插電式混合動(dòng)力汽車解剖教具的設(shè)計(jì)

【摘 要】通過介紹插電式混合動(dòng)力汽車解剖教具在中職教學(xué)的用途，以比亞迪F3DM雙模電動(dòng)車為例，說明了插電式混合動(dòng)力汽車的特點(diǎn)、工作模式及結(jié)構(gòu)，并根據(jù)插電式混合動(dòng)力汽車的工作原理和特點(diǎn)制定了解剖教具設(shè)計(jì)方案。

【關(guān)鍵詞】插電式混合動(dòng)力 汽車 解剖教具 設(shè)計(jì)

【中圖分類號(hào)】G【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2015）05B-0099-03

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，中國(guó)汽車銷量持續(xù)快速增長(zhǎng)，汽車保有量的不斷攀升導(dǎo)致中國(guó)石油消耗量日益升高，石油對(duì)外依存度也不斷升高。中國(guó)迫切需要發(fā)展新能源汽車，為了加快新能源汽車行業(yè)的發(fā)展步伐，中國(guó)相關(guān)部門出臺(tái)的《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于加快新能源汽車推廣應(yīng)用的指導(dǎo)意見》提出，要貫徹落實(shí)發(fā)展新能源汽車的國(guó)家戰(zhàn)略，以純電驅(qū)動(dòng)為新能源汽車發(fā)展的主要戰(zhàn)略取向，重點(diǎn)發(fā)展純電動(dòng)汽車、插電式（含增程式）混合動(dòng)力汽車和燃料電池汽車。

我國(guó)新能源汽車戰(zhàn)略道路已逐漸走向清晰，而混合動(dòng)力汽車將成為目前的開發(fā)重點(diǎn)，中等職業(yè)學(xué)校也要適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展，建設(shè)新能源汽車實(shí)訓(xùn)室，購買和自制新能源汽車的教學(xué)設(shè)備，開設(shè)新能源汽車相關(guān)課程，培養(yǎng)懂新能源汽車基本原理和基本保養(yǎng)維修技術(shù)的中職學(xué)生，以適應(yīng)社會(huì)的需要。但是，在職業(yè)學(xué)校教學(xué)中需要的插電式混合動(dòng)力汽車解剖教具在市場(chǎng)上沒有現(xiàn)成的產(chǎn)品，而訂制這種解剖教具價(jià)格十分昂貴，為此，學(xué)校汽車專業(yè)教師和校外汽車銷售服務(wù)公司合作，購買了插電式混合動(dòng)力汽車——比亞迪F3DM雙模電動(dòng)車，對(duì)該車進(jìn)行解剖，并用于教學(xué)，使教學(xué)更加方便直觀。解剖前，我們根據(jù)新能源的教學(xué)用途需要，學(xué)習(xí)了該車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理，設(shè)計(jì)了整車解剖方案。

一、插電式混合動(dòng)力汽車解剖教具用途

插電式混合動(dòng)力汽車解剖教具可起動(dòng)運(yùn)行，進(jìn)行起動(dòng)、加速、減速、簡(jiǎn)單故障檢測(cè)與診斷、故障模擬與排除等工況的實(shí)際操作，真實(shí)展示汽車油電混合動(dòng)力結(jié)構(gòu)與原理及工作過程，以滿足學(xué)校新能源汽車的如下教學(xué)需要：

1.適用于職業(yè)學(xué)校對(duì)汽車油電混合動(dòng)力理論和維修實(shí)訓(xùn)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)需要。

2.適用于職業(yè)學(xué)校對(duì)汽車油電混合動(dòng)力模塊各單元教學(xué)需要。

3.適用于職業(yè)學(xué)校汽車?yán)韺?shí)一體化教學(xué)模式的教學(xué)需要。

4.適用于職業(yè)學(xué)?，F(xiàn)場(chǎng)教學(xué)的教學(xué)模式的教學(xué)需要。

5.適用于職業(yè)學(xué)校行動(dòng)導(dǎo)向教學(xué)模式和教學(xué)需要。

6.適用于油電混合動(dòng)力各模塊的結(jié)構(gòu)與原理認(rèn)知、功能動(dòng)態(tài)演示、故障模擬與考核、故障檢測(cè)與維修、故障診斷與排除等教學(xué)需要。

二、比亞迪F3DM雙模電動(dòng)車的特點(diǎn)、工作模式及結(jié)構(gòu)

為了更好地制作插電式混合動(dòng)力汽車解剖教具，需要對(duì)這臺(tái)比亞迪F3DM雙模電動(dòng)車的工作特點(diǎn)、工作模式和結(jié)構(gòu)有一定的了解。

（一）比亞迪F3DM（Dual Mode）系統(tǒng)：是將汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)有機(jī)結(jié)合融為一體，配合動(dòng)力電池，形成由電機(jī)和電機(jī)配合發(fā)動(dòng)機(jī)向車輛輸出動(dòng)力的兩種驅(qū)動(dòng)模式。車輛可以在純電動(dòng)（EV）和混合動(dòng)力（HEV）這兩種模式之間自由切換。

（二）比亞迪DM系統(tǒng)特點(diǎn)：與普通的汽油車相比較，有更好的動(dòng)力性能、燃油經(jīng)濟(jì)性。在純電動(dòng)情況下可實(shí)現(xiàn)噪音小，零排放的特點(diǎn)，還具有電機(jī)輔助回收制動(dòng)能量功能。與其他混合動(dòng)力汽車相比較，擁有大容量的動(dòng)力電池，極大增加了純電動(dòng)狀態(tài)的行駛里程。具有外接充電功能，充電采用220V交流電源，方便用戶使用。另外，該車搭載了全新的車頂太陽能電池充電系統(tǒng)，不僅美觀環(huán)保，而且也為驅(qū)動(dòng)車輛提供了能量來源。

（三）整車高壓零部件

整車各高壓零部件如下圖所示。

（四）比亞迪F3DM發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)元件分布

比亞迪F3DM的動(dòng)力由一臺(tái)與排量1.0L的371QA全鋁汽油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)和主副兩臺(tái)稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)M1和M2組成。

（五）比亞迪DM系統(tǒng)工作模式

1.“EV”—— 純電動(dòng)工作模式

純電動(dòng)工作模式下，動(dòng)力電池提供電能，由電機(jī)二驅(qū)動(dòng)車輛行駛。帶檔滑行或剎車等減速工況下，電動(dòng)機(jī)二不再消耗電能，相反電機(jī)反轉(zhuǎn)，回收一部分損失的動(dòng)能。

2.“HEV”——混合動(dòng)力工作模式

（1）混合動(dòng)力工作模式A，當(dāng)電池組電量不足20%底線的時(shí)候，371QA發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)并工作在最佳狀態(tài)，直接驅(qū)動(dòng)車輛，電機(jī)一隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生電量，為動(dòng)力電池充電。如果跑長(zhǎng)途，長(zhǎng)期處于混合動(dòng)力模式，電機(jī)一在電池電量只剩50%的時(shí)候就將啟動(dòng)，充電到70%停止工作。

（2）混合動(dòng)力工作模式B，在需要較高動(dòng)力輸出的模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)二一起驅(qū)動(dòng)車輛，提供更高的輸出功率。

（3）混合動(dòng)力工作模式C，在電量比較低而整車需要的動(dòng)力輸出也較低的模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)電機(jī)一發(fā)電，但發(fā)動(dòng)機(jī)不驅(qū)動(dòng)車輪，電機(jī)二利用電機(jī)一發(fā)的電驅(qū)動(dòng)車輛，多余的電能將存儲(chǔ)在動(dòng)力電池內(nèi)。

三、比亞迪F3DM雙模電動(dòng)車解剖教具設(shè)計(jì)方案

（一）總體要求

解剖汽車用于展示汽車的組成、主要部件結(jié)構(gòu)及電動(dòng)汽車的基本工作原理。可以清楚地看見發(fā)動(dòng)機(jī)艙、車身側(cè)圍及車門的構(gòu)造結(jié)構(gòu)、鋼板的厚度及前后懸掛的結(jié)構(gòu)，能夠展示電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)的組成和基本工作過程。要求解剖汽車結(jié)構(gòu)完整能開動(dòng)。

（二）功能特點(diǎn)

1.汽車解剖模型主要總成剖示并以各種顏色區(qū)分并做防銹處理。

2.汽車解剖模型能清晰的看出各主要部件結(jié)構(gòu)，一種顏色直觀看到動(dòng)力傳遞路線。

3.汽車解剖模型能夠滿足汽車整車結(jié)構(gòu)、基本工作原理的教學(xué)。

4.汽車解剖模型覆蓋件、內(nèi)飾及漆色無明顯損傷且規(guī)定配置齊全。

5.采用LED等技術(shù)展示電池與電機(jī)間的電流流動(dòng)方向，方便進(jìn)行工作原理教學(xué)。

（三）解剖位置

1.解剖右前翼子板，展示前懸架的安裝位置與結(jié)構(gòu)。

2.解剖右側(cè)車身，取下右側(cè)前門及右側(cè)后門，去除右側(cè)B柱，展示動(dòng)力電池與電機(jī)、控制器間的線路連接。由于車頂有太陽能電池板，故車頂不解剖。

3.在動(dòng)力電池與電機(jī)、控制器等部件間用LED線管展示電流流動(dòng)方向，以便直觀進(jìn)行教學(xué)。

4.解剖左側(cè)前、后車門，展示車門內(nèi)部前后門電動(dòng)車窗及防撞鋼梁結(jié)構(gòu)。

5.解剖右側(cè)后翼子板，展示后懸架的安裝位置與結(jié)構(gòu)。

6.解剖尾箱蓋前部，展示車載充電器、高壓配電箱和太陽能DC＼DC控制器的位置。

7.解剖儀表臺(tái)右側(cè)，展示汽車空調(diào)及安全氣囊組件。

（四）電流流動(dòng)方向LED線管展示設(shè)計(jì)要求

1.“EV”—— 純電動(dòng)工作模式

純電動(dòng)工作模式下，動(dòng)力電池提供電能，由電機(jī)二驅(qū)動(dòng)車輛行駛。

流水燈設(shè)計(jì)1：汽車啟動(dòng)后為EV模式，通過采集EV模式信號(hào)，低速運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，電池向電機(jī)二供電，這時(shí)LED線管展示為：電池→電機(jī)二流水燈為綠色流動(dòng)。

2.“HEV”—— 混合動(dòng)力工作模式

（1）混合動(dòng)力工作模式A，當(dāng)電池組電量不足20%底線的時(shí)候，371QA發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)并工作在最佳狀態(tài)，直接驅(qū)動(dòng)車輛，電機(jī)一隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生電量，為動(dòng)力電池充電。如果跑長(zhǎng)途，長(zhǎng)期處于混合動(dòng)力模式，電機(jī)一在電池電量只剩50%的時(shí)候就將啟動(dòng)，充電到70%停止工作。

流水燈設(shè)計(jì)2：EV模式下，只要發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)，同時(shí)采集到EV模式信號(hào)和發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)信號(hào)，則帶動(dòng)電機(jī)一給電池充電，同時(shí)電池仍然向電機(jī)二供電。這時(shí)LED線管展示：電機(jī)一→電池流水燈為紅色流動(dòng)；電池→電機(jī)二流水燈為綠色流動(dòng)。

（2）混合動(dòng)力工作模式B，在需要較高動(dòng)力輸出的模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)二一起驅(qū)動(dòng)車輛，提供更高的輸出功率。

流水燈設(shè)計(jì)3：HEV模式汽車啟動(dòng)后加速行駛情況下，同時(shí)采集到HEV模式信號(hào)和發(fā)動(dòng)機(jī)加速信號(hào)，電池向電機(jī)二供電。這時(shí)LED線管展示：電池→電機(jī)二流水燈為綠色流動(dòng)。

（3）混合動(dòng)力工作模式C，在電量比較低而整車需要的動(dòng)力輸出也較低的模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)電機(jī)一發(fā)電，但發(fā)動(dòng)機(jī)不驅(qū)動(dòng)車輪，電機(jī)二利用電機(jī)一發(fā)的電驅(qū)動(dòng)車輛，多余的電能將存儲(chǔ)在動(dòng)力電池內(nèi)。

流水燈設(shè)計(jì)4：汽車啟動(dòng)后在HEV模式下起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)不加速，同時(shí)采集到HEV模式信號(hào)和發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)信號(hào)，電機(jī)一給電池充電，電池向電機(jī)二供電。這時(shí)LED線管展示：電機(jī)一→電池流水燈為紅色流動(dòng)；電池→電機(jī)二流水燈為綠色流動(dòng)。

四、結(jié)論

目前這臺(tái)制作好的插電式混合動(dòng)力汽車解剖教具在學(xué)校汽車實(shí)訓(xùn)樓一樓前廳擺放，供參觀和教學(xué)用。1.由于該解剖教具直觀實(shí)用，使很多學(xué)生對(duì)新能源汽車產(chǎn)生了濃厚的興趣。經(jīng)學(xué)校汽車專業(yè)一些學(xué)生的試用，教師和學(xué)生反映良好。學(xué)生使用這個(gè)解剖教具時(shí)不但能夠?qū)鹘y(tǒng)汽車的一些結(jié)構(gòu)有所了解，而且能直觀的學(xué)習(xí)插電式混合動(dòng)力汽車的新知識(shí)，對(duì)插電式混合動(dòng)力汽車的組成、各部件作用、工作原理能很快了解和掌握。2.在設(shè)計(jì)和制作過程中使參與其中的教師對(duì)新能源汽車有了更深的了解，教師在新能源汽車課程中使用該解剖教具時(shí)容易吸引學(xué)生聽課，使學(xué)生記憶深刻，提高教學(xué)效率。3.該車解剖后仍能保持原車的功能，便于老師設(shè)置故障和提高學(xué)生排除故障的能力。4.該插電式混合動(dòng)力汽車解剖教具價(jià)格相對(duì)便宜，功能豐富，設(shè)計(jì)制作難度不高，適合各種教學(xué)模式。因此，該插電式混合動(dòng)力汽車解剖教具有一定的推廣價(jià)值。

【作者簡(jiǎn)介】鄭凱（1971- ），福建人，柳州市第一職業(yè)技術(shù)學(xué)校汽車專業(yè)教師。研究方向：汽車電氣、電控、空調(diào)和新能源汽車。

（責(zé)編 羅汝君）