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汽车测试技术论文

新能源汽车底盘改进

新能源汽车底盘的改进

摘要：

中国新能源汽车产业始于21世纪初。

2001年，新能源汽车研究项目被列入国家“十五”期间的“863”重大科技课题，并规划了以混合动力车为起点，向氢动力车目标挺进的战略。

2009年初，国家财政部、科技部下发《节能与新能源汽车示范推广财政补助资金管理暂行办法》，在北京、上海、重庆、杭州、广州、深圳等13个城市开展节能与新能源汽车示范推广试点工作，以财政政策鼓励在公交、出租、公务、环卫和邮政等公共服务领域率先推广使用节能与新能源汽车，对推广使用单位购买节能与新能源汽车给予补助。

  经过多年研发，中国已基本掌握了混合动力汽车关键零部件和动力系统平台技术，拥有了相关技术标准和测试能力，开发出一批混合动力汽车产品，实现了小批量的整车生产能力，混合动力公交车已在多个城市开展了小规模示范应用。

在国家相关扶持政策的积极推动下，中国混合动力汽车业将进一步突破产业化瓶颈、降低制造成本、加速产业链的培育和延伸。

关键词：

新能源汽车底盘混合动力冷却系统制动系统自动变速器系统转向系统

引言：

目前混合动力车型是新能源汽车的主流。

从产销量上来看，近年来各个品牌混合动力车型的销量也是不断攀升，同时也得到了越来越多消费者的认可。

混合动力车型并不只是一种过渡阶段的新产品，而是未来汽车产品的发展方向。

而作为汽车的创始者，奔驰公司为世界上的汽车制造者做出了一个典范，那就是豪华高端品牌也能在节能环保方面做到最好，这一典范就是梅赛德斯奔S400。

奔驰S400HYBRID不仅仅是一款产品这么简单，它的推出证明了奔驰在混合动力车方面所做出的努力：

它以模块化的理念和技术，为我们展现了如何将豪华和环保科技相结合，全面体现舒适性、经济性和安全性。

而作为汽车的创始者，奔驰公司为世界上的汽车制造者做出了一个典范，那就是豪华高端品牌也能在节能环保方面做到最好，这一典范就是梅赛德斯奔驰S400。

奔驰S400HYBRID不仅仅是一款产品这么简单，它的推出证明了奔驰在混合动力车方面所做出的努力：

它以模块化的理念和技术，为我们展现了如何将豪华和环保科技相结合，全面体现舒适性、经济性和安全性。

正文：

新能源汽车包括：

混合动力电动汽车（HEV），纯电动汽车（BEV，包括太阳能汽车），燃料电池电动汽车（FCEV），其它新能源（如超级电容器，飞轮等高效储能器）汽车等。

非常规的车用燃料指天然气（CNG），液化石油气（LPG）,乙醇汽油（EG），甲醇，二甲醚之外的汽车。

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油、电发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。

一、混合动力驱动系统概述

奔驰S400HYBRID混合动力汽车是由电动机（集成起动机和发电机功能）作为发动机的辅助动力驱动汽车。

在起步和加速工况时，由于电动机的辅助，相比于相同排量的车辆，耗油量和CO2排放有所改善。

1.混合动力系统的组成

奔驰S400HYBRID的混合动力系统组成如上图所示。

电动机与发动机直接相连，作为起动机和发电机使用，它由高电压蓄电池提供电源进行起动。

在此对S400HYBRID的混合动力系统几个高电压部件的作用进行简要介绍。

（1）高电压蓄电池（A100） 

 S400HYBRID的高电压蓄电池采用锂离子技术，它能够储存能量，并为电动机提供高压直流电源。

在充电时，需使用I/U充电方式，即首先以恒定电流充电，然后再以恒定电压充电。

（2）电动机（A79） 

电动机按照工作需要可分别作为起动机和发电机使用，其输出功率可达15kW，并可产生高达240V的交流电压。

（3）DC/DC 变换器（N83/1）

DC/DC变换器是一个双向直流电压变换器，其作用是：

在发动机停机时为12V蓄电池供电；辅助车辆进行跨接起动；助力期间为高电压蓄电池提供支持。

（4）电源电子装置（N129/1）

电源电子装置集成AC/DC变换器，它使三相电动机能够在高压直流车载电气系统上工作。

出于安全设计，其可在1s内完成自放电。

2.混合动力系统的功能

（1）发动机停止/起动 

在静止时或车速低于最小值时，发动机会自动关闭。

当踩下加速踏板、释放制动踏板或高电压蓄电池的电量低于最小值，发动机会自动起动。

（2）再生制动

混合动力系统将制动扭矩分配给制动器和电动机，此时电动机作为发电机使用，将多余的制动扭矩转化为电能输送至高电压蓄电池为其充电。

（3）助力效果

混合动力系统的电动机在起步或加速时为发动机提供动力支持，在发动机处于较低转速时协助提高扭矩。

二、车辆各系统的改进 

为了实现奔驰S400HYBRID的混合动力技术，车辆各主要系统均为此进行了改进和升级。

1.发动机系统

奔驰S400 HYBRID装备的3.5LV6发动机是基于S350的发动机改造而来，采用自适应气门正时技术。

改造过程中，研发人员利用了阿特金森循环（一种增大发动机膨胀比的超膨胀发动机循环）膨胀阶段比压缩阶段持续时间长的优点，将进气与压缩阶段进气门保持打开的时间稍稍加长，其目的是提高发动机的热效率，同时降低燃油消耗率并减少未经处理的废气。

除了通过附加的电动驱动装置（电动机）优化扭矩和油耗以外，该款发动机的控制单元、气缸盖、活塞以及燃油泵等部件也进行了改进，使得发动机燃油消耗量降低的同时，功率提高5kW，达到205kW，具体改进内容包括：

发动机控制单元由ME9.7改为ME17.7，这是为了满足混合动力的功能要求；采用运动型发动机气缸盖，可以实现效果更佳的充气运动（滚流运动）；采用运动型发动机活塞，在一定程度上降低了油耗；采用可调式燃油泵，降低了部分负荷时的油耗。

2.冷却系统

为了冷却电源电子装置和DC/DC变换器，S400HYBRID在发动机冷却系统中设置了用于冷却这2个元件的独立低温冷却回路。

当点火开关接通时，15号电源通过电源电子循环泵1的继电器K108供电给电源电子循环泵1（M13/8），M13/8开始工作，建立低温冷却系统压力。

然后，发动机控制单元根据电源电子冷却系统中冷却液的温度，通过电源电子循环泵2的继电器（K108/1）来控制电源电子循环泵2（M13/9）工作，实现对低温冷却系统的精确控制。

3.制动系统 

S400HYBRID的制动系统设置了再生制动系统（制动能量再生系统RBS），通过电动机使液压制动系统实现再生制动。

（1）再生制动系统工作原理

如上图所示，驾驶员的制动意图由踏板角度传感器检测，并传送到再生制动系统控制单元N30/6。

再生制动系统控制单元不断与电源电子控制单元通信，并发出制动扭矩请求。

电源电子控制单元向再生制动系统控制单元发送信号，指明有多少制动扭矩可再生吸收。

如果ABS系统未正确提供请求的制动扭矩或再生制动系统控制单元发出关闭指令，系统则关闭再生制动。

（2）再生制动系统的主要功能元件

制动踏板：

踏板角度传感器B37/1利用霍尔传感器测量制动踏板的角位置，并将信息以2个信号电压的形式传送到再生制动系统控制单元N30/6。

混合制动灯开关S9/3将制动踏板的促动信号传送到再生制动系统控制单元N30/6。

踏板力模拟器阀：

踏板力模拟器阀Y113用于激活踏板力模拟功能，或在发生故障的情况下将其停用。

在正常工作情况下，电磁线圈通电，使阀将缸径封闭，此时的踏板力模拟器阀Y113如同一个刚体，可自行支撑，因此操作制动器时，驾驶员可以感觉到模拟的踏板反作用力。

RBS制动助力器：

RBS制动助力器中包括一个RBS真空传感器，可以测量RBS制动助力器真空腔中的真空度；一个RBS膜片行程传感器，用于记录RBS制动助力器膜片板的位置。

4.自动变速器系统

奔驰S400HYBRID搭载7挡722.950型自动变速器，该变速器针对混合动力驱动进行了改进。

除了新版变速器控制软件之外，还采用了变速器电动辅助油泵，且变矩器和变矩器外壳也做了改进。

奔驰S400HYBRID使用的是带电液控制的自动变速器和由主轴驱动的发动机机油泵，当发动机停机时，机油供给就会中断，这将导致所有控制元件和执行元件均进入无负载的标准状态，且自动变速器也不再工作。

这样一来，当发动机再次起动后，由于变速器的油压不能及时建立，当挂入D挡时，会造成起步动作延迟，通过使用变速器电动辅助油泵可以改善这种情况。

变速器电动辅助油泵集成了变速器辅助油泵控制单元N89，位于变速器钟形外壳的下面。

该泵执行2项功能：

在发动机关闭时确保液压系统的变速器油供给；在热怠速模式下的滑行降挡期间为主泵提供支持。

5.空调系统

奔驰S400HYBRID的空调系统也针对混合动力驱动系统做了一些改进，加装了用于在发动机关闭时保持车辆内部制冷和高电压蓄电池冷却的电动制冷压缩机。

高电压蓄电池冷却的工作过程：

蓄电池管理系统BMS控制单元分析来自高电压蓄电池组电池温度传感器的数据，计算出即时高电压蓄电池温度；当温度超过标准范围时，蓄电池管理系统控制单元将高电压蓄电池温度状态通过发动机控制单元N3/10和中央网关控制单元N93传送到空调控制单元；空调控制单元启动对高电压蓄电池的冷却功能，由发动机控制单元通过CAN总线接通蓄电池管理系统控制单元和电动制冷压缩机；空调切断阀Y19/1打开，制冷剂流经集成在蓄电池管理系统控制单元中的蒸发器，热量从高电压蓄电池中散出。

6.转向系统

为实现即使在发动机自动停机期间仍能提供充足的转向助力，需要将转向助力与发动机分开，确保转向助力的独立。

奔驰S400HYBRID的转向助力由齿轮-齿条式转向机本身调节，通过电液动力转向机构A91/1的电动转向油泵以液压的方式进行。

采用这种改进的转向助力系统，还同时降低了油耗。

小结：

在能源和环保的压力下，新能源汽车无疑将成为未来汽车的发展方向。

如果新能源汽车得到快速发展，以2020年中国汽车保有量1.4亿计算，可以节约石油3229万吨，替代石油3110万吨，节约和替代石油共6339万吨，相当于将汽车用油需求削减22.7%。

2020年以前节约和替代石油主要依靠发展先进柴油车、混合动力汽车等实现。

到2030年，新能源汽车的发展将节约石油730万吨、替代石油910万吨，节约和替代石油共1640万吨，相当于将汽车石油需求削减41%。

届时，生物燃料、燃料电池在汽车石油替代中将发挥重要的作用。

结合中国的能源资源状况和国际汽车技术的发展趋势，预计到2025年后，中国普通汽油车占乘用车的保有量将仅占50%左右，而先进柴油车、燃气汽车、生物燃料汽车等新能源汽车将迅猛发展。

参考文献：

[1]蔡凤田 谢素华. 汽车节能与环保实用技术. 人民交通出版社. 1999.9 

[2]黄海波. 燃气汽车结构原理与维修. 机械工业出版社. 2002.3   

[3]吴基安吴洋. 新能源汽车知识读本. 人民邮电出版社.2009.9 

[4]邵毅明. 汽车新能源与节能技术.人民交通出版社.2008.3 

[5]陈礼璠 杜爱民 陈明. 汽车节能技术.人民交通出版社.2005.5