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南京工程學(xué)院
車輛工程系
本科畢業(yè)設(shè)計（論文）
題 目：公交車弱中度混合動力系統(tǒng)底盤
機械部分的改進設(shè)計研究
專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化
（汽車技術(shù)）
班 級： 汽車072 學(xué) 號： 215070226
學(xué)生姓名： 唐明亮
指導(dǎo)教師： 鄒政耀 副 教 授
起迄日期： 2011.2.21～2011.6.10
設(shè)計地點： 車輛工程實驗中心
說 明
1．根據(jù)南京工程學(xué)院《畢業(yè)設(shè)計(論文)工作管理規(guī)定》，學(xué)生必須撰寫《畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告》，由指導(dǎo)教師簽署意見、教研室審查，系教學(xué)主任批準后實施。
2．開題報告是畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會對學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。學(xué)生應(yīng)當在畢業(yè)設(shè)計（論文）工作前期內(nèi)完成，開題報告不合格者不得參加答辯。
3．畢業(yè)設(shè)計開題報告各項內(nèi)容要實事求是，逐條認真填寫。其中的文字表達要明確、嚴謹，語言通順，外來語要同時用原文和中文表達。第一次出現(xiàn)縮寫詞，須注出全稱。
4．本報告中，由學(xué)生本人撰寫的對課題和研究工作的分析及描述，應(yīng)不少于2000字，沒有經(jīng)過整理歸納，缺乏個人見解僅僅從網(wǎng)上下載材料拼湊而成的開題報告按不合格論。
5．開題報告檢查原則上在第2～4周完成，各系完成畢業(yè)設(shè)計開題檢查后，應(yīng)寫一份開題情況總結(jié)報告。
本科畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告
學(xué)生姓名
唐明亮
學(xué) 號
215070226
專 業(yè)
機械設(shè)計制造及其自動化（汽車技術(shù)）
指導(dǎo)教師
鄒政耀
職 稱
副 教 授
所在院系
車輛工程
課題來源
自擬課題
課題性質(zhì)
工程設(shè)計
課題名稱
公交車弱中度混合動力系統(tǒng)底盤機械部分的改進設(shè)計研究
畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容和意義?
該課題所采用的技術(shù)路線、方案、要設(shè)計和完成的任務(wù)：
在對混合動力公交汽車運行工況和中國城市公交線路的具體狀況進行充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，分析了某一混合動力公交車的總體結(jié)構(gòu)形式及驅(qū)動方案，根據(jù)所選車型與發(fā)動機型號，設(shè)計變速器、主減速器、差速器的具體結(jié)構(gòu)參數(shù)并進行強度校核，利用高速旋轉(zhuǎn)的飛輪回收制動能量，飛輪前設(shè)有增速機構(gòu)，通過兩排行星排實現(xiàn)兩級提速，進一步提高能量飛輪吸收能量的效率，在車輛起步時將此吸收的能量釋放出去，達到起步助力與節(jié)省燃油消耗的目的。
畢業(yè)設(shè)計的具體內(nèi)容：
1. 確定變速器的型式、結(jié)構(gòu)、傳動比
2. 確定起步輔助系統(tǒng)的型式
3. 典型零部件的設(shè)計及計算、校核
4. 畫出總裝配圖及零部件圖
本課題對公交車弱中度混合動力系統(tǒng)底盤的應(yīng)用進行研究設(shè)計，其研究意義如下：
1．伴隨著環(huán)境的日益惡化以及石油的進一步僵乏，能源短缺和環(huán)境污染兩大問題已成為世界性的挑戰(zhàn)，而汽車在這兩大問題中均扮演著主要的負面角色，各大汽車公司都在競相開發(fā)低排放和低能耗的汽車產(chǎn)品. 如何減少汽車對能源的消耗和對環(huán)境的污染關(guān)系到人類的可持續(xù)發(fā)展。由于蓄電池技術(shù)尚未成熟,純電動汽車的發(fā)展受到制約。無疑混合動力汽車是目前比較理想的發(fā)展方向之一。具有較好的燃油經(jīng)濟性和排放、對傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不會造成很大沖擊以及無需改變現(xiàn)有能源供應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施等優(yōu)點的混合動力汽車，受到了廣泛的關(guān)注。當前開發(fā)混合動力汽車的方法是以某一種原型車為基礎(chǔ)，對其動力系統(tǒng)進行重新設(shè)計和改進.設(shè)計的指導(dǎo)思想是:技術(shù)上實現(xiàn)動力性、經(jīng)濟性指標，在滿足動力性要求前提下使燃油經(jīng)濟性最大化，在滿足性能要求的前提下使成本最小化。
2．公交車工況的主要特點是起停頻繁，僅制動能量的回收就能帶來可觀的收益。并聯(lián)混合堪稱最實用化的公交混合動力模式并聯(lián)混合易于實現(xiàn)，借于有電動機進行“調(diào)峰作用”，發(fā)動機的功率可適當減小而不會影響動力性。有電動機可以作為發(fā)電機，向儲能系統(tǒng)進行充電，可采用容量相對較小的超級電容滿足使用要求，儲能系統(tǒng)對車輛總質(zhì)量影響相對也比較小等優(yōu)勢，而目節(jié)約能源(可以達到15 %~25 %)，積極響應(yīng)了國家節(jié)能減排的號召，按照國家“十城千臺”針劃，可得到相應(yīng)的補償。表1所列為財政部、科技部2009年初發(fā)布的關(guān)于電動客車的推廣補貼標準[1]。
表1 10m以上城市公交客車示范推廣補助標準 萬元
節(jié)能與新能源汽車類型
節(jié)油率/（ %）
使用鉛酸電池的混合動力系統(tǒng)
使用鎳氫電池、鋰離子電池/超級電容器的混合動力系統(tǒng)的最大電功率比
20%~50%
>50%
混合動力汽車
10~20
20~30
30~40
>40%
5
7
8
-
20
25
30
35
-
30
36
42
純電動汽車
100
-
-
50
燃料電池汽車
100
-
-
60
3．日本和美國等發(fā)達國家高度重視混合動力汽車的開發(fā)，并在技術(shù)上取得了一些重大成果和進展。上個世紀90年代以來，國外的汽車公司均投入巨資開始進行混合動力電動汽車的研制和開發(fā)。在現(xiàn)代電子、控制技術(shù)、新型材料等高新技術(shù)被采用后，各種混合動力電動汽車如雨后春筍般紛紛面世.豐田的Pruis混合動力電動汽車是世界上第一款大批量生產(chǎn)的HEV。我國混合動力汽車的研究起步較晚。九十年代中期，汽車企業(yè)有關(guān)專家開始對混合動力汽車技術(shù)表示出極大關(guān)注，并著手研制開發(fā)樣車，但大部分規(guī)模較小、經(jīng)費短缺、技術(shù)水平較低。2001年，國務(wù)院科教領(lǐng)導(dǎo)小組將電動汽車確“十五”國家12個重大科技專項之一[2]。2002年1月，電動汽車重大專項二縱二橫第一批項目正式啟動，其中二縱共有_5個整車課題該項目以市場為導(dǎo)向，在“十五”期間研究開發(fā)EQ6110HEV混合動力客車產(chǎn)品，通過產(chǎn)品型式認證，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，形成我國自主知識產(chǎn)權(quán)的批量化混合動力公交車產(chǎn)品。
文
獻
綜
述
1．在我國，隨著人民生活水平的提高，汽車保有量也大幅度的增加同時，中國已經(jīng)成為世界上最大的汽車生產(chǎn)國 現(xiàn)今社會，汽車作為主要交通工具和國民經(jīng)濟的重要支柱產(chǎn)業(yè)得到了飛速發(fā)展，然而由此產(chǎn)生的資源短缺和環(huán)境惡化等問題日趨嚴重。有關(guān)數(shù)據(jù)顯示近幾年來，大氣污染中73.50%的碳氫化合物、63.4%的一氧化碳和46%的氮氧化合物是汽車尾氣排放造成的。在石油資源方面，世界上目前已探明的石油儲量，按照現(xiàn)在的使用速度，只能維持30年左右，能源危機也是日益嚴重[3]。因此，各國政府紛紛制定了嚴格的汽車排放法規(guī)和國家標準。
圖1 世界不同地區(qū)能源消耗
2．日益增長的環(huán)境和能源問題促使汽車工業(yè)對各種排放方式的選擇進行研究勿庸置疑，電動汽車是滿足零排放要求的最好的汽車，是汽車產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展方向，它本身沒有排氣污染。此外，電動汽車還具有低噪音，能源多樣化等優(yōu)點。然而電池能量儲存的限制以及諸如壽命、價格等因素制約導(dǎo)致了電動汽車在銷售市場上舉步維艱。在這種情況下，融合內(nèi)燃機汽車和電動汽車優(yōu)點的混合動力電動汽車(HEV)則成為可以解決環(huán)保問題的最佳車型?；旌蟿恿﹄妱悠?Hybrid Electric Vehicles,簡稱HEV)是指將電力驅(qū)動于輔助動力單元(Auxiliary Power Unit，簡稱APU)合并到一輛汽車上做驅(qū)動力，國際電子技術(shù)委員會(IEC)對混合動力電動汽車的定義為：“在特定的工作條件下，可以從2種或2種以上的能量存儲器、能量源或能量轉(zhuǎn)化器中獲取驅(qū)動能量的汽車，其中至少有一種能量存儲器、能量源或能量轉(zhuǎn)化器可以傳遞電輔助動力單元是燃燒汽油柴油或是天然氣等代用燃料的原動機或動力發(fā)電機組” [4]。這個輔助動力單元一般采用1臺“發(fā)動機一發(fā)電機”，組，發(fā)動機可以始終在最佳工作點上驅(qū)動發(fā)電機或直接驅(qū)動汽車，發(fā)揮排放少、效率高的特點;同時，電池又可不斷的得到發(fā)電機的補充充電。從而，在減小電池容量和體積的同時提高了汽車最高速度，加大了續(xù)駛里程，延長了電池的使用壽命。
3．混合動力汽車布置形式各種各樣，從能量流動方向來分，大致可分為串聯(lián)式、并聯(lián)式、混聯(lián)式三種種。混合動力總成對HEV言是相對獨立的系統(tǒng)，它是發(fā)動機、動力電機和變速箱的集成，因此，從能量流到混合動力系統(tǒng)輸出軸的流經(jīng)路線，可將混合動力汽車分為串聯(lián)式、并聯(lián)式、混聯(lián)式三種[5]。
圖2 三種混合動力傳動方式
4．我國城市公交車的特點：隨著城市規(guī)模的逐步擴大，城市交通網(wǎng)也日趨復(fù)雜，城市公交線路眾多。目前在我國大中城市，公交車是市民出行的主要代步工具。城區(qū)公交車?？康恼军c多，站與站之間的距離不長，城區(qū)交通擁擠，行駛時速不高，再加上交通道口紅燈停車，起步、停車十分頻繁，行駛時由于時速較低，載荷不大，車輛負荷率低，造成了能源的極大浪費。而在夏季，汽車長時間在烈日下曝曬，車內(nèi)空調(diào)高負荷運行，在高峰時段、爬長坡時車輛負荷率高，動力系統(tǒng)易出現(xiàn)過熱和過載。
圖3 我國大中城市公交汽車平均車速統(tǒng)計
我國城市道路的特點：隨著城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的逐步完善，我國大中城市不僅有著四通八達的交通網(wǎng)，而日_道路條件逐步改善，采用了高質(zhì)最瀝青及混凝土等材料，吸振性好，行駛較平穩(wěn)。城市普遍采用立體交通，易發(fā)生坡道起步。
5．從世界電動汽車發(fā)展看，能最存儲技術(shù)仍然是電動汽車商業(yè)化發(fā)展的瓶頸。因為電動汽車與燃油汽車相比的三個主要制約因數(shù)：成木高、續(xù)駛里程短和充電時間長，都與能最存儲技
術(shù)沒有突破性進展直接相關(guān)。
表2[6]中列出了幾種主要儲能裝置的性能比較，在這幾種儲能裝置中，化學(xué)蓄電池仍然是最主要的儲能設(shè)備，燃料電池近幾年也發(fā)展很快，是電動汽車中新型電池的主要代表。超導(dǎo)儲能裝置由于其工藝不很成熟，況且價格和使用的費用太高，限制了它的應(yīng)用。而飛輪裝置發(fā)展己經(jīng)比較成熟，而且由于其遠大于化學(xué)電池的比功率和比能最，成為目前許多科研工作者的研究重點。
表2 儲能裝置性能比較
對比特性
化學(xué)蓄電池
飛輪儲能裝置
超導(dǎo)儲能裝置
燃料電池
儲能方式
化學(xué)方式
機械方式
電磁方式
化學(xué)方式
使用壽命
3~5a
20a以上
約20a
10a以上
對環(huán)境影響
污染，需要回收
幾乎無污染
幾乎無污染
污染極少
工作溫度
要求高
要求低
嚴格控制溫度
有要求
相對尺寸
最大
最小
較小
較大
儲能密度
小
最大
大
大
充電時間
慢
快
慢
飛輪儲能技術(shù)己經(jīng)大最應(yīng)用于衛(wèi)星和航大技術(shù)中，現(xiàn)在，隨著人們對飛輪技術(shù)重要性的認識的加深，開始以衛(wèi)星用的飛輪為基礎(chǔ)，研究汽車用飛輪儲能裝置。美國飛輪系統(tǒng)公司(AFS）己經(jīng)生產(chǎn)出了以克萊斯勒LHS轎車為原形的飛輪電池轎車AFS20，這是一種完全由飛輪電池供電的電動汽車。它由20節(jié)飛輪電池驅(qū)動，每節(jié)電池直徑230 mm，質(zhì)最13. 64 kg。電池用市電充電需要6 h而快速充電只需要15 min，一次充電行駛路程可達560 km。其加速性能也很好，從0加速到96km/h只需6.5s。
參考文獻：
[1] 王海良.混合動力電動汽車的發(fā)展與研究[J].2007年APC聯(lián)合學(xué)術(shù)年會論文,2007,54:257-260.
[2] 王保華.混合動力城市客車控制策略與試驗研究[D]:[上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文].上海:上海交通大學(xué)機械與動力工程學(xué)院,2008.
[3] 邢偉巖,宋振寬,周雅夫.混合動力電動汽車實現(xiàn)商品化的關(guān)鍵因素[J].經(jīng)濟技術(shù)分析,2002.
[4] 劉慶凱,紀麗偉,劉雄.混合動力汽車整車控制策略比較分析[J],柴油機設(shè)計與制造,2010.
[5] 林楓,吳森等,曹正策.混合動力電動城市公交客車控制策略[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報·信息與管理工程版,2003,25(6):179-182.
[6] 曹正策.混合動力電動公交車動力系統(tǒng)的研制[D]:[武漢理工大學(xué)申請工學(xué)碩士學(xué)位論文].武漢：武漢理工大學(xué)汽車工程學(xué)院，2004.
研
究
內(nèi)
容
1. 通過查閱文獻掌握混合動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式與中國典型城市公交車運行工況。
2. 通過所選車型，根據(jù)選擇的發(fā)動機進行對變速器、主減速器和差速器的設(shè)計并進行強度
校核，繪制CAD圖。
3. 通過與發(fā)動機并聯(lián)的飛輪機構(gòu)實現(xiàn)車輛制動時的能量回收，研究設(shè)計飛輪與行星排的結(jié)構(gòu)參數(shù)，繪CAD圖。
研
究
計
劃
第 1 周 熟悉課題、查閱文獻資料
第 2 周 查閱并閱讀文獻資料，撰寫開題報告
第 3 周 閱讀文獻，外文資料翻譯
第 4 周 熟悉CAD軟件
第 5 周 提出并分析總體方案
第 6 周 變速器基本參數(shù)的確定
第 7 周 零件設(shè)計計算
第 8 周 零件強度校核
第 9 周 主減速器及差速器基本參數(shù)的確定
第 10 周 零件設(shè)計計算
第 11 周 零件設(shè)計計算
第 12 周 完成總裝配草圖
第 13 周 繪制典型零件圖
第 14 周 完成總裝配圖
第 15 周 撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書，中英文摘要
第 16 周 畢業(yè)答辯
特
色
與
創(chuàng)
新
本論文特色與創(chuàng)新如下：
通過對混合動力汽車的分析研究，采用電機-飛輪與發(fā)動機并聯(lián)的機構(gòu)，利用飛輪進行制動能量回收并達到起步助力的目的，有效節(jié)省燃油消耗。
指導(dǎo)教師
意 見
指導(dǎo)教師簽名：
年 月 日
教研室意見
主任簽名：
年 月 日
系部意見
教學(xué)主任簽名：
年 月 日