.Taxis.SA.P ape.910247[
21.Ando.H..keynot.o.futur.combrustio.Engines.SA.Pape.2001-01-0248五毕业设计进程安排搜集资料围绕课题,搜集有关中外资料,查阅有关技术文件,或现场了解实际使用情况,根据设计任务的需要,安排毕业实习和调查研究,完成开题报告时间一般为23〜周方案选择设计在对本课题有较充分的认识后,提出解决课题的儿种方案(结构方案、工艺方案、控制方案等),并对方案进行详细分析,提出优、缺点和实施的可能性最后将各方案进行比较、总结,按实际条件选出最佳方案需要对方案进行定量分析时要进行初算(或小组分工来进行),得出技术经济数据的估计值,再在多方案的基础上确定最佳方案时间一般为12周〜总体设计根据上步确定的方案,进行毕业设计(论文)的总体设计,如机械系统原理图、控制系统原理框图、软件系统框图等的设计与规划时间一般为12周〜详细设计包括详细计算、结构设计、电路设计、图样绘制、试验或编程时间占40%50%〜编写设计说明书说明书的编写应该紧密围绕设计题目,内容要完整,格式要规范,数据要准确,详细描述设计过程以及得出的结论说明书草稿编写好之后,经指导教师审阅合格后和毕业设计任务书等一并装订成册时间占一般为12周〜1收集整理前期搜集到的资料,深入理解题目(2周);2确定系统结构方案,如串并联的选择,布置方案,系统合成的实现方法等(2周);3:确定动力传递结构(一周);4各传动系统组成的结构设计,例如转矩合成装置,控制器等(两周);5:能量传递路线设计(一周);6:能量控制策略的设计及其实验(三周);7撰写设计论文,准备答辩(两周)
六、指导教师意见
1.对开题报告的评语
2.对开题报告的意见及建议指导教师(签名)年月日所在院(系)审查意见负责人签字(盖公章)____________________年月日。