摘 要

能源短缺、环境恶化以及全球变暖等问题日益严重，环境保护必须立马提上日程。这就给汽车行业提出了一个问题：如何才能开发出低排放、低油耗的新能源汽车。无论是国内企业还是国外企业经过数十年的开发，研发出许多型号的混合动力汽车；国内外学者也对相关领域做出了许多的研究。但目前由于电池技术的限制，纯电动汽车并不能满足所有的需要；因此如何对动力系统其他各部件进行选型和参数匹配，在满足整车动力性的条件下获得更好的经济性，成为了研究者的目标，而这也是本文所研究的主要目的。

本章主要介绍三种混合动力驱动系统。首先分别对三种混合动力系统的结构、组成和驱动模式进行简要介绍，然后对三种混合动力驱动系统的优缺点进行分析，再根据一定的选型策略进行选型。最终确定选用同轴并联式混合动力系统作为增程式水陆两栖车的动力系统的结构布置方案，并设计出动力系统结构简图。

本章对主要介绍了混合动力系统关键部件的选型与分析。首先介绍了设计车型的整车参数和动力性能参数，然后根据预期的设计要求，分别对动力系统的关键部件，即发动机、电动机、动力电池组、主减速器、油箱容积和喷水推进器进行了选型与参数匹配计算。在对每个部件都进行了具体的选型，并经过理论计算后，确定各个部件都能够满足设计要求。

最后本文对增程式水陆两栖车在水中和在路上的各种工作模式进行了分析，分析了各种模式下动力系统是如何在整车控制器的调控下进行工作的；此外还对各种工况下的车速进行了一定的计算分析，这有助于驾驶员按照设计要求切换不同的模式，不仅能够提升驾驶体验，还能提高整车的经济性。

关键词：增程式；混合动力系统；参数匹配；控制策略;性能分析

Abstract

Environmental protection must be put on the agenda as energy shortages, environmental degradation and global warming become more and more serious.This raises a question for the auto industry: how to develop new energy vehicles with low emissions and low fuel consumption.After decades of development, both domestic and foreign enterprises have developed many models of hybrid electric vehicles, and scholars at home and abroad have also made a lot of research on the related fields.However, due to the limitations of battery technology, pure electric vehicles cannot meet all the needs.Therefore, how to select and match the parameters of other parts of the power system to achieve better economy under the condition of satisfying the vehicle dynamic performance has become the goal of researchers.This is also the main purpose of this paper.

This chapter mainly introduces three kinds of hybrid power drive systems.Firstly, the structure and driving modes of three hybrid power systems are briefly introduced.Then the advantages and disadvantages of the three hybrid drive systems are analyzed.Then according to certain selection strategy to select the final selection of the coaxial and parallel hybrid power system as the power system of the extended amphibious vehicle structure layout scheme.And design the power system structure diagram.

This chapter mainly introduces the selection and analysis of the key components of hybrid power system.First of all, the vehicle parameters and dynamic performance parameters of the design model are introduced.Then, according to the expected design requirements, the key parts of the power system, namely the engine, motor, power battery, main reducer, fuel tank capacity and water jet, are selected and calculated according to the parameters.In the specific selection of each component, and after theoretical calculation, to determine that each component can meet the design requirements.

Finally, this paper analyzes the operation modes of the extended amphibious vehicle in water and on the road.This paper analyzes how the power system works under the control of the vehicle controller under various modes.In addition, the speed of vehicle under various working conditions is also calculated and analyzed.This helps the driver to switch different modes according to the design requirements, which can not only improve the driving experience, but also improve the economy of the vehicle.

Key Words：Extended-Range; Hybrid power system; Parameter matching; Control strategy;

Performance profiling

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 1

第1章 绪论 1

1.1 课题研究背景与意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3研究内容、拟解决的关键问题和技术路线 4

1.3.1 研究内容 4

1.3.2 拟解决的关键问题 4

1.3.3 技术路线 4

1.4 论文主要研究内容 6

第2章 水陆两栖车驱动方式 7

2.1 串联式混合动力驱动方式 7

2.1.1传动系统结构 7

2.1.2 驱动模式 8

2.1.3 优缺点 8

2.2 并联式混合动力驱动方式 9

2.2.1传动系统结构 9

2.2.2 驱动模式 10

2.2.3 优缺点 10

2.3 混联式混合动力驱动方式 11

2.3.1传动系统结构 11

2.3.2 驱动模式 11

2.3.3 优缺点 12

2.4 动力系统选型 13

2.4.1 选型策略 13

2.4.2 动力系统选型结果 13

2.5 动力系统结构 14

2.6 本章小结 14

第3章 增程式水陆两栖车动力系统选型与设计 15

3.1 性能参数及技术指标介绍 15

3.1.1增程式水陆两栖车的动力性能参数 15

3.1.2 课题研究的整车参数 15

3.2发动机选型 16

3.2.1 发动机的类型选择 16

3.2.2 发动机的功率选择 17

3.2.3 发动机的最大扭矩及对应转速 18

3.2.4 发动机油箱的选择 19

3.3 电动机选型 20

3.3.1 电动机类型选择 20

3.3.2 电动机的功率选择 21

3.4 动力电池选型 22

3.4.1 动力电池类型选择 23

3.4.2 动力电动的容量及功率选择 24

3.5 主减速器和离合器的选型 25

3.5.1 主减速器的选型 25

3.5.2 离合器的选型 27

3.6 喷水推进器的选型 28

3.6.1喷水推进泵结构与原理 28

3.6.2 喷水推进器的推力分析 28

3.7 本章小结 29

第4章 各种运行工况的分析 30

4.1 水上运行工况的分析 30

4.1.1 水上巡航工况的分析 30

4.1.2 水上静默工况的分析 30

4.1.3 水上冲锋工况的分析 31

4.2 陆上运行工况的分析 32

4.2.1 陆上巡航工况的分析 32

4.2.2 陆上静默工况的分析 33

4.2.3 陆上冲锋工况的分析 34

4.3 本章小结 34

第5章总结与展望 35

5.1 总结 35

5.2 展望 35

参考文献 36

致 谢 38

第1章 绪论

1.1 课题研究背景与意义

地球是人类共同生活的家园，但是人类却不懂感恩反而对地球资源过渡开发，能源短缺和环境污染已经成为当今人类不得不面临的问题。为了改善环境问题，给子孙后代留下一个“绿色”的星球，利用可再生能源代替燃油，更高效率地利用已有能源是解决上述的方法^[1]。

汽车自从问世以来广受人们的议论，虽然它给予我们便利的生活，但是也带来了很多问题，首先交通事故每年都会夺去上千万人的生命，然而它带来的最严重的问题还是资源短缺和环境污染。经过大量数据的分析，预计未来几年全球的石油消耗量有至少60%来自于汽车燃料用油，而汽车尾气的排放量也逐年增加。内燃机汽车尾气排放污染己成为危害人类健康的一大公害;为此各国的汽车尾气排放法规制定的日趋严格^[2],我国也规定在2010年实现与国际标准同步。为了缓解这一现状，人们必须逐步完成能源转型。新能源汽车作为一种对环境污染很小的汽车逐步进入了人们的视线。新能源汽车又包含了混合动力汽车（HEV/PHEV）、纯电动汽车（BEV）、燃料电池汽车（FCEV）、氢能源汽车及燃气汽车、醇醚汽车等等^[3]。

上述不同类型的汽车由于能量的来源和能量的转化方式不尽相同，因此他们也具有各自的优点与缺陷。例如，虽然纯电动汽车是将电池中的电能转化为汽车行驶的机械能，而不会排放废气，而且它具有较为舒适的乘坐性，历来受到人们的欢迎。但是当人们了解到一辆纯电动汽车充满电后只能行驶100多公里时便需要进行充电，充电的时间也不会很短，也不能够在道路边方便的充电，电池设备的使用年限较短等情况后，很多人们便在选择购买汽车时不看好纯电动汽车，这就导致纯电动汽车很难普及。氢能源汽车作为一个新兴的产业，它同样具有能源可再生、对环境无污染的优点，但是它的基础设施不仅昂贵而且体积较大，可靠性也较低。这些因素导致了氢能源汽车也无法短时间内取代燃油汽车的地位。混合动力汽车是目前为止公认最可行的车辆架构，由于混合动力汽车同时配备了发动机和电动机，它可以根据汽车所处的工况决定是以纯电驱动或者是由发动机直接驱动汽车行驶。这样它既可以在一定程度上提高能源的利用率又可以减少对环境的污染，其动力性也不输于传统汽车。重点是它的研发成本低，汽车整体的售价也会低于纯电动汽车，这就为他在市场增加了很大的竞争力。正是具有这些优点，全球汽车制造企业对混合动力汽车也给予了充分的关注，也投入了很多的物力、财力去研发混合动力汽车。

1.2 国内外研究现状

20世纪90年代开始，美国加强了政府与企业之间的技术合作与联合，并以混合动力电动汽车为重点对象由能源部牵头，包括交通部与国防部，斥巨资组织各大汽车公司和有关部门积极开展混合动力汽车的研究^[4]。通用公司生产的名为雪佛兰Volt的一款增程式电动汽车，在依靠电池提供所需能量的情况下能够持续行驶80公里。当电池的SOC值消耗至下限值时，它的增程器发动机启动，带动车载发电机为电池充电，使其续航里程达到将近500公里^[5]。