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ysl2021 中职/高职 01-07 265

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书名：混合动力汽车应用与维修pdf/doc/txt格式电子书下载

推荐语：

作者：杨帆,马立峰等编

出版社：电子工业出版社

出版时间：2014-08-01

书籍编号：30467910

ISBN：9787121237430

正文语种：中文

字数：15568

版次：1

所属分类：教材教辅-中职/高职

全书内容：

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版权信息

书名：混合动力汽车应用与维修

作者：杨帆　马立峰

ISBN：9787121237430

前　言

汽车经历了100多年的发展，已经成为社会生产和人们生活不可或缺的交通工具。我国已经成为世界上汽车生产和制造的大国，销量高居世界第一，汽车决定着石油的需求，也是影响有害气体排放的关键因素，实现环境保护需要减小汽车的石油消耗和气体排放。但另外一方面，汽车是支柱产业，也是基本的交通工具，国民经济增长离不开它，因此发展节能环保的汽车是实现能源环境政策和汽车工业可持续发展的重要组成部分，而现阶段混合动力汽车是一个非常重要的过程。

为了通过政策扶持和引导新能源汽车行业的快速发展，我国在2011年3月出台的“十二五”规划纲要中，把新能源汽车列为战略性新兴产业之一，提出要重点发展混合动力汽车、纯电动汽车和燃料电池汽车技术，而开展混合动力汽车、纯电动汽车研发及大规模商业化示范工程，推进产业化应用，未来我国新能源汽车将迎来新一轮的高速发展。而新能源汽车检修行业从业人员明显存在数量严重不足和素质普遍不高的现象。

《混合动力汽车应用与维修》从现代混合动力汽车发展的角度出发，以丰田普锐斯为代表车型，综合分析了混合动力汽车的组成、结构原理、应用维护、检测修理，帮助学生掌握混合动力汽车的结构原理，达到掌握混合动力汽车相关知识和维修技能的要求。

由于编者的经历和水平有限，书中难免存在不当之处，敬请广大读者批评指正。在编写过程中，本书参考了大量国内外相关著作和文献资料，在此表示真诚的感谢。

编者

项目一　混合动力汽车的认知

项目导入

混合动力汽车将传统的内燃机、电力驱动装置和储能装置装在同一辆汽车上，它们之间可以形成良好的匹配和优化控制，能够充分发挥内燃机汽车和电动汽车的优点，避免各自的不足。混合动力汽车是当今最具实际意义的低排放和低油耗汽车。

学习目标

【知识目标】

（1）认识混合动力汽车；

（1）了解混合动力汽车的分类；

（3）了解混合动力汽车的发展过程。

建议4学时

知识准备

1．混合动力汽车的组成

混合动力汽车动力系统主要包括发动机、电动机、电池组、逆变控制器等。

1）混合动力汽车的发动机

混合动力汽车一般安装的是四冲程发动机（包括汽油机和柴油机）、二冲程发动机、转子发动机和燃气机，采用不同的发动机就可以组成不同的混合动力汽车。

汽油机是当前混合动力汽车的主力发动机，其在技术上已经相当成熟，在节能和环保上也有很大的优势，侧重于选用小型化、低油耗、低排放的汽油机。

2）混合动力汽车的电动机

混合动力汽车可以采用直流电动机、交流感应电动机、永磁电动机和开关磁阻电动机等。随着技术的发展，直流电动机已被淘汰，多数采用交流感应电动机和永磁电动机。有的把电动机和发电机做成一体，需要驱动时作为电动机进行驱动，需要制动时作为发电机进行发电。采用不同的电动机就可以组成不同的混合动力汽车（图1-1）。

图1-1　混合动力汽车发电（电动）机

3）混合动力汽车的电池组

混合动力汽车采用不同的蓄电池、燃料电池、储能器和超级电容器等作为“电池”，一般电池作为混合动力汽车的辅助能源，只在混合动力汽车用电动机起动发动机或电动机辅助驱动时才使用（图1-2）。

图1-2　混合动力汽车镍氢电池组

4）逆变控制器

逆变控制器串接在电动机和动力电池组的中间，逆变控制器可以将发电机发出的交流电转变成直流电给电池组充电，也可以将电池组的直流电转变成交流电给电动机或发电机供电来驱动车轮（图1-3）。

图1-3　逆变控制器

2．混合动力汽车的分类

混合动力汽车的分类方法比较多，下面介绍几种典型的分类方法。

1）按动力传动系统布置分类

混合动力汽车有不同的结构形式，根据其动力传动系统的配置和组合方式，分为串联式、并联式和混联式3种（图1-4）。

图1-4　混合动力汽车的类型

2）按电动机与内燃机的搭配比例分类

按照电动机峰值功率与发动机额定功率的比值进行分类，将混合动力汽车分为强混混合动力汽车、中混混合动力汽车、轻混混合动力汽车和微混混合动力汽车。

（1）强混混合动力汽车。

驱动车辆中电动机的功率较大，采用高压电动机，电动机的峰值功率超过发动机额定功率的40%，电动机和内燃机都可以独立驱动车辆。在低速、缓加速、车辆起步和倒车行驶时，车辆可以由电动机单独驱动，在急加速时电动机和内燃机一起驱动车辆，并有制动能量回收功能。

（2）中混混合动力汽车。

相对于强混混合动力汽车，电动机的峰值功率占发电机额定功率的15%～40%，采用高压电动机，独立驱动车辆比较困难，一般在大负荷工况下作为辅助装置驱动车轮，弥补发动机动力输出的不足。

（3）轻混混合动力汽车。

相对于中混混合动力汽车，电动机的峰值功率占发电机额定功率的5%～15%，采用低压电动机，不能独立驱动车辆，一般在车辆加速、爬坡时提供辅助驱动力矩。

（4）微混混合动力汽车。

微混混合动力汽车，有点类似于安装有启停装置的普通车辆，完全靠内燃机驱动，电动机仅作为发动机的起动机/发电机使用。如遇到红灯或交通堵塞，车辆需要短时停车，则使发动机熄火；当车辆再次行驶时，立即重新起动发动机。在制动时电动机转变成发电机，实现能量回收。

3．混合动力汽车发展过程

混合动力汽车作为一项新技术，从20世纪90年代起，就得到了美国、日本及欧洲许多发达国家的高度重视，并取得了重大的进展。

1）国外混合动力汽车的发展状况

20世纪90年代，美国组织三大汽车公司（通用汽车公司、福特汽车公司和克莱斯勒汽车公司）和有关部门积极开展混合动力汽车的研究工作，签订了总额达3.61亿美元的合同用于开发混合动力汽车系统。

通用汽车公司于1998年开发出了EV1混合动力汽车，2000年开发出了混合动力皮卡，到2008年底通用公司在北美拥有8款混合动力汽车。福特汽车公司最先开发出了P2000型5座混合动力汽车，又于2003年推出了混合动力小型运动车Escape，截至2005年7月已经售出了40多万辆。1998年克莱斯勒汽车公司开发出了道奇“无畏”ESX2串联式混合动力汽车。

日本丰田汽车公司是全世界第一台正式批量生产的混合动力汽车的制造者，也是这个领域最成功的汽车公司，其生产的普锐斯（Prius）自1997年开始销售，到目前为止全球销量已经突破260万辆。截至2013年12月，日本本田公司混合动力车辆的累计销量也达到了200万辆。

欧洲也在积极进行混合动力汽车的开发、研制及推广工作。法国雷诺汽车公司于1998年研制出了电动汽油两用车。瑞典沃尔沃汽车公司也将FL6卡车改装成混合动力汽车，最高速度可达90km/h。德国开发的DUO混合动力汽车已经进行批量生产。

2）国内混合动力汽车领域的开发动态

我国从“八五”规划就开始有计划地开展电动汽车的关键技术攻关和整车研制，在此基础上也进行了混合动力汽车技术领域的开发，特别是“十二五”规划明确提出定位新能源汽车的发展方向。2005年，东风汽车公司新一代环保节能混合动力轿车和公交车在武汉投入批量生产。2007年11月底，10辆奇瑞BSG混合动力轿车率先销售到奇瑞出租车公司，小批量投放市场。同年底，长安汽车集团自主研发了首款量产杰勋牌混合动力汽车。

项目二　丰田混合动力系统组成

项目导入

丰田公司从1997年开始销售普锐斯混合动力汽车，它是世界上第一款大批量生产的商业用途的混合动力车型，到目前为止它在全球销量排名第一，并遥遥领先，下面我们一起来了解其内部结构和工作原理。

学习目标

【知识目标】

（1）认识丰田混合动力系统的组成；

（2）理解丰田混合动力系统的工作原理；

（3）了解混合动力汽车控制系统；

（4）掌握丰田混合动力系统维修注意事项。

建议6学时

知识准备

1．丰田混合动力系统的构成

丰田汽车混合动力系统（THS）由发动机、变速驱动桥、蓄电池组和变频器等组成，兼具并联和串联混合动力系统的特点，发动机和电动机都可以独立驱动车轮。THS的核心是用行星齿轮组组成的动力组合器，用于协调发动机和电动机的运动和动力传递。

1）丰田混合动力系统发动机

丰田混合动力系统装备Atkinson循环发动机，具有膨胀比高、磨损小、结构先进等特点。

2）丰田混合动力系统变速驱动桥

变速驱动桥由发电机（MG1）、电动机（MG2）和行星齿轮组组成，如图2-1所示。

图2-1　变速驱动桥

发电机（MG1）由发动机带动产生高压电给电动机（MG2）供电或给蓄电池充电，同时还可以作为起动机起动发动机。

电动机（MG2）由发电机（MG1）或蓄电池供电，用于驱动车轮，制动时还可以作为发电机给蓄电池充电。

项目三　混合动力变速驱动桥的拆卸与安装

项目导入

根据车辆的行驶状况，混合动力变速驱动桥高效率地综合使用两种动力装置—发动机和电动机/发电机，其中发动机提供主要动力。发动机的动力分为两部分：由混合动力变速驱动桥中的行星齿轮组提供给车轮的动力和提供给发电机（MG1）的动力。下面我们对混合动力变速驱动桥进行拆装。

学习目标

【技能目标】

（1）能通过咨询获取车辆信息；

（2）能根据故障特征制定维修计划；

（3）能组织并实施维修作业；

（4）能正确使用拆装设备对混合动力变速驱动桥进行拆装；

（5）能分析各种检测结果并对修复质量进行检验；

（6）能对本次项目实践活动予以合理评价；

（7）能根据环保要求，正确处理对环境和人体有害的废料或损坏的零部件。

【知识目标】

（1）了解混合动力变速驱动桥总成结构；

（2）掌握混合动力变速驱动桥总成机械工作原理。

建议10学时

知识准备

1．混合动力变速驱动桥的组成

混合动力变速驱动桥包括发电机（MG1）、电动机（MG2）和行星齿轮组，并且在这些组件的配合下，通过无级变速使车辆平稳地行驶（图3-1）。

图3-1　混合动力变速驱动桥的组成

2．混合动力变速驱动桥总成机械工作原理

1）准备起动状态（图3-2）

当仪表盘上READY指示灯点亮、车辆处于P或R挡时，如果ECU监测到的任何项目均正常，ECU将起动发电机（MG1）变成起动机，从而起动发动机。此时为防止电动机（MG2）转动并驱动车轮，电动机（MG2）被加以强制制动。

起动完成后，MG1的起动机功能消失，恢复成发电机给蓄电池充电。

2）起步工况（图3-3）

平坦路面上，车辆起步时电动机（MG2）驱动车轮。这时发动机静止，而发电机（MG1）反方向空转不发电。

图3-2　准备起动状态

如果需要增加扭矩或ECU监测到需要起动发动机，发电机（MG1）将受到ECU的控制，改变原来的旋转方向，从而起动发动机。

图3-3　起步工况

3）微加速工况（图3-4）

平坦路面上，发动机微加速时，一部分动力直接输出，剩余动力用于发电机（MG1）发电，通过变频器送到电动机（MG2），增加对车轮的驱动力。

图3-4　微加速工况

4）低载荷巡航工况（图3-5）

车辆以低载荷巡航时，能量传递与微加速工况基本一致，区别在于发电机（MG1）的转速下降，而电动机（MG2）的转速上升。

图3-5　低载荷巡航工况

5）节气门全开加速工况（图3-6）

车辆从低载荷巡航转换到节气门全开的加速模式时，系统将保持原来的控制基础，并增大电池组给电动机（MG2）的电流。

图3-6　节气门全开加速工况

6）减速工况（图3-7）

车辆以D挡减速行驶时，发动机停止工作，车轮驱动电动机（MG2）发电并给蓄电池充电。若车辆从较高速度减速，发动机将以预定速度继续工作，以保护行星齿轮。

车辆以B挡减速行驶时，发动机停止工作，车轮驱动电动机（MG2）发电并给蓄电池充电，同时为发电机（MG1）供电。此时发动机燃油供给被切断，利用发动机制动。

图3-7　减速工况

7）倒车工况（图3-8）

车辆倒车时仅由电动机（MG2）驱动车轮，发动机不工作，发电机（MG1）空转，类似于车辆的起步，只是电动机的旋转方向发生了改变。但当ECU监测到需要起动发动机时，就会对发电机（MG1）加以控制，从而起动发动机。

图3-8　倒车工况

项目实施

准备设备、器材与场地，如图3-9～图3-11所示。

图3-9　常用工具一套

图3-10　汽车维修车间

图3-11　混合动力车一辆

项目实施

1．拆卸混合动力变速驱动桥外围部件

1）拆卸换挡控制执行器

选用套筒、接杆、棘轮扳手，拆卸换挡控制执行器固定螺栓，取下换挡控制执行器（图3-12）。

图3-12　拆卸换挡控制执行器

2）拆卸制动棘爪弹簧锁片

（1）选用10mm套筒、接杆、棘轮扳手，拆卸驻车制动盖固定螺栓，取下驻车制动盖（图3-13）。

图3-13　拆卸驻车制动盖

（2）选用套筒、接杆、棘轮扳手，拆卸制动棘爪弹簧锁片固定螺栓，取下制动棘爪弹簧锁片（图3-14）。

图3-14　拆卸制动棘爪弹簧锁片

3）拆卸机油泵

选用套筒、接杆、棘轮扳手，拆卸机油泵盖固定螺栓，然后拆卸机油泵盖，一并取下机油泵主动转子、从动转子O形圈和机油泵轴（图3-15）。

图3-15　拆卸机油泵

4）拆卸电动机水套盖

选用套筒、接杆、棘轮扳手，拆卸电动机水套盖固定螺栓，取下电动机水套盖（图3-16）。

图3-16　拆卸电动机水套盖

5）拆卸驻车轴盖

选择套筒、接杆、棘轮扳手，拆卸驻车轴盖固定螺栓，取下驻车轴盖（图3-17）。

图3-17　拆卸驻车轴盖

6）拆卸混合动力变速驱动桥固定支架

选择14mm套筒、接杆、棘轮扳手，拆卸混合动力变速驱动桥固定支架的3个固定螺栓，取下混合动力变速驱动桥固定支架（图3-18）。

图3-18　拆卸混合动力变速驱动桥固定支架

7）拆卸电动（发电）机MG1放油螺栓

选择内六角套筒、接杆、棘轮扳手，拆卸电动（发电）机MG1放油螺栓（图3-19）。

图3-19　拆卸电动（发电）机MG1放油螺栓

8）拆卸电动（发电）机MG1进油螺栓

选择套筒、接杆、棘轮扳手，拆卸电动（发电）机MG1进油螺栓（图3-20）。

图3-20　拆卸电动（发电）机MG1进油螺栓

9）拆卸电动（发电）机MG2进油螺栓

选择套筒、接杆、棘轮扳手，拆卸电动（发电）机MG2进油螺栓（图3-21）。

图3-21　拆卸电动（发电）机MG2进油螺栓

10）拆卸电动（发电）机MG2放油螺栓

选择内六角套筒、接杆、棘轮扳手，拆卸电动（发电）机MG2放油螺栓（图3-22）。

图3-22　拆卸电动（发电）机MG2放油螺栓

2．拆卸混合动力变速驱动桥

1）分离MG1与MG2

选择套筒、接杆、棘轮扳手，松开MG1与MG2的固定螺栓，分离MG1与MG2（图3-23）。

图3-23　分离MG1与MG2

2）拆卸复合齿轮

用手取下中间轴从动齿轮、中间轴主动齿轮、从动链条、从动链轮、行星齿轮机构、法兰盘和差速器（图3-24）。

图3-24　拆卸复合齿轮

3）拆卸机械驻车制动系统

（1）选择套筒、接杆、棘轮扳手，拆卸套筒支架固定螺栓，取下套筒支架（图3-25）。

图3-25　拆卸套筒支架

（2）用手取下凸轮导套（图3-26）。

图3-26　取下凸轮导套

（3）选择套筒、接杆、棘轮扳手，拆卸锁夹螺栓，取下锁夹（图3-27）。

图3-27　拆卸锁夹

（4）取下停车棘爪轴与棘爪（图3-28）。

图3-28　取下停车棘爪轴与棘爪

（5）用一字螺丝刀顶出并取下锁紧套筒与扭转弹簧（图3-29）。

图3-29　取下锁紧套筒与扭转弹簧

4）拆卸变速驱动桥油滤清器

选用套筒、接杆、棘轮扳手，拆卸变速驱动桥油滤清器固定螺栓，取下变速驱动桥油滤清器（图3-30）。

图3-30　拆卸变速驱动桥油滤清器

3．安装混合动力变速驱动桥

1）安装变速驱动桥油滤清器

安装变速驱动桥油滤清器，选用套筒、接杆、棘轮扳手，紧固变速驱动桥油滤清器固定螺栓（图3-31）。

图3-31　安装变速驱动桥油滤清器

2）安装机械驻车制动系统

（1）安装锁紧套筒与扭转弹簧（图3-32）。

图3-32　安装锁紧套筒与扭转弹簧

（2）安装停车棘爪轴与棘爪（图3-33）。

图3-33　安装停车棘爪轴与棘爪

（3）安装锁夹，选择套筒、接杆、棘轮扳手、扭力扳手，紧固锁夹固定螺栓，锁夹固定螺栓扭矩为5.4N·m（图3-34）。

图3-34　安装锁夹

（4）安装凸轮导套（图3-35）。

图3-35　安装凸轮导套

（5）安装套筒支架，选择套筒、接杆、棘轮扳手、扭力扳手，紧固套筒支架固定螺栓，套筒支架固定螺栓扭矩为13N·m（图3-36）。

图3-36　安装套筒支架

3）安装齿轮与链条

（1）安装行星齿轮机构、中间轴主动齿轮、中间轴从动齿轮与中间轴链条（图3-37）。

图3-37　安装齿轮与链条

（2）安装差速器（图3-38）。

图3-38　安装差速器

4）组装MG1与MG2

组装MG1和MG2，选择套筒、接杆、棘轮扳手、扭力扳手，紧固MG1与MG2的固定螺栓，扭矩为25N·m（图3-39）。

图3-39　组装MG1和MG2

4．安装混合动力变速驱动桥外围部件

1）安装电动（发电）机MG1放油螺栓

选择内六角套筒、接杆、棘轮扳手、扭力扳手，紧固电动（发电）机MG1放油螺栓，扭矩为39N·m（图3-40）。

图3-40　安装电动（发电）机MG1放油螺栓

2）安装电动（发电）机MG1进油螺栓

选择套筒、接杆、棘轮扳手、扭力扳手，紧固电动（发电）机MG1进油螺栓，扭矩为39N·m（图3-41）。

图3-41　安装电动（发电）机MG1进油螺栓

3）安装电动（发电）机MG2进油螺栓

选择套筒、接杆、棘轮扳手、扭力扳手，紧固电动（发电）机MG2进油螺栓，扭矩为39N·m（图3-42）。

图3-42　安装电动（发电）机MG2进油螺栓

4）安装电动（发电）机MG2放油螺栓

选择内六角套筒、接杆、棘轮扳手、扭力扳手，紧固电动（发电）机MG2放油螺栓，扭矩为39N·m（图3-43）。

图3-43　安装电动（发电）机MG2放油螺栓

5）安装混合动力变速驱动桥固定支架

安装混合动力变速驱动桥固定支架，选择套筒、接杆、棘轮扳手、扭力扳手，紧固混合动力变速驱动桥固定支架固定螺栓，扭矩为52N·m（图3-44）。

图3-44　安装混合动力变速驱动桥固定支架

6）安装换挡控制执行器

选用套筒、接杆、棘轮扳手、扭力扳手，紧固换挡控制执行器固定螺栓，扭矩为16N·m（图3-45）。

图3-45　安装换挡控制执行器

7）安装驻车制动锁片

（1）安装驻车制动锁片，选用套筒、接杆、棘轮扳手、扭力扳手，紧固制动棘爪弹簧锁片固定螺栓，扭矩为9.8N·m（图3-46）。

图3-46　安装驻车制动锁片

（2）安装驻车制动盖，选用套筒、接杆、棘轮扳手、扭力扳手，紧固驻车制动盖固定螺栓，扭矩为5.5N·m（图3-47）。

图3-47　安装驻车制动盖

8）安装机油泵

依次安装机油泵轴、O形圈、机油泵主动转子、从动转子和机油泵盖，选用套筒、接杆、棘轮扳手、扭力扳手，紧固机油泵盖固定螺栓，扭矩为5.7N·m（图3-48）。

图3-48　安装机油泵

9）安装电动机水套盖

安装电动机水套盖，选用套筒、接杆、棘轮扳手、扭力扳手，紧固电动机水套盖固定螺栓，扭矩为5.5N·m（图3-49）。

图3-49　安装电动机水套盖

10）安装驻车轴盖

安装驻车轴盖，选择套筒、接杆、棘轮扳手、扭力扳手，紧固驻车轴盖固定螺栓，扭矩为5.5N·m（图3-50）。

图3-50　安装驻车轴盖

项目实施

上述作业完成后，重复检验操作流程是否正确，检查混合动力桥安装是否牢固。

教学活动评价

项目四　电动（发电）机MG1的检修

项目导入

丰田普锐斯油电混合动力系统的电动（发电）机MG1采用了交流同步电动机，转子部分由永久磁铁组成，当需要起动发动机时它是一部电动机，当发动机起动完成后它是一部发电机。该装置能够在高转速下高效地产生高扭矩，同时可任意控制转速和产生的扭矩。另外它还拥有更小、更轻等特点，具有优秀的动力性能，可进行顺畅的起动、加速等操作。

一旦该装置出现故障，车辆将无法行驶，下面我们对丰田普锐斯混合动力系统的电动（发电）机MG1进行检修。

学习目标

【技能目标】

（1）能通过咨询获取车辆信息；

（2）能根据故障特征制定维修计划；

（3）能组织并实施维修作业；

（4）能正确使用工具检修电动（发电）机MG1；

（5）能分析各种检测结果并对修复质量进行检验；

（6）能对本次项目实践活动予以合理评价；

（7）能根据环保要求，正确处理对环境和人体有害的废料和损坏的零部件。

【知识目标】

（1）了解电动（发电）机MG1的功用；

（2）掌握电动（发电）机MG1的工作原理。

建议8学时

知识准备

1．电动（发电）机MG1的功用

（1）通过调节MG1的转速来实现发动机在某个高效率点运行。

（2）发动机运行在高效率点时，随车速的变化，调节MG1的转速，实现行星齿轮无级变速的功能。

（3）作为电动机，起动发动机，把发动机从静止拖动到1000r/min左右，然后发动机喷油点火。

（4）在发动机有轴功输出时，MG1正转，作为发电机，对电池充电和对MG2供电。

（5）MG1反转时，则作为电动机，消耗电能。发动机运行时，MG1则为发电机，对电池充电和对MG2供电，这种模式一般发生在等速巡航时。

2．电动（发电）机MG1的结构与参数

普锐斯电动（发电）机的转子采用内置永久磁铁，磁极镶在转子里，电磁钢片碾在转子上，避免缠绕在电磁铁表面，以减少成本。电磁力矩几乎和电流大小成比例，通过控制电流相位，让电流相位角超前磁极相位90°，得到最大力矩。其结构包括MG1电动（发电）机上盖、转速传感器、转子挡圈、转子、定子、壳体、发电机电缆等（图4-1）。