3 混合动力汽车的典型结构
    3．1 串联式混合动力
    串联式混合动力汽车系统的结构如图21所示，串联式混合动力系统是由发动机、发电机和驱动电动机三大部件组成的，发电机的作用只是发电，发电机发出的电能通过电动机控制器直接输入到电动机，由电动机产生的电磁力矩驱动汽车行走，发电机发出的部分电能给蓄电池充电，来延长混合动力汽车的行驶里程。另外，电池还可以单独给电动机提供电能来驱动电动汽车，使混合动力汽车在零污染状态下行驶。

    下面以通用汽车公司的Series-SHEV汽车和丰田考斯特（Coaster）SHEV客车为例介绍串联式混合动力汽车的结构。
    1．通用汽车公司的Series-SHEV汽车
    通用公司研制和开发的Series-SHEV是一种串联式混合动力汽车。
    1）Series-SHEV的组成结构（如图22所示）

    （1）柴油机一发电机组采用一台小型涡轮增压直喷式柴油机，功率为40kW。柴油机保持在高效率状态下平稳运转，带动发电机发电，向镍一氢动力电池组充电。
    （2）动力电池组采用镍一氢电池作为动力电池组，动力电池组分别布置在座位下面，在SHEV驱动时提供电能，在SHEV再生制动时储存回收的电能。
    （3）驱动电动机采用交流感应电动机作为驱动电动机，功率为100kW，通过减速器独立地带动汽车前轮行驶。
    2）Series-SHEV的管理系统
    （1）Series-SHEV的多能源动力总成管理模块，对动力电池组的充、放电，动力电池组中每个电池状态进行监控和检查。镍氢电池组由中央控制器中的电池管理模块控制，当动力电池组的电能下降到40％时，立即自动启动柴油机。发电机组进行发电，并使动力电池组恢复到50％的充电状态。
    （2）发动机采取启动一关闭的控制方．式控制柴油机一发电机组发电，发动机保持在最佳效率范围内运转。
    3）Series-SHEV的特点
    （1）Series-SHEV是以通用汽车公司电动汽车EV1为基础，增加了一台先进的超节能的小型涡轮增压直喷式柴油机，该柴油机装在行李厢的前部，是同类产品中尺寸最小、质量最小和最省油的涡轮增压直喷式柴油机，由于柴油机的燃油经济性好，可以保持柴油机在最佳经济性和有害气体最低排放的条件下稳定地运转和发电，不断地向电力电池组充电，还可以通过电流转换器直接向驱动电动机提供电能，可以延长Series-SHEV的续驶里程，实现“没有里程限制”的运行。
    （2）Series-SHEV是以电动汽车EV1为基础开发的，将轴距增加了482.6 mm，加大了后座的空间，车速和底盘没有大的改动，电力驱动系统均采用了EV上的标准设计，有较好的通用性和互换性。
    （3）动力电池组采用镍氢电池，驱动和再生制动时提供电能和回收电能。
    2．丰田考斯特（Coaster）SHEV客车
    丰田Coaster，又名柯斯达，丰田汽车公司用Coaster中型客车改装成Coaster SHEV，已经批量生产和投入营运。Coaster SHEV可以装载224名乘客，一次加油的续驶里程达到400～500 km，所排放的碳氢化合物和NOx比汽油机或柴油机汽车低90%，CO比汽油机或柴油机汽车低66%，Coaster SHEV的技术性能见表1。

    Coaster SHEV的结构如图23所示，其发动机／发电机组装在汽车的前部，发动机与发电机之间用一个增速器互相连接。发动机采用D-4型1.5L直喷式汽油发动机，发动机保持在最佳状态下运转时，由于转速比较低，而且是平稳连续运转，在排气系统中采用了三元催化剂，因此，动力性能好，有害废气排放量大大减少，噪声也有所降低。

    Coaster SHEV采用了密封式铅酸电池组，驱动电动机为交流感应电动机，驱动电动机的功率为70 kW，驱动电动机经过减速器来驱动SHEV的后轮行驶。
    Coaster SHEV的动力电池组的电能可以经过变换器输送供应驱动电动机和发动机，发电机组所发出的电能可以经过变频器输送到驱动电动机，也可以输送到动力电池组中。驱动电动机通过机械式整体后桥来驱动车辆行驶，在市郊行驶时，发动机／发电机组发电，并向动力电池组充电，增加车辆的续驶里程。在城市行驶时，发动机／发电机组停止工作，依靠动力电池组的电能驱动，实行“无污染”的行驶。Coaster SHEV在制动时，能够实现再生制动回收能量。
    Coaster SHEV充分利用现成的Coaster汽油车的车身和底盘来改装，发动机、发电机和驱动电动机在总布置上与原来的汽油车基本相同，保留了原车的大部分总成，但取消了变速器、传动轴等总成，这样有利于实现通用化和系列化，并且可以大大降低成本。

    3.2并联式混合动力
    并联式混合动力汽车有两套驱动系统，分别为内燃机和电动机驱动。其结构特点如下：
    （1）发动机与电动机呈并联结构。
    （2）以发动机为主动力，电动机作为辅助动力，其作用是让发动机尽量靠近最有效率状态，从而达到节油的效果。工作时共同驱动或各自单独驱动车辆。
（3）保留了常规汽车的动力传递方式，发动机通过机械传动机构可以直接驱动车辆，燃油能量利用效率较高。
    （4）适合高速公路等稳定行驶路况。
    1．单轴式并联混合动力系统
    单轴式并联混合动力系统结构如图24所示，发动机和电动机的输出轴采用了同一根传动轴，这种结构有利于电动机和变速箱结构的一体化模块设计，便于批量生产中的模块化供货和整车装配，单轴并联结构的合成方式为转矩合成。其缺点是：这种结构将导致发动机和电动机两者任何时刻的转速值均为同一值，限制了电动机的工作区域。

    下面介绍两种典型的单轴并联混合动力车型。
    1）福特Prodigy混合动力汽车
    福特汽车公司的Prodigy轿车是一种“低储能（LSR）”型并联式混合动力汽车，采用4A·h小而轻的镍氢电池来储存电能，使整车的质量降低，整车的整备质量为1083 kg，比同类型的家庭型轿车轻约450 kg。
    (1) Prodigy LSR轿车的技术性能见表2。



 （2）Prodigy LSR轿车的结构如图25所示。

    ①发动机。Prodigy LSR配置直列4缸1.2L、四气门直喷式DLATA发动机。DLATA发动机是一种高性能和高效率的发动机，发动机的功率为54.4 kW，转矩为153 N·m。发动机装在汽车的前部，通过自动离合器、MTX-75型5挡变速器、主减速齿轮和差速器齿轮，带动汽车前轴行驶，在结构上与传统的内燃机汽车基本相同。Prodigy LSR燃料消耗量降低到3.3 L／100krn。
    ②电动／发电机。Prodigy LSR的发动机的输出轴上装有电动／发电机（S/A），电动／发电机是一台交流电动机，用交流变频器控制，最大输出功率仅为8 kW，它代替发动机的飞轮和发动机的启动电动机，在发动机启动时快速启动发动机，在发动机运转时，将所发出的电能储存到动力电池组中。在汽车加速或爬坡时，电动／发电机还可以转换为电动机，辅助发动机工作，提供功率为8 kW的辅助动力。
    ③动力电池组。Prodigy LSR的VARTA动力电池组，是由多个12V的单体镍一氢电池组组成，只有4A·h的容量，总功率为22 kW，能量为1.1 kW·h。
    （3）Prodigy LSR的管理系统。
    ①操纵装置。Prodigy LSR装有自动换挡的手动变速器（Automatic Shifted ManualTransmission）。发电机通过自动离合器、5挡变速器和驱动桥，驱动汽车前轴行驶。
    这种结构与传统的内燃机汽车基本相同，动力系统总质量为455 kg，自动换挡的手动变速器操作十分方便，既具有手动变速器的效率，又比类似的自动变速器效率高20%，驾驶员可以采用自动换挡模式或选择换挡模式来操纵车辆行驶。
    ②多能源动力总成管理系统。Prodigy LSR采用中央控制器和多个控制模块对电动／发电机（S/A）、发动机和自动换挡的手动变速器进行自动控制，主要有以下几方面。
    ·福特汽车公司在Prodigy LSR上采用了福特汽车公司首创DLATA质量很小的铝合金制造的发动机，发动机控制模块用启动、关闭的方式控制发动机，发动机始终保持在低油耗、高效率的最佳工况下运转，这些措施使得Prodigy LSR燃料消耗量降低到3.3 L/ 100 km。
     ·Prodigy LSR的发动机输出轴上装配的电动／发电机，最大输出功率仅为8kW，电动／发电机的质量非常小，仅在汽车发动机启动时和汽车在加速或爬坡时，才输出动力辅
助发动机工作。
      ·Prodigy LSR的电动／发电机可以迅速达到最大转矩，可以使发动机的启动时间由250 ms降低到100 ms，发动机控制模块可以控制发动机在车辆减速或停车时，发动机自动熄火，车辆一起步发动机立即重新启动，驾驶员甚至察觉不到发动机曾经熄火。
    ③驱动模式。
      ·发动机驱动模式。Prodigy LSR主要是以发动机驱动模式来驱动前轮行驶，发动机的启动是依靠电动／发电机来带动，发动机不需要启动电动机。
      ·混合驱动模式。当车辆在加速或爬坡时，需要最大的动力时，发动机的节气门开最大时，电动／发电机转换为电动机，形成发动机一电动／发电机共同驱动的混合驱动模式，混合动力在发动机输出轴上组合后，共同通过变速器、驱动桥等带动车轮行驶。用电动／发电机的控制模块，动力电池组在受控状态下输出的电流比较平稳，可以保护电池组并延长电池组的寿命。采用燃料电池后，Prodigy LSR的节能性能还将进一步提高。
     ·再生制动能量回收。Prodigy LSR在制动时，电动／发电机能够回收再生制动时的能量，转换为电能，储存到动力电池组中，在制动过程中，自动离合器会自动分离。
    2）本田Insight和Civic混合动力汽车
    本田把它的混合动力系统称为IMA （Integrated Motor Assist）. 1997年，本田公司开发出第一代IMA系统，而1999年12月，搭载第一代IMA系统的Insight（如图2-26所示）已经在美国正式上市，本田成为第一个在北美销售混合动力汽车的公司。2003年，当IMA系统发展到第二代的时候，本田终于把它装备在旗下最重要的车型上面—四门轿车 Civic. CivicHybrid马上受到欢迎，它们均为并联式混合动力车，成为本田销量最好的混合动力车型，到2005年4月，本田混合动力汽车全球销量突破了10万台。随后，本田雅阁混合动力汽车Accord Hybrid装备了第三代IMA系统，也成为世界上第一款混合动力中型轿车。

    （1）混合动力系统和工作过程。最新一代Civic Hybrid装备了第四代IMA系统，主要部件包括一个1.3L.VTEC4缸汽油机，一个高功率的超薄永磁同步电动机，一个无级变速器（CVT）和一个智能动力单元（Intelligent Control Unit PCU），一组高性能镍一氢电池和一个空调控制单元。汽油机和电动机布置在车的前部，智能动力单元布置在车的后部，布置形式如图27所示，IMA系统工作过程如下。

    ①启动加速。发动机以低速配气正时状态运转，同时电动机提供辅助能量。
    ②急加速状态。发动机以高速配气正时状态运转，此时电池会提供额外的功率给电动机与发动机共同驱动车辆，改善整车的加速性能。
    ③低速巡航状态。发动机的4个气缸阀门全部关闭，燃烧停止，动力系统以纯电动状态驱动车辆。
    ④一般加速或高速巡航。发动机以低速配气正时状态运转单独驱动车辆。
    ⑤减速状态。发动机关闭，电动机此时作为一个发电机，在电动机控制传输系统的帮助下将机械能最大限度地转化为电能，存储到电池组中。
    ⑥停车状态，发动机自动关闭，减少燃料损失和排放。

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