汽车智能应用发展毕业论文

混合动力汽车技术现状与发展前景分析 摘要：社会对环境和节能的重视有力地促进了混合动力车辆的发展。本 文分析了国内外混合动力汽车的研究现状，介绍了混合动力汽车的主要结 构形式与工作特点，指出了混合动汽车目前需要解决的主要问题和采用的 关键技术，并对其发展前景进行了预测。 关键词：混合动力汽车内燃机电动机控制 0引言 随着全球汽车工业的迅猛发展，石油资源供应的日趋紧张，世 界各国积极寻求代用燃料或者减少燃油的消耗量，大力开发新型节 能环保汽车。在太阳能、电能等替代能源真正进入实用阶段之前，混 合动力汽车因其低油耗、低排放的优势越来越受到人们的关注。 1国内外HEV技术发展现状 国外HEV的发展概况21世纪后，各国加快了HEV的概 念产品化的进程，相继推出了不同形式的HEV产品。丰田的Prius, 本田的Insight,通用的Precept，福特的Prodigy,戴姆勒克莱斯勒的 ESx3,日产的Tino等都是具有代表性的车型，其中Prius和Insight 己是成熟的产品，截止2008年12月，丰田Prius全球销量已经超过 了100万辆。 我国HEV的研发现状我国也非常重视混合动力电动汽车 的研究与开发，有关工作开始于上个世纪90年代。在“十五”期间， 科技部组织北京理工大学、清华大学、东风汽车公司等国内多家企 业、高校和科研机构进行联合攻关，确定了以燃料电池汽车(FCEV)、 混合动力电动汽车(HEV)纯电动汽车(BEV)车型为“三纵”，多能源动 力总成控制系统、驱动电机及其控制系统、动力蓄电池及其管理系 统三种共性技术为“三横”的“三纵三横”的研发布局；之后，节能与 新能源汽车的研发又被列入“十一五”863计划重大项目。 2混合动力系统的构成及工作特点 混合动力驱动系统联合使用两种动力装置，一种是传统的内燃 发动机，另一种是电动机。整个系统由发动机、电动机、动力分配装 置、发电机、蓄电池和电流逆变器等部分构成。 通常，混合动力系统的动力传递方式有三种:串联式、并联式和 混联式。各自的结构形式和特点如下。 串联式混合动力系统如图1所示，在串联混合动力驱动 （SHEV）系统中，所有发动机机械能都转换为电能以驱动电动机。这 种系统使发动机在效率最高的转速范围内工作，因此能最大限度地 改善燃油经济性和减少排放。 并联式混合动力系统并联式(PHEV)结构有内燃机和电动 机两套驱动系统（见图2）。发动机与电动机并联，两者都可以驱动车 轮，电动机还可以作为发电机给电池充电，不再需要额外的发电机 在车辆行驶时，系统以发动机为主要动力源，在车辆起步或加速时则 使电动机工作，作为辅助驱动力。当发动机效率低的低负荷工况时 则电动机功能转变为发电机功能，向蓄电池充电。其次，在车辆制动 或下坡减速行驶时，则通过制动能量回收系统进行制动能量回收。 混联式混合动力系统混联式混合动力驱动系统（PSHEV） 是串联式与并联式的综合，其结构如图3所示。混联式驱动系统的 控制策略是：在汽车低速行驶时，驱动系统主要以串联方式工作；当 汽车高速稳定行驶时，则以并联工作方式为主。 3混合动力汽车需要解决的问题和关键技术 目前，混合动力汽车所需要解决的问题包括以下几个方面:其 一，进行动力分配装置和能量管理系统的研究。其二，开发具备高比 能量和高比功率经济实用的电池。其三，混合动力系统结构复杂，制 造成本高，维修比较困难，售价相对较高。其四，建立更先进的驱动 系统数学模型(包括静态和动态的)，进行计算机仿真分析。 具体来讲要进行下面几项关键技术的研究: 混合动力单元技术在混合动力汽车上，热力发动机又被称 为混合动力单元。为提高燃料经济性，对混合动力单元必然提出更 多的要求，例如要求混合动力单元能够快速起动和关闭等。目前对 混合动力单元的研究主要集中于:一是燃烧系统的优化；二是尾气处 理技术，主要研究高效的尾气催化系统；三是代用燃料的研究。 控制策略技术HEV产品开发中最关键的环节是根据不同 的混合动力驱动系统制定和优化其控制策略，国外通过系统建模仿 真对此进行了大量的匹配理论研究。控制系统的开发首先是根据采 集到的速度和负荷等数据，计算出对应的要求输出功率:计算出以最 高效率为基点的分配到内燃机与电动机上的功率值，即实现内燃机 与电动机的最优功率分配比；然后，根据功率分配比，求出驱动电动 机的功率值和其它有关数据，给出内燃机的控制参数和电动机的控 制参数。同时，驱动执行器完成这两个层次的工作控制。在执行器设 计中，功率分配装置的设计及其与变速器的一体化设计是关键的部 件设计工作。因为它要根据控制器的指令，正确地进行内燃机功率 向驱动车辆功率和驱动发电机功率的分解。 能量存储技术在电动汽车上，蓄电池的开发和充放电特性 的研究是关键。现在，镍氢电池和锂离子电池己可达到混合动力汽 车的使用要求，但仍有价格高或寿命不长等缺陷。从发展看，能量储 存装置的研究应该包括以下几个方面:一是研究电池内部的连接、检 测、监控。二是电池设计和制造方面的改进，降低制造成本，改善电 池的性能和提高寿命。适用于混合动力汽车的电池需要有较高的比 功率，要达到的目标是，功率与能量比值大于20W/wh；使用寿命达 到10年；至少循环使用12万次。三是电池的热能管理及剩余电量管理。此外，电池的剩余电量直接影响混合动力汽车的经济性和排 放，因此需要有效的测试方法和控制装置。 4发展前景分析 从目前的发展来看，以计算机技术和自动控制技术，各种智能控 制系统包括自适应控制技术、模糊控制技术（Fuzzy）、专家控制系统 （Expert System）、神经网络控制系统（Neural Networks）等在混合 动力汽车上的逐渐应用，将进一步促进混合动力汽车的发展。与传统 型汽车相比，混合动力汽车充分吸取了电力/热力系统中最大的优 势，在节能和排放上胜出一筹；与纯电动汽车相比，HEV的电压和功 率等级与电动车类似，但蓄电池容量大大减小，因而其造价成本低于 电动汽车。 当前HEV所面临的主要技术问题还很多。尽管从长远来看只是 一种过渡车型，但HEV在近20-30年内会很有发展前景，这一点是 毫无疑问的。汽车行业专家预言，不久的将来，新生产的汽车中HEV 将占40%以上。我国的汽车工业应顺应科技发展趋势，抓住HEV这 块市场，在国外产品涌入之前，集中科研力量攻关，迅速开发出自己 的产品。 参考文献： [1]张金柱.混合动力汽车结构、原理与维修[M].北京：化学工业出版社. 2008. [2]过学迅，张杰山，胡朝峰.日美混合动力汽车发展的比较研究[J].上海 汽车：7-10.

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汽车ABS技术的发展趋势研究 在汽车防抱死制动系统出现之前，汽车所用的都是开环制动系统。其特点是制动器制动力矩的大小仅与驾驶员的操纵力、制动力的分配调节以及制动器的尺寸和型式有关。由于没有车轮运动状态的反馈信号，无法测知制动过程中车轮的速度和抱死情况，汽车就不可能据此调节轮缸或气室制动压力的大小。因此在紧急制动时，不可避免地出现车轮在地面上抱死拖滑的现象。当车轮抱死时，地面的侧向附着性能很差，所能提供的侧向附着力很小，汽车在受到任何微小外力的作用下就会出现方向失稳问题，极易发生交通事故。在潮湿路面或冰雪路面上制动时，这种方向失稳的现象会更加严重。汽车防抱死制动系统（Anti-lock Braking System简称ABS）的出现从根本上解决了汽车在制动过程中的车轮抱死问题。它的基本功能就是通过传感器感知车轮每一瞬时的运动状态，并根据其运动状态相应地调节制动器制动力矩的大小以避免出现车轮的抱死现象，因而是一个闭环制动系统。 它是电子控制技术在汽车上最有成就的应用项目之一，汽车制动防抱死系统可使汽车在制动时维持方向稳定性和缩短制动距离，有效提高行车的安全性。 一、ABS的工作原理 汽车制动时由于车轮速度与汽车速度之间存在着差异，因而会导致车轮与路面之间产生滑移，当车轮以纯滚动方式与路面接触时，其滑移率为零；当车轮抱死时其滑移率为100％。当滑移率在8％～35％之间时，能传递最大的制动力。制动防抱死的基本原理就是依据上述的研究成果，通过控制调节制动力，使制动过程中车轮滑移率控制在合适的范围内，以取得最佳的制动效果。ABS系统硬件构成主要由传感器（包括轮速传感器、减速度传感器和车速传感器）、电子控制装置、制动压力调节器三大部分组成，形成一个以滑移率为目标的自动控制系统。传感器测量车轮转速并将这一数据传送至电子控制装置上，控制装置是一个微处理器，它根据车轮转速传感器信号来计算车速。在制动过程中，车轮转速可与控制装置中预先编制的理想减速度的特性曲线相比较。如果控制装置判断出车轮减速度太快和车轮即将抱死时，它就发出信号给液压调节器，液压调节器可根据来自控制装置的信号对制动器的卡钳或轮泵的油压进行控制（作用、保持、释放、重新作用）。这一动作，每秒钟能出现10次以上。 二、ABS技术的发展及应用现状 基于制动防抱理论的制动系统首先是应用于火车和飞机上。1936年，德国博世公司（BOSCH）申请一项电液控制的ABS装置专利，促进了ABS技术在汽车上的应用。汽车上开始使用ABS始于1950年代中期福特汽车公司，1954年福特汽车公司在林肯车上装用法国航空公司的ABS装置，这种ABS装置控制部分采用机械式，结构复杂，功能相对单一，只有在特定车辆和工况下防抱死才有效，因此制动效果并不理想。机械结构复杂使ABS装置的可靠性差、控制精度低、价格偏高。ABS技术在汽车上的推广应用举步艰难。直到70年代后期，由于电子技术迅猛发展，为ABS技术在汽车上应用提供了可靠的技术支持。ABS控制部分采用了电子控制，其反应速度、控制精度和可靠性都显著提高，制动效果也明显改善，同时其体积逐步变小，质量逐步减轻，控制与诊断功能不断增强，价格也逐渐降低。这段时期许多家公司都相继研制了形式多样的ABS装置。 进入90年代后，ABS技术不断发展成熟，控制精度、控制功能不断完善。现在发达国家已广泛采用ABS技术，ABS装置已成为汽车的必要装备。北美和西欧的各类客车和轻型货车ABS的装备率已达90％以上，轿车ABS的装备率在60％左右，运送危险品的货车ABS的装备率为100％。ABS装置制造商主要有：德国博世公司（BOSCH），欧、美、日、韩国车采用最多；美国德科公司（DELCO），美国通用及韩国大宇汽车采用；美国本迪克斯公司（BENDIX），美国克莱斯勒汽车采用；还有德国戴维斯公司（TEVES）、德国瓦布科（WABCO）、美国凯尔西海斯公（KELSEYHAYES）等，这些公司的ABS产品都在广泛地应用，而且还在不断发展、更新和换代。 近年来，ABS技术在我国也正在推广和应用，1999年我国制定的国家强制性标准GB12676-1999《汽车制动系统结构、性能和试验方法》中已把装用ABS作为强制性法规。此后一汽大众、二汽富康、上海大众、重庆长安、上海通用等均开始采用ABS技术，但这些ABS装置我国均没有自主的知识产权。 国内研究ABS主要有东风汽车公司、交通部重庆公路研究所、济南捷特汽车电子研究所、清华大学、西安交通大学、吉林大学、华南理工大学、合肥工业大学等单位，虽然起步较晚，也取得了一些成果。在气压ABS方面，国内企业包括东风电子科技股份有限公司、重庆聚能、广东科密等都已形成了一定的生产规模。液压ABS由于技术难度大，国外技术封锁严密，国内企业暂时不能独立生产，但在液压ABS方面也在做自主研发，力图突破国外跨国公司的技术壁垒，已经取得了一些新的进展和突破。如清华大学和浙江亚太等承担的汽车液压防抱死制动系统（ABS）“九五”国家科技攻关课题，在ABS控制理论与方法、电子控制单元、液压控制单元、开发装置和匹配方法等关键技术方面均取得了重大成果。采用的耗散功率理论，避免了传统的逻辑门限值研究方法的局限性，取得了理论上的突破，研发ABS成功且进入产业化、批量生产阶段。其试样在南京IVECO轻型客车上匹配使用全面达到了国家标准GB12676-1999和欧洲法规EECR13的要求。这对振兴我国汽车工业与汽车零部件业具有划时代意义，标志着我国汽车液压ABS国产化已迈出坚实的一步。同时合肥工业大学也研制出国内具有自主知识产权的液压制动电子防抱系统，率先在HF6700轻型汽车上匹配使用获得成功。国内液压ABS技术含量与国外虽有一定的差距，但在政府的大力支持和国内丰富的人力资源配合下，相信国内可以在较短的时间内在ABS技术某些领域赶超国际水平

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